“流场的切变线”对大型船舶操纵的影响及对策分析

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　　摘 要：近几年，大型船舶、游轮和集装箱货船被大量投入运营，潮流所带来的影响，在该类船舶上表现的更为突出。文章首先简单地介绍了什么是流场切变线，然后结合宁波港的情况，分析了切变线对船舶操纵的影响，最后提出了操纵大型船舶的有效对策，内容包括了解切变线位移、通过方法等，供相关人员参考。
　　关键词：流场切变线 大型船舶 船舶操纵
　　宁波港是我国进出大型船舶的主要港口，具有岛屿纵横、水道交错和地形复杂的特点，研究表明，如果在前进过程中，潮流受到外力作用，产生流场切变线的几率就会大幅增加，位于切变线附近的船舶，其操纵性能也会被反向流作用所影响，进而导致安全风险的出现，由此可见，对潮流进行研究具有重要的意义。
　　1.流场切变线的定义
　　流场切变线是由风场切变线延伸所得，风场切变线指的是风速、风向不连续线，简而言之，就是两种对立气流的交界线，流场切变线指的是特定水域范围同时存在涨流和落流，由于二者方向不同，交汇后在海面形成两边水流矢量方向相反的交界线。研究表明，可能给流场切变线带来影响的因素，主要是潮流强度、涨落，该现象在分布广阔、岛屿较多的水域较为常见。
　　2.切变线对船舶操纵的影响
　　大型船舶的速度普遍较快，存在切变线的范围又较小，即使反向潮流的流速大，但是给船舶带来影响的时间较短，因此，往往不会导致船舶安全受到威胁的情况出现。對低速行驶的船舶而言，切变线的影响十分明显。
　　2.1船速
　　首先，刚刚进入切变线区域的船舶，通常处于顶流航行的状态，对余速进行控制的难度较低;其次，由于通过切变线要满舵旋回，因此，船速大幅下降的情况较为常见;最后，通过切变线后，船舶仍为顶流航行。综上，通过切变线时，船舶的降速十分明显。
　　2.2航向
　　切变线会给船首、船位带来方向不同的潮流作用力，进而产生扭船力矩，最终给船舶安全性造成威胁。研究表明，流速是影响力矩大小的主要因素，力矩往往会随着流速的增大而增大，另外，可能给力矩带来影响的因素，还包括船舶尺寸、夹角度数等，一方面，大型船舶吃水普遍较大，所受力矩往往也更大;另一方面，船舶和切变线所产生夹角度数越大，力矩带来的影响就会越大。受强大反向流影响，多数船舶都会出现向右偏转的情况，航向保持能力则会超过舵力，失控的问题随之发生，只有通过切变线，才能使该问题得到解决。由此可见，负责操纵大型船舶的人员，应对反向流带来的不利影响引起重视，避免由于船舶安全受到威胁，导致企业承受不必要损失的情况出现。
　　2.3受力分析
　　通过分析可知，如果流向角增大，船舶承受的横向流压力也会有所增大，若船舶处于低速航行状态，则无法凭借自身的舵力，对切变线所产生转船力进行克服，其安全性自然会受到影响。通过切变线时，船位、船首都会受到潮流作用的影响，船舶保向性也会受到影响，只有借助拖轮对切变线所带来偏转进行抑制，才能为船舶安全性提供保障。
　　3.操纵大型船舶的有效对策
　　3.1了解切变线位移
　　以宁波港远东码头、港吉码头附近的潮流动态为例，对流速、流向和切变线的关系进行分析。处于初落阶段时，潮流以码头岸线方向为指引，自西向东流动，此时，潮流具有流速缓慢、流向与主航道一致的特点，并未发现流向切变线;待流速达到特定数值后，受岛屿阻碍，潮流路线开始出现变化，切变线随之产生。由于流速缓慢，产生之初的切变线和岸线的距离，通常较近，随着流速增加，切变线位置逐渐外移。
　　3.2通过切变线的方法
　　流场切变线经常出现在地形复杂、岛屿密布的海岸，对低速航行的船舶而言，如果在靠泊的过程中，遇到了切变线，所受到的影响通常十分巨大。在通过切变线时，负责操纵大型船舶的人员，应遵循以下原则：第一，在切变线间存在大流速反向流时，尽量避免穿越，这是因为潮流作用力给船舶带来的影响极大，只有在外力的协助下，才能安全的通过切变线;第二，必要情况下，运用适合的操作方法，在潮流较缓时穿越，尽量减小切变线带来的影响，另外，在通过切变线前，相关人员应仔细检查船舶性能，做好备锚等应急措施，避免引发不必要的问题。
　　3.3大型船舶操纵实例
　　3.3.1切变线与码头的横距较近，需要掉头靠泊
　　若切变线和码头的距离较近，“大旋回”掉头会导致船位仍处于顺流区域的情况出现，随着船速的增加，控制船位、调整入泊角度的难度不断加大，靠泊三要素均不具备有利条件，因此，不应选择该掉头方式。相关人员应当在外力的协助下，完成掉头入泊的工作，将船舶停靠在距码头较近的区域，顶流航行降低了控制船速的难度，船舶旋回圈也变得更小。经过切变线的船舶，受反向流作用影响，极易出现船首大幅右偏的情况，此时，应借助拖轮的力量，增加船舶所产生的转船力，保证船舶能够安全的通过切变线。另外，通过切变线的船舶，在反向流作用的影响下，往往会出现横向漂移、大幅降速的现象，应当引起相关人员的注意。
　　3.3.2切变线与码头的横距较远，需要掉头靠泊
　　对该类船舶的余速进行控制是关键，一般来说，应将船舶余速控制在5节左右，这样做既能够做到短时间增加舵效，避免入泊速度过快的情况出现，又能够在出现不利因素时，及时对船舶进行倒车或停船处理，避免将船舶置于危险境地的情况。“大旋回”掉头是该类船舶的首选掉头方式，相关人员应严格控制横距，在调整入泊角度的前提下，对余速进行控制。由于通过切变线时，船舶与码头的横距较远，即使受到反向流影响，仍旧能够安全、有效地控制船舶。在进行“小旋回”掉头时，余速通常较快，如果时间、水域无法满足调整船位的需求，必然会出现高余速、大角度入泊的情况，由此而带来的安全隐患，往往是不容忽视的。
　　3.3.3码头边有切变线，船舶顺流进港无需掉头
　　岛屿的存在，极易导致码头附近出现反向流，若船舶选择顺流进港的方式，产生切变线的情况难以避免。顺流进港的船舶，在通过切变线前，所呈现出的状态始终为顺流，控制靠泊余速的难度极大，大型矿船、VLCC尤甚。通过切变线时，船首、船位受反向潮流所带来影响，产生向左扭力，此时，船舶会大幅左转，偏转角度甚至可达50°，这会给驶向码头的船舶带来极大的风险，如果无法及时、有效地控制船舶偏转问题，则会使船舶碰撞码头的几率大幅增加[3]。研究表明，船舶车和船舵对船舶偏转的抑制作用有限，只有借助拖轮对船舶进行控制，才能避免上述问题的出现。
　　3.3.4利用拖轮对切变线不利影响进行有效克服
　　其一，在船舶前进的过程中，潮流作用带来的影响十分直观，由于转心通常位于船首后1/4处，因此，潮流作用给船位带来的影响更加显著，通过切变线时，拖轮的作用，往往可以在船位处得到充分发挥;其二，水和前进状态下的船舶间，属于相对运动，如果受横向拖力、推力影响，导致水动力产生，船舶运动状态自然会发生变化，在实际运行的过程中，受吃水、载货等因素影响，拖船往往无法向船位正中顶推，若拖船位于船位稍前处，不仅自身安全能够得到保证，所具有顶推效果也可以得到充分发挥。由此可见，对通过切变线的船舶而言，拖轮应在船位进行顶推。
　　3.3.5评估船舶风险
　　首先，余速过快的风险。船舶在通过切变线时，如果存在余速过快的情况，则需要通过尽快加车的方式，对砣效进行增加，但是，加车后船舶在靠泊时，往往会再次出现余速过快的问题，触碰码头的情况无法彻底杜绝;其次，缺少外力协助的风险。如果通过切变线的船舶缺少外力协助，仅凭自身舵力，通常难以克服反向流作用力，这也在无形中加大了出现安全风险的可能性;最后，没有在适合时机掉头的风险。过早掉头后船舶的状态仍旧为顺流航行，控制余速的难度较大，入泊时，极易出现风险，过晚掉头，潮流会将船位压向码头，从而使船位与码头的距离过近，由此而引发的问题，同样不容忽视。
　　4.结论
　　通过对文中内容进行分析可知，流场切变线在岛礁、岬角等潮流相对复杂的水域较为常见，在大型化成为船舶发展主要方向的当今社会，围绕极易给船舶航行带来不利影响的切变线展开讨论很有必要，实践证明，只有这样才能使相关人员根据实际情况选择操纵方案，对大型船舶加以控制，避免出现不必要的问题。
　　参考文献：
　　[1]殷宪伟.大型船舶在新桥水道原3灯浮水域航行和转向的船舶操纵[J].珠江水运，2016（07）：61-63.
　　[2]覃志居.大型船舶操纵指数的最优选取仿真研究[J].舰船科学技术，2018，40（04）：13-15.
　　[3]王智慧.POD推进方式的大型船舶运动模型仿真[J].舰船科学技术，2016，38（10）：52-54.
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