大連海事大學(xué)航海學(xué)院　李連博　牛佳偉　林　威遼寧出入境檢驗(yàn)檢疫局　秦朝秋　張　寧大連海事大學(xué)航海學(xué)院　林　威

珠海港LNG船舶通航環(huán)境及其操縱的分析*

大連海事大學(xué)航海學(xué)院李連博牛佳偉林威
遼寧出入境檢驗(yàn)檢疫局秦朝秋張寧
大連海事大學(xué)航海學(xué)院林威

為確保大型LNG船舶進(jìn)出珠海港和靠離泊安全，完善珠海港LNG船舶航行環(huán)境及其操縱情況，在充分分析該水域自然環(huán)境和航道情況的基礎(chǔ)之上，結(jié)合LNG船舶操縱模擬實(shí)驗(yàn)，論證該地航行環(huán)境是否滿足通航安全的需要。提出大型LNG船舶在進(jìn)出港和靠離泊操縱中的航行方法和有關(guān)注意事項(xiàng)，對保證船舶安全靠離碼頭具有一定的指導(dǎo)意義。

珠海港；LNG船舶；通航環(huán)境；靠離泊；操縱

廣東珠海LNG接收站項(xiàng)目一期工程位于珠海市西區(qū)，該區(qū)是珠海港的主體港區(qū)和重點(diǎn)發(fā)展港區(qū)。擬建設(shè)1個(gè)8萬～27萬m3LNG接卸泊位，泊位一期年通過能力可達(dá)598萬t/年，二期發(fā)展到700萬t/年。［1］LNG泊位布置在接收站西護(hù)岸的南段附近水域，碼頭前沿線平行于西護(hù)岸布置，距離西護(hù)岸128 m，碼頭方位角為160°～340°。碼頭呈對稱布置，中部為工作平臺(tái)。工作平臺(tái)兩側(cè)布置了4個(gè)靠船墩和8個(gè)系纜墩，各部分之間以人行鋼橋連接，碼頭平面布置圖如圖1所示。

圖1　LNG碼頭平面布置圖

一、珠海港區(qū)自然環(huán)境

1. 氣象條件

大萬山海洋站對該地的自然環(huán)境進(jìn)行了長時(shí)間的觀測。珠海港區(qū)地處低緯地區(qū)，屬亞熱帶海洋性氣候。該海區(qū)為季風(fēng)海區(qū)，冬季以N～NE風(fēng)向?yàn)橹?，夏季以S～SE風(fēng)向?yàn)橹?。根?jù)統(tǒng)計(jì)資料可知，該港區(qū)多年極端最大風(fēng)速為43.0 m/s，多年冬季平均風(fēng)速為7.02 m/s，多年夏季平均風(fēng)速為4.35 m/s。一年中風(fēng)力≥6級(jí)的天數(shù)為69天，風(fēng)力≥7級(jí)的天數(shù)為20.5天，風(fēng)力≥8級(jí)的天數(shù)為5天。

臺(tái)風(fēng)在每年的4—11月影響附近海域，其中7—9月為臺(tái)風(fēng)多發(fā)季節(jié)，平均每年約4個(gè)臺(tái)風(fēng)影響附近海域。據(jù)統(tǒng)計(jì)，多年年平均臺(tái)風(fēng)為4.5個(gè)，多年年平均強(qiáng)臺(tái)風(fēng)為0.8個(gè)。

本海區(qū)主浪向?yàn)镾SE向，頻率為29.72%，其次為S向，頻率為18.01%，ES向浪，頻率為10.33%。強(qiáng)浪向?yàn)镾E。海區(qū)年平均波高（H1/10）為1.12 m，冬季的平均波高最大，平均為1.33 m，秋季次之，平均1.11 m，春夏季最小，為1.02 m。從周期上看，海區(qū)的平均周期為5.1 s，常見的周期為4.1～6.0 s，頻率63.5%，大于6 s的周期只占10.3%，大于8 s的僅占1.69%。

珠海港區(qū)霧天多出現(xiàn)在冬春季，以1—3月最多，年平均霧天21.6天，年平均能見度小于1 km的平均天數(shù)為8.5天。

2. 水文條件

根據(jù)港區(qū)附近三灶島潮位站和荷包島潮位站的統(tǒng)計(jì)資料，結(jié)合調(diào)和常數(shù)分析，三灶島潮位站F=（Hk1+H01）/Hm2=1.50，荷包島潮位站F=（Hk1+H01）/Hm2=1.35，由此可知珠海港附近水域?yàn)椴灰?guī)則半日混合潮。珠海港水域各基準(zhǔn)面關(guān)系如圖2所示。

圖2　珠海港各基準(zhǔn)面關(guān)系示意圖

潮位特征值：根據(jù)觀測資料，該水域潮位特征值數(shù)據(jù)如下（以下潮位值均從當(dāng)?shù)乩碚撟畹统?面算起）。歷年最高潮位：4.12 m；歷年最低潮位：-0.34 m。平均高潮位：1.97 m；平均低潮位： 0.78 m。最大潮差：3.11 m；平均潮差：1.19 m。平均漲潮歷時(shí)：6 h22 min；平均落潮歷時(shí)：6 h18 min。

潮流：該區(qū)漲潮流自偏南向往偏北向，落潮流反之，屬往復(fù)流性質(zhì)；落潮流速大于漲潮流速；表層流速大于中層和底層流速；表層最大流速103.8 cm/s，底層最大流速98.6 cm/s；表層平均流速約27.5 cm/s，底層平均流速約20.0 cm/s。

二、珠海港區(qū)通航環(huán)境

1. 航道布置

本港LNG船舶航道軸線同高欄港區(qū)主航道將利用高欄港區(qū)10萬t級(jí)主航道進(jìn)港。LNG航道自航道入口至制動(dòng)回旋水域，航道總里程約8.15 km （4.4 n mile），航道軸線方位170°～350°，航道有效寬度為275 m，航道設(shè)計(jì)底標(biāo)高為-14.5 m。

2. 航道設(shè)計(jì)主尺度

（1）航道底標(biāo)高。

根據(jù)《液化天然氣碼頭設(shè)計(jì)規(guī)范》中的有關(guān)規(guī)定，航道底標(biāo)高計(jì)算公式如下：

其中：D0為航道通航水深，m；T為設(shè)計(jì)船型滿載吃水，m；Z0為船舶航行時(shí)船體下沉增加的富裕吃水，取0.4 m；Z1為航行時(shí)龍骨下最小富裕水深，取0.6 m；Z2為波浪富裕深度，取0.84 m；Z3為船舶裝載縱傾富裕深度，取0.15 m；Z4為備淤富裕深度，取0.5 m；E為航道底標(biāo)高，m；H為當(dāng)?shù)乩碚撟畹统泵娓叨?，m。航道底標(biāo)高的計(jì)算如表1所示。

表1　航道設(shè)計(jì)底標(biāo)高計(jì)算表m

由表1可知，航道設(shè)計(jì)底標(biāo)高規(guī)范值為-14.49 m，實(shí)際中取-14.5 m，滿足規(guī)范的要求。

（2）航道寬度。

根據(jù)交通運(yùn)輸部頒《海港總平面設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTJ211-99）的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，珠海港采用單向航道計(jì)算公式為

其中：W為航道有效寬度，m；A為航跡帶寬度，m；n為船舶漂移倍數(shù)；r為風(fēng)、流壓偏角（°），取7°；B為船舶間富裕寬度，m；C為船舶與航道底邊間的富裕寬度，m。

經(jīng)計(jì)算W=1.69×（345×sin7°+55）+2×55= 274 m。航道寬度除應(yīng)滿足規(guī)范要求的設(shè)計(jì)寬度外，一般還應(yīng)滿足不小于5倍的設(shè)計(jì)船寬，該航道實(shí)際寬度取值為275 m，滿足了上述兩者的要求。

3. 回旋水域

本港LNG碼頭回旋水域?yàn)闄E圓形，長軸按2.5倍27萬m3的LNG船長考慮，短軸按2倍27萬m3的LNG船長考慮，長軸為865 m，短軸為690 m。

4. 浮標(biāo)設(shè)施布置

浮標(biāo)根據(jù)《中國海區(qū)水上助航標(biāo)志》（GB4696-1999）布置，在LNG航道兩側(cè)及轉(zhuǎn)向拐點(diǎn)處設(shè)置浮標(biāo)，總共設(shè)置浮標(biāo)18座。其中直線航道兩浮標(biāo)之間的距離約為0.54 n mile。在碼頭的兩端設(shè)置燈樁，配置航標(biāo)燈和電源。

5. 拖輪的運(yùn)用

根據(jù)《液化天然氣碼頭設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTS 165-5-2009）：當(dāng)LNG船舶靠泊時(shí)，可配置4艘拖輪協(xié)助作業(yè)，離泊時(shí)，可配置2艘拖輪協(xié)助作業(yè)。拖輪的總功率應(yīng)根據(jù)船型和當(dāng)?shù)刈匀画h(huán)境等因素確定，且單船最小功率不應(yīng)小于3 000 kW。目前珠海港實(shí)際可租用的功率大于3 000 kW的拖輪為4艘，自造功率為6 500 HP的拖輪2艘，滿足了大型LNG船舶靠離泊的需求。

三、LNG船舶進(jìn)出港與靠離泊操縱

LNG船舶進(jìn)出珠海港主要分為兩段區(qū)域，其一為航道水域，另一為制動(dòng)回旋水域。航道航行時(shí)，航道寬度和水深均受到限制，但水流較為穩(wěn)定，受風(fēng)流的影響較大。制動(dòng)回旋水域?yàn)榇暗纛^操縱和靠離泊水域，水深及水域均受到限制，操縱相對困難。珠海港LNG船舶設(shè)計(jì)主要船型參數(shù)如表2所示。

表2　LNG船舶設(shè)計(jì)船型參數(shù)

1. 航道航行

LNG航道自航道入口至制動(dòng)回旋水域，航道總里程約4.4 n mile，航道軸線方位170°～350°。船舶在航道航行時(shí)應(yīng)對船速進(jìn)行有效的控制。在接近港池的航道航行時(shí)應(yīng)及早控制船速，但應(yīng)注意船速過低給船舶操縱帶來的影響。當(dāng)進(jìn)入LNG航道時(shí)，船速可控制在8～9 kn。接近制動(dòng)回旋水域前應(yīng)適當(dāng)降速，為保證航道內(nèi)舵效，可利用船尾的拖輪協(xié)助降速。航行至航道末端（15號(hào)浮附近），船速可控制在5 kn以下。大型LNG船舶滿載進(jìn)港時(shí)，距離泊位1 n mile時(shí)的船速應(yīng)控制在3 kn左右；距離泊位1倍船長時(shí)的船速應(yīng)控制在1 kn以下。當(dāng)船舶進(jìn)港受橫風(fēng)（E風(fēng)、W風(fēng)）影響時(shí)，應(yīng)預(yù)配合適的風(fēng)流壓差，使船舶保持在計(jì)劃航線上，接近制動(dòng)水域時(shí)應(yīng)尤其謹(jǐn)慎航行。防波堤內(nèi)流向大致和航道軸線平行，但當(dāng)有橫流影響，尤其是在與橫風(fēng)影響疊加時(shí)，船舶保向困難，因此應(yīng)盡量避開急流時(shí)段，選擇在緩流時(shí)段進(jìn)港。

2. 靠離泊方式［2］

該碼頭附近水域呈現(xiàn)典型的季風(fēng)氣候，冬季盛行偏北風(fēng)，夏季盛行偏南風(fēng)。LNG碼頭及回旋水域南側(cè)存在淺水區(qū)域，當(dāng)存在落流偏北風(fēng)，左舷離泊船舶易被壓向南側(cè)淺水區(qū)，故冬季以右舷靠泊為宜。LNG碼頭及回旋水域北側(cè)存在淺水區(qū)域，當(dāng)存在漲流偏南風(fēng)，右舷離泊船舶易被壓向北側(cè)淺水區(qū)，故夏季以左舷靠泊為宜。滿載進(jìn)港靠泊宜頂流靠泊，并避免急漲急落時(shí)進(jìn)行靠離泊作業(yè)。

3. 制動(dòng)回旋水域操縱

LNG船舶進(jìn)港靠泊時(shí)，從航道末端進(jìn)入回旋水域后，距泊位約1 n mile，船舶需向右轉(zhuǎn)向抵達(dá)泊位進(jìn)行靠泊。該段水域流向基本和航道走向一致，船舶進(jìn)港過程中應(yīng)充分利用流。抵達(dá)泊位前，因船速較低，需要拖輪協(xié)助保位保向。落水時(shí)，應(yīng)右舷直接靠泊；漲水時(shí)，應(yīng)掉頭左舷靠泊。離泊出港時(shí)，左舷靠泊可直接離港，右舷靠泊應(yīng)掉頭離港?？坎催^程中應(yīng)注意保持與南北兩側(cè)淺水區(qū)的距離，因此應(yīng)充分利用拖輪協(xié)助船舶操縱。以左舷靠離泊為例，LNG船舶靠離泊過程中拖輪使用情況可按圖3所示。其中，左圖為船舶靠泊初期拖輪使用情況，中間圖為靠泊后期拖輪布置，右圖為左舷離泊時(shí)拖輪布置情況。

靠泊過程中應(yīng)掌握好入泊橫距、入泊角度和船舶速度等。落流靠泊過程中，入泊橫距可控制在3倍船寬左右，距泊位1倍船長左右，船速控制在1～2 kn。接近停泊水域時(shí)，應(yīng)提前將船拉平，貼靠碼頭時(shí)，反向靠岸速度應(yīng)控制在10 cm/s以下，靠泊角度不大于5°，以平行靠泊為宜。

圖3　LNG船舶左舷靠離泊拖輪使用情況

四、模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

1. 模擬實(shí)驗(yàn)論證

為了驗(yàn)證大型LNG船舶在不同環(huán)境條件下進(jìn)出港及靠離泊的安全問題，在大連海事大學(xué)研制的大型船舶操縱模擬器上進(jìn)行了模擬實(shí)驗(yàn)。通過模擬LNG船舶在25種不同風(fēng)流環(huán)境條件下的操縱，選取兩種典型的模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，得出如下結(jié)論（其模擬試驗(yàn)圖如圖4所示）：

圖4　大型LNG船舶靠離泊模擬操縱示意圖

大型LNG船舶（Q-FLEX、Q-MAX船型）在下列條件下能夠在航道內(nèi)安全航行：

（1）風(fēng)力≤6級(jí)（12.3 m/s）。

（2）流速≤2 kn（1.0 m/s）。

（3）2艘拖輪護(hù)航。

（4）航道航行應(yīng)在白天進(jìn)行。

（5）能見度≥2 000 m。

（6）外部通航管理?xiàng)l件滿足規(guī)范要求。

大型LNG船舶在進(jìn)出港航道航行時(shí)，應(yīng)實(shí)行交通管制并配備護(hù)航船舶，且其前后各1 n mile范圍內(nèi)不得有其他船舶航行。

大型LNG船舶（Q-FLEX、Q-MAX船型）在下列條件下能夠安全完成靠泊：

（1）風(fēng)力≤6級(jí)（12.3 m/s）。

（2）流速≤1.5 kn。

（3）靠離泊應(yīng)在白天進(jìn)行。

（4）至少配備4艘拖輪，3艘5 000 HP及以上，1艘4 000 HP及以上。

（5）能見度≥1 000 m。

（6）外部通航管理?xiàng)l件滿足規(guī)范要求。

2. 操縱要點(diǎn)

（1）航道航行，船速可控制在8～9 kn，接近旋回水域時(shí)應(yīng)適當(dāng)降速，利用拖輪進(jìn)行協(xié)助，航行至航道末端，船速應(yīng)控制在5 kn以下。

（2）落流右舷靠泊，控制橫距在3倍船寬左右，距泊位1倍船長時(shí)，速度控制在1～2 kn，保持合適的受流角度，使船舶緩慢靠向碼頭。

（3）漲流左舷靠泊，抵達(dá)旋回水域時(shí)船速應(yīng)在2 kn以下并開始掉頭。掉頭過程中，注意控制船舶的前進(jìn)、后退，利用拖輪控制船舶橫向漂移，并盡可能搶上風(fēng)上流，保證船舶在旋回水域內(nèi)安全掉頭。

（4）左舷離泊，船首與出港方向基本一致，可直接利用拖輪將船舶拉出，船舶進(jìn)車直接離泊。航行中壓一定舵角，使船舶行駛在航道中心線上。

（5）右舷離泊，船舶需掉頭離泊，此時(shí)船舶受風(fēng)的影響可能較大。利用拖輪將船舶拉離泊位，同時(shí)利用拖輪穩(wěn)定船位。受風(fēng)流影響較大時(shí)，盡可能搶占上風(fēng)流。

五、建議

（1）LNG船舶在進(jìn)出港、靠離泊操作之前，應(yīng)根據(jù)當(dāng)時(shí)的環(huán)境、潮流和船舶本身的裝載情況、性能、船齡以及主機(jī)性能及可靠性等做好港內(nèi)操作計(jì)劃，并根據(jù)各種情況的變化隨時(shí)修正。［3］

（2）大型LNG船舶進(jìn)出本港時(shí)，需由港區(qū)資深引航員引航。

（3）航道航行時(shí)應(yīng)盡可能避開漲急流時(shí)段，選擇緩流時(shí)刻進(jìn)港。

（4）建議本港區(qū)與相關(guān)氣象臺(tái)建立合作關(guān)系，一旦氣象條件出現(xiàn)任何問題，可及時(shí)取得最新的氣象資料，并做好相應(yīng)的準(zhǔn)備工作。

［1］李紅亮，楊傳波.LNG船舶進(jìn)出港對珠海港主航道通過能力影響［J］.水運(yùn)工程，2013（6）：85-86.

［2］陸元旦，劉斌，王華.洋口港北航道及LNG船舶的操縱［J］.航海技術(shù)，2012（5）：14-17.

［3］祁超忠.LNG船舶港內(nèi)作業(yè)前期研究及風(fēng)險(xiǎn)防范［J］.航海技術(shù)，2008（6）：2-4.

10.16176/j.cnki.21-1284.2015.12.008

中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金（3132015007）