洪恩瑰

一、引言

航海實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，通常情況下，如果條件具備，大型船舶一般會(huì)選擇30～40米水深的錨地錨泊[1-2]。然而在特殊情況下，例如富查伊拉港（Fujairah Port）[3-4]，其沿岸可供大型油船錨泊海域的水深大多在100米以上，因此，受天然水域條件限制，大型船舶不得不選擇深水拋錨方法以確保錨泊安全[5]。

眾所周知，錨泊水域的水深越深，則船舶所需的出鏈長度就越長，但實(shí)際船舶配備的錨鏈長度是有限的，且錨機(jī)的起錨力也要受到錨機(jī)自身額定功率的限制。錨泊操縱過程中，若錨機(jī)松出錨鏈過長，則錨可能收不回來，出現(xiàn)丟錨事故；若錨機(jī)松出錨鏈過短，雖能避免丟錨事故，但可能導(dǎo)致錨泊力不足而危及船舶安全。這就需要船長事先根據(jù)本輪錨設(shè)備的具體情況對(duì)本輪最大錨泊水深進(jìn)行評(píng)估，既要保證錨設(shè)備的安全，又要保證錨泊安全。

本文憑借個(gè)人多年的大型船舶船長經(jīng)驗(yàn)，考慮深水錨泊安全所涉及的錨抓力、錨機(jī)負(fù)荷、錨位附近船舶通航密度、氣象水文條件、錨地底質(zhì)等諸多因素。在其他條件均滿足安全要求的情況下，船長在確定錨泊水域的極限水深時(shí)主要是權(quán)衡安全的錨泊力與能夠安全被收回的錨機(jī)負(fù)荷之間的關(guān)系。根據(jù)有關(guān)資料的估算公式，結(jié)合大型船舶的尺度特征對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)參數(shù)修正，以滿足實(shí)際航海錨泊安全操縱的需要。文中以某VLCC油輪在富查伊拉港外深水錨地極限水深的選取為案例，實(shí)踐驗(yàn)證估算方法的簡單性和實(shí)用性。

二、深水拋錨極限水深的估算

在進(jìn)行深水錨泊之前，船長確定極限水深時(shí)主要應(yīng)考慮的因素是保證一定錨泊力的出鏈長度和確保錨能夠安全被收回的錨機(jī)負(fù)荷。

錨機(jī)的起錨力是確定船舶深水錨泊極限水深的重要指標(biāo)之一。

1.考慮錨機(jī)負(fù)荷的極限水深計(jì)算方法

根據(jù)船舶配備的錨機(jī)額定起錨力的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，理論上，深水錨泊時(shí)的水深極限（hmax）可通過下式計(jì)算[6]：

式中：Pw為錨機(jī)額定起錨力（t），或錨機(jī)額定負(fù)荷；Wa為錨重（t），一般情況下，船型尺度越大，錨重量也越大；λa為錨的抓力系數(shù)，根據(jù)錨型和底質(zhì)確定；Wc為單位鏈長重量（t/m）；d為錨鏈孔至水面的距離（m），可根據(jù)船舶型深D和首吃水df大致估算，即d=D-df。

可見，式（1）的計(jì)算值僅是理論上的極限水深，沒有任何富余量，若航海實(shí)踐中直接使用，存在一定風(fēng)險(xiǎn)。因?yàn)閷?shí)踐中既要對(duì)錨機(jī)的負(fù)荷留有余量，也要對(duì)出鏈長度留有余量。

2.經(jīng)修正的極限水深計(jì)算方法

考慮到式（1）的局限性，將從船型尺度的影響和錨機(jī)負(fù)荷保留量角度進(jìn)行修正。

船舶大型化是現(xiàn)代造船業(yè)發(fā)展的必然趨勢，其中的VLCC（如圖1所示）是現(xiàn)代大型船舶制造的代表，是衡量一個(gè)國家船舶制造水平和能力的重要標(biāo)準(zhǔn)。大型化船舶會(huì)引起大慣性、長時(shí)滯等異常操縱特性，使得操作難度急劇增加。因此，各指標(biāo)的選取應(yīng)偏于安全性。

圖1 某VLCC船舶海上運(yùn)動(dòng)俯視圖

對(duì)于類似于VLCC的大型船舶設(shè)計(jì)而言，隨著船型尺度的大型化發(fā)展，甲板機(jī)械的布設(shè)位置也發(fā)生相應(yīng)改變，如圖2所示。因此，錨鏈孔至錨機(jī)之間的距離lBE常常超過10米，與傳統(tǒng)船舶尺度相比，由此所產(chǎn)生的鏈長增加量已經(jīng)變得不可忽略，甲板上的錨鏈長度也應(yīng)予以考慮，因此，需要對(duì)式（1）進(jìn)行尺度修正。

另外，實(shí)際應(yīng)用過程中，如果考慮錨的抓力的影響，式（1）也不適用。例如，某VLCC配備15噸的AC-14型錨，其錨機(jī)額定負(fù)荷為60噸。根據(jù)資料，AC-14型錨的抓力系數(shù)λa為8～11，則hmax計(jì)算結(jié)果將為負(fù)值。因此，在實(shí)際計(jì)算中，將λa設(shè)定為1，這就意味著在起錨過程中錨即將離開海底的瞬間錨的抓力僅剩錨的重力，此時(shí)要求船長動(dòng)車使錨脫離錨位。

圖2 錨泊船錨鏈布置示意圖

綜合上述兩點(diǎn)原因，在實(shí)際操作過程中大型船舶水深錨泊的水深極限可按照下式進(jìn)行修正：

式（2）根據(jù)錨機(jī)設(shè)備在實(shí)際應(yīng)用中的狀況對(duì)其留有一定的余量δ，一般新船δ=5%。對(duì)于老舊船，隨著船齡的增大，設(shè)備逐漸老化，錨機(jī)起錨力也會(huì)逐漸降低。因此，在實(shí)際計(jì)算中，船長可以根據(jù)本船錨機(jī)的實(shí)際情況，對(duì)保留錨機(jī)起錨力余量做出適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。lBE的長度取決于甲板錨機(jī)機(jī)械的安裝位置及角度，具體數(shù)值由實(shí)船實(shí)際測量確定。

3.某VLCC極限水深估算

以某VLCC為例，對(duì)其深水錨泊的水深極限進(jìn)行計(jì)算。該船錨機(jī)設(shè)計(jì)額定負(fù)荷59.8噸，由于該船較新，取5%的額定負(fù)荷余量。其錨設(shè)備的其他參數(shù)及壓載和滿載兩種情況下的深水錨泊水深極限估算結(jié)果見表1。

表1中計(jì)算了VLCC船舶在錨機(jī)額定負(fù)荷余量為5%的情況下，壓載和滿載時(shí)船舶所需極限水深。為了方便在實(shí)際航海過程中迅速查找極限水深數(shù)值，可考慮分別以船舶不同載況的吃水和不同錨機(jī)額定負(fù)荷余量為獨(dú)立控制變量，分別繪制船舶所需極限水深、船舶不同載況的吃水和船舶錨機(jī)額定負(fù)荷余量之間的關(guān)系圖，如圖3和圖4所示。

表1 某VLCC不同載況時(shí)深水錨泊水深極限估算結(jié)果

圖3 船舶所需極限水深隨船舶載況變化的關(guān)系圖

圖3 是隨著船舶裝載情況發(fā)生變化所需錨泊的極限水深的估算值?？梢妰蓚€(gè)變量之間是線性關(guān)系，隨著船舶首吃水的增加，船體下沉量越大，因而，可供安全拋錨的極限水深也變深。

圖4 不同錨機(jī)負(fù)荷余量時(shí)極限水深與船舶載況關(guān)系圖

圖4 是不同錨機(jī)負(fù)荷余量時(shí)，隨著船舶載況發(fā)生變化，所需錨泊的極限水深的估算值，變量之間依然是線性關(guān)系。從圖中可知，隨著船舶首吃水的增加，船體下沉量越大，極限水深也越大；隨著錨機(jī)負(fù)荷余量的增加，極限水深值會(huì)變小。

需要說明的是，式（2）中的估算結(jié)果沒有考慮錨和錨鏈在水中的重量（即浮力），這一點(diǎn)是有利于船舶錨泊安全的。在起錨過程中錨鏈與錨鏈孔及制鏈器之間所產(chǎn)生的摩擦力可在錨機(jī)起錨力減扣額度中予以考慮。

另外，本估算結(jié)果也沒有考慮外力對(duì)船舶的作用使錨機(jī)負(fù)荷增大的情況。

三、富查伊拉港錨泊極限水深估算案例

富查伊拉港是全球有代表性的深水錨泊水域，港外可供大型油船錨泊海域的水深大多是在100米以上，因此，極限水深的有效估算是確保船舶錨泊安全的前提和基礎(chǔ)。

1.富查伊拉港區(qū)簡介[3-4]

富查伊拉港是阿拉伯聯(lián)合酋長國東部沿海的重要多用途轉(zhuǎn)運(yùn)港口，港口設(shè)施齊全，腹地交通網(wǎng)絡(luò)便利。南距富查伊拉鎮(zhèn)約2千米，北距豪爾法坎港20千米，有公路相連。港外，東南至馬特拉卡布斯港約30海里，至科倫坡港約1 800千米。從該港起運(yùn)至迪拜公路僅100千米，而經(jīng)霍爾木茲海峽海路至少有200千米，是個(gè)天然港灣，地理位置優(yōu)越。此外，該港還處于世界上三大輸油港之間，成為該地區(qū)供應(yīng)船的中心港，是通向印度和其他地區(qū)市場的主要口岸通道，有集裝箱、漁港和油港碼頭，碼頭利用率非常高。近期，美國亞利桑那州MATCO石油鉆探公司在富查伊拉港口錨地外面，發(fā)現(xiàn)了油氣含量豐富的海底石油儲(chǔ)油層，預(yù)計(jì)在不久的將來，會(huì)給富查伊拉港帶來全面的繁榮，使之成為中東地區(qū)倉儲(chǔ)和集裝箱集散中心，富查伊拉港整體地理分布見圖5。

2.港域水深

主要概述從港區(qū)防波堤至港外錨地的水深分布情況。港區(qū)的防波堤是距離陸地最遠(yuǎn)的海上建筑物，其水工布局位于20米等深線以內(nèi)。自防波堤的堤頭開始度量，距離港外錨地的最短距離約為3.6海里，而水深變化量則從20米增加至65米，且水深變化幅度不均勻。自防波堤的堤頭到30米等深線的距離約為0.73海里，而從30米等深線至50米等深線的距離約為1海里，由此可見，水深變化率隨與港口距離的增加呈現(xiàn)增加趨勢。港外錨地設(shè)計(jì)形狀為長方形水域，依據(jù)功能區(qū)域不同，分布有Fujairah A、Fujairah N、Fujairah T、Fujairah D、Fujairah G、Fujairah C、Fujairah B、Fujairah W和Fujairah S等子區(qū)域錨地。錨地東西寬度約為7.3海里，水深變化范圍為65～145米，幅度約為90米。錨地南北長度約為10海里，水深變化需要將東西兩側(cè)單獨(dú)考慮：東側(cè)延伸至印度洋，水深深且變化范圍大，一般為120～150米；西側(cè)延靠近大陸域，水深淺且變化范圍小，一般為60～80米。整個(gè)水域最淺點(diǎn)為一非危險(xiǎn)沉船位置，水深約為56米。

圖5 富查伊拉港區(qū)及港外錨地分布圖

3.港外錨地船舶密度

根據(jù)船訊網(wǎng)[7]對(duì)該水域的已開啟AIS設(shè)備信號(hào)的監(jiān)測，結(jié)合多次當(dāng)?shù)貟佸^的經(jīng)驗(yàn)，統(tǒng)計(jì)表明錨地區(qū)域錨泊船舶的密度一般為110～130艘次/天，理論上每天每艘船舶的錨泊水域大小為0.56～0.66海里，滿足實(shí)際拋錨對(duì)需用水域的要求。

4.港外錨地極限水深范圍確定

根據(jù)前文估算方案求算錨泊的極限水深。在5%的錨機(jī)額定負(fù)荷余量的前提下，考慮壓載和滿載兩種條件，依據(jù)表1中估算數(shù)值，繪制出錨泊安全水域區(qū)域，如圖6所示。

圖6是5%錨機(jī)額定負(fù)荷余量，VLCC在壓載和滿載條件下錨泊安全水深水域。圖中左邊曲線表示船舶壓載條件下所需的錨泊極限水深等深線，位于該線左側(cè)的錨地區(qū)域?yàn)閴狠d條件下的錨泊安全水深水域；右邊曲線表示船舶滿載條件下所需極限水深等深線，該線左側(cè)的錨地區(qū)域?yàn)闈M載條件下的錨泊安全水深水域。可見，滿載條件下的錨泊安全水深范圍較壓載條件下的大。

圖7是錨機(jī)額定負(fù)荷余量分別在5%、10%和15%條件下，VLCC船舶壓載時(shí)錨泊安全水深水域關(guān)系圖。圖中，短畫線表示船舶在5%錨機(jī)額定負(fù)荷余量條件下所需的錨泊極限水深等深線，位于該線左側(cè)的錨地區(qū)域?yàn)殄^泊安全水深水域；實(shí)線表示船舶在10%錨機(jī)額定負(fù)荷余量條件下所需的錨泊極限水深等深線，該線左側(cè)的錨地區(qū)域?yàn)殄^泊安全水深水域；點(diǎn)畫線表示船舶在15%錨機(jī)額定負(fù)荷余量條件下所需的錨泊極限水深等深線，位于該線左側(cè)的錨地區(qū)域?yàn)殄^泊安全水深水域?？梢?，錨泊安全水深范圍隨著錨機(jī)額定負(fù)荷余量的增大而減小。

圖6 富查伊拉港壓載和滿載條件下錨泊安全水深水域

圖7 不同錨機(jī)額定負(fù)荷余量條件下船舶壓載錨泊安全水深水域

值得注意的是，實(shí)際工作中，在起錨初期，考慮錨泊出鏈長度，在受外界風(fēng)、流、浪等外力的作用下，作用于錨鏈的力可能瞬間劇增，此時(shí)，如果強(qiáng)行起錨，所需起錨力將大大超過錨機(jī)的額定負(fù)荷，從而引發(fā)事故。因此，在惡劣天氣或有強(qiáng)流時(shí)起錨時(shí)，應(yīng)動(dòng)車、施舵，控制錨鏈卷起的速度，以盡可能降低錨鏈?zhǔn)芰Α?/p>

四、結(jié)論

本文根據(jù)相關(guān)資料提供的深水錨泊極限水深的估算公式，結(jié)合個(gè)人經(jīng)驗(yàn)，對(duì)大型船舶深水安全錨泊極限水深估算問題進(jìn)行探討，得到以下結(jié)論。

（1）結(jié)合航海實(shí)踐，考慮舵機(jī)承載負(fù)荷和大型船舶的錨機(jī)布設(shè)特征修正了極限水深的估算公式，可作為安全極限水深估算的參考。

（2）以VLCC錨泊富查伊拉港為例，對(duì)不同載況和舵機(jī)負(fù)荷富裕量條件下的錨泊安全極限水深進(jìn)行估算，并繪制安全水深區(qū)域，基本符合航海實(shí)踐要求。

（3）盡管在實(shí)際工作中存在船舶位于本文繪制的安全區(qū)域以外錨泊的情況，且順利作業(yè)，但是，這并不意味著此種操作不存在風(fēng)險(xiǎn)。存在風(fēng)險(xiǎn)不一定發(fā)生事故，但卻一定是事故隱患。

（4）本文不足之處在于確定極限水深時(shí)，沒有充分考慮外界環(huán)境干擾的變化量，因此，實(shí)際工作中對(duì)于滿足極限水深條件下的船舶出鏈長度還需要做進(jìn)一步研究。