谷文強，謝華東，覃杰

（中交第四航務(wù)工程勘察設(shè)計院有限公司，廣東 廣州 510230）

1 海港錨地使用環(huán)境條件標(biāo)準的調(diào)研分析

通過走訪全國沿海主要港口錨地的使用和管理單位，對海港錨地的使用環(huán)境條件標(biāo)準進行調(diào)研。調(diào)研成果如下：

1） 廣州港8 級風(fēng)以上海事部門啟動二級響應(yīng)，要求所有船舶離開碼頭，船舶具體防臺方式由船長決定，一般10 級風(fēng)以上（主要看遮蔽條件）船舶就會選擇離開錨地去避臺。

2）上海洋山港區(qū)一般規(guī)定10 級風(fēng)要求所有在港船舶和錨地船舶離開。吳淞口港區(qū)則根據(jù)不同等級風(fēng)提前發(fā)出預(yù)警，具體是否離港由船方和港口運營方?jīng)Q定。

3）寧波港臺風(fēng)期間漁船進江防臺，3 級防臺時禁止250 m 以上船舶進港，2 級防臺250 m 以上船舶必須離港避臺。

4）寧波港過駁錨地使用環(huán)境條件標(biāo)準為夜間兩船不得相靠（但可以過駁）、風(fēng)速不超過6 級、流速不超過2.5 kn（15 萬噸級流速可3 kn）、波浪要求不超過1.5 m。

5）舟山港過泊錨地使用環(huán)境條件標(biāo)準為流速不超過1.5～2 kn，風(fēng)速不超過6 級。

6） 美國洛杉磯港和長灘港規(guī)定當(dāng)風(fēng)速超過40 kn（蒲福級8 級）時船舶應(yīng)立即備車，并準備下另一只錨。

2 國內(nèi)外規(guī)范中海港錨地使用環(huán)境條件標(biāo)準的對比研究

2.1 中國規(guī)范海港錨地使用環(huán)境條件標(biāo)準

根據(jù)JTS 165—2013《海港總體設(shè)計規(guī)范》[1]，航道寬度計算中船舶漂移倍數(shù)和風(fēng)、流壓偏角的取值一般都是基于橫風(fēng)≤7 級，由此可以推斷船舶在航道中通航的極限限制風(fēng)速一般應(yīng)為7 級，因此港內(nèi)錨地中的船舶在大風(fēng)預(yù)警時，如需離開錨地，理論上應(yīng)在達到7 級風(fēng)之前通過航道離開。

根據(jù)《海港總體設(shè)計規(guī)范》[1]，風(fēng)力7 級是單錨系泊錨地半徑計算的分界點，對于按照風(fēng)力≤7級對應(yīng)公式計算半徑的錨地，則錨地使用的極限風(fēng)速應(yīng)為7 級；按照風(fēng)力＞7 級的對應(yīng)公式計算半徑的錨地，則錨地使用的極限風(fēng)速理論上應(yīng)更高。然而根據(jù)《海港總體設(shè)計規(guī)范》[1]的對應(yīng)條文說明，“船舶在錨地的出鏈長度與當(dāng)?shù)厮罴帮L(fēng)力有關(guān)。根據(jù)我國部分港口錨地船舶抗風(fēng)實踐資料和計算結(jié)果表明，8 級以上大風(fēng)單錨系泊多數(shù)發(fā)生走錨現(xiàn)象，必須采用八字錨系泊，若風(fēng)力再大，則需借助船舶頂風(fēng)開車才能制止走錨?！庇纱丝梢钥闯?，按照中國規(guī)范，8 級以上大風(fēng)時仍在錨地錨泊的船舶應(yīng)采用其他措施防止或制止走錨。

中國規(guī)范中對于錨地使用的流速和波浪沒有提出具體的限制條件，僅在錨地水深設(shè)計時說明波浪累積頻率為4%的波高超過2 m 時，尚應(yīng)增加波浪富裕深度。在《海港工程設(shè)計手冊》（第二版）[2]中，當(dāng)波浪累積頻率4%的波高超過2 m 時，波浪富裕深度一般可按0.5～0.7 倍波高估算。

2.2 日本規(guī)范（ROM）海港錨地使用環(huán)境條件標(biāo)準

根據(jù)日本P&I CLUB 規(guī)范《Preventing an anchor from dragging》[3]，船舶錨泊時的錨鏈長度計算如表1 所示，中國規(guī)范中對于單錨系泊錨地尺度的計算方法就是參考日本規(guī)范而選取的。需要說明的是，在20 世紀90 年代，日本P&I CLUB 規(guī)范中并沒有給出表1 中計算公式的環(huán)境限制條件。而中國規(guī)范JTJ 211—99《海港總平面設(shè)計規(guī)范》在20 世紀90 年代編制的時候以7 級風(fēng)速作為兩個公式的使用分界，在2014 年發(fā)布的《海港總體設(shè)計規(guī)范》[1]中關(guān)于錨地設(shè)計的內(nèi)容沒有變化。

在2018 年出版的日本P&I CLUB 規(guī)范《Dragging anchor case studies and preventive measures》[4]中，對于良好環(huán)境條件的定義是風(fēng)速不超過40 kn（蒲幅風(fēng)級8 級），波高不超過1 m，但是沒有關(guān)于水流流速的界定，而流速往往是影響錨泊的最關(guān)鍵因素；其中對于惡劣環(huán)境條件的定義是風(fēng)速達到58 kn（蒲幅風(fēng)級11 級），波高達到2 m，但是同樣沒有關(guān)于水流流速的界定；無論良好環(huán)境條件界定的波高1 m，還是惡劣環(huán)境條件波高2 m，顯然在開敞式海域很難滿足這個波浪條件，都需要有一定的掩護才能達到這些波高要求。此外，對于船舶拋錨的錨鏈長度計算中的90 m 和145 m也沒有給出選取依據(jù)。

表1 船舶錨泊時的錨鏈長度Table 1 The length of anchor chain when the ship is anchoring

2.3 西班牙規(guī)范（ROM）海港錨地使用環(huán)境條件標(biāo)準

西班牙規(guī)范ROM 3.1-99《Recommendations for the design of the maritime configuration of ports，approach channels and harbour basins》[5]給出的一般錨地常采用的使用環(huán)境標(biāo)準如表2 所示。表中的風(fēng)速針對的是普通類型的船舶，對于受風(fēng)面積較大的船舶（甲烷運輸船、集裝箱船、汽車滾裝船、壓載的油輪等），表中的極限風(fēng)速標(biāo)準應(yīng)降低20%。

表2 錨地使用的極限環(huán)境作業(yè)條件（ROM）Table 2 The limiting environmental condition for anchorage use（ROM）

國際航運協(xié)會（PIANC）規(guī)范《Harbour approach channels-design gidelines》[6]給出的錨地使用環(huán)境條件標(biāo)準與西班牙規(guī)范ROM 3.1-99 一致。

2.4 國際船級社協(xié)會規(guī)范（IACS）海港錨地使用環(huán)境條件標(biāo)準

根據(jù)國際船級社協(xié)會（IACS）規(guī)范《Requirements concerning mooring，anchoring and towing》[7]，船舶錨定設(shè)備的設(shè)計環(huán)境條件如下：

最大風(fēng)速48.6 kn，最大流速4.9 kn。

可以看出，即使風(fēng)速已經(jīng)達到了10 級，但是沒有給出波浪的限制條件，因此上述極限環(huán)境條件是針對有掩護的錨地。

實際上，很多錨地都位于相對開敞的海域，因此IACS 規(guī)范給出了船長大于150 m 的船舶的錨定設(shè)備能夠承受的有波浪影響的錨地極限環(huán)境條件如下：

最大風(fēng)速21 kn，最大流速3 kn；最大有效波高2 m。

上述兩種針對船舶錨定設(shè)備承受極限的環(huán)境條件，均是針對船舶滿載狀態(tài)，并且船舶在錨地錨泊時間不長的情況。

根據(jù)國際船級社協(xié)會規(guī)范《History files（HF）and technical background（TB）documents for URS concerning mooring and anchoring（URA）》[8]，IACS規(guī)范《Requirements concerning mooring，anchoring and towing》[4]中給出的極限環(huán)境條件是針對良好底質(zhì)條件的錨地，并且錨鏈長度與水深比值不應(yīng)小于6。

2.5 國內(nèi)外規(guī)范規(guī)定對比分析

各國規(guī)范中對于錨地使用的極限環(huán)境條件規(guī)定差異性較大，其中西班牙規(guī)范給出的極限環(huán)境條件均較大，而國際航運協(xié)會規(guī)范引用了西班牙規(guī)范的規(guī)定。國際船級社協(xié)會規(guī)范給出的極限環(huán)境條件明顯較小，但是該極限環(huán)境條件是船舶錨定設(shè)備設(shè)計的基礎(chǔ)環(huán)境條件，因此更加具有參考價值。

錨泊船舶所受到的風(fēng)、浪和流等環(huán)境外力荷載，需要通過船舶錨的抓力和錨鏈臥底部分的摩擦力來抵消，如果環(huán)境荷載過大會造成走錨現(xiàn)象。錨地使用的環(huán)境條件標(biāo)準在有條件的情況下宜通過數(shù)值模型試驗確定。

3 海港錨地使用環(huán)境條件標(biāo)準的數(shù)學(xué)模型試驗研究

3.1 試驗?zāi)康?/h3>

采用Fast-time 船舶操縱模擬器對錨泊船舶在多種試驗工況下的錨泊進行了數(shù)學(xué)模型試驗研究，得出海港錨地的使用環(huán)境條件標(biāo)準。

3.2 試驗原理

Fast-time 模擬試驗中，當(dāng)船錨泊時，除了利用可用的助航設(shè)備、助航標(biāo)志和任何陸上可見參照物監(jiān)測船的位置之外，不需要任何人為干預(yù)。如果發(fā)現(xiàn)走錨，船員應(yīng)采取適當(dāng)?shù)男袆印?/p>

Fast-time 模擬試驗的重點不是有無人為干預(yù)或任何可能采取的干預(yù)形式，而是可能導(dǎo)致發(fā)生走錨的環(huán)境荷載條件。因此，F(xiàn)ast-time 模擬試驗是一種檢查是否可能發(fā)生走錨的適當(dāng)?shù)姆椒āＴ谠摬糠盅芯恐信渲昧? 臺HR Wallingford 的船舶模擬器模擬大型近岸錨地水域，由于不需要引航員，所以模擬器可以離線使用。

為了使模擬穩(wěn)定，對大約120 min 的實時周期進行模擬。該周期使模擬穩(wěn)定，使所有慢速走錨更容易被發(fā)現(xiàn)。為了清晰地表示，航跡圖包括圓心位于放錨位置的同心圓，半徑以250 m 為增量逐漸增加。

3.3 試驗工況

Fast-time 模擬試驗中采用的試驗工況如表3所示。在第一階段進行初步模擬，根據(jù)試驗的初步結(jié)果再進一步增加試驗工況。在第二階段利用IACS 規(guī)范中給出的有波和無波環(huán)境荷載限制條件進行試驗?zāi)M。

表3 錨泊船舶快速仿真模擬試驗的工況Table 3 Test cases of Fast-time ship maneuvering test for anchored ships

3.4 試驗結(jié)果分析

試驗證明船舶在西班牙規(guī)范給出的錨地使用極限環(huán)境條件下均發(fā)生了走錨。國際船級社協(xié)會規(guī)范（IACS）中給出的錨地使用極限環(huán)境條件較為準確，但是國際船級社協(xié)會規(guī)范給出的第一個標(biāo)準中，風(fēng)速很大但卻是針對有掩護水域，而第二個標(biāo)準中有效波高標(biāo)準為2 m，但是風(fēng)速標(biāo)準太小。根據(jù)中國沿海港口的調(diào)研結(jié)果，錨地使用的管理主要是以風(fēng)速來控制，較小的風(fēng)速標(biāo)準不利于錨地的使用，因此在試驗中針對試驗工況進行了調(diào)整，將風(fēng)速標(biāo)準增大。

根據(jù)模型試驗結(jié)果，給出了海港錨地使用環(huán)境條件標(biāo)準如下：

1）普通錨地

①船舶短時間或臨時錨泊、錨鏈長度取值為設(shè)計高水位下錨地水深4 倍時，海港錨地使用環(huán)境條件標(biāo)準為：風(fēng)速≤15 kn，流速≤2 kn，有效波高≤2 m。

②在錨地半徑計算中當(dāng)錨鏈長度取值為6 倍水深時，海港錨地使用環(huán)境條件標(biāo)準為：風(fēng)速≤25 kn，流速≤2 kn，有效波高≤2 m。

③錨鏈長度取值為設(shè)計高水位下錨地水深10倍時，海港錨地使用環(huán)境條件標(biāo)準為：風(fēng)速≤30 kn，流速≤2 kn，有效波高≤2 m。

2）過駁錨地

錨鏈長度取值為設(shè)計高水位下錨地水深10 倍時，海港錨地使用環(huán)境條件標(biāo)準為：風(fēng)速≤25 kn，流速≤2 kn，有效波高≤1.5 m。

3）防臺錨地

當(dāng)風(fēng)速超過30 kn 時，在試驗中船舶走錨的情況經(jīng)常發(fā)生，船舶走錨的風(fēng)險大大增加。這時船舶宜采取進車頂風(fēng)等防止走錨的措施，并放出最長錨鏈長度錨泊。而避風(fēng)錨地的使用環(huán)境條件標(biāo)準，應(yīng)根據(jù)船舶類型、船舶性能、防臺措施等具體研究確定。

4 結(jié)語

海港錨地使用環(huán)境條件標(biāo)準的影響因素包括錨地類型、錨泊方式、船舶類型、船舶尺度、船舶受風(fēng)面積、船舶配置的錨的特性、船舶拋出錨鏈的長度和錨鏈的特性、底質(zhì)和安全距離要求等因素。

數(shù)學(xué)模型試驗研究證明國際船級社協(xié)會規(guī)范給出的海港錨地使用環(huán)境條件標(biāo)準較為合理，但考慮到一般以風(fēng)速標(biāo)準來管理錨地使用，因此海港錨地使用環(huán)境條件標(biāo)準也可參照該數(shù)模試驗的結(jié)論。對于流速和波高較大的錨地的使用環(huán)境條件標(biāo)準需通過試驗進一步確定。