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摘要：通过对超大型油轮经过青岛港主航道深水航槽时的注意事项的分析与探讨，结合超大型油轮直接靠泊码头需要满足的条件，确定直靠码头的进入航槽的时机，并进一步通过实船验证，提高通过深水航槽的安全性。
关键词：超大型油轮;主航道深水航槽;直靠;进槽时机;注意事项
0 引 言
青岛港是国家战略油储备基地，也是国内港口接纳超大型船舶数量最多的港口之一。由于受航道条件、导助航设施、水域通航环境和监管设施等诸多因素的限制，到港超大型油轮无法在一个潮水周期内完成靠泊，需在锚地锚泊等候潮水，利用两个潮水周期分段操作，在过去的时期内也满足了港口的需要和安全的要求。但近段时间到港的超大型油轮越来越多，两个潮水周期分段操作的传统引航作业模式不能满足港口及企业的需求。为解决这一问题，青岛港引航站就青岛港主航道深水航槽超大型油轮直靠事宜展开深入研究，并制定出直靠码头的作业条件。其中进槽时机就是一个很重要的作业条件，只有掌握了超大型油轮的进槽时机，才能提高直靠作业的安全性。
1青岛港主航道深水航槽介绍
1.1地理位置
2012年4月，青岛港主航道深水航槽投入使用。深水航槽位于大公岛西北侧的青岛港主航道上的分道通航制水域内。贯穿于第三分道通航和第三警戒区，系人工疏浚。有效宽度440 m，水深22.5 m，走向与主航道走向一致为283°—103°，如图1所示。
1.2助航标志
共设有W1～W13共13个灯浮，W1号灯浮35°59′17.7″N，120°31′43.0″E，莫（a）白6秒，设有雷达应答器Z（——··）;W1、W3、W5、W7、W9、W11、W13位于深水航槽右侧，W1—W11灯浮间距0.8 n mile ，W11与W13灯浮间距2 n mile;W2、W4、W6、W8、W10、W12位于深水航槽左侧，W2—W10灯浮间距0.8 n mile，W10与W12灯浮间距2 n mile。除W1灯浮，另外6组灯浮左右依次对应。
1.3交通管理
青島海事局对深水航槽作了如下管理细则[1]：
1.3.1青岛港主航道深水航槽供超大型船舶使用，其他船舶不应妨碍只能在深水航槽以内安全航行的超大型船舶通行，且经VTS中心同意后方可进入深水航槽。
1.3.2超大型船舶在进入深水航槽前应满足以下条件：
（1）引航员在船引领;
（2）船长在驾驶台值班，轮机长在机舱值班;
（3）在深水航槽内的富余水深，应不少于其实际最大吃水的15%;
（4）显示规定的号灯、号型，悬挂规定的信号旗;
（5）能见度不低于1.5 n mile，风力不超过蒲氏8级，波高不超过2.5 m;
（6）护航监护船艇已处于随时可用状态;
（7）已做好处置应急情况的准备。
1.4登离轮地点
吃水15 m及以上的船舶，以位置35°58′.63N，120°34′.73E为圆心，半径500 m的圆形水域为引航员登离轮地点。此区域距W1灯浮的距离约为3 n mile。
2 超大型油轮在深水航槽的航行影响要素及相关注意事项
2.1风场
青岛海区属于季风海洋气候，夏季多偏南风，冬季多偏北风。主航道深水航槽海域强风向为东南/西北向，与航道走向相差不多，且全年平均风速较小，为5.5 m/s，对满载的超大型船舶来说影响不大。
2.2流场
2.2.1基本特性
本水域潮流具有明显的往复流特性，同一垂线落潮流向和涨潮流向大多相差180°左右。潮流垂向分布特征为：不论涨、落潮，潮流流速的极值均主要出现在水层的中上部，出现位置以表层和近表层居多。
青岛港大潮升4.09 m，小潮升3.27 m，大公岛距离青岛港验潮站有近20 n mile，潮时与主港有一些延迟。涨潮主流向为260°左右，落潮主流向为80°左右。主港高潮初落时，深水航槽仍为涨潮，但流向会逆时针变化，主港高潮后1 h 20 min左右，航槽流向在103°左右，基本与航道走向一致;主港高潮后2 h，航槽流向转到80°左右，达到正常的落潮流向。
2.2.2流压差角
流压差角是指船舶在流场中的运动速度方向与船舶首尾线之间的交角。流压差角是表示流对船舶运动影响程度的重要指标[2]。
据2001年的实测海流观测资料表明：青岛港主航道深水航槽海域的实测最大涨潮流流速为0.88 m/s，流向分别为258°和260°;分别出现在表层和0.2H层。最大落潮流流速为1.06 m/s，流向分别为82°和76°，分别出现在表层和0.2H层。
航道走向为283°—103°，现取最大涨流流速时的与航道走向夹角最大的流向258°和最大落潮流流速时的与航道走向夹角最大的流向76°，来算取船舶在深水航槽航行的最大流压差角。
深水航槽为均匀流场，在均匀流场的流压差角可表示为
? =arctan
式中：
?—流压差角;
V—船速，船舶对水速度;
V?—流速;
θc—流向与船首向之间的交角，或称为流舷角。
由上式可知，流压差角与船速、流速和流舷角有关。在较宽阔的水域，可通过提高船速或改变航向来减小流的影响，但在深水航槽这种宽度受限的的航道中航行时，只能通过提高船速的方法来降低流压差角。
涨潮流速0.88m/s，最大流舷角25°时，通过该式计算几种船速下的流压差角见表1。
落潮流速1.06 m/s，最大流舷角26°时，通过该式计算几种船速下的流压差角见表2。 所以，相同船速下，漲潮流急时所产生的流压差角要比落潮流急时所产生的流压差角要小得多，应特别注意落潮流急时的船速，在进入深水航槽之前应有较高的船速，以使本船有较小的流压差角。
2.3航迹带宽度
航迹带宽度是指船舶航行中保持航迹过程中所占用的水域宽度，在深水航槽这种受限水域，航迹带宽度将直接影响船舶的航行安全。航迹带宽度的大小与船舶操纵性能、操船者的操船技能、航行环境等因素有关。交通部发布的《海港总平面设计规范》规定航迹带宽度A（m）按下式确定：
A = n（Lsinγ+B）
式中：
n——船舶漂移倍数，采用表3的数值;
γ——风、流压偏角，采用表3的数值;
L——船长（m）;
B——船宽（m），
见表3。
现以最大落潮流速与航道最大夹角的横向分量来确定n的取值。V=1.06×sin26°=0.47（m/s），所以n取1.69，γ取7°。以超大型油轮代表船型的船长330 m、船宽60 m为例，则超大型船舶在深水航槽的航迹带宽度A=1.69×（330sin7°+60）=169米，接近航道宽度的2/5，在深水航槽航行时应足够重视，密切关注舵工的操舵水平及舵角指示，及时纠正不正当的操作。
2.4下沉量
船舶航行于浅水时，船体的下沉量较深水大。船型比较肥大的船舶，船艏的下沉量会大于船艉的下沉量。水深越浅、速度越快、船型越肥大，船首的下沉量也会越大，在船体整体下沉的同时，还会伴随吃水差的变化[3]。所以，超大型油轮在深水航槽航行时必须格外关注船体的下沉问题。
据本人的航海实践，很多被引的超大型油轮的引航卡给出的浅水水域的船体下沉量计算公式简单为：
Squat=2Cb×Vs?/100，本式中：Cb为方形系数;Vs为船速。
此公式是表示船舶重心处的整体下沉量。大部分超大型船舶均采用此公式，计算简便，但是计算结果偏大、偏安全，也可能没有反映实际的下沉情况。
另外，一部分超大型油轮的引航卡把浅水水域的下沉量细化为两个公式：
一是运河和人工疏浚的横截面连续不变的航道，下沉量采用公式Squat=1.43Cb×Vs?/100;
二是横截面不一致的航道或者岩石凿出的航道采用公式Squat=2Cb×Vs?/100。
综上所述，笔者以为，深水航槽属于人工疏浚的横截面连续不变的航道且所采用的公式Squat=1.43Cb×Vs?/100能较好反映实际的下沉量，所以在实际操作过程中可以采用此公式比较合理。
根据Squat=1.43Cb×Vs?/100公式，以船长330 m、船宽60 m、吃水20.5 m为例，（Cb=0.808），在水深22.5 m的深水航槽中，以不同速度航行时船舶下沉量的估算，见表4。
2.5 富裕水深
超大型油轮在深水航槽航行时，所受到的浅水效应比一般的船舶大，为使其具有一定的保向性和航向稳定性，从而保证其正常的安全航行和操纵，必须确保有足够安全的富余水深。
在决定富余水深的时候，应充分考虑引起吃水变化和引起水深变化这两类因素。引起吃水变化的因素包括船舶航行的下沉、波浪、纵倾、横倾或垂荡引起的船舶吃水增加，引起水深变化的主要因素是潮汐。因潮汐是动态变化的，所以富余水深也是动态变化的。但是最小的富余水深值必须要能够保证船舶的安全航行[4]。
3 超大型油轮经深水航槽直靠码头的条件
3.1满足富余水深要求
青岛海事局规定：在深水航槽内的富余水深，应不少于其实际最大吃水的15%。
3.2进槽时机
超大型油轮一般在高潮时到达码头靠泊，在低潮时如果泊位水深足够也可以靠泊。下面分别就高潮时靠码头和低潮时靠码头确定各自的进槽时机。
3.2.1高潮时靠码头的进槽时机
从小公岛登轮点至航槽末端W13航程为近9 n mile，登轮速度5～7 kn，登轮后以全速行驶，此段为加速过程，行至W1时速度一般会达到9 kn左右，航槽内速度可至11 kn左右，所以从登轮到W13一般需要1 h;从W13至团岛南侧航程为6 n mile多，此段为减速和拖轮带缆过程，一般到达团岛南侧速度控制在5 kn左右，此段航程需要接近1 h;从团岛南侧到达油轮码头直线距离为2n mile多，此段属于靠泊阶段，需要1 h左右，见图2。
所以应该在高潮前3 h登轮，高潮前2 h 40 min左右到达W1，此时的潮高加水深减去船舶吃水大于15%的吃水即可。之后，通过航槽的水深随着潮高的不断增大也不断增大，肯定能够满足富余水深的要求。
3.2.2低潮时靠码头的进槽时机
低潮时靠泊，在进入航槽后潮水不断减小，所以应保证船舶在到达W13时满足富余水深的要求。登轮时间就是船舶低潮前到达W13满足富余水深的时间再向前推1 h，安全起见，可以再增加30 min的富余时间，因为有的船船况较差，又加之落潮的原因，加速比较慢，为了使船能够在安全的时刻出航槽，必须留足安全余量。
4 操纵满载VLCC经深水航槽直靠三期油码头实例
4.1船舶概况及引航计划
2020年7月5日（农历十五），VLCC“塔卡”（TAQAH），LOA333m，B60m，平吃水20.5 m，DW 278 642 t，排水量326 734 t。潮汐情况：青岛高潮时0429 潮高442 cm;低潮时1111 潮高129 cm。
引航计划操作时间节点如下：
0800 小公岛登轮点引航员登轮
0820正横W1，进入深水航槽
0900正横W13，出深水航槽
1000正横团岛
1100靠妥三期油码头
4.2航经深水航槽时各关键节点的船舶动态数据，见表5
由上面的操船实例可知，低潮直靠码头经过深水航槽时，龙骨下富余水深4.4 m以上，为船舶吃水的20%以上，能够充分满足航行安全的要求。
5 结束语
超大型油轮直靠码头作业的模式，简化了超大型油轮的进港程序，缩短了超大型油轮进港航程和航行时间，提高了超大型油轮的进出港效率，对港口综合能力的提升以及地方社会经济发展起到一定的助推作用。本文基于直靠码头作业条件中的进槽时机展开论述，结合流、富裕水深、潮汐等外界条件，确定超大型油轮经青岛港主航道深水航槽直靠码头的进槽时机，最大限度保证船舶的安全。
参考文献
[1] 青岛船舶交通管理系统安全监督管理细则.2019.12.02：07-08.
[2] 洪碧光.船舶操纵[M].大连：大连海事大学出版社.2008.05.
[3] 王春久.超大型船舶在浅水域中下沉量与富余水深的探讨[J].航海技术.2012（01）：02-07.
[4] 方泉根.大型船舶操纵[M].北京：人民交通出版社.2012.08.
作者简介
薛朝良，一级引航员，（E-mail）[email protected]， 15505321153
关键词：超大型油轮;主航道深水航槽;直靠;进槽时机;注意事项
0 引 言
青岛港是国家战略油储备基地，也是国内港口接纳超大型船舶数量最多的港口之一。由于受航道条件、导助航设施、水域通航环境和监管设施等诸多因素的限制，到港超大型油轮无法在一个潮水周期内完成靠泊，需在锚地锚泊等候潮水，利用两个潮水周期分段操作，在过去的时期内也满足了港口的需要和安全的要求。但近段时间到港的超大型油轮越来越多，两个潮水周期分段操作的传统引航作业模式不能满足港口及企业的需求。为解决这一问题，青岛港引航站就青岛港主航道深水航槽超大型油轮直靠事宜展开深入研究，并制定出直靠码头的作业条件。其中进槽时机就是一个很重要的作业条件，只有掌握了超大型油轮的进槽时机，才能提高直靠作业的安全性。
1青岛港主航道深水航槽介绍
1.1地理位置
2012年4月，青岛港主航道深水航槽投入使用。深水航槽位于大公岛西北侧的青岛港主航道上的分道通航制水域内。贯穿于第三分道通航和第三警戒区，系人工疏浚。有效宽度440 m，水深22.5 m，走向与主航道走向一致为283°—103°，如图1所示。
1.2助航标志
共设有W1～W13共13个灯浮，W1号灯浮35°59′17.7″N，120°31′43.0″E，莫（a）白6秒，设有雷达应答器Z（——··）;W1、W3、W5、W7、W9、W11、W13位于深水航槽右侧，W1—W11灯浮间距0.8 n mile ，W11与W13灯浮间距2 n mile;W2、W4、W6、W8、W10、W12位于深水航槽左侧，W2—W10灯浮间距0.8 n mile，W10与W12灯浮间距2 n mile。除W1灯浮，另外6组灯浮左右依次对应。
1.3交通管理
青島海事局对深水航槽作了如下管理细则[1]：
1.3.1青岛港主航道深水航槽供超大型船舶使用，其他船舶不应妨碍只能在深水航槽以内安全航行的超大型船舶通行，且经VTS中心同意后方可进入深水航槽。
1.3.2超大型船舶在进入深水航槽前应满足以下条件：
（1）引航员在船引领;
（2）船长在驾驶台值班，轮机长在机舱值班;
（3）在深水航槽内的富余水深，应不少于其实际最大吃水的15%;
（4）显示规定的号灯、号型，悬挂规定的信号旗;
（5）能见度不低于1.5 n mile，风力不超过蒲氏8级，波高不超过2.5 m;
（6）护航监护船艇已处于随时可用状态;
（7）已做好处置应急情况的准备。
1.4登离轮地点
吃水15 m及以上的船舶，以位置35°58′.63N，120°34′.73E为圆心，半径500 m的圆形水域为引航员登离轮地点。此区域距W1灯浮的距离约为3 n mile。
2 超大型油轮在深水航槽的航行影响要素及相关注意事项
2.1风场
青岛海区属于季风海洋气候，夏季多偏南风，冬季多偏北风。主航道深水航槽海域强风向为东南/西北向，与航道走向相差不多，且全年平均风速较小，为5.5 m/s，对满载的超大型船舶来说影响不大。
2.2流场
2.2.1基本特性
本水域潮流具有明显的往复流特性，同一垂线落潮流向和涨潮流向大多相差180°左右。潮流垂向分布特征为：不论涨、落潮，潮流流速的极值均主要出现在水层的中上部，出现位置以表层和近表层居多。
青岛港大潮升4.09 m，小潮升3.27 m，大公岛距离青岛港验潮站有近20 n mile，潮时与主港有一些延迟。涨潮主流向为260°左右，落潮主流向为80°左右。主港高潮初落时，深水航槽仍为涨潮，但流向会逆时针变化，主港高潮后1 h 20 min左右，航槽流向在103°左右，基本与航道走向一致;主港高潮后2 h，航槽流向转到80°左右，达到正常的落潮流向。
2.2.2流压差角
流压差角是指船舶在流场中的运动速度方向与船舶首尾线之间的交角。流压差角是表示流对船舶运动影响程度的重要指标[2]。
据2001年的实测海流观测资料表明：青岛港主航道深水航槽海域的实测最大涨潮流流速为0.88 m/s，流向分别为258°和260°;分别出现在表层和0.2H层。最大落潮流流速为1.06 m/s，流向分别为82°和76°，分别出现在表层和0.2H层。
航道走向为283°—103°，现取最大涨流流速时的与航道走向夹角最大的流向258°和最大落潮流流速时的与航道走向夹角最大的流向76°，来算取船舶在深水航槽航行的最大流压差角。
深水航槽为均匀流场，在均匀流场的流压差角可表示为
? =arctan
式中：
?—流压差角;
V—船速，船舶对水速度;
V?—流速;
θc—流向与船首向之间的交角，或称为流舷角。
由上式可知，流压差角与船速、流速和流舷角有关。在较宽阔的水域，可通过提高船速或改变航向来减小流的影响，但在深水航槽这种宽度受限的的航道中航行时，只能通过提高船速的方法来降低流压差角。
涨潮流速0.88m/s，最大流舷角25°时，通过该式计算几种船速下的流压差角见表1。
落潮流速1.06 m/s，最大流舷角26°时，通过该式计算几种船速下的流压差角见表2。 所以，相同船速下，漲潮流急时所产生的流压差角要比落潮流急时所产生的流压差角要小得多，应特别注意落潮流急时的船速，在进入深水航槽之前应有较高的船速，以使本船有较小的流压差角。
2.3航迹带宽度
航迹带宽度是指船舶航行中保持航迹过程中所占用的水域宽度，在深水航槽这种受限水域，航迹带宽度将直接影响船舶的航行安全。航迹带宽度的大小与船舶操纵性能、操船者的操船技能、航行环境等因素有关。交通部发布的《海港总平面设计规范》规定航迹带宽度A（m）按下式确定：
A = n（Lsinγ+B）
式中：
n——船舶漂移倍数，采用表3的数值;
γ——风、流压偏角，采用表3的数值;
L——船长（m）;
B——船宽（m），
见表3。
现以最大落潮流速与航道最大夹角的横向分量来确定n的取值。V=1.06×sin26°=0.47（m/s），所以n取1.69，γ取7°。以超大型油轮代表船型的船长330 m、船宽60 m为例，则超大型船舶在深水航槽的航迹带宽度A=1.69×（330sin7°+60）=169米，接近航道宽度的2/5，在深水航槽航行时应足够重视，密切关注舵工的操舵水平及舵角指示，及时纠正不正当的操作。
2.4下沉量
船舶航行于浅水时，船体的下沉量较深水大。船型比较肥大的船舶，船艏的下沉量会大于船艉的下沉量。水深越浅、速度越快、船型越肥大，船首的下沉量也会越大，在船体整体下沉的同时，还会伴随吃水差的变化[3]。所以，超大型油轮在深水航槽航行时必须格外关注船体的下沉问题。
据本人的航海实践，很多被引的超大型油轮的引航卡给出的浅水水域的船体下沉量计算公式简单为：
Squat=2Cb×Vs?/100，本式中：Cb为方形系数;Vs为船速。
此公式是表示船舶重心处的整体下沉量。大部分超大型船舶均采用此公式，计算简便，但是计算结果偏大、偏安全，也可能没有反映实际的下沉情况。
另外，一部分超大型油轮的引航卡把浅水水域的下沉量细化为两个公式：
一是运河和人工疏浚的横截面连续不变的航道，下沉量采用公式Squat=1.43Cb×Vs?/100;
二是横截面不一致的航道或者岩石凿出的航道采用公式Squat=2Cb×Vs?/100。
综上所述，笔者以为，深水航槽属于人工疏浚的横截面连续不变的航道且所采用的公式Squat=1.43Cb×Vs?/100能较好反映实际的下沉量，所以在实际操作过程中可以采用此公式比较合理。
根据Squat=1.43Cb×Vs?/100公式，以船长330 m、船宽60 m、吃水20.5 m为例，（Cb=0.808），在水深22.5 m的深水航槽中，以不同速度航行时船舶下沉量的估算，见表4。
2.5 富裕水深
超大型油轮在深水航槽航行时，所受到的浅水效应比一般的船舶大，为使其具有一定的保向性和航向稳定性，从而保证其正常的安全航行和操纵，必须确保有足够安全的富余水深。
在决定富余水深的时候，应充分考虑引起吃水变化和引起水深变化这两类因素。引起吃水变化的因素包括船舶航行的下沉、波浪、纵倾、横倾或垂荡引起的船舶吃水增加，引起水深变化的主要因素是潮汐。因潮汐是动态变化的，所以富余水深也是动态变化的。但是最小的富余水深值必须要能够保证船舶的安全航行[4]。
3 超大型油轮经深水航槽直靠码头的条件
3.1满足富余水深要求
青岛海事局规定：在深水航槽内的富余水深，应不少于其实际最大吃水的15%。
3.2进槽时机
超大型油轮一般在高潮时到达码头靠泊，在低潮时如果泊位水深足够也可以靠泊。下面分别就高潮时靠码头和低潮时靠码头确定各自的进槽时机。
3.2.1高潮时靠码头的进槽时机
从小公岛登轮点至航槽末端W13航程为近9 n mile，登轮速度5～7 kn，登轮后以全速行驶，此段为加速过程，行至W1时速度一般会达到9 kn左右，航槽内速度可至11 kn左右，所以从登轮到W13一般需要1 h;从W13至团岛南侧航程为6 n mile多，此段为减速和拖轮带缆过程，一般到达团岛南侧速度控制在5 kn左右，此段航程需要接近1 h;从团岛南侧到达油轮码头直线距离为2n mile多，此段属于靠泊阶段，需要1 h左右，见图2。
所以应该在高潮前3 h登轮，高潮前2 h 40 min左右到达W1，此时的潮高加水深减去船舶吃水大于15%的吃水即可。之后，通过航槽的水深随着潮高的不断增大也不断增大，肯定能够满足富余水深的要求。
3.2.2低潮时靠码头的进槽时机
低潮时靠泊，在进入航槽后潮水不断减小，所以应保证船舶在到达W13时满足富余水深的要求。登轮时间就是船舶低潮前到达W13满足富余水深的时间再向前推1 h，安全起见，可以再增加30 min的富余时间，因为有的船船况较差，又加之落潮的原因，加速比较慢，为了使船能够在安全的时刻出航槽，必须留足安全余量。
4 操纵满载VLCC经深水航槽直靠三期油码头实例
4.1船舶概况及引航计划
2020年7月5日（农历十五），VLCC“塔卡”（TAQAH），LOA333m，B60m，平吃水20.5 m，DW 278 642 t，排水量326 734 t。潮汐情况：青岛高潮时0429 潮高442 cm;低潮时1111 潮高129 cm。
引航计划操作时间节点如下：
0800 小公岛登轮点引航员登轮
0820正横W1，进入深水航槽
0900正横W13，出深水航槽
1000正横团岛
1100靠妥三期油码头
4.2航经深水航槽时各关键节点的船舶动态数据，见表5
由上面的操船实例可知，低潮直靠码头经过深水航槽时，龙骨下富余水深4.4 m以上，为船舶吃水的20%以上，能够充分满足航行安全的要求。
5 结束语
超大型油轮直靠码头作业的模式，简化了超大型油轮的进港程序，缩短了超大型油轮进港航程和航行时间，提高了超大型油轮的进出港效率，对港口综合能力的提升以及地方社会经济发展起到一定的助推作用。本文基于直靠码头作业条件中的进槽时机展开论述，结合流、富裕水深、潮汐等外界条件，确定超大型油轮经青岛港主航道深水航槽直靠码头的进槽时机，最大限度保证船舶的安全。
参考文献
[1] 青岛船舶交通管理系统安全监督管理细则.2019.12.02：07-08.
[2] 洪碧光.船舶操纵[M].大连：大连海事大学出版社.2008.05.
[3] 王春久.超大型船舶在浅水域中下沉量与富余水深的探讨[J].航海技术.2012（01）：02-07.
[4] 方泉根.大型船舶操纵[M].北京：人民交通出版社.2012.08.
作者简介
薛朝良，一级引航员，（E-mail）[email protected]， 15505321153