七君

今年3月24日，由日本制造、船員來自印度、運(yùn)營(yíng)公司來自中國(guó)臺(tái)灣、掛的是巴拿馬的旗、最后被荷蘭人和埃及人幫忙拖走的長(zhǎng)賜號(hào)巨型集裝箱船在蘇伊士運(yùn)河擱淺。蘇伊士運(yùn)河連接著紅海和地中海，全球12%的貿(mào)易要通過這條運(yùn)河，因此它常常被稱為“歐亞大動(dòng)脈”。但是，長(zhǎng)賜號(hào)集裝箱船把這條重要的國(guó)際運(yùn)輸要道給堵上了，超過200艘輪船卡在了河道里，在整整六天六夜后才再次通行。

蘇伊士運(yùn)河管理局的局長(zhǎng) Osama Rabie 稱，在長(zhǎng)賜號(hào)擱淺期間，光是埃及每天的損失就在1200萬～1500萬美元。一些分析人士指出，長(zhǎng)賜號(hào)集裝箱船擱淺帶來的整體損失可達(dá)每天100億美元。

岸壁效應(yīng)容易造成困局

那么長(zhǎng)賜號(hào)集裝箱船是怎么擱淺的呢？這可能是由于一個(gè)經(jīng)典的物理現(xiàn)象。根據(jù)比利時(shí)根特大學(xué)海洋技術(shù)系系主任 Evert Lataire介紹，長(zhǎng)賜號(hào)集裝箱船的擱淺可能和岸壁效應(yīng)有關(guān)。

長(zhǎng)賜號(hào)集裝箱船長(zhǎng)400米、高60米，橫過來就可以把蘇伊士運(yùn)河整個(gè)堵住。在這樣狹窄的水道里，大船運(yùn)行時(shí)屁股很容易被河岸吸牢，這就是岸壁效應(yīng)。實(shí)際上當(dāng)船在狹窄的水道中前進(jìn)時(shí)，船頭的水位總是比船身和船尾的高。因此當(dāng)水流從船頭沿著船身流向船尾時(shí)，就會(huì)從一個(gè)較寬的通道進(jìn)入一個(gè)狹窄的區(qū)域。

船頭的水位總是比船身和船尾高

這個(gè)問題可以用文丘里效應(yīng)來解釋：當(dāng)液體經(jīng)過一個(gè)狹窄區(qū)域時(shí)，流速會(huì)增加，而壓強(qiáng)降低。這就意味著，和船頭相比，船體附近是個(gè)低壓區(qū)。如果船靠河岸或者其他船太近，它就容易被吸住，造成岸壁效應(yīng)。

根據(jù)岸壁效應(yīng)可知，在狹窄的水道中行駛時(shí)，當(dāng)船頭開始轉(zhuǎn)向時(shí)，更靠近河岸的那一邊船身就容易被河岸吸過去。因此學(xué)過船舶知識(shí)的都知道，大船過小道時(shí)，就要特別留心別讓船體與河岸或其他船只靠得太近，速度不能太快，要盡量走河道中心線。

歷史上岸壁效應(yīng)曾經(jīng)造成一些大事故。比如在1934年1月，英國(guó)納爾遜級(jí)戰(zhàn)列艦以每秒4.6米的速度離開英國(guó)樸次茅斯港，結(jié)果就因?yàn)榘侗谛?yīng)擱淺。

船身附近的水壓比船頭小，更容易被河岸吸引

英國(guó)納爾遜級(jí)戰(zhàn)列艦在英國(guó)樸次茅斯港擱淺

從行駛記錄來看，長(zhǎng)賜號(hào)集裝箱船可能也發(fā)生了類似的事。在當(dāng)?shù)貢r(shí)間3月23日早上7 ：30，長(zhǎng)賜號(hào)剛進(jìn)入蘇伊士運(yùn)河不久就遇到了沙塵暴。蘇伊士運(yùn)河管理局在3月26日表示，長(zhǎng)賜號(hào)是在遇到了強(qiáng)風(fēng)和沙塵暴后才無法掌舵的。

根據(jù)船舶自動(dòng)追蹤網(wǎng)站 VesselFinder 對(duì)當(dāng)時(shí)長(zhǎng)賜號(hào)航行姿勢(shì)的跟蹤記錄，當(dāng)長(zhǎng)賜號(hào)遇到強(qiáng)勁的西風(fēng)時(shí)，曾試圖向西面操舵對(duì)抗風(fēng)力，如此一來就陷入了岸壁效應(yīng)的困局，最終船身順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，船頭扎入了東岸。

“邪門”的艉坐效應(yīng)

不過，狹窄水道中邪門的物理現(xiàn)象并不只有岸壁效應(yīng)，大船過小道還要注意艉坐效應(yīng)。

上面說到，當(dāng)船在狹窄的水道中前進(jìn)時(shí)，船頭的水位總是比船身和船尾的高，因此船身的水流速度比船頭更大，壓強(qiáng)更低。實(shí)際上這一點(diǎn)也適用于船底的情況，因?yàn)樗鲝拇^流到船底時(shí)，也要經(jīng)過更狹窄的通道。如此一來，船底也會(huì)被河床吸引，也就是說船屁股容易在淺水區(qū)下沉，這就是艉坐效應(yīng)。

在深海（上）輪船不容易受到艉坐效應(yīng)的影響，在淺灘（下）艉坐效應(yīng)很明顯

艉坐效應(yīng)主要和水深以及船速有關(guān)。船速很大時(shí)，輪船更容易發(fā)生屁股蹲。而水深不足吃水深度（船舶在水中沉入水下部分的最深長(zhǎng)度）2.5倍時(shí)艉坐效應(yīng)非常明顯。

艉坐效應(yīng)在特定情況下很容易發(fā)生

因?yàn)轸鹤?yīng)，大船在淺水中很難操舵，很容易跟著水底地形運(yùn)動(dòng)，或在淺水中打轉(zhuǎn)。艉坐效應(yīng)也曾造成不少事故。1992年7月8日，伊麗莎白女王二號(hào)遠(yuǎn)洋郵輪在美國(guó)馬塞諸塞州的卡蒂杭克島附近的沙洲上擱淺，美國(guó)國(guó)家運(yùn)輸安全委員會(huì)（NTSB）后來的調(diào)查指出，船員們不清楚水底地形，因此低估了船速過高造成的艉坐效應(yīng)，直接導(dǎo)致了事件的發(fā)生。

2000年，Tecam Sea號(hào)和 Federal Fuji號(hào)散貨船在加拿大魁北克的索雷爾·特雷西港口相撞，后來的事故分析報(bào)告指出，艉坐效應(yīng)也是肇事因素。

甚至還有輪船利用艉坐效應(yīng)強(qiáng)行降低“身高”，避免超過最大安全通航高度的奇怪操作。2009年11月1日，世界第三大游輪、高出水面72米的海洋綠洲號(hào)為了能通過丹麥的大貝爾特橋，在過橋時(shí)加速至每小時(shí)37千米，成功讓大船多入水30厘米，最終以小于最大安全通航高度4厘米的距離驚險(xiǎn)過橋，大秀了一把“過橋米線”的技術(shù)。

海洋綠洲號(hào)擦線通過大貝爾特橋

總而言之，運(yùn)河和淺灘這些水道對(duì)大船來說處處是坑，沒學(xué)好流體力學(xué)的船員搞不好分分鐘就要給人添堵啊。

（本文經(jīng)授權(quán)轉(zhuǎn)載自“把科學(xué)帶回家”公眾號(hào)，有刪節(jié)）