朱正雷 天津港引航中心

港內船舶在運輸行駛過程中，遇到淺水域的概率相對較高，駕引人員需要通過科學完善的操縱措施，全面發(fā)揮出車、舵、錨等相關設備的價值效用，并依靠港內拖輪的協(xié)作，不斷提高船舶在淺水域中操縱的安全性、可靠性及穩(wěn)定性。

1.淺水域的基本概念

眾所周知，船舶有規(guī)格大小的區(qū)分方法，然而精準判斷此區(qū)域是否為淺水域需要結合水域的具體深度以及船舶的吃水比例h/d而進行判定，雖然在國際上并沒有針對淺水域給予明確統(tǒng)一的概念定義，但是對于一般運輸船舶，一般將水深分為如下四個范圍：深水（h/d＞3.0），中等水深（1.5＜h/d＜3.0），淺水（1.2＜h/d＜1.5），超淺水（h/d＜1.2）。另外，從一水域對船舶實際操縱和船舶運動的影響分析，可以根據船舶的運動狀態(tài)來明確此水域是否屬于淺水域。根據淺水域對船舶的實際航行所產生的影響，本文重點分析以下幾個方面。其一，分析船舶橫向航行運動中受到橫向水動力及橫向水動力距值大小。其二，分析船體在實際運行過程中受到的阻力大小。其三，分析船舶操縱性能的影響大小。

2.淺水對港內船舶運動狀態(tài)和船舶操縱的具體影響

2.1 增加橫向水動力和水動力力矩

港內船舶在淺水領域的航行過程中，整個船體附近水系的流動性與在深水域當中存在一定的差異性。在深水域航行期間，船體的首部和尾部附近水系流動具有三維空間流動的特征。船首位置水系流動通常會向兩旁分散開并直至后方向，具有顯著向下的流動特性；而在船尾位置水系的流動則由兩側向縱中剖面，又向后移動，可以直接看出其具有顯著向上的特征。在淺水域中，船體的首部位置與尾部位置流動性往往會受到外界因素的干擾和影響，比如空間、地點的約束等等，在這些因素的影響下，結合深水域的三維運動特征，相對水流從三維流動及時轉化為二維平面化流動，這可以為操作人員呈現出船體附近不同的水壓變化趨勢。

通常情況下，淺水域的船舶底部位置與河床間在無形當中營造出一條水道，這會增加水的流動速度，也會因水系自身的粘性特點而在河床、船底位置形成界面，使得船舶的底部水流速越來越快，這種附加形式的速度增加通常被稱作回流速度?；亓魉俣犬a生后會不斷加強船舶行駛過程中底部位置的水體流速，船體壓力在短時間內下降，導致整個船底不斷下沉，而且船底與河床之間的邊界厚度也會逐漸增加，進而出現縱傾狀況。另外，回流造成船體下沉，船體濕面積大幅度增加，會使摩擦阻力也隨之而提高。在相對速度加快的基礎上，船體壓力也會立刻下降，導致船體首部與尾部壓力差過大，產生渦流。在淺水域中，由于船體周圍水流加速，船體濕面積增大等因素的變化，船舶所受到水動力及水動力力矩隨之增大。隨著水深逐漸變淺后，橫向水動力及橫向水動力力矩隨著水深的變淺而增大。尤其是在h/d＜2之后，隨著相對水深變淺，水動力系數和水動力力矩系數增大更加明顯。橫向水動力及力矩的增大對船舶操縱的影響主要體現在靠離泊時不易橫移和不易轉船，造成船舶靠離泊或回旋掉頭困難增加。

2.2 增加船舶的縱向阻力

船舶在淺水域航行階段中，整個船體附近的壓力產生動態(tài)性變化，船底水流因速度的增快而不斷加大摩擦阻力，同時船體周圍壓力降低，引起船體下沉，吃水增加，增加了濕水面積。這也反映出水域深度與吃水以及航行速度之間的相互關系，當水深越來越淺，航行速度越大的情況下，船體的摩擦阻力便會越來越大。船舶在淺水域航行，船中的低壓力區(qū)逐漸朝向尾部位置擴張，引起船舶整體下沉，整體縱傾的狀況加劇。淺水域中出現興波增強便增大了興波阻力，淺水使螺旋槳周圍的渦流增加而降低推進器的工作效率。所以這些因素的疊加結果使船舶航行速度逐漸下降。由此可以看出，增加的阻力或降低推進器的效率都會導致船舶出現降速現象。

2.3 加劇船體下沉和縱傾

在船舶的前進階段中，將船首部的水流逐漸向左側和右側兩個方向排開，船首和船中的流態(tài)出現劇烈變化，導致整體水流的速度也出現變化，船首和尾部形成高壓區(qū)域，而船中位置形成低壓區(qū)域。在船體加速的過程中，整體水流速度比船舶航行的速度要快許多，這就導致船體周圍的水位不斷下降，產生船體下沉現象。然而在淺水域中船體下沉的程度更加嚴重，甚至出現船底與海底接觸摩擦的狀況。淺水中船體縱傾的變化，也比深水中明顯。淺水中船體下沉和縱傾的特點如下：1）較低船速時就開始出現船體下沉。2）隨著船速增加，下沉量增加率比深水中大。3）船體達到首傾最大值及有首傾變?yōu)槲矁A所需船速低。

從整體上來看，深水域中的船舶會在航行過程中因周圍壓力系數的改變促使兩側水位逐漸下降，便導致整個船舶下沉，原本的縱傾狀態(tài)也有一定的改變，這種下沉和縱傾的程度主要取決于船型和船速，肥大型船舶船體下沉和縱傾變化劇烈，航速越快，船體下沉和縱傾變化越激烈。淺水中船體出現下沉和縱傾狀況比在深水域中出現的這種情況更嚴重，所以會直接影響到船舶的操縱。在商船允許的航行速度標準下，淺水域中始終維持不變速度航行會造成船體下沉，隨著不斷提升航行速度后，下沉的概率也會越來越大。所以，當進出港船舶通過淺水域期間，相關人員需要重點關注船體下沉和縱傾狀況的發(fā)生，結合相關計算方法，將剩余水深和相關數據精準計算出來，避免船舶出現擱淺現象，為了保障船舶上人員安全和船舶安全，需要及時降低航行速度通過淺水域。在實際操縱船舶期間，盡可能采用備車航行，并在航行過程中全程開啟測深儀器，及時推算出剩余水系的深度，確保進出港船舶航行的穩(wěn)定、安全。

2.4 旋回性能降低，航向穩(wěn)定性提高

進入淺水域后，在舵力初始回旋力矩的影響下，船舶進入旋回，船舶整體的旋回阻尼矩會隨之增大，便出現旋回性指數K不斷減小，旋回性能也會因此而降低。在淺水域航行期間，船舶的旋回直徑與深水域旋回直徑相比，前者稍大一些，當水深吃水比小于2的情況下，旋回直徑將會不斷增大；當水深吃水比超過4的情況下，便不會對船體旋回直徑造成較大的影響。所以當港內船舶駛入淺水域后，即便采用舵或增大舵角，仍會出現船頭始終保持不轉動的狀況，如果發(fā)生轉動后又非常困難精準掌控其自身的船首向。

當船舶于淺水域航行期間，船舶旋回阻矩及虛慣矩均有較大增加，其中旋回阻矩的增加幅度更大，這促使船舶航行的穩(wěn)定性比在深水水域中獲得顯著提升。

2.5 提高船舶的停船性能

進出港船舶在淺水域航行階段中，因受到興波加強、首部傾斜、船體下沉等因素的影響，整個船舶壓力和阻力迅速增加。同時，船舶在淺水中航行，螺旋槳的推進效率降低，船體的附加質量增大。在停船后余留速度較高的時期內，淺水域中航行阻力增加的幅度較大，對縮減沖程和航行速度有一定的幫助。當速度降低到最小化時，因上述幾項作用的削弱，減速狀況有所遲緩。因此，總得來說淺水對減少沖程有利。但淺水中倒車操縱過程中，螺旋槳橫向致偏作用比較明顯。

2.6 對舵力及舵效的影響

船舶在淺水域航行期間，因船體的不斷下降，造成船底部水斷面逐漸減小，整體水系流向過于紊亂，直接對船舶的舵力產生不必要的影響。當船舶進入淺水域后，二維流速度的持續(xù)增加會造成船體下沉狀況愈加嚴重，縱傾增加的基礎上，船舶尾部位置水流向上擴散，加快了船舶周圍渦流，也加強了船尾部的伴流量，渦流和伴流的增加減弱了舵力。另外，當船舶的螺旋槳裝置始終保持勻速狀態(tài)時，滑失比提高，舵力提高。還有，淺水域中船舶的下方位置與海底距離比較近，舵葉下端部受到整流作用，產生了類似增加舵面積的效果，使得舵力降低獲得一定的彌補。從整體角度來看，舵力的下降程度不是很嚴重。但在淺水水中航行舵效變差，這是由于淺水中回轉阻力大大增加的緣故。結合相關試驗數據可以證明，在h/d=2時，回轉角速度會降低到深水的85%左右；而當h/d=1.25時，回轉角速度為深水的1/2左右。

2.7 跑舵

航行中的船舶出現朝向某一方位偏轉的狀況被稱為跑舵。船舶在淺水域的邊緣航行期間，首部位置向兩旁不斷排水并加速前進，在此期間，首部位置形成高壓區(qū)域，因兩旁水深的條件有所不同，排向較深區(qū)域的水可以立即擴散開，處于淺水區(qū)的一側其水面會在行駛過程中不斷升高，從而產生額外的壓力，額外的壓力差迫使船舶向深水一側轉動。在實際操作過程中，為了抑制船首朝深水一側偏轉，保持船舶沿航道航行，需向航道邊緣一側壓舵。航道寬度越窄，船速越快，跑舵現象越嚴重。

3.在淺水域港內船舶操作期間的注意要點

港內船舶在航行過程中，駕引人員需要時刻關注螺旋槳轉速、回轉性能、舵效和船尾的泥沙翻滾等現象，判斷船舶是否已經駛入淺水域。駕引人員為了確保船舶航行的穩(wěn)定及安全，需要結合船舶的操縱技巧和裝載重量以及水深度、航道情況等因素條件，結合實際的交通情況及時采取科學有效的操縱措施。

3.1 自主降低船速

船舶的降速主要分為兩種類型，分別為自然降速和自主降速，兩者有一定的區(qū)別。自然降速通常是在淺水域受到阻力值超過船舶螺旋槳的推力數值的情況下，利用同樣的轉速自然降低船舶的前進速度。主動降速需要做好以下兩方面工作。其一，備車。船舶備車后，主機的輸出功率往往為最大限度輸出功率的50%-60%左右，而且對于主機換車、實施船舶機械化操作有一定的幫助，這可以更好的滿足淺水域中交通環(huán)境復雜多端的情況。另外還可以防止產生主機超負荷工作的不良現象。主機過于陳舊的船舶更需要做好備車工作。其二，極淺水域的深度降速。當h/d接近1.1的情況或者更小時，便該水域被稱為淺水域中的極淺水域，在此水域中，規(guī)模較大的船舶需要針對自身的下沉和縱傾變化情況確切到具體的數值，在行駛過程中要始終保持警惕、警醒的心態(tài)，不可因趕潮水過淺灘而運用高速度觸底或擦淺，進而產生嚴重的擱淺安全事故。在極淺水域航行的船舶需要在上述備車處理的前提條件下重點思量船舶自主降速的問題。

3.2 注意船舶旋回性能的變差

從整體視角來看，船舶在淺水域航行期間會出現旋回性能降低的狀況，為了將船舶掉頭旋回所涉及的水域范圍降低到最小化，大部分駕駛員和引航員會運用最常見的加速旋回操作方法。也就是在船舶進行掉頭或旋回動作前，第一步降低原本的行駛速度，在開始進行旋回和掉頭時，采用高效率的螺旋槳轉速，在增加滑失比的基礎上提高船舶舵力。但是，采用這種加速回旋的操縱方法需要全方位考慮到淺水域帶來的影響。

3.3 改善停船性能

對于航行于淺水域的船舶而言，因二維流速、船體下沉等原因，其整體阻力也會有所增加，船體所受到摩擦力也會增加。總的來說，船舶在停船過程中所發(fā)揮的各項性能也會有所改進。首先，在停船產生沖程過程中，淺水阻力比深水域的阻力要高，更適用降低速度而減少沖程。在余速較低的情況下，因各種外界因素的干擾效果減弱，也減少了船舶?？刻幚砥陂g的沖程作用。

在港內淺水域操縱船舶期間，駕駛員與引航員需要密切注意淺水域減少停船沖程的實際效果，避免出現安全事故。在緊急停船期間，緊急停船所具有的沖程效果與水深息息相關。當h/d=3時，緊急停船沖程為深水域沖程的100%；當h/d降低為1.2的時，緊急停船沖程會低至83%，由此可以看出，緊急停船的沖程隨著h/d數值比減少而減少。除此以外，駕駛員和引航員運用大舵角旋回方法制動時，他們需要深刻意識到船舶在淺水域經常出現旋回性變差的問題，所以要大角度旋回制動的降速效果會無法發(fā)揮出原有的價值效用。所以，船舶在航道或港內淺水域航行中，除了自力制動措施以外，還需要借助拖輪等其他方法的幫助。

淺水域中倒車操縱過程中，螺旋槳橫向致偏作用比較明顯。試驗結果表明，對于試驗船型（右旋單槳油船），倒車過程中船首向右偏轉的角度在深水，中等水深和淺水中的數值分別為18度、50度和88度。因此，在停船過程前，淺水域船舶應多操偏轉相反方向的航向，提前讓拖輪做好協(xié)助，克服船舶顯著偏轉。

4.結論

淺水域是港內船舶航行過程中接觸頻率最高的區(qū)域，在實際船舶航行過程中，駕駛員或引航員在發(fā)現螺旋槳轉動速度降低、回轉性能變差等現象便可以斷定船舶已經駛入淺水域，需要給予足夠的關注與重視。駕引人員需要全面發(fā)揮出良好的船舶操縱技術，保證進出港船舶可以安全駛過淺水域。