平海电厂码头靠泊风险分析与操纵对策_叶岳彪.pdf

措施，希望能够促进顺流离泊技术的提高，以技术创新提升效率，助力优化港口营商环境。参考文献 1李能荣 超大型集装箱船反潮水离泊操纵J 航海技术，2016(2):4-8 2陆元旦 潮流港顺流调头离泊操纵研究J 航海技术，1994(5):5-7 3徐祥孙 顺流离泊的操纵方法及风流对操纵的影响J 水运科技信息，1998(4):16-17 4范建平 南沙港顺流与顶流靠离泊比较J 航海技术，2014(4):5-6 5潘国华 大型集装箱船舶急顺流离泊技术的研究D 大连:大连海事大学，2010 6唐国强 上海港全天潮水靠离船舶的思考J 航海技术，2012(4):22-24作者简介:蔡斌，高级引航员，(E-mail)caibinsh-pilots com cn蔡飞飞，高级引航员，(E-mail)caifeifeish-pilots com cn胡建国，高级引航员，(E-mail)hjhellen6072126 com2023 年 1 月航海技术第 1 期平海电厂码头靠泊风险分析与操纵对策叶岳彪(惠州港引航站)惠州港平海电厂码头(2236N，11444E)位于大亚湾东岸湖头角，是一个具有非均匀流场和复杂流态的港区泊位。受条件和环境限制，其建设初期对防波堤和半敞开式港池结构引入的水流变异缺乏相应的测量和评估。开港初期，驾引人员由于无法获取足够的流场资料，也暂无操控经验的积累，导致共有 4艘船舶在 8#灯浮附近发生搁浅。港池内水流流向、流速切变导致的船舶异常位移和偏转往往让驾引人员措手不及，船舶操纵难度和安全风险较高，很多船长和引航员对此望而生畏，不敢轻易操纵。1 为保障该港区船舶靠泊操纵安全，有必要对船舶在具有复杂流态港池中的操纵特点进行分析评估，确定相应的引航操纵指引，更科学地指导引航操纵。1港区泊位布局及水文环境1 1港区设施布局平海电厂港区布局见图 1。1)航道。平海电厂进港航道按乘潮通航 10 t吨级船舶标准建设，航道长 2 n mile，走向为 000/180，有效宽度 162 m，水深 15 7 m。2)导助航设施。沿航道和港池边界设置 4 座左侧标、6 座右侧标和 1 组导标。3)防波堤。防波堤总长 994 m，为斜坡式结构，走向 68/248。4)旋回区。掉头区紧邻码头前沿，直径 500m，基本满足 10 万 t 级船舶旋回需求。5)码头。码头长度为 310 m，走向 131/311，设计靠泊能力为 15 万 t 级，前沿宽度 86 m，设计水深 16 2 m。1 2气象水文环境1 2 1风港区常风向为 NNE，常向风频率为 14 5%，强风主要风向为 N 和 NE。根据多年观测，平均每年有 22 d 出现 6 级以上大风天气，11 d 出现 8 级以上大风天气，年平均风速为 2 9 m/s。1 2 2潮汐大亚湾潮汐为不正规半日混合潮，每月有 8 10 d 为日潮，20 22 d 为半日潮。受地形影响，潮汐日不等现象非常明显，有时在一个太阴日中出现2次高潮和2次低潮。平均高潮位为 1 50 m，平均图 1平海电厂港区布局低潮位为 0 67 m，平均潮位为 1 13 m，涨潮最大潮差为 1 63 m，落潮最大潮差为 2 25 m，平均小潮差为 0 83 m，平均涨潮历时7 h 9 min，平均落潮历时5h 18 min。1 2 3潮流大亚湾为弱潮流海湾，平均流速为 0 1 m/s，转流时，湾口西侧先涨后落，东侧先落后涨，形成逆时针环流，历时约 1 h。根据实测资料，湾内潮流基本为往复流，湾口和中部流速较大，湾口东水道最大流速为08 m/s。平海电厂涨潮最大流速为 0 58 m/s，流向为 350，落潮最大流速为 0 35 m/s，流向为178，余流流速为 0 027 m/s，流向为 325。1 3港区非均匀流场平海电厂港池由于防波堤堤口对潮流的阻拦作用，生成流向、流速切变线，切变线基本平行于航道轴线，在旋回区形成大面积微弱环流，码头前沿则存在流向切变。切变线在一个潮流周期中随水动力周期性变化而生成、发展和消亡。2 大潮汛期流速切变的强度大于小潮汛期。根据引航经验，平海电厂港区的流切变特征基本表现为:在码头前沿，无论涨落潮，码头侧和旋回区侧流速均小于 0 5 kn，相差不大，但流向几乎相反，形成流向切变线;在口门处，虽航道侧和港池侧的流向接近一致，但流速差异十分明显，航道侧流速往往高出港池侧 1 倍以上，形成流速切变线(见图 2)。图 2港池流切变线2大型船舶引航作业风险分析2 1引航安全作业统计分析2 1 1平海电厂引航作业统计惠州港引航站在平海电厂码头实施了 458 次引航作业，按不同船型、靠泊时段和安全记录进行统计(分别见表 1、表 2 和表 3)。1)主要靠泊船型为 7 万 t 级巴拿马型船，占73%，其次为 10 万 t 级船，占 14%，5 万 t 级船占 13%。表 1按船型统计船型典型尺度/(m m)艘次5 万 t 级189 32597 万 t 级225 3233510 万 t 级235 3864表 2按靠泊时段和船型统计船型涨潮末靠泊艘次落潮末靠泊艘次5 万 t 级41187 万 t 级3023310 万 t 级604表 3按安全记录和船型统计船型是否出现险情靠泊时段5 万 t 级否7 万 t 级是急涨潮10 万 t 级是急涨潮2)主要靠泊时段为涨潮末期，占 88%，退潮末期仅为 12%。3)据统计共有 4 艘船舶在 8#灯浮附近发生搁浅，其中 2 次事故为船长自引船舶，2 次为有引航员在船，均发生在急涨时段进港，引航作业事故率为0 44%。2 1 2安全案例分析平海电厂码头发生的引航作业高风险情况占作业次数的 2%，其中，事故风险 2 次，均为 7 万 t 级以上船型;多次出现船舶在旋回阶段被水流压拢至 7#浮筒的险情，均为落潮末进靠;1 次由于对码头前沿回流现象缺乏了解导致 2 个多小时都无法靠上码头的险情。探究风险因素主要为:1)口门和港池流向复杂，开港初期引航员没能获取足够的流场资料和操纵经验。2)急涨潮进港时控制不好速度，在堤口流速最急的航段停车减速，导致舵效变差，未及时采取其他措施弥补，船舶在流压和惯性作用下压向左前方浅水区。3)潮流较急，浮筒位置偏移较大，特别是防波堤堤头附近浮筒导航参照效果差。2 2大型船舶引航作业风险分析对于 5 10 万 t 级散货船靠离平海电厂码头而言，引航作业主要风险因素为速度控制、船舶进口门时舵效损失、流切变影响下的船舶姿态控制、旋回水域过小、大角度入泊对入泊角度和靠拢速度的控8航海技术第 1 期制等。2 2 1速度控制在微顺流进港时，可用于控速的平直航段较短，航道长 3 600 m，口门至泊位的制动距离仅为1 000m，不利于停车减速。对于 10 万 t 级船舶而言，转向和控速是一对不可调和的矛盾，速度低无法顺利转入港池，若以 5 kn 速度转入口门，则留给船舶停车淌航的时间不足7 min，过快的余速可能导致船舶无法开出倒车。因此，船舶主机正、倒车的启动时间和可靠性尤为重要。2 2 2旋回水域不足旋回区紧邻码头前沿和口门，直径为 500 m。根据 海港总体规划设计 行业标准，回旋水域的尺度应当考虑当地风、浪、流、船舶操纵性能、港作拖船配备等因素，如受水流影响较大的港口，应适当加大旋回水域沿水流方向的长度，宜通过操船试验确定加长尺度;缺乏试验依据时，沿水流方向可取 2 5 3 0 倍船长。3 对于 10 万 t 级船舶回旋区仅为船长的 2 倍，显然可用于掉头的水域不足。2 2 3异常位移和偏转该水域潮流存在流向、流速切变现象，在口门处的流速切变会导致船舶首尾和两舷受流不均从而船舶异常偏转，不利于船舶运动姿态的控制，船舶入泊角度控制困难。在堤口若采取停车减速措施，会导致船舶舵效丧失，无法获得足够的旋回转速，在流压和惯性作用下压拢至浅水区。因此，应注意采取舵效损失的弥补方式和对用车时机的把握。曾有驾引人员由于对流场缺乏了解，采取不力操纵措施，以致2 个多小时都无法靠上码头。2 2 4大角度入泊对船舶靠泊控制的要求进港航向与码头走向几乎垂直，船舶进入港池实施靠泊操纵时，由于可用水域狭小，没有足够的缓冲区域用于调整入泊角度，只能采用边旋回边调整入泊角度的大角度入泊方式。该方法需要有足够的转船力矩和前进、后退的动力，以确保船舶在整个操作过程中按照预订方案进行。因此，需要配备足够的拖船，并对每个阶段船舶受回流和流切变的影响进行操纵预置。3实例分析与引航操作3 1典型操纵案例选取“YD6”轮靠泊操纵进行实例分析。“YD6”轮船长 225 m，宽 32 24 m，载重量 75 265 t，航次装载73 119 t 电煤，吃水14 30 m/14 37 m。靠泊时为微弱涨流，偏北风 4 级，船舶航行轨迹如图 3 所示。1)船位 1:“YD6”轮航速 4 3 kn，2 艘拖船分带在“YD6”轮右侧艏舷和艉舷处，备妥右锚应急。船舶在停车淌航状态开始转入口门，受流向切变的作用，船首加速右转，无法抑制舵力，为保持船位和航向，应适时使用拖船顶推或拖拽。同时，船舶受横流作用向 8#浮筒快速压拢，应选择合适串视目标掌握船位。图 3 中虚线圆圈为下一分钟船位预测。转入口门船舶的摆位应适度占上流，必要时采用车舵控制好前冲和旋回转速。2)船位 2:“YD6”轮航速为 3 1 kn，艏向为021，对地航向为 012，船首距离码头约为 600 m，漂角约为 9。船舶在涨潮流作用下继续向下游横向漂移，但漂移速度明显减慢。3)船位 3:“YD6”轮航速为 2 3 kn，艏向为042，对地航向为 038，船首距离主码头约为 420m。船舶继续旋回，在进入旋回圈后明显无水流影响，从下一分钟预测船位看，船舶存在微弱的横向漂移。4)船位 4:“YD6”轮航速为 2 1 kn，艏向为059，对地航向为 053，船首距离码头约为 160 m。船舶横跨码头侧的流向切边线继续做旋回运动，由于艏艉受流方向相反，涨潮时码头前沿为涨潮流，而旋回圈侧为落潮流，右转旋回转速明显减弱，但基本不存在横向漂移。5)船位 5:“YD6”轮航速为 0 5 kn，艏向为131，对地航向为 043，艏艉距离码头约为 70 m。此时船舶已完成旋回并跨过码头侧的流向切变线，变为迎流，流向基本与码头平行，采用正角度常规靠泊操纵。由于水流较弱，流向切变线对靠泊无实质影响。图 3“YD6”轮靠泊航行轨迹3 2靠泊操纵应注意的问题船舶操纵的主体是驾引人员，驾引人员的船舶9第 1 期叶岳彪:平海电厂码头靠泊风险分析与操纵对策操纵技能差异会对靠泊安全带来影响。本文的分析基于半理论估算和半经验验证，对进港靠泊需注意的问题进行梳理。3 2 1时间窗口选择为保障靠泊安全，应选择合适的靠泊时间窗口并事先制订周密的靠泊方案，尤其是 7 10 万 t 级船舶，根据历史数据统计和经验，应选择在涨潮末平流或微退时段作为靠泊的时间窗口，避免在急涨时段入泊。同时，应根据船况、拖船配备等情况制订合适的靠泊方案。3 2 2航行和控速进港时应注意控制航速，给进入口门留出用车、舵控制船位的时机。船舶进入航道主要为斜顶流或斜顺流航行，在舵力、岸壁效应、横向水动力和回转力矩的共同作用下做漂角斜航运动。同时，受航道西侧岛屿影响，流向、流速多变，特别在涨潮且涌浪较大时，稳定艏向较为困难，且进港航道底宽不足 1倍船长，受岸壁效应影响明显，因此不宜选择急涨期进港，既不利于航行保位，又不利于余速控制。3 2 3口门处操纵口门的横流为不均匀流，增加了船舶操纵的复杂性和困难，尤其对大型重载船舶，潮流的不利影响特别明显。当船舶涨潮进港转向进入口门时，右舷开始受潮流影响，在船首进入港池而船尾仍在防波堤堤口外时，右舷受潮流影响更为明显，船首仍处于缓流区，力偶会加速船舶右转，并向 7#灯浮横向漂移，需保持一定的余速，并合理使用拖船控制好船舶运动姿态。3 2 4靠泊操纵为顺利进入口门，船舶保持较大余速，而大角度入泊对船舶速度控制的要求较高。若船舶以 4 kn速度进入口门，不足 8 min 就接近码头，一般船舶倒车功