船行波对条帚门支航道中渔船安全作业的影响及应对建议

2022年5月22日17:25:06船行波对条帚门支航道中渔船安全作业的影响及应对建议已关闭评论
摘要

崔建国 朱鹏飞 贾宏飞 周承渊 曹博文【摘 要】 为保障条帚门航道内渔船的航行安全,研究航道中远洋船舶产生的船行波对附近渔船安全作业和航行的影响,通过建立线性横摇计算模型和仿真计算得到两船间安全距离,计算出船行波波高和渔船横摇角度的变化规律

    崔建国 朱鹏飞 贾宏飞 周承渊 曹博文

    

    

    

    【摘 要】 为保障条帚门航道内渔船的航行安全,研究航道中远洋船舶产生的船行波对附近渔船安全作业和航行的影响,通过建立线性横摇计算模型和仿真计算得到两船间安全距离,计算出船行波波高和渔船横摇角度的变化规律,通过结果量化分析得到渔船航行安全作业的边界条件。据此提出安全通航应对建议:控制航行距离、控制航行速度、渔船主动避让。

    【关键词】 船行波;横摇;仿真计算;条帚门支航道

    0 引 言

    舟山群岛地处我国东部“黄金岸线”与长江“黄金水道”的“T”字形交汇处,深水港口资源得天独厚,通江达海的区位优势显著,来往船舶众多,航道通航密度较大。同时,舟山群岛也是我国最大的渔场,渔业资源极其丰富,渔船数量繁多,渔船通常从条帚门支航道进出舟山群岛捕鱼。在通航密度较大地区,大型船舶航行时船后产生的船行波在一定范围内会影响渔船的作业和航行安全,严重时会导致渔船倾覆。因此,研究条帚门支航道大型船舶产生的船行波对渔船安全作业的影响具有重要的现实意义。目前的研究主要是通过建立相关的模型、船模实验、数值模拟及仿真计算等方法来分析船行波对他船的影响。本文基于船行波的相关理论,通过建立渔船的线性横摇模型,并结合相应的经验公式,计算出在条帚门支航道中常见的4种远洋船型的船行波对常见渔船产生的横摇角度,并对渔船的通航安全性进行研究。

    1 航道及船行波

    1.1 条帚门支航道

    条帚门航道坐落于虾峙岛与元山岛之间,主航道全长22.5 n mile,平均水深20 m,宽度 m,最窄处宽540 m,可允许部分大型船舶通航;支航道全长3.6 n mile,平均水深20.5 m左右,宽度500 m,一般可通航中小型船舶。

    1.2 船行波

    船行波由横波和纵波组成,是由船舶对水体的压力变化所引起的水体表面波动而形成的。大型船舶航行时的船行波波击到了目标船,使目标船横摇,如果目标船储备浮力值很小或者是目标船的干舷太低,则此时的船行波对目标船影响很大,使目标船不能处于良好的工作状态,甚至可能发生倾覆,造成一系列的安全隐患和经济损失。

    1.3 船行波相关计算公式

    在水深吃水比h /d<2的海港航道中,船行波的波高随着其传播距离的增加而衰减,公式如下:

    hS=h罚?)

    式中:hS为距离船舷S处的波高,m; S为船舷到计算点的距离,m; h为船侧船行波波高,m; C为船舶方形系数; B为船舶宽度,m; L为船舶长度,m。

    在水深吃水比h /d<2的海域中,船行波的波高随着船速而变化,经验公式如下:

    hmax=2(2)

    式中: hmax为船行波的最大波高,m;? v为船速,; d为船舶吃水,m; g为重力加速度,取9.18 m/s2。

    船舶在水中的线性横摇模型计算公式如下:

    I?+ 2n? + D稧M= D稧M ka0 sint

    (3)

    式中: D为船舶排水量; I为含附加质量和重力加速度的横摇惯性矩系数; n为阻尼力矩系数; GM为船舶初稳心高度; k为有效波倾系数; a0为表面波倾;为船行波频率;为最大横摇角度;t为横摇固有周期。

    1.4 船型介绍

    根据调研,本文选取条帚门支航道中常见的4种远洋船型进行仿真计算,其船型参数见表1。

    2 船行波影响下渔船最大横摇 角度计算

    渔船通常船长38 m,船宽7.5 m,吃水3 m,初稳心高度0.71 m,横摇固有周期7 s,航行速度11 kn。杂货船、散货船、油船、集装箱船的船行波的波高及在船行波影响下渔船最大横摇角度计算结果见表2。

    表2 杂货船、散货船、油船、集装箱船不同船速和船间距的船行波波高及在船行波影响下渔船的最大横摇角度

    由表2可以看出:

    (1)当杂货船以航速15 kn距渔船40 m航行时,渔船的最大横摇角度为9.75埃嘤娲?0 m航行时渔船的最大横摇角度为7.30埃坏痹踊醮院剿?3 kn距渔船20 m航行时,渔船的最大横摇角度为9.87埃嘤娲?0 m航行时渔船的最大横摇角度为7.31啊?

    (2)当散货船以航速15 kn距渔船40 m航行时,渔船的最大横摇角度为9.75埃嘤娲?0 m航行时渔船的最大横摇角度为7.28埃坏鄙⒒醮院剿?3 kn距渔船20 m航行时,渔船的最大横摇角度为10.8埃嘤娲?0 m航行时渔船的最大横摇角度为8.03啊?

    (3)当油船以航速15 kn距渔船30 m航行时,渔船的最大横摇角度为9.93埃痪嘤娲?0 m航行时渔船的最大横摇角度为7.48埃坏庇蚀院剿?3 kn距渔船20 m航行时,渔船的最大横摇角度为10.87埃嘤娲?0 m航行时渔船的最大横摇角度为6.92啊?

    (4)当集装箱船以航速15 kn距渔船30 m航行时,渔船的最大横摇角度为9.03埃痪嘤娲?0 m航行时渔船的最大横摇角度为6.27埃坏奔跋浯院剿?3 kn距渔船30 m航行时,渔船的最大横摇角度为7.43埃嘤娲?0 m航行时渔船的最大横摇角度为6.05啊?

    3 安全通航建议

    3.1 控制航行距离

    通常该类型渔船在正常工作时的极限横摇角度不能超过10啊5奔跋浯⒃踊醮⑸⒒醮⒂痛?5 kn的速度航行且分别距渔船30 m、40 m、40 m、30 m时,这4种船型在航行时产生的船行波均会使渔船产生横摇,其最大横摇角度分别为9.03啊?.75啊?.75啊?.93埃浅=咏娲恼9ぷ鞅曜嫉募藓嵋〗嵌龋耸庇娲诤叫惺本突岜冉衔O眨灰虼耍奔跋浯?5 kn的航速航行时,渔船與集装箱船间的距离应大于30 m;当散货船、杂货船、油船均以15 kn的航速航行时,渔船应在远离以上3种船舶至少40 m以外。同理可知:当油船及散货船以13 kn的速度航行时,渔船至少应在远离油船及散货船20 m以外;渔船可距集装箱船30 m左右的距离航行,当遇到杂货船时两者距离应不小于20 m。

    3.2 控制航行速度

    以散货船为例,当散货船距渔船40 m且分别以15 kn、13 kn的速度航行时,渔船的最大横摇角度分别为9.75啊?.03啊S纱丝芍娲淖畲蠛嵋〗嵌人嫔⒒醮暮叫兴俣鹊募跣《跣。梢酝ü跣∩⒒醮暮叫兴俣壤幢Vび娲暮叫邪踩T诖渚嘁欢ㄊ保⒒醮暮剿偌跣〉绞褂娲淖畲蠛嵋〗嵌仍?0耙韵录纯伞6杂娲裕捎诖湫вΦ淖饔檬奔湓匠ご湫вυ矫飨裕绷酱咏保娲υ诎踩渚嘞略黾雍剿僖约跣〈湫вΦ挠跋炖幢Vて浜叫邪踩?

    3.3 渔船主动避让

    当渔船与较大船舶的距离超出安全临界限时,较大船舶在受限水域极易与渔船产生船间效应。特别是两船的长度差距大,较大船舶会对较小船舶产生强大的兴波阻力。较小船舶耐波性差,相对于较大船舶更易转向,当两船距离太近时,较小船舶受船间效应的影响极易被打偏或被吸引撞上较大船舶,导致其受损或被碾压倾覆,严重威胁该航道船舶的航行安全。根据《国际海上避碰规则》的相关规定,渔船不应妨碍任何按照分道通航规定航行的船舶的行驶,因此应由渔船主动避让他船。当渔船避让他船且处于分道通航线外时,渔船应尽量远离分道通航线;当渔船在分道通航线内时,渔船应尽快斜穿分道通航线离开该航道避让他船。除此之外,渔船应正确使用船上的雷达设备,合理设置自动雷达标绘仪的距离以便获得早期碰撞危险警报,并对探测到的目标进行追踪;在有可能危及自身航行安全的情况下,应尽早采取大幅度转向,快速航行避让目标船,直到驶离危险区域为止,以保证自身的航行安全。

    4 结 语

    基于船行波的相关理论,选取合适的计算公式,建立恰当的模型。通过大量计算得出渔船安全航行的边界条件,并结合《国际海上避碰规则》提出建议,以期对该航道的渔船在避让常见的4种船型时有所帮助。