满载大型船舶靠泊丹东港大东港区二号港池操纵分析
李宏江 谢海波
摘 要：丹东港大东港区二号港池现有202、203和204三个5万吨级通用泊位（结构按10万吨级预留），自投入使用后，最大靠泊船舶为9万吨级。根据丹东港区通航环境以及实际船舶引航操纵经验，大型船舶由主航道进入支航道时，由于转向角过大且转向水域受限，如不谨慎操纵，极易偏出航道发生搁浅事故。归纳总结历次引领满载7万～9万吨散货船进出港经验，以9万吨级满载散货船为例，分析有关操纵方面的体会和要点，为大型船舶进港靠泊提供一定参考依据。
关键词：满载大型船舶；影响因素；转弯半径；操纵
1 大东港区二号港池及航道简介
丹东港大东港区5万～20万吨级航道全长约15.6 n mile，自北向南分为上航道、中航道、下航道和外航道等4段。整个航道共设19个灯浮，均为侧面标志。船舶经外航道、下航道和中航道进入大东港区二号港池支航道。其中，大东港区二号港池支航道与中航道交汇于15号灯浮附近，主航道中心线与支航道中心线转向角51°。根据水深扫测图资料，二号港池支航道有效宽度210m，航道底标高-14.5m，航道转弯半径1 250m；港池回旋水域直径为500m，水深-14.5m；码头前沿停泊水域宽度为86m，深度为-15.3m，可以满足10万吨级船舶乘潮进港的最低需求，如图1所示。
2 大型船舶由主航道进入支航道风险因素分析
2.1 航道边坡岸型及航标布设位置对船舶转向的影响
主航道西侧浅滩距离航道边线较近，航道边坡梯度较大，为避免岸壁效应的影响，航行时应注意本船与主航道西边线的距离。转向前的初始船位选择可以根据潮位灵活调整，充分利用有效的主航道宽度，避免使用大舵角转向，这样有助于控制船舶姿态及转向后的船位，推荐转向前把船位控制在主航道中心线东侧航行。
此外，弯曲航道设置的浮标状况对船舶过弯操纵起到重要作用，设标的合理性对驾引人员判断本船的旋转角速度、船艏向、船位、舵角选用等影响极大。2017年5月，由于实测支航道边缘的浅滩位置发生了变化，二号港池支航道原布设的4个浮标被优化调整，特别是201号灯浮的位置要较设计航道交角位置偏西南100m左右，驾引人员在参照该灯浮并实际操纵大船转弯时，应与灯浮保持一定安全距离，以免发生搁浅事故。
2.2 风流影响
丹东港夏季多见偏南季风，而冬季多见偏北季风，春秋季南、北风交替。风力>6级的年平均日数为11.8天。6级以下的风对满载大型船舶來说影响并不大，但当航速较低时也有一定的影响。满载大型散货船在前进中，船艉受风影响大，须提前压反舵角进行抑制。
根据水文观测资料统计，二号港池口附近的潮流为明显的往复流，受出港航道及水下地形影响，涨潮流为东北流，流向约008°～069°，涨潮最大流速为1.51m/s；落潮流为西南流，流向约170°～239°，落潮最大流速为1.48m/s。在转向过程中，当船速较慢时，随着船身侧面受流面积的增大，船体向下流方向漂移严重，极易发生搁浅事故。
不同风流条件下，航迹带宽度A可以通过计算公式大致进行推算[1]：
A=n（Lsinγ+B）
式中：A—航迹带宽度（m）；
—船舶漂移倍数，见表1；
—风流压偏角（°），见表1；
B—设计船宽（m）。
由此可见，如果避开横风或横流较大时段进行转弯操纵，航迹带宽度可进一步缩小，更有利于控制本船船位精确地行进在支航道中心线附近。因此，应尽量选择高潮（平潮）时间段抵达二号港池口支航道，从而减小流对船舶转向的影响。
2.3 转弯半径小对船舶转向的影响
不同国家对转弯半径大小的规定不尽相同。例如：中国《海港总体设计规范》（JTJ165-2013）要求，当转向角ψ>35°时，转弯半径R应取值为5～10倍船长。日本的《港口设施技术标准》建议航道间中心线的转弯角度不要超过30°；当角度超过30°时，转弯段航道中心线应为弧线，弧线的半径应大于4倍设计船长等。
研究发现航道转向角达60°时，操纵困难，操纵人员不易掌握船位、转向角速度及在航道上的姿态；转向角达90°时，操纵极为困难，对操纵人员的压力极大，特别是风、浪、流共同作用下，过弯操纵的失误率明显增加[2]。
根据航道设计实践和现行规范，参阅了有关国家的模拟试验和实测资料，经综合有关主要影响因素进行统计分析和概化工作，推导出确定海港航道转弯半径R经验公式如下[3]：
式中：为航道转弯半径（m）；
为航道掩护程度系数，有掩护航道=1.0，无掩护航道 =1.2；
为最大船舶航速（m/s），小于4 m/s为宜；
为最大船舶两柱间长度（m），一般可按；
为最大船舶满载吃水（m）；
为航道转弯段设计水深（m）；
为航道转向角度。
根据上述公式计算，当采用满舵角转向时，转弯半径R为5.5倍船长。对于9万吨级满载散货船来说，所需的转弯半径接近二号港池口的设计转弯半径。
如此小的转弯半径势必要求船舶在转向时操较大的舵角，随着船舶偏转的加速，船舶降速将非常明显，特别是在冬季，航道挤满大量浮冰，船舶在转向过程中的降速会进一步加剧，这时应提前果断加车，增加舵效，才能保持船位。
2.4 转向施舵时机的选择及船舶转向进入支航道后的船位控制要求
转向施舵时机的选择应根据风流、船速、舵效及应舵的快慢灵活调整，总体原则是宜早不宜迟。这里应该注意的是短时间增加车速固然可以增加舵效，更有利于减小转向半径，但应避免使用满舵角导致船舶横倾增大，如不得不使用左满舵时，应尽早回舵，避免转向过头，偏离支航道中线。
此外，船舶与航道底边线间的富余宽度与航道水深、宽度、断面形状，船舶性能、船速，水文气象条件和地质条件等因素密切相关。一般规律是航道越宽或水深越浅，值越大；航道两侧岸滩水深越浅，值越大；航道底质越硬或回淤严重时，值越大。不同种类船舶通航航道富裕宽度取值不同，一般LPG、LNG和油船等危险品船值>散货船值>杂货船或集装箱船 值，其范围为0.5B≤≤1.5B。规范要求值按表2选取[1]。
依据上述表格推算，在船速≤6kn时，9万吨满载散货船与航道底边间的富余宽度 值估算为0.75×38=28.5m。由此可以得出结论，当船舶驶入支航道后，船位应控制在距离支航道中心线（210-28.5×2）/2=76.5m范围以内[1]。
3 引航操作实例
3.1 水文及船舶资料
2017年12月29日，意大利籍散货船“PEPPINO BOTTIGLIERI”轮，船长229m，船宽38m，载重吨93 366.7t，最大吃水14.9m，计划早晨进港。
水文气象：早潮高潮时间0416，潮高5.12m；偏南风1～2级；冰量5/10。
船舶资料：该轮满载载态下，在静水中全速时的满舵旋回轨迹，如图2所示。
3.2 操纵过程图解及简要数据说明
0400时，图中位置1，即船位正横14号灯浮，减速至微速前进，航速6.5kn，航向015°。3艘拖船已经依次带妥，其中船尾正中带一拖船，用于必要的倒拖辅助大船减速。
0405时，图中位置2，船艉正中拖船慢车倒拖，航速5.2kn，航向012°。
0410时，图中位置3，令左舵20°，感觉旋转角速度较小，接着左满舵、短时间加车至慢速前进，以增加舵效。船艉正中拖船中速倒拖，航速4.3kn，航向005°；旋转角速度较大时，令左舵10°。
0414时，图中位置4，左舵20°，航速3.9kn，航向337°。
0416时，图中位置5，减速至微速前进，船艉正中拖船拖缆继续慢速倒拖，令右满舵减小旋转角速度，航速3.5kn，航向313°。
0419时，图中位置6，船艉正中拖船慢速倒拖，令把定航向，航速3.2kn，航向316°
3.3 操纵要点分析
（1）过弯时的船速控制
船舶在转弯段转向时，船速越快，转弯半径越大。第14届国际航运会议推荐：船速8～10kn时，转向角ψ<25°，转弯半径R=3L；25°≤ψ≤35°，R=5L；ψ>35°，R=10L。据国内港口业内调查意见，凡有转弯段的航道，一般都以小于8kn为宜；船速太大，安全保证率降低，容易发生事故。对于9万吨满载散货船来说，二号港池口转向半径仅达到5.5倍船长，刚刚满足其设计标准，依据国际惯例及成功引航经验，其转弯过程中的推荐船速为小于5kn[4]。
（2）协助拖船的配置及效果
9万吨满载散货船靠泊通常需要9 000马力的拖船配合，为此我们使用3艘拖船，分别配置在船舶左艏部、左艉部及船艉正中，单艘拖船马力不低于3 000HP。如拖船马力不同，应将马力较大的拖船配置在船舶左艏部及船艉正中带缆。拖船应在13号灯浮附近带好，以便帮助大船减速。在船舶转弯过程中，要注意观察船艉正中拖船倒拖制动的方向，其拖力方向通常要求与大船的船艏向相反，否则会产生一定的转船力矩，应密切注意。
（3）预留风流影响的余量
应尽量控制9万吨满载散货船于高潮时间段抵达二号港池口，可以减少或不考虑流压影响。偏南风影响时，应根据风力大小适当提前并操小舵角转向，使船舶转入支航道后能够处于支航道中心线略偏上风一侧，抵消船舶在低速前进时的风压影响；反之偏北风影响时，应根据风力大小适当推后并操大舵角轉向，使船舶转入支航道后能够处于支航道中心线略偏上风一侧，抵消船舶在低速前进时的风压影响。
（4）车舵使用及拖船配合
当9万吨满载散货船转向时，采用不同的舵角其转弯半径不同，一般范围为10°～20°，舵角小转弯半径大，舵角大转弯半径小，同一艘船舶采用不同舵角其转弯半径相差1.3～2.0倍。短时间提高车速可增加舵效，同样能够减小转弯半径。转弯时，可令船尾正中的拖船慢速倒拖，来抑制增加车速后船速的升高。此外，当船速低于4kn时，如果需要，可令左艏部拖船适当松放拖缆，并摆开与船舶首尾线30°左右的夹角倒拖，帮助船舶向左转向，减小转弯半径，但此时操纵要谨慎，应注意适当加车并提前压反舵角抑制，避免船速骤降且转向角速度过快而造成难以控制的险情。
4 结束语
随着丹东港水域通航环境的改善，近年来靠泊丹东港的大型船舶逐年增多，然而由丹东港主航道进入大东港区二号港池支航道转向角较大，且转向水域有限，在受风流影响情况下，满载大型船舶如操纵不慎可能造成搁浅事故。为了减小满载大型船舶靠泊二港池的操纵风险，保障该水域通航安全，我们根据自身多年实际靠泊满载大型船舶经验结合理论分析，总结出满载大型船舶靠泊的风险因素与操作要点，从而为驾引人员提供实际经验参考与指导。
参考文献
[1]海港总体设计规范（JTS 165-2013）.中华人民共和国行业标准.
[2]Navigation Channels and Basins-Technical Standards and Commentaries for Port and Harbour facilities in Japan[M].Tokyo： Daikousha Printing Co.， Ltd.， 2002.
[3]杨桂樨.海港航道转弯段主尺度综合计算的研究[J].港工技术，2001（02）：11-14.
[4]曹凤帅，姜俊杰，吴澎.海港航道转弯尺度设计参数研究[J].水运工程，2011（09）：193-198.
作者简介：
李宏江，丹东港引航站站长，高级引航员，（E-mail）halbertsport@126.com，13304259292
摘 要：丹东港大东港区二号港池现有202、203和204三个5万吨级通用泊位（结构按10万吨级预留），自投入使用后，最大靠泊船舶为9万吨级。根据丹东港区通航环境以及实际船舶引航操纵经验，大型船舶由主航道进入支航道时，由于转向角过大且转向水域受限，如不谨慎操纵，极易偏出航道发生搁浅事故。归纳总结历次引领满载7万～9万吨散货船进出港经验，以9万吨级满载散货船为例，分析有关操纵方面的体会和要点，为大型船舶进港靠泊提供一定参考依据。
关键词：满载大型船舶；影响因素；转弯半径；操纵
1 大东港区二号港池及航道简介
丹东港大东港区5万～20万吨级航道全长约15.6 n mile，自北向南分为上航道、中航道、下航道和外航道等4段。整个航道共设19个灯浮，均为侧面标志。船舶经外航道、下航道和中航道进入大东港区二号港池支航道。其中，大东港区二号港池支航道与中航道交汇于15号灯浮附近，主航道中心线与支航道中心线转向角51°。根据水深扫测图资料，二号港池支航道有效宽度210m，航道底标高-14.5m，航道转弯半径1 250m；港池回旋水域直径为500m，水深-14.5m；码头前沿停泊水域宽度为86m，深度为-15.3m，可以满足10万吨级船舶乘潮进港的最低需求，如图1所示。
2 大型船舶由主航道进入支航道风险因素分析
2.1 航道边坡岸型及航标布设位置对船舶转向的影响
主航道西侧浅滩距离航道边线较近，航道边坡梯度较大，为避免岸壁效应的影响，航行时应注意本船与主航道西边线的距离。转向前的初始船位选择可以根据潮位灵活调整，充分利用有效的主航道宽度，避免使用大舵角转向，这样有助于控制船舶姿态及转向后的船位，推荐转向前把船位控制在主航道中心线东侧航行。
此外，弯曲航道设置的浮标状况对船舶过弯操纵起到重要作用，设标的合理性对驾引人员判断本船的旋转角速度、船艏向、船位、舵角选用等影响极大。2017年5月，由于实测支航道边缘的浅滩位置发生了变化，二号港池支航道原布设的4个浮标被优化调整，特别是201号灯浮的位置要较设计航道交角位置偏西南100m左右，驾引人员在参照该灯浮并实际操纵大船转弯时，应与灯浮保持一定安全距离，以免发生搁浅事故。
2.2 风流影响
丹东港夏季多见偏南季风，而冬季多见偏北季风，春秋季南、北风交替。风力>6级的年平均日数为11.8天。6级以下的风对满载大型船舶來说影响并不大，但当航速较低时也有一定的影响。满载大型散货船在前进中，船艉受风影响大，须提前压反舵角进行抑制。
根据水文观测资料统计，二号港池口附近的潮流为明显的往复流，受出港航道及水下地形影响，涨潮流为东北流，流向约008°～069°，涨潮最大流速为1.51m/s；落潮流为西南流，流向约170°～239°，落潮最大流速为1.48m/s。在转向过程中，当船速较慢时，随着船身侧面受流面积的增大，船体向下流方向漂移严重，极易发生搁浅事故。
不同风流条件下，航迹带宽度A可以通过计算公式大致进行推算[1]：
A=n（Lsinγ+B）
式中：A—航迹带宽度（m）；
—船舶漂移倍数，见表1；
—风流压偏角（°），见表1；
B—设计船宽（m）。
由此可见，如果避开横风或横流较大时段进行转弯操纵，航迹带宽度可进一步缩小，更有利于控制本船船位精确地行进在支航道中心线附近。因此，应尽量选择高潮（平潮）时间段抵达二号港池口支航道，从而减小流对船舶转向的影响。
2.3 转弯半径小对船舶转向的影响
不同国家对转弯半径大小的规定不尽相同。例如：中国《海港总体设计规范》（JTJ165-2013）要求，当转向角ψ>35°时，转弯半径R应取值为5～10倍船长。日本的《港口设施技术标准》建议航道间中心线的转弯角度不要超过30°；当角度超过30°时，转弯段航道中心线应为弧线，弧线的半径应大于4倍设计船长等。
研究发现航道转向角达60°时，操纵困难，操纵人员不易掌握船位、转向角速度及在航道上的姿态；转向角达90°时，操纵极为困难，对操纵人员的压力极大，特别是风、浪、流共同作用下，过弯操纵的失误率明显增加[2]。
根据航道设计实践和现行规范，参阅了有关国家的模拟试验和实测资料，经综合有关主要影响因素进行统计分析和概化工作，推导出确定海港航道转弯半径R经验公式如下[3]：
式中：为航道转弯半径（m）；
为航道掩护程度系数，有掩护航道=1.0，无掩护航道 =1.2；
为最大船舶航速（m/s），小于4 m/s为宜；
为最大船舶两柱间长度（m），一般可按；
为最大船舶满载吃水（m）；
为航道转弯段设计水深（m）；
为航道转向角度。
根据上述公式计算，当采用满舵角转向时，转弯半径R为5.5倍船长。对于9万吨级满载散货船来说，所需的转弯半径接近二号港池口的设计转弯半径。
如此小的转弯半径势必要求船舶在转向时操较大的舵角，随着船舶偏转的加速，船舶降速将非常明显，特别是在冬季，航道挤满大量浮冰，船舶在转向过程中的降速会进一步加剧，这时应提前果断加车，增加舵效，才能保持船位。
2.4 转向施舵时机的选择及船舶转向进入支航道后的船位控制要求
转向施舵时机的选择应根据风流、船速、舵效及应舵的快慢灵活调整，总体原则是宜早不宜迟。这里应该注意的是短时间增加车速固然可以增加舵效，更有利于减小转向半径，但应避免使用满舵角导致船舶横倾增大，如不得不使用左满舵时，应尽早回舵，避免转向过头，偏离支航道中线。
此外，船舶与航道底边线间的富余宽度与航道水深、宽度、断面形状，船舶性能、船速，水文气象条件和地质条件等因素密切相关。一般规律是航道越宽或水深越浅，值越大；航道两侧岸滩水深越浅，值越大；航道底质越硬或回淤严重时，值越大。不同种类船舶通航航道富裕宽度取值不同，一般LPG、LNG和油船等危险品船值>散货船值>杂货船或集装箱船 值，其范围为0.5B≤≤1.5B。规范要求值按表2选取[1]。
依据上述表格推算，在船速≤6kn时，9万吨满载散货船与航道底边间的富余宽度 值估算为0.75×38=28.5m。由此可以得出结论，当船舶驶入支航道后，船位应控制在距离支航道中心线（210-28.5×2）/2=76.5m范围以内[1]。
3 引航操作实例
3.1 水文及船舶资料
2017年12月29日，意大利籍散货船“PEPPINO BOTTIGLIERI”轮，船长229m，船宽38m，载重吨93 366.7t，最大吃水14.9m，计划早晨进港。
水文气象：早潮高潮时间0416，潮高5.12m；偏南风1～2级；冰量5/10。
船舶资料：该轮满载载态下，在静水中全速时的满舵旋回轨迹，如图2所示。
3.2 操纵过程图解及简要数据说明
0400时，图中位置1，即船位正横14号灯浮，减速至微速前进，航速6.5kn，航向015°。3艘拖船已经依次带妥，其中船尾正中带一拖船，用于必要的倒拖辅助大船减速。
0405时，图中位置2，船艉正中拖船慢车倒拖，航速5.2kn，航向012°。
0410时，图中位置3，令左舵20°，感觉旋转角速度较小，接着左满舵、短时间加车至慢速前进，以增加舵效。船艉正中拖船中速倒拖，航速4.3kn，航向005°；旋转角速度较大时，令左舵10°。
0414时，图中位置4，左舵20°，航速3.9kn，航向337°。
0416时，图中位置5，减速至微速前进，船艉正中拖船拖缆继续慢速倒拖，令右满舵减小旋转角速度，航速3.5kn，航向313°。
0419时，图中位置6，船艉正中拖船慢速倒拖，令把定航向，航速3.2kn，航向316°
3.3 操纵要点分析
（1）过弯时的船速控制
船舶在转弯段转向时，船速越快，转弯半径越大。第14届国际航运会议推荐：船速8～10kn时，转向角ψ<25°，转弯半径R=3L；25°≤ψ≤35°，R=5L；ψ>35°，R=10L。据国内港口业内调查意见，凡有转弯段的航道，一般都以小于8kn为宜；船速太大，安全保证率降低，容易发生事故。对于9万吨满载散货船来说，二号港池口转向半径仅达到5.5倍船长，刚刚满足其设计标准，依据国际惯例及成功引航经验，其转弯过程中的推荐船速为小于5kn[4]。
（2）协助拖船的配置及效果
9万吨满载散货船靠泊通常需要9 000马力的拖船配合，为此我们使用3艘拖船，分别配置在船舶左艏部、左艉部及船艉正中，单艘拖船马力不低于3 000HP。如拖船马力不同，应将马力较大的拖船配置在船舶左艏部及船艉正中带缆。拖船应在13号灯浮附近带好，以便帮助大船减速。在船舶转弯过程中，要注意观察船艉正中拖船倒拖制动的方向，其拖力方向通常要求与大船的船艏向相反，否则会产生一定的转船力矩，应密切注意。
（3）预留风流影响的余量
应尽量控制9万吨满载散货船于高潮时间段抵达二号港池口，可以减少或不考虑流压影响。偏南风影响时，应根据风力大小适当提前并操小舵角转向，使船舶转入支航道后能够处于支航道中心线略偏上风一侧，抵消船舶在低速前进时的风压影响；反之偏北风影响时，应根据风力大小适当推后并操大舵角轉向，使船舶转入支航道后能够处于支航道中心线略偏上风一侧，抵消船舶在低速前进时的风压影响。
（4）车舵使用及拖船配合
当9万吨满载散货船转向时，采用不同的舵角其转弯半径不同，一般范围为10°～20°，舵角小转弯半径大，舵角大转弯半径小，同一艘船舶采用不同舵角其转弯半径相差1.3～2.0倍。短时间提高车速可增加舵效，同样能够减小转弯半径。转弯时，可令船尾正中的拖船慢速倒拖，来抑制增加车速后船速的升高。此外，当船速低于4kn时，如果需要，可令左艏部拖船适当松放拖缆，并摆开与船舶首尾线30°左右的夹角倒拖，帮助船舶向左转向，减小转弯半径，但此时操纵要谨慎，应注意适当加车并提前压反舵角抑制，避免船速骤降且转向角速度过快而造成难以控制的险情。
4 结束语
随着丹东港水域通航环境的改善，近年来靠泊丹东港的大型船舶逐年增多，然而由丹东港主航道进入大东港区二号港池支航道转向角较大，且转向水域有限，在受风流影响情况下，满载大型船舶如操纵不慎可能造成搁浅事故。为了减小满载大型船舶靠泊二港池的操纵风险，保障该水域通航安全，我们根据自身多年实际靠泊满载大型船舶经验结合理论分析，总结出满载大型船舶靠泊的风险因素与操作要点，从而为驾引人员提供实际经验参考与指导。
参考文献
[1]海港总体设计规范（JTS 165-2013）.中华人民共和国行业标准.
[2]Navigation Channels and Basins-Technical Standards and Commentaries for Port and Harbour facilities in Japan[M].Tokyo： Daikousha Printing Co.， Ltd.， 2002.
[3]杨桂樨.海港航道转弯段主尺度综合计算的研究[J].港工技术，2001（02）：11-14.
[4]曹凤帅，姜俊杰，吴澎.海港航道转弯尺度设计参数研究[J].水运工程，2011（09）：193-198.
作者简介：
李宏江，丹东港引航站站长，高级引航员，（E-mail）halbertsport@126.com，13304259292
