张有为 ZHANG You-wei；冯爱国 FENG Ai-guo
（南通航运职业技术学院，南通 226010）
（Nantong Shipping College，Nantong 226010，China）
摘要： 本文通过对船舶过驳作业实施过程进行研究，结合船舶锚泊过程中，船舶受风压力、流压力、波浪力等自然条件影响下的锚泊抓力的计算，对南通7#锚地船舶过驳作业的可行性进行研究，为船舶的安全过驳作业提供理论依据。
Abstract: Through the research on the ship lighterage implementation process, and combined with the calculation of anchor holding power in the effect of the natural conditions of wind pressure, flow pressure and wave force in the ship mooring process, this paper studies the anchorage 7# lighterage feasibility of Nantong, and provides theoretical basis for lighterage security of the ship.
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关键词 ： 过驳作业；锚抓力；南通7#锚地
Key words: lighterage；anchor holding power；Nantong 7# anchorage
中图分类号：U661.33 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2014）34-0325-02
作者简介：张有为（1982-），男，安徽灵璧人，助教，研究方向为船舶导航仪器；冯爱国（1970-），男，江苏南通人，副教授，研究方向为航海技术。
0 引言
南通7＃锚地位于南通水道长江28#-31#红浮的南侧，锚地与推荐航路最小距离100米，与上游8#锚地最小距离1000米。7＃锚地分成2部分水域，其中一部分水域范围为B2点与C1点连线往上游至B1点与B7点连线之间的水域，该水域主要功能是提供给大型海轮进行锚泊过驳作业；另一部分水域范围为B2点与C1点连线往下游至B5点与B6点连线之间的水域，该水域主要功能是提供给驳船候驳等待临时锚泊之用。为了使调整后的7#锚地能安全、高效、快速地投入使用，本文就大型海轮在调整后的7#锚地安全锚泊过驳作业一事进行研究，主要研究大型船舶5万吨级在调整后的7#锚地过驳作业安全的有关事项，研究结论有助于对7#过驳作业锚地有较全面的了解，从而采取有效措施，规范安全过驳作业行为，保障大型船舶及其他有关船舶作业安全。
1 锚泊水深计算
根据《海港总体设计规范》（JTS 165-2013）第6.5.11.2“港内锚地水深应与码头前沿设计水深相同”规定：
锚地设计水深：H=T+Z1+Z2+Z3+Z4
式中：T——设计船型满载吃水（m）；Z1——龙骨下最小富余深度（0.3m）；Z2——波浪富余深度（m），Z2=KH4%-Z1=0.2m；（取K=0.5，H4%=1.0）；Z3——船舶因配载不均匀而增加的船尾吃水值（0.15m）；Z4——备淤富余深度（m），取Z4=0.4m。
依据《海港总体设计规范》，5万吨级散货船代表船型的尺度为：船长223米，型宽31.8米，型深17.2米，满载吃水12.8米。考虑到船舶海进江吃水增加2.5%，南通港7#锚地过驳作业水域5万吨散货船淡水锚泊设计水深为：
T淡=（12.8m+0.3+0.2+0.15+0.4）×1.025=14.19m
2 锚抓力的计算
南通港7#锚地过泊作业船舶锚泊时，一般均采用单锚系泊，即只抛一只首锚进行锚泊。锚泊船的锚抓力指的是正常锚泊情况下锚的系留力，船舶单点锚泊时，锚抓力是锚的抓力和卧底锚链产生的抓力之和。锚抓力计算公式[1]为：P=Pa+Pc=λaWa+λcWcL
式中：P——总抓力；Pa——锚的抓力；Pc——锚链的抓力；λa——锚抓力系数；Wa——锚在空气重的重量；λc——锚链抓力系数；Wc——每米锚链长在空气中的重量；L ——平卧海底锚链长度。
根据锚地内船舶过驳作业的实际情况：货船单点锚泊，其他船舶（驳船、浮吊船）绑靠在货船上。因此在过驳作业时锚泊船的总抓力取货船单点锚泊时的锚抓力。
风力≦7级时，船舶出链长度L=3H+90m=3×14.2+90=132.6m。由于船舶出链长度分成平卧锚链长度加上悬垂锚链长度，即：L=l+s
其中：L——船舶出链长度；l——平卧锚链长度；s——悬垂锚链长度。因此平卧锚链长度：l=L-s
5万吨级散货船设计锚地水深为14.19米，取锚地实际水深14.2m，锚链孔与满载吃水水面高度约为6米，悬垂锚链与锚地夹角约为30°左右，依据经验估算，悬垂锚链长度为：S=（14.2+6）/sin30°=40.4m
平卧锚链长度：l=132.6-40.4=92.2m
5万吨级散货船一般使用霍尔锚，锚重8.7吨，锚地抓力系数为4，锚地地质为砂质粘土，锚链的抓力系数取0.6[2]，锚链直径84mm，有档锚链，重量为154.53kg/m，且考虑锚及锚链在海水中的重量为其在空气中的87%，则5万吨级散货船锚抓力为：
P=（4×8.7+0.6×0.15453×92.2）×0.87×1000×9.8=369590N
3 风压力
风力主要作用于船舶水线以上部分，按照《船舶设计实用手册——舾装分册》风力的大小可用以下公式计算：
式中：Fw-风力，N；Cs-形状系数，按所计算的构件形状相应取值；Ch-高度系数，按所计算构件中心至设计水线垂直距离相应取值；A-受风构件的正投影面积；Vw-有效风速，可按以下公式计算：Vw=0.6V10+0.4V1
V10-10min平均风速（m/s），可按蒲福氏风级表查取，通常可取该风级的中值；V1-1min平均风速（m/s），在缺乏资料的情况下可取1.2V10。
根据参与过驳作业船舶的技术参数，取Cs=1.0，Ch=1.0，由于没有实船受风面积相关资料，本文对在各种工况下船舶的受风面积，均考虑船舶顶风时受风面积，参照《港口工程荷载规范》（JTS 144-1-2010）附录H各类船舶排水量及受风面积查取，经计算抵达7#锚地过驳作业水域50000吨散货船不同工况下，在七级风时受到风力大小。
4 流压力
水流力作用于船体水下部分，水流力的大小计算方法很多，目前一般采用《美国石油协会浮式钻井装置辐射状锚泊系统分析》（AP1 RP2P）推荐的公式计算船首或船尾朝向的海流力可按下式计算：Fcx=2.89SV2
式中：Fcx-为船首或船尾朝向受到的水流力；S-包括附属体在内的船体湿表面积；V-海流流速。
其中，湿表面积可按谢米克公式[3]：
S=LT[2+1.37（CB-0.274）B/T]
式中：L-设计水线长（m）；T-吃水（m）；B-船宽（m）；CB-方形系数。
水流流速V可按照以下公式计算：V=Vw+Vt
Vw-水面上的风生流的流速（m/s），Vw=0.01V10
Vt-水面上潮生海流的流速（m/s）。
据统计锚地水域最大平均涨潮流流速约为1.6m/s，最大平均落潮流流速约为2.0m/s，因此取流速4kn对船舶过驳作业受到水流力进行验算，根据以上公式，经计算抵达7#锚地过驳作业水50000吨散货船不同工况下，在六级风、七级风、八级风时分别受到水流力大小。
5 波浪力
船舶在波浪的作用下引起一个平均偏移，并在平均偏移的范围内做摆动运动包括：纵荡、横荡及摇艏等。使得船舶产生平均偏移的波浪力即为波浪平均漂移力可视作定常环境力，按照《美国石油协会浮式钻井装置辐射状锚泊系统分析》（AP1 RP2P）推荐的公式，由船首或船尾方向波浪引起的平均漂移力Fmdx可按以下公式[4]计算：
参照A级航区波浪要素，6级风时取波高1.0m，7级风时取波高1.5m，8级风时取波高2.5m，波长取30m，并对不同波高下的有义波浪周期TS、表征波浪周期Th、进行计算，经计算抵达7#锚地的50000吨散货船不同工况下，在六级风、七级风、八级风时分别受到水流力大小。
6 过驳作业船舶所受的总环境力计算
船舶受到的总的环境力应为：F=Fw+Fcx+Fmdx。根据本报告设定的验算条件，即风、流、浪均设定为顶风顶流的情况，因此对抵达7#锚地的50000吨散货船，海流的速度按照当地最大流速计算，取4节，过驳自航船船型取6000吨及11000吨两种类型，6000吨驳船船长100米，型宽17米，型深6.4米，空载吃水1.08米，满载吃水5.5米。11000吨驳船船长109.8米，型宽19米，型深8米，空载吃水1.27米，满载吃水6.8米，浮吊船船长43米，型宽15.15米，型深2.28米，空载吃水1.1米，各种工况下船舶艏尾方向受到总环境力的大小计算结果如表1所示。
通过对5万吨级散货船锚泊力与表1中船舶过驳作业时所受到的外力比较，可以看出，在风力小于7级的天气条件下，单锚可以保证过驳作业的安全要求，但在7级风或以上，其锚泊抓力难以抵抗外力对船舶的作用。
7 总结
大型锚泊船能否安全、顺利地进行过驳作业，主要看大船的锚泊稳定性如何，根据对船舶在所选工况条件下的锚抓力和船舶所受环境总力的计算结果分析比较，当流速为4节，风力为6级时，有自卸能力的满载大船的两舷可分别绑靠1艘6000吨或10000吨的空载驳船，没有自卸能力的满载大船只能绑靠1艘6000吨或10000吨的空载驳船。
以上的结论只是在某一特定条件下得出的，在实际作业过程中，考虑到船舶还会遇到其他意想不到的威胁到船舶安全的事故链发生，为了安全起见，建议6000吨级、11000吨级驳船实行单边靠泊，单边作业，驳船的外档严禁绑靠其他船舶；若风力≤6级时，6000吨级驳船绑靠时，可以两条驳船同时作业，但必须是双边作业，确保过驳作业的安全。
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参考文献：
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[2]侯建军，等.锚泊状态下锚链作用力的计算方法[J].大连海事大学学报，2005，11.
[3]杨玉祥.风压力与流压力[J].中国港湾建设，1985（02）.
[4]庄东晓.过驳作业的系泊安全与管理[J].广州航海高等专科学校学报，1998（9）：19-21.