海港锚地使用环境条件标准研究

谷文强，谢华东，覃杰

（中交第四航务工程勘察设计院有限公司，广东 广州 510230）

1 海港锚地使用环境条件标准的调研分析

通过走访全国沿海主要港口锚地的使用和管理单位，对海港锚地的使用环境条件标准进行调研。调研成果如下：

1） 广州港8 级风以上海事部门启动二级响应，要求所有船舶离开码头，船舶具体防台方式由船长决定，一般10 级风以上（主要看遮蔽条件）船舶就会选择离开锚地去避台。

2）上海洋山港区一般规定10 级风要求所有在港船舶和锚地船舶离开。吴淞口港区则根据不同等级风提前发出预警，具体是否离港由船方和港口运营方决定。

3）宁波港台风期间渔船进江防台，3 级防台时禁止250 m 以上船舶进港，2 级防台250 m 以上船舶必须离港避台。

4）宁波港过驳锚地使用环境条件标准为夜间两船不得相靠（但可以过驳）、风速不超过6 级、流速不超过2.5 kn（15 万吨级流速可3 kn）、波浪要求不超过1.5 m。

5）舟山港过泊锚地使用环境条件标准为流速不超过1.5～2 kn，风速不超过6 级。

6） 美国洛杉矶港和长滩港规定当风速超过40 kn（蒲福级8 级）时船舶应立即备车，并准备下另一只锚。

2 国内外规范中海港锚地使用环境条件标准的对比研究

2.1 中国规范海港锚地使用环境条件标准

根据JTS 165—2013《海港总体设计规范》[1]，航道宽度计算中船舶漂移倍数和风、流压偏角的取值一般都是基于横风≤7 级，由此可以推断船舶在航道中通航的极限限制风速一般应为7 级，因此港内锚地中的船舶在大风预警时，如需离开锚地，理论上应在达到7 级风之前通过航道离开。

根据《海港总体设计规范》[1]，风力7 级是单锚系泊锚地半径计算的分界点，对于按照风力≤7级对应公式计算半径的锚地，则锚地使用的极限风速应为7 级；按照风力＞7 级的对应公式计算半径的锚地，则锚地使用的极限风速理论上应更高。然而根据《海港总体设计规范》[1]的对应条文说明，“船舶在锚地的出链长度与当地水深及风力有关。根据我国部分港口锚地船舶抗风实践资料和计算结果表明，8 级以上大风单锚系泊多数发生走锚现象，必须采用八字锚系泊，若风力再大，则需借助船舶顶风开车才能制止走锚。”由此可以看出，按照中国规范，8 级以上大风时仍在锚地锚泊的船舶应采用其他措施防止或制止走锚。

中国规范中对于锚地使用的流速和波浪没有提出具体的限制条件，仅在锚地水深设计时说明波浪累积频率为4%的波高超过2 m 时，尚应增加波浪富裕深度。在《海港工程设计手册》（第二版）[2]中，当波浪累积频率4%的波高超过2 m 时，波浪富裕深度一般可按0.5～0.7 倍波高估算。

2.2 日本规范（ROM）海港锚地使用环境条件标准

根据日本P&I CLUB 规范《Preventing an anchor from dragging》[3]，船舶锚泊时的锚链长度计算如表1 所示，中国规范中对于单锚系泊锚地尺度的计算方法就是参考日本规范而选取的。需要说明的是，在20 世纪90 年代，日本P&I CLUB 规范中并没有给出表1 中计算公式的环境限制条件。而中国规范JTJ 211—99《海港总平面设计规范》在20 世纪90 年代编制的时候以7 级风速作为两个公式的使用分界，在2014 年发布的《海港总体设计规范》[1]中关于锚地设计的内容没有变化。

在2018 年出版的日本P&I CLUB 规范《Dragging anchor case studies and preventive measures》[4]中，对于良好环境条件的定义是风速不超过40 kn（蒲幅风级8 级），波高不超过1 m，但是没有关于水流流速的界定，而流速往往是影响锚泊的最关键因素；其中对于恶劣环境条件的定义是风速达到58 kn（蒲幅风级11 级），波高达到2 m，但是同样没有关于水流流速的界定；无论良好环境条件界定的波高1 m，还是恶劣环境条件波高2 m，显然在开敞式海域很难满足这个波浪条件，都需要有一定的掩护才能达到这些波高要求。此外，对于船舶抛锚的锚链长度计算中的90 m 和145 m也没有给出选取依据。

表1 船舶锚泊时的锚链长度Table 1 The length of anchor chain when the ship is anchoring

2.3 西班牙规范（ROM）海港锚地使用环境条件标准

西班牙规范ROM 3.1-99《Recommendations for the design of the maritime configuration of ports，approach channels and harbour basins》[5]给出的一般锚地常采用的使用环境标准如表2 所示。表中的风速针对的是普通类型的船舶，对于受风面积较大的船舶（甲烷运输船、集装箱船、汽车滚装船、压载的油轮等），表中的极限风速标准应降低20%。

表2 锚地使用的极限环境作业条件（ROM）Table 2 The limiting environmental condition for anchorage use（ROM）

国际航运协会（PIANC）规范《Harbour approach channels-design gidelines》[6]给出的锚地使用环境条件标准与西班牙规范ROM 3.1-99 一致。

2.4 国际船级社协会规范（IACS）海港锚地使用环境条件标准

根据国际船级社协会（IACS）规范《Requirements concerning mooring，anchoring and towing》[7]，船舶锚定设备的设计环境条件如下：

最大风速48.6 kn，最大流速4.9 kn。

可以看出，即使风速已经达到了10 级，但是没有给出波浪的限制条件，因此上述极限环境条件是针对有掩护的锚地。

实际上，很多锚地都位于相对开敞的海域，因此IACS 规范给出了船长大于150 m 的船舶的锚定设备能够承受的有波浪影响的锚地极限环境条件如下：

最大风速21 kn，最大流速3 kn；最大有效波高2 m。

上述两种针对船舶锚定设备承受极限的环境条件，均是针对船舶满载状态，并且船舶在锚地锚泊时间不长的情况。

根据国际船级社协会规范《History files（HF）and technical background（TB）documents for URS concerning mooring and anchoring（URA）》[8]，IACS规范《Requirements concerning mooring，anchoring and towing》[4]中给出的极限环境条件是针对良好底质条件的锚地，并且锚链长度与水深比值不应小于6。

2.5 国内外规范规定对比分析

各国规范中对于锚地使用的极限环境条件规定差异性较大，其中西班牙规范给出的极限环境条件均较大，而国际航运协会规范引用了西班牙规范的规定。国际船级社协会规范给出的极限环境条件明显较小，但是该极限环境条件是船舶锚定设备设计的基础环境条件，因此更加具有参考价值。

锚泊船舶所受到的风、浪和流等环境外力荷载，需要通过船舶锚的抓力和锚链卧底部分的摩擦力来抵消，如果环境荷载过大会造成走锚现象。锚地使用的环境条件标准在有条件的情况下宜通过数值模型试验确定。

3 海港锚地使用环境条件标准的数学模型试验研究

3.1 试验目的

采用Fast-time 船舶操纵模拟器对锚泊船舶在多种试验工况下的锚泊进行了数学模型试验研究，得出海港锚地的使用环境条件标准。

3.2 试验原理

Fast-time 模拟试验中，当船锚泊时，除了利用可用的助航设备、助航标志和任何陆上可见参照物监测船的位置之外，不需要任何人为干预。如果发现走锚，船员应采取适当的行动。

Fast-time 模拟试验的重点不是有无人为干预或任何可能采取的干预形式，而是可能导致发生走锚的环境荷载条件。因此，Fast-time 模拟试验是一种检查是否可能发生走锚的适当的方法。在该部分研究中配置了1 台HR Wallingford 的船舶模拟器模拟大型近岸锚地水域，由于不需要引航员，所以模拟器可以离线使用。

为了使模拟稳定，对大约120 min 的实时周期进行模拟。该周期使模拟稳定，使所有慢速走锚更容易被发现。为了清晰地表示，航迹图包括圆心位于放锚位置的同心圆，半径以250 m 为增量逐渐增加。

3.3 试验工况

Fast-time 模拟试验中采用的试验工况如表3所示。在第一阶段进行初步模拟，根据试验的初步结果再进一步增加试验工况。在第二阶段利用IACS 规范中给出的有波和无波环境荷载限制条件进行试验模拟。

表3 锚泊船舶快速仿真模拟试验的工况Table 3 Test cases of Fast-time ship maneuvering test for anchored ships

3.4 试验结果分析

试验证明船舶在西班牙规范给出的锚地使用极限环境条件下均发生了走锚。国际船级社协会规范（IACS）中给出的锚地使用极限环境条件较为准确，但是国际船级社协会规范给出的第一个标准中，风速很大但却是针对有掩护水域，而第二个标准中有效波高标准为2 m，但是风速标准太小。根据中国沿海港口的调研结果，锚地使用的管理主要是以风速来控制，较小的风速标准不利于锚地的使用，因此在试验中针对试验工况进行了调整，将风速标准增大。

根据模型试验结果，给出了海港锚地使用环境条件标准如下：

1）普通锚地

①船舶短时间或临时锚泊、锚链长度取值为设计高水位下锚地水深4 倍时，海港锚地使用环境条件标准为：风速≤15 kn，流速≤2 kn，有效波高≤2 m。

②在锚地半径计算中当锚链长度取值为6 倍水深时，海港锚地使用环境条件标准为：风速≤25 kn，流速≤2 kn，有效波高≤2 m。

③锚链长度取值为设计高水位下锚地水深10倍时，海港锚地使用环境条件标准为：风速≤30 kn，流速≤2 kn，有效波高≤2 m。

2）过驳锚地

锚链长度取值为设计高水位下锚地水深10 倍时，海港锚地使用环境条件标准为：风速≤25 kn，流速≤2 kn，有效波高≤1.5 m。

3）防台锚地

当风速超过30 kn 时，在试验中船舶走锚的情况经常发生，船舶走锚的风险大大增加。这时船舶宜采取进车顶风等防止走锚的措施，并放出最长锚链长度锚泊。而避风锚地的使用环境条件标准，应根据船舶类型、船舶性能、防台措施等具体研究确定。

4 结语

海港锚地使用环境条件标准的影响因素包括锚地类型、锚泊方式、船舶类型、船舶尺度、船舶受风面积、船舶配置的锚的特性、船舶抛出锚链的长度和锚链的特性、底质和安全距离要求等因素。

数学模型试验研究证明国际船级社协会规范给出的海港锚地使用环境条件标准较为合理，但考虑到一般以风速标准来管理锚地使用，因此海港锚地使用环境条件标准也可参照该数模试验的结论。对于流速和波高较大的锚地的使用环境条件标准需通过试验进一步确定。