船舶在靠离泊时的水动力因素研究

董明远

（天津港引航中心，天津 300456）

1 前言

船舶在靠离泊作业中安全是排在首位的。能够对靠离泊过程产生的影响因素有很多，其中包括本船的操作性能、引航员的操纵、船长对港口码头情况的熟悉程度、海流、海浪、风压、拖轮与车舵锚以及航仪器等等，在船舶靠离泊过程中，各种因素都在不断变化，船只操作者要能够及时对环境改变做出反应。

2 天津港及潮汐概况

天津港位于渤海湾西岸（38°59′31″N/117°42′44″E），居于海河水系出海口，是我国最大人工港口，港口水域总面积200km2，全长40余海里。码头泊位主要由东疆港区、南疆港区、北疆港区、临港港区、南港港区五大部分组成，共计约150个泊位。天津港潮汐属于不正规半日潮，有潮汐周日不等现象，在潮高周日不等方面不明显，在潮时不等方面比较显著。

因现阶段最常用的靠泊方法是“顶流靠泊”法，所以本文就针对此方法来进行阐述。

3 顶流靠泊作业中的水动力因素

顶流靠泊作业中，船舶本身会因为水动力作用而产生船体偏离原始航向的情况，而船舶引航员会因为这种原因而驾驶船舶以非正常角度靠泊，这样会导致船体本身外舷受到海流冲击，进而导致一些船体偏转问题无法得到解决。

3.1 水动力转船力矩分析

水动力的定义是指：船舶在静止或运动过程中与船体环绕的水体产生相对运动时，船舶本身承受的来自水体施加的力。如果船只处于静止状态，水面以下部分的船身会存在漂角值为β，此时船体会受到均匀的海流冲击；如果水体处于静止状态，那么船体在以某一舷角β用与海水流动速度相同的速度运动时，水面以下的船身部分就会受到水动力作用并且存在对应的转船力矩。

3.2 船体受力图解

3.2.1 针对中小型船只

如图1所示，该类型船舶通过自力进行靠泊作业，存在海流影响、没有风压、在正舵、横移，现假设海流流速为匀速，船只航行的速度为VG，VG=船体本身速度VS与海流流速VC的合速度，同设在正舵不受到任何其他力的影响，在这种前提条件下，船体本身受到来自海流冲击的速度VW等于VS，冲击力的方向与船头互反，此时船只不会发生偏转现象。

图1 无风压、有海流时中小型船舶自力靠泊作业过程

如图2所示，该类型船只通过自力进行靠泊作业，横向内舷存在风压、存在海流影响、有进车、存在内舷舵、保持船身朝向进行斜角运动。

图2 横向前侧内舷来风、有海流时中小型船舶自力靠泊作业过程(VS为无风、正舵条件下的船速；VS’为实际船速)

3.2.2 针对大中型船只

如图3所示，该类型船只在进行靠泊作业时需要拖船来进行协助作业，条件为不存在风压、存在海流影响、存在正舵、船头没有发生偏转、船体重心处于横移状态。拖船对船体本身施加的推力会加快船体横移速度，海流流速为VC，船只相对地面移动速度为VG，二者合速度为船舶海流相对运动速度VW，速度与船头线H存在夹角β，该情况下船体内侧舷会受到海流冲刷影响，从而存在水动力FW，水动力致使船体发生偏转的转船力矩NW，拖船推力Nt跟NW相互抵消从而使得船体本身不会发生转向，可以做到横向无偏转靠泊。

图3 不存在风压、存在海流时大中型船舶借助拖船进行靠泊作业

如图4所示，该类型船只为重载船，该种船在进行靠泊作业过程中需要借助拖船的推力来进行，环境条件为不存在风压、存在海流影响、船头本身朝向内侧，重心横向移动。

图4 不存在风压、存在海流时大中型重载船舶借助拖船进行靠泊作业

图5

操纵实例：

“中华荣耀”（292×45×18.32）计划2021年6月19日，1800左靠G26，潮汐情况1534 141㎝ 2242 78㎝在进港过程中处于涨水，文中提到天津港涨水流速平均0.8节最大能达到1.8节，涨水流向西北。东北风3～4级1730在锚位起锚，起锚初始阶段由于船速较慢，风流压差角达到20°。所以起锚初始阶段应该充分预估船舶受流压影响所导致的飘移并及时用车加速，减小流对大船影响。1815在主航道上线，主航道航行过程中也需考虑到风流对船舶影响，切勿疏忽大意使船舶始终航行在主航道的中线上，在航行至泊位5海里时开始逐级减速，到达S15外挡时航速控制在6节，距泊位1海里时速度控制节并带好拖轮并让船尾正中拖轮放缆协助减速。当航行至G30段外挡时航速2.5节并用舵向右开始转向，由于涨潮阶段当大船开始向右开始转向后右船尾会吃流，在舵力和水动力的作用下船首会加速向右偏转，此时应果断施加左舵，减小大船的转速率，如果舵效不明显应该果断加车增加舵力并用船头拖轮加以顶推来抑制大船向右偏转，依据自身经验始终使船舶向右的转速率在5～7。由于主航道和泊位夹角约为80°，当船舶转顺以后要格外关注大船进速和船舶受流的影响向码头的横移速度。

3.2.3 总结归纳

依上述四种情况，下面阐述几点。

（1）当船舶进行顶流正角度靠泊作业时，船体本身并不一定是外侧舷承受海流冲击，一般海流冲击的点位会因为舷角β改变而变化，β受船体本身在运动过程中受风压、拖船推力、舵力以及本身车力等综合作用的影响。船舶在进行实际顶流靠泊作业过程时，倘若船型为中小型，那么在船舶通过自力进行顶流靠泊作业时，外侧舷受力的情况比较普遍，如果是大中型船只，那么在拖船的协助顶流靠泊作业过程中内侧受力的情况会更多。

（2）船只因为存在承受海流冲击力的位置不同，而会产生不同的转船力矩，在受力分析过程中，要确保受力是产生向内转向还是向外转向。海水与船体的相对运动速度为VW，VW与船只运动速度VS的数值是相同的，但是方向相反，这点要着重注意。

（3）根据图3、图4可以了解到，大中型船舶在顶流靠泊作业过程中，船头一定会存在受力而发生向内或向外转向的情况，在这种情况下，即使大中型船与中小型船的承受海流冲击点位相同，也会存在船体受力情况与转向速度不同的状态，该种情况大多数时间发生在船舶靠泊作业过程中转向到某个特定靠泊角度。

4 结语

业内分析船舶靠泊作业过程中的水动力因素时，会认为对船头转向进行控制，目的是为了确定靠泊角与船体横移距离之间的联系，从而可以通过利用水动力的转向改变角对其船头转向情况做出合理分析。在港口码头中，靠离泊是非常重要的船舶作业，也是船舶引航员必备的能力之一，更是企业建造船只时考虑的重要因素。顶流靠泊作为船舶靠离过程中最容易受水动力因素影响的作业之一，所以一定要严格控制角度，才能够保证靠泊安全。