受不均匀流场的作用，船舶靠泊和系泊青岛海业油码头期间，有着若干风险记录。如大潮汛期间入泊较早，受较强顺向流的作用，船速难以制动；入泊较晚，左舷船首受开流的作用，船舶无法靠拢，导致靠泊失败；系泊期间，如果没有及时调整各缆绳的拉力，并辅以拖轮协助，船头也有被水流力推开码头并断缆的风险。

因此，如何选择船舶入泊操纵窗口期，使船舶速度易于控制，又能给船舶系缆作业留有足够的作业时间，同时，合理布置拖轮，使其顶推力较集中地作用于水流力作用点附近，避免拖轮顶推产生较大的力矩，引起功率损失，是保障船舶靠泊安全的关键。蔡泓研究了VLCC油轮在青岛港的安全靠泊 ^[1]，对VLCC靠泊青岛水域二期油码头提出了建议；贾小堂阐述了30万吨级油船靠泊曹妃甸的操纵要点 ^[2]，介绍了VLCC靠泊操纵的要点；姚波研究了龙口港超大型船舶的操纵[3]，解释了超大型船舶操纵的特点；郭永江研究了VLCC靠泊烟台西港区601码头的技术 ^[4]，对VLCC靠泊该码头提出观点；王晓海等研究了日照感潮港口大油船一潮双靠引航技术 ^[5]，张波等研究了大型油船引航安全问题 ^[6]。

本文用受力分析的方法，探讨了在不同潮时VLCC入泊期间所受的水流力，并且根据计算结果，制定出合理的拖轮配置方案，使船舶动态完全可控（包括船舶应急局面），从而可以降低船舶的操纵难度，保证安全顺利靠泊和系泊。

青岛港的潮流，以规则半日潮为主；潮流的运动形式，以往复流为主。受局部地形的影响，一些水域的流速和流向分布变化较大，形成不均匀流场，对大型船舶的操作产生复杂的影响。

海业油码头附近水域，即是如此的不均匀流场。该泊位方向为355°。大潮汛高潮前1小时，泊位南侧流向与航道航向基本一致，大致在345°～355°流速较大；而泊位北侧已经平潮。高潮时，由于受到内锚地和油港回旋流的影响，泊位南侧潮流依然微涨，北侧则已经明显落潮。随着时间推延，落潮流速逐渐加大，对VLCC产生较大的水流力，使其安全靠泊、系泊码头有较大的困难，甚至船首无法靠拢，或者系泊期间船首被推开，导致靠泊失败。

1.1 海业油泊位大潮汛时的测流数据

由于海业油码头没有在泊位两端安装测流设备，根据青岛港水文测验报告，选取大潮汛期间距离泊位最近的一个测流点的测流资料作为依据，获取该泊位的靠泊潮流数据。现取2019年6月18日所测数据。

表1 海业油码头附近0.4H 潮流数据值

1.2海业油泊位大潮汛时的潮流示意图

图1是青岛港区海业油码头附近水域高潮前1小时的潮流图，显示出码头南侧仍然以超过2节的流速涨水，北侧潮水却已经开始回落。

图1 高潮前1小时潮流示意图

图2是青岛港区海业油码头附近水域高潮后0.5小时的潮流图，显示出码头南侧仍然潮流微涨，北侧潮水却已经以较强的流速回落。

图2 高潮后0.5 小时潮流示意图

取VLCC船舶的船型数据：L 330m; B 55m; d 20.5m

2.1高潮前1小时的水流力计算及示意图

2.1.1水流对船舶产生的横向力计算

潮流对船舶产生的横向力采用下列公式进行计算：

水流横向力的大小

式中： C₁ — 水流横向分力系数; ρ— 海水密度，取1.025t/m³；

V — 水流速度（m/s）；A— 船舶吃水线以下部分的横向投影面积(㎡)；

水 流 方 向 与 船 舶 纵 轴 线 的 夹 角 为165°~180°，T/d =1.2（水深吃水比），C₁=0.05，则

2.1.2水流对船舶产生的纵向力计算

潮流对船舶产生的纵向力采用下列公式进行计算：

(1)水流纵向力的大小

式中： C₂ — 水流纵向分力系数;

S— 船舶吃水线以下部分的表面积(㎡)

水 流 方 向 与 船 舶 纵 轴 线 的 夹 角 为165°～180°，T/d =1.2（水深吃水比），

C₂=0.046Re^-0.134+b

式中：Re —水流对船作用的雷诺数；

b—系数；（与方形系数， B/D , l流压角有关）取水温20°，则

Re=1.2x330/1=396

b=0.013（查表获取）

S=1.7LD+0.825LB=26474.3

2.1.3 高潮前1小时的水流力的作用点

因流压角基本为176°，所以作用点在船尾微偏右端。

2.1.4 高潮前1小时的水流力示意图

图3是船舶在青岛港区海业油码头附近水域高潮前1小时航行时的受力图，显示其大小、方向、作业点。

图3 高潮前 1 小时船舶受水流力示意图

2.2高潮后1小时的水流力计算及示意图

2.2.1流对船舶产生的横向力计算

潮流对船舶产生的横向力采用下列公式进行计算：

θ— 水 流 方 向 与 船 舶 纵 轴 线 的 夹角;(15°～165°）

A₁— 船舶吃水线以下部分在垂直于水流方向上的投影面积(㎡)；

表2 a1，b1系数的查取

在海业油泊位附近其T/d 为1.2，

2.2.2流对船舶产生的纵向力计算

潮流对船舶产生的纵向力采用下列公式进行计算：

式中： C₂ — 水流纵向分力系数;

A₂ — 船舶吃水线以下部分在平行于水流方向上的投影面积(㎡)；

C₂= a₂θ+ b₂

表3 a2，b2系数的查取

2.2.3 高潮后1小时的水流力的作用点

因流压角θ基本为036°，作用点在船首左1/4船长处。

2.2.4高潮后1小时的水流力示意图

图4是船舶在青岛港区海业油码头水域高潮后1小时后所受的水流力示意图，显示其大小、方向、作用点。

图4 高潮后1小时船舶受水流力示意图

2.3 VLCC船用钢丝缆的受力

2.3.1 VLCC船用钢丝缆的规格

VLCC常用的系泊用缆，通常为直径42mm的钢丝（纤维芯），其最小破断负荷MBL为113吨。缆车的刹车负荷为80%MBL,即90.4吨，安全刹车负荷为60%MBL，即67.8吨。当缆车刹车受力超过90.4吨时，就会出现溜缆，以避免断缆。值班人员应及时调整缆绳，使其均匀受力，避免单缆受力。

表4 VLCC常用钢丝（纤维芯）缆强度规格

2.3.2 青岛海业油码头的系缆受力

VLCC靠泊青岛港海业油码头，船的系缆模式为4+4+2，即首尾各4根头缆（尾缆），4根横缆， 2根倒缆。头缆与泊位走向夹角大约30°，估算缆绳可以提供的纵向力：

90.4×4×cos30°+90.4×2 =494 (t)

考虑到水流力的作用点，在尽量减小产生力矩的情况下，估算缆绳可以提供的横向力：

90.4×4×sin30°+90.4×4 =542.4 (t)

由于船舶引航的严谨性，对于有风险的操作，只能从引航的经验中总结教训，借助相关理论，找出解决问题的对策。

青岛港海业油码头大潮汛期间，因船舶主机原因延误入泊时间，码头北侧开流加强而导致船首无法靠拢码头的事例2次；系泊期间，因落流水加大等导致船首离开泊位有3起。这都说明了落流水对船首的不利影响，也验证了大潮汛期间，高潮1小时后，需配置值守拖轮，与系缆共同克服水流力对船首的作用。

同理，大潮汛期间选择较早入泊（高潮前1小时），在平潮前20分钟靠妥码头，有足够的时间（60分钟左右）系带缆绳；同时，大部分拖轮置于船首外档协助顶推，则成功确保船舶靠泊和系泊。

上述计算是基于青岛2019年6月17至18日的测流数据。当潮流强度高于该数据时，其参考性需有所保留。对较大的潮流变化，有必要收集数据，重新核算。根据青岛港多年的引航经验，大潮汛期间，海业油码头因受不均匀流场的影响，存在以下风险：

1）船舶入泊较早，船舶受较强顺流的作用，船舶失控时难以制动和保证安全船位。

2）船舶入泊较晚，未能及时系妥船首缆绳，因泊位北侧落流较早，导致船首无法靠拢码头。

3）系泊期间，落流水较强时，船首受开流作用被推离码头。

根据上述运算，大致估算大潮汛期 间高潮前后1小时的水流力，对上述风险，可以采取以下对策：

1）大潮汛期间，选择高潮前1小时入泊，高潮前20分钟靠妥，为船岸在高潮后40分钟系妥缆绳留出足够的时间。

2）船舶靠妥后，船尾留一条拖轮顶推，其余拖轮全部置于船首。高度注意船首的动态，必要时船尾拖轮减车，减小对船舶产生的顺时针力矩。

3）吃水较大时，根据水流力数据，落流水期间船首系缆及时调整，使其受力均匀，贴紧码头，并注意缆绳受力值数据。保持足够拖轮顶推值守，船舶保持主机备车。