淺水水域航行作為限制水域航行的一種航行狀態(tài)。有其獨(dú)特的航行規(guī)律，諸如船速降低、應(yīng)舵性下降、旋回性下降、船體下沉和縱傾變化的增大等。而在淺水水域航行時(shí)，因?qū)Υw下沉量考慮不足造成船舶拖底、觸礁、擱淺和失控等，也是較常見的一種海損事故。如：1992年8月7日，英國皇家郵船伊麗莎白二號(hào)，從OakBluffs到紐約的途中，在Vineyard Sound的出口處，由于船長和引航員對船舶高速航行時(shí)的下沉量和富余水深計(jì)算失誤等原因，造成船舶在Cuttyhunk島以南2.5n mail處擱淺，損失慘重。

因此，如何正確認(rèn)識(shí)和確定船舶在淺水域航行時(shí)的船體下沉量及富余水深，確保航行安全，是駕駛?cè)藛T值得重視和認(rèn)真商榷的。

1淺水水域航行中的船體下沉

有學(xué)者實(shí)驗(yàn)研究表明，處于一定狀態(tài)的船舶，在運(yùn)動(dòng)中影響其所受水動(dòng)力大小的重要參數(shù)之一是絕對水深與吃水之比值(H／d)，即相對水深。H是指海底至水面的高度；d是指船舶吃水。而怎樣確定淺水水域，目前尚無統(tǒng)一的國際標(biāo)準(zhǔn)。但就從水深影響船體阻力的試驗(yàn)結(jié)果來看，通常用相對水深(H／d)的比值來區(qū)分淺水與深水，即H／d<4時(shí)，可近似的認(rèn)為是淺水水域；反之，當(dāng)H／d>4則為深水水域。

船舶在深水水域航行時(shí)，與之相對運(yùn)動(dòng)的水流是從船體的兩舷和底部由船首流向船尾的三向度水流。當(dāng)船舶駛?cè)霚\水水域時(shí)，由于流入船底下面的水流受到限制而被推向船體的左右兩側(cè)時(shí)，會(huì)因阻力增加，導(dǎo)致船速下降、船體下沉。船體下沉量與底水深度和航速緊密相關(guān)；底水深度愈小，下沉量愈大，船速愈快，下沉量愈大，首下沉量大于尾下沉量。

2下沉量(SQUAT)的確定

對于大多數(shù)船舶而言，在淺水水域中航行時(shí)，為保證航行安全，防止船舶擱淺觸礁等事故的發(fā)生，駕駛?cè)藛T對船體下沉量需有精確計(jì)算(尤其是大型高速船的船體下沉量)，以便留有充分的富余水深。下面有幾種方法以供參考。

2.1經(jīng)驗(yàn)方法

經(jīng)驗(yàn)方法的出處有多種，如出自于“商船航運(yùn)通告(M930)”的經(jīng)驗(yàn)方法是：在淺水水域航行而船速較高的船舶，應(yīng)避免因船體下沉而造成擱淺的危險(xiǎn)，10kn速度應(yīng)有吃水的10％的增加量。當(dāng)速度降低時(shí)，下沉量也減少。

又如出自于“英版航海手冊”推薦的三個(gè)經(jīng)驗(yàn)公式，分別為：

下沉量(Squat)=10％吃水 (1)

下沉量(Squat)=每5kn前進(jìn)速度下沉0.3m (2)

下沉量(Squat)=V2／100(m)，式中V=kn (3)

式(1)方法與商船航運(yùn)通告(M930)的經(jīng)驗(yàn)方法相同，一般指船速為10kn的條件下的下沉量估算，但并不適用于所有船速。

式(2)方法說明下沉量與船速的增加呈線性關(guān)系，但下沉量并非與船速一直保持為呈線性關(guān)系，因此，式(2)僅適用于某一速度段范圍內(nèi)。

式(3)方法說明下沉量與船速的平方呈正比關(guān)系，但沒有考慮到船型、水深等因素的影響。

不難看出，作為一種經(jīng)驗(yàn)公式，是有局限性的，其所導(dǎo)致的誤差也可能是很大的。但從告戒駕駛?cè)藛T應(yīng)注意船舶在淺水水域航行時(shí)有下沉量，要注意留有足夠的富余水深來說，是起到積極作用的。

2.2簡化的經(jīng)驗(yàn)公式

在考慮到水深、船速、船型等因素的影響下，有學(xué)者經(jīng)過推導(dǎo)并試驗(yàn)后，得出簡化公式如下：

受限水域下沉量 S=2Cb·V2／100 (4)

開闊水域下沉量 S=Cb·V2／100 (5)

式中：V為船速(kn)；Cb為船舶方型系數(shù)(▽／LppBd)；▽為排水量；Lpp為垂線間長；B為船寬；d為吃水。

2.3理論方法

在考慮到影響船體在淺水水域下沉的各種因素后。有學(xué)者提出了一些純理論計(jì)算下沉量的方法，其中具有代表性的是Tuck／Hooft計(jì)算公式。(這些理論計(jì)算公式在船模試驗(yàn)時(shí)，下沉量的計(jì)算精度很高，但與實(shí)船做對比時(shí)，還是有一定出入)。

Tuck理論是在細(xì)長體(瘦形船舶)假定的基礎(chǔ)上，將速度勢在船體附近及遠(yuǎn)場作漸進(jìn)展開，根據(jù)兩速度勢的匹配求解，并最終得出淺水航行中船體重心的平均下沉量的計(jì)算公式。

《上海港引航實(shí)用手冊》中根據(jù)這種理論，也推薦了船舶下沉量計(jì)算公式，即將船體下沉量S分解為兩個(gè)分量分別計(jì)算，其和即為船體下沉量Squat=S1+S2?，F(xiàn)將其公式介紹如下：

(1)求平均下沉量(Tuck／塔克公式)

Sl=1.5Lpp[Cb／(H／d)·(Lpp／B)]·Fr2 (6)

式中：Lpp為垂線間長(m)；B為船舶型寬(m)；Cb為方型系數(shù)；H為航道水深(m)；d為船舶吃水(m)；Fr為船長度佛汝德數(shù)()；Vs為船速=V×0.5144(m／s)；g為重力加速度(9.807m／s2)。

由此可見．船體下沉量與水深、船舶尺度、船舶方型系數(shù)及船速是有關(guān)的．特別是與方型系數(shù)和船速是緊密相關(guān)的。

(2)求縱傾變化引起的艏傾量(Hooft／霍夫特公式)

(7)

式中：Fnh為水深佛汝德數(shù)()；Vs為船速(V×0.5144m／s)；H為水深(m)；g為重力加速度(9.807m／s2)；▽為排水體積(Lpp·B·d·Cb)。

當(dāng)然，還有其他學(xué)者導(dǎo)出的求平均下沉量S1的計(jì)算公式，經(jīng)過演算，與上面介紹的Tuck公式計(jì)算結(jié)果基本一致，即：平均下沉量

Sl=lLpp·{1.5·(d／H)·[Cb／(Lpp／B)]·Fr2](m) (8)

式中：Lpp為垂線間長；d為船舶吃水；H為水深；Cb為方型系數(shù)，▽／LBd(▽排水量，L垂線間長，B船寬，d吃水)；Fr為船長度佛汝德數(shù)(Froude Number=；Vs為船速(m／s)，1kn=0.5144m／s；g為標(biāo)準(zhǔn)重力加速度(9.807m／s2)。

3水深受限制時(shí)的吃水差調(diào)整

船舶航行時(shí)會(huì)出現(xiàn)的船體下沉現(xiàn)象，受相對水深(H／d)的大小而變化，相對水深越小，首尾下沉量越大。有資料介紹，當(dāng)佛汝德數(shù)Fn≤0.15時(shí)，首下沉量大于尾下沉量。大型船舶因吃水大，進(jìn)出港或過淺灘時(shí)受實(shí)際水深的制約，往往需要通過調(diào)整吃水差，盡可能的保持平吃水，以滿足最大裝貨量的需求。此時(shí)，若將船舶調(diào)整為平吃水，處于無縱傾的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，航行時(shí)將會(huì)出現(xiàn)首傾。

有艘VLCC船模的試驗(yàn)表明，當(dāng)相對水深(H／d)≥1.3左右時(shí)，預(yù)先給船舶以適當(dāng)?shù)奈矁A，則可利用淺水航行時(shí)所引起的首傾，使船舶自然形成平吃水狀態(tài)。(可惜沒有給出一個(gè)大概尾傾的數(shù)值，以供實(shí)際使用時(shí)參考)。但應(yīng)注意的是，當(dāng)駛?cè)胂鄬λ?/SPAN>(H／d)≤1.2的淺水水域時(shí)，若預(yù)先有0.3L％的初始尾傾，則不會(huì)自然形成平吃水狀態(tài)，反而會(huì)保持并增大尾傾狀態(tài)。

船舶是否具有適當(dāng)?shù)某运睿坏珜\水水域航行有實(shí)際意義，同時(shí)也對船舶操縱有積極作用。在淺水水域、狹窄航道和復(fù)雜航區(qū)航行時(shí)，特別是在狹窄水道航行的情況下，船舶是否具有好的航向穩(wěn)定性和應(yīng)舵性是首要的，旋回性則次之，船舶如保持有適當(dāng)?shù)奈矁A，便可獲得較好的航向穩(wěn)定性和應(yīng)舵性。如船舶產(chǎn)生首傾。雖提高了旋回性，卻降低了航向穩(wěn)定性，不論何種原因產(chǎn)生了首傾，都將使航向穩(wěn)定性變壞。

4船體下沉量的幾種實(shí)例演算

(1)R．E輪(3802TEU)半載出港，分別用式(6)和(8)求船體下沉量

Lpp=259.90m，B=32.20m，d=10.50m，▽=54140MT，H=12.00m，V=12kn；

Cb=▽／LBd=0.62：。

用式(6)求船體下沉量S1：

S1=lL·{1.5·(d／H)·[Cb／(L／B)]·Fr2}=0.39m

用式(8)求船體下沉量S1：

S1=1.5L·[C6／(H／d)·(L／B)]·Fr2=0.39m

經(jīng)過計(jì)算可以證明，用式(6)或者用式(8)，其計(jì)算結(jié)果是一樣的。

(2)ZH輪(1686TEU)滿載出港過淺水水域，用改變船速求船體下沉量

Lpp=187.36m，B=28.40m，d=10.728m，▽=42890MT，H=12.00m，V=15kn。

用式(6)求船體下沉量S1：

Cb=0.75；

Sl=1L·{1.5·(d／H)·[Cb／(L／B)]·(Fr)2}=0.93m

同樣的條件，如改變船速，將其降至7kn，則佛汝德數(shù)Fr=0.084，船體下沉量S=0.20m。

(3)YH輪(5446TEU)用式(6)(7)求滿載情況下的船體下沉量S1及艏傾量S2：

Lpp=267.00m，B=39.80m，d=14.03m，▽=93888MT，H=16.00m，V=12kn。

Cb=0.63；

用式(6)求船體下沉量S1：

Sl=1.5L·[Cb／(H／d·L／B)]·Fr2=0.481m

用式(7)求縱傾變化引起的艏傾量S2：

求YH輪在滿載情況下進(jìn)航槽的船體下沉量S：

S=S1+S2=0.848m

條件不變，僅船速減至7kn，則Fr=0.0704，Sl=0.165；Fnh=0.287，S2=0.113；S=0.278m。

條件不變，僅船速加至15kn。則Fr=0.151，S1=0.752；Fnh=0.616，S2=0.639；S=1.391m。

通過上述實(shí)例計(jì)算．不難看出影響船體下沉量變化的兩大因素是：船舶的方型系數(shù)和船速，而相比之下，船速引起的變量要大于方型系數(shù)的變量。就船舶而言，船速的快慢是直接因素，在一定的條件下(水域條件、裝載狀況和吃水、方型系數(shù)等均不變的情況下)只有船速是可變的，也是唯一的變量，船速快，下沉量大；船速慢，下沉量小。所以控制好船速，是保證船舶順利通過淺灘、淺水水域時(shí)安全航行的關(guān)鍵。

5富余水深(UKC)的確定

富余水深UKC(Under Keel Clearance)是船舶在通過淺灘或在淺水水域航行時(shí)船底以下必須保留的水深余量，是防止船舶拖底、觸底、擱淺和失控的基本要素。當(dāng)船舶航行在淺水水域時(shí)，因其周圍流場的變化．使船體下沉、縱傾變化和操縱性能變差，為了避免船舶拖底、觸底、擱淺、和失控等險(xiǎn)情的發(fā)生，船舶在進(jìn)入淺水水域航行前，必須充分地考慮到船底與水底間的安全距離，即富余水深值。由于影響富余水深的因素較多，且具有一定的不確定性，要求精確測算很難作到，如果富余水深保留過多，在經(jīng)濟(jì)上將會(huì)受到一定的損失。因此用確定船舶過淺點(diǎn)、航道時(shí)的富余水深值來保證船舶航行安全是行之有效的。

富余水深在取值時(shí)還應(yīng)考慮以下因素：

(1)水位誤差：由潮汐預(yù)報(bào)、航道測量、氣候氣壓等引起的誤差。由于受測量儀器誤差、測深點(diǎn)位置的誤差、海水密度變化的影響都會(huì)影響到海圖水深資料的精確度。國際測深基準(zhǔn)容許的誤差為：水深0~20m為0.3m，水深20~l00m為1.0m；100m以上的水深為10％。

另外氣壓變化也會(huì)對水深產(chǎn)生影響，如氣壓上升，海平面受到的壓力加大，水位就比正常情況下降。反之，氣壓下降，水位就升高。

風(fēng)力的大小、風(fēng)向持續(xù)時(shí)間的長短也會(huì)影響潮高和潮時(shí)。

(2)搖擺增量：船舶在風(fēng)浪中左右搖擺，導(dǎo)致單側(cè)瞬間吃水增大，特別是江河人?？谔幱杏坷擞窟M(jìn)的港口，必須要考慮到船體縱橫搖擺和升沉的合成運(yùn)動(dòng)所增加的下沉量。

(3)船體下沉量：船舶在航進(jìn)中產(chǎn)生的物理現(xiàn)象，淺水航道更為明顯。因此要根據(jù)本船的實(shí)際情況，求出在不同的水深、吃水、航道寬度、航速、咸淡水密度的變化等條件下的下沉量。

上述三項(xiàng)中以(3)最重要，不但數(shù)值大，變量大，且不易準(zhǔn)確掌握。一旦船體下沉量確定后，應(yīng)怎樣來確定船舶航經(jīng)淺水水域時(shí)的富余水深？

為了方便使用和掌握富余水深的取值，各有關(guān)當(dāng)局都會(huì)依據(jù)本港的具體情況制定標(biāo)準(zhǔn)，有的為固定值，有的以吃水的比值定量，也有的以船舶噸位分級(jí)和劃分航區(qū)采用不同標(biāo)準(zhǔn)等。

如歐洲引航協(xié)會(huì)建議采用以吃水的比值定量來確定富余水深值．即：海外水道：船舶吃水的20％；港外航道：船舶吃水的15％；港內(nèi)航道：船舶吃水的10％。

我國航海界的經(jīng)驗(yàn)是，在考慮了船體下沉量后，再留有0.50m~1.00m的船底水深，即：

富余水深=船體下沉量+(0.50m～1.00m)。

2005年6月開始實(shí)行的《長江口深水航道(10m)通航安全管理辦法》(滬海通航[2005]345號(hào))第七條富余水深要求：“船舶應(yīng)保留足夠的富余水深，船舶富余水深應(yīng)當(dāng)不小于船舶吃水的12％?！?/SPAN>

作者：董存義 吳東江  來源：航海技術(shù)