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，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，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的下沉量和富余水深計算失誤等原因，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)識和確定船舶在淺水域航行時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)者實驗研究表明，處于一定狀態(tài)的船舶，在運動中影響其所受水動力大小的重要參數(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，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，與之相對運動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，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，會因阻力增加，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，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)驗方法

經(jīng)驗方法的出處有多種，如出自于“商船航運通告(M930)”的經(jīng)驗方法是：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，10kn速度應(yīng)有吃水的10％的增加量。當(dāng)速度降低時，下沉量也減少。

又如出自于“英版航海手冊”推薦的三個經(jīng)驗公式，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)方法與商船航運通告(M930)的經(jīng)驗方法相同，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算下沉量的方法，其中具有代表性的是Tuck／Hooft計算公式。(這些理論計算公式在船模試驗時，下沉量的計算精度很高，但與實船做對比時，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算公式。

《上海港引航實用手冊》中根據(jù)這種理論，也推薦了船舶下沉量計算公式，即將船體下沉量S分解為兩個分量分別計算，其和即為船體下沉量Squat=S1+S2。現(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的計算公式，經(jīng)過演算，與上面介紹的Tuck公式計算結(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水深受限制時的吃水差調(diào)整

船舶航行時會出現(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，首下沉量大于尾下沉量。大型船舶因吃水大，進(jìn)出港或過淺灘時受實際水深的制約，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，若將船舶調(diào)整為平吃水，處于無縱傾的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，航行時將會出現(xiàn)首傾。

有艘VLCC船模的試驗表明，當(dāng)相對水深(H／d)≥1.3左右時，預(yù)先給船舶以適當(dāng)?shù)奈矁A，則可利用淺水航行時所引起的首傾，使船舶自然形成平吃水狀態(tài)。(可惜沒有給出一個大概尾傾的數(shù)值，以供實際使用時參考)。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，若預(yù)先有0.3L％的初始尾傾，則不會自然形成平吃水狀態(tài)，反而會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\水水域航行有實際意義，同時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，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)過計算可以證明，用式(6)或者用式(8)，其計算結(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。

通過上述實例計算．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，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)上將會受到一定的損失。因此用確定船舶過淺點、航道時的富余水深值來保證船舶航行安全是行之有效的。

富余水深在取值時還應(yīng)考慮以下因素：

(1)水位誤差：由潮汐預(yù)報、航道測量、氣候氣壓等引起的誤差。由于受測量儀器誤差、測深點位置的誤差、海水密度變化的影響都會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)時間的長短也會影響潮高和潮時。

(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動所增加的下沉量。

(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和劃分航區(qū)采用不同標(biāo)準(zhǔn)等。

如歐洲引航協(xié)會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)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)