武港码头位于条帚门窄口上，由于其独特的地理位置，大型散货船全部是左舷靠泊。武港码头靠离泊的船舶主要是CAPE型(好望角型)散货船，大部分为减载进江，离泊时吃水约为12 m，属于半载状态。近年来，为了保证港口生产，武港码头实施全潮时离泊,故在离泊时碰到急涨水的情况经常有之，很多驾引人员往往继续按常规离泊方式进行操纵，从而引发危险。
1 武港码头概况
武港码头卸船泊位(29°43.830N,122°12.380E)位于舟山六横港区，为25万吨级泊位。码头长476 m，前沿水深24.9 m，码头走向294°/114°。码头属非正规半日潮，呈明显往复流，附近航道涨潮流大致呈偏西北向，落潮流大致呈偏东南向，与码头走向较为致，涨潮流流向约320°，落潮流流向140°，最大流速可达5~6 kn[1]
2 武港码头常规离泊方式
武港码头的东面即条帚门的口门附近，有小黄礁和黄礁头。当条帚门航道为涨水流时，小黄礁和黄礁头形成天然屏障，对涨水起到遮挡作用，致使武港码头的前沿水域水流缓慢，即使航道中为急涨水时，码头边依然潮流缓慢，此流缓水域宽度约为0.19 n mile(见图1)。因此，涨水离泊时，如果向内舷掉头即向左掉头离泊，往往因为流缓，加上倒车横向力致船首右偏，船舶掉头费时费力,尤其是缓流时段离泊，该情况更甚。为了减少过分占用条帚门航道，武港码头的常规离泊方式普遍采用向右掉头离泊。武港码头设计的回旋水域为978 mx652 m，在缓流阶段选择向右掉头离泊，再加上拖船协助，旋回水域足够，而且可以极大地缩短占用条帚门航道的时间，从而保障了条帚门航道的正常通行。
3 武港急涨水右转离泊存在的风险
2023年3月24日1100时，武港码头靠泊船“First fternity”(“永恒”)轮离泊(见图2)。该船船长292 m，船宽45 m，吃水11.6 m，半载。当日潮水:1202时，潮高336 cm,0619时，潮高41 cm，故1100时为急涨水。港方配备3艘全旋回港作拖船，其中2艘拖船为4 000马力(1马力=735 W)，最大的拖船为5 000马力。
离泊作业开始时，大马力拖船配置在右船首，通过前后拖船平拉开码头后，船中拖船到右船尾顶推，艏部拖船拉拽并配合车、舵向右转向掉头(见图2中(1))。当船舶至图2中(2)状态时，船舶受横流作用，转向速率(Rate ofTurn,ROT)有所下降，约为20(°)min。当船舶至图2中(3)时，船舶速度达到2.8 kn，由于北面为浅滩，为了减少船舶向浅滩漂移，右船尾2艘拖船停车不再顶推，右船首拖船继续全力快拉，而ROT从起初的15(°)/min/min减至约5()/min，船舶矢量线指向浅难，在急涨水的作用下，船被整体压向浅滩，距离浅滩只有0.3nmile，情况紧急，此时让右船尾2艘拖船到左船首顶推显然来不及。为了争取时间，立即采取右满舵并加车至full ahead(全速前进)，加大ROT以加快船首偏转“冲出去”。最终，船舶贴着航道边沿线顺利完成掉头，但掉头过程有惊有险，距离浅滩最近距离只有0.14n mile，距离前方马足山小岛很近，加上船舶长度也只有0.3 n mile，视觉冲击强烈，风,险很大。
4 离泊过程中水动力影响及拖船效应分析
离泊中出现如此险情，往往是因为在急涨水右转掉头过程中对船舶所遭遇的水动力转船力矩和拖船的转船力矩缺少预判，错误动车导致船速增加，并最终因为错误配置拖船作用点导致的。本文以图2所示的拖船布置进行受力情况分析。
4.1 水动力转船力矩计算
若以重心为支点，水动力转船力矩Mw为:
式(1)中:Pw为水的密度，Vw为船与水的相对速度,L为船舶两柱间长，d为船舶吃水，Cwm为水动力转船力矩系数。其中:
式(2)中:Cwy为横向水动力系数，y为流压角，IG为重心至船首的距离(约为L/2),为水动力中心至船首的距离。Cwy与漂角β及H/d(水深/吃水)的关系如图3所示，当β=0°或180°时，Cwm=0,Mw=0;当β=90°时，Cwm=0,Mw=0;当β=40°和140°左右时Cwm最大，此时Mw也最大。
4.2 水动力对船舶转动的影响
水动力的作用点W的位置受漂角、船体水下侧面积形状及分布情况影响。在武港离泊时，大型重载船舶在掉头过程中，水流的漂角由180°向0°变化，水动力中心距船首从0.75L逐渐移至0.25L处。
4.2.1 初始阶段外力分析
对图2中(1)状态进行分析，漂角为140°左右，水动力中心在重心G之后。设船舶速度V，并假设拖船能够以垂直于艏艉线的方向进行顶推，船舶受力情况见图4。若是以重心为支点，拖船产生的推力和拖力分别为F1、F-2和FT3。同时，船舶在急涨水的作用下产生水动力FxW。推力FT2、FT3，拖力F1和水动力Fxw产生的合外力矩为:
式(2)中:拖船拖力FT1的力臂为XT1，拖船推力F2的力臂为XT2，推力FT3的力臂为XT3，水动力Fxw的力臂为XW。船舶在合外力矩的作用下，船首发生转动。根据水动力转船力矩公式，此时水动力的转船力矩较大，且和拖船顶推力及拖力的转船力矩方向相同，共同使船首向右偏转，故在船舶掉头的初期，船舶ROT一般可达到15(°)/min~20(°)/min，有时可达25(°)/min。
P一拖船推力作用点;W一水动力作用中心;Fw一船舶所受的水动力;F为水动力纵向分力;F一拖船的顶推力和拖力;G-船舶重心
4.2.2 横流阶段受力分析
对图2中(2)状态进行分析，漂角为90°。以重心为支点，拖船产生的拖力和推力分别为FT1、FT和FT3。同时，水动力中心前移并与重心重合，故水动力F的力臂为零，水动力转船力矩系数约为零，可知水动力不产生转船力矩，只产生横移(见图5)。拖船推力FT2、FT3和拖力FT1产生的合外力矩为:
式(3)中:拖力FT1的力臂为XT1，推力FT2的力臂为XT2，推力FT3的力臂为XT3。船舶在转船力矩的作用下，船首继续转动，此时转船力矩是依靠拖船的推力和拖力产生的，转船效果有所降低，ROT下降至10(°)/min~15(°)/min。
P一拖船推力作用点;G/W一水动力作用中心和重心重合;Fw一船舶所受水动力;F--拖船的顶推力和拖力
4.2.3 末后阶段受力分析
对图2中(3)状态进行分析，漂角约为40°，水动力中心在重心G之前(见图6)。由于航道北面为浅滩，速度矢量线指向浅滩。为了减少船舶向浅滩的漂移量，船尾的拖船不能继续快顶，应停车。以重心为支点，拖船产生的拖力为F。同时，船舶在急涨水作用下产生水动力FxW。拖力FT1和水动力Fxw产生的合外力矩为:
式(4)中:F+的力臂为XT,Fxw的力臂为Xw，力偶臂等于两者作用点之间的距离，即XT-Xw。船舶在合外力作用下，船首继续转动。由图3可知，水越深浅水动力矩系数越大，水动力转船力矩也越大，且水动力的转船力矩和拖船的转船力矩方向相反，阻碍船首迎流偏转。在急流的作用下，ROT下降至5(°)/min左右，即所谓“被流别住”的时刻。此时若是采取措施不当，致使船舶长时间陷在该时段，将对掉头十分不利，风险很大。
当船舶继续向右转向，水动力中心继续往船首方向移动，即从距船首0.75L处移动至船首0.25L处，由于漂角渐小，水动力的横户分量越来越小，虽然水动力的力臂达到最大，但水动力对船舶转动的阻碍效果越来越弱，直至不再阻止船舶转向。因此，船舶在过了"被流别住”时刻之后，ROT随即增大，恢复至初始掉头状态。
P-拖船推力作用点;W一水动力作用中心;Fw一船舶所受水动力;F--拖船的顶推力和拖力;G-船舶重心
4.3 拖船右顶艉与左顶艏时船舶运动比较
通常，船舶向右转向掉头时，拖船可以配置在右舷船尾顶推，也可以配置在左船首顶推。然而，两种不同的作业方式将带来不同的船舶运动效果(见图7)。
图7a中，拖船位于重心之后，转心在重心之前，拖船起到加速转向的作用，但重心和船尾均有向左的横移量，船尾的横移量明显偏高，船舶将向左前方做斜航运动。
图7b中，拖船位于重心之前，转心也在重心之前，拖船距离转心较近，此时在拖船推力之下，船舶的转向效果较图7a差，但重心和船尾均有向右横移量，此时船能将向右前方做斜航运动。而目，即使在急流的作用下，图7b向左前方的漂移量地比图7a小很多。因此，图7b的拖船作业方式更适用于船舶左舷水域受限的操纵情况。武港码头大型重载船舶在急涨水右转掉头的后半段，即左舷水域受限，适用图7b的拖船配置方法。
4.4 风险原因综合分析
结合上述的受力情况分析及拖船配置比较，对篇首案例出现险情原因总结如下
1)用车过早。急涨水离泊时，当船舶拉开码头后，在顺流的作用下，船舶用车过早，船速极易增加。在掉头过程中，船舶速度增大，船舶转心前移，右船首拖船作业效果将急剧减弱，也会极大增加船舶向浅滩的漂移量。
2)码头的北面有浅滩，掉头水域受限。急涨水离泊时，将2艘拖船均配置在右船尾是不正确的。在离泊的初期阶段，右船尾拖船虽然会增加转船力矩(如图4所示)，但是在离泊的中后期，右船尾拖船会增加船舶向左前方(浅滩)的漂移距离，产生危险。3)左船首没有配置拖船。当船舶在急涨水作用下，整体冲向浅滩时，右船首单一拖船的拖力严重不足，拖船拖力产生的转船力矩十分有限。同时，右船尾2艘拖船闲置，没有充分发挥作用。
4)涨水太急。在船舶进入图2中(3)状态时，水动力的转船力矩较大，且阻碍船首向右偏转。因此，在船舶掉头到(3)状态时，船舶ROT最小。另同一拖船在静水中，拖力只有顶推推力的70%。由于水流太急，右船首拖船不仅要拖拽大船，还要消耗能量保持自身位置，拖力效果被大大削弱。
5 武港码头急涨水离泊操纵建议
武港码头的自然条件在舟山港域的矿石中转码头中是最优的，这往往导致相关驾引人员麻痹大意，思想上不够重视。根据笔者多年实操经验，可以采取如下措施，避免危险。
5.1 向左掉头离泊
急涨水离泊时，应尽量避免采用向右掉头的方式离泊。急张水向左掉头离泊时，初始阶段可以利用拖船平拖至安全距离，再加大船尾拖船的拖拽力度，形成内舷受流的态势，同时动车配合，使船舶避开码头前沿0.19 nmile宽度的缓流区。当船尾受到急涨水作用后，右船首拖船全速顶推，可以快速确保船舶安全掉头。
5.2 向右掉头离泊
武港码头附近的条帚门航道走向和急涨水流向一致，且条帚门航道段水域宽阔，因此在船舶向右掉头过程中，应合理用车，确保船舶没有指向北面浅滩的前进速度，同时配合正确的拖船配置方法，完成掉头。
5.2.1 合理用车
急涨水离泊时，在急涨水作用下，船舶速度极易增加。驾引人员应注意使用倒车，确保船舶掉头至图2中(2)状态时没有前进速度，即使有前进速度，也应小于1.5 kn。船舶可以在急涨水作用下，沿着航道漂移，但不能动车，导致船舶的速度矢量线指向北面的浅滩。
5.2.2 正确拖船配置
武港码头大型重载船舶急涨水(顺流)离泊时，宜采用拖船在左船首顶推(推艏)和右船首吊拖(拖艏)的协助方式(见图8)图8所示的两种方式中，方法一更佳，在船舶右转掉头至图2中(3)状态时，水动力作用点在重心之前，水动力转船力矩阻碍船首向右偏转，配置2艘拖船在左船首顶推，可以有效克服水动力转船力矩的阻止偏转作用，并显著地减少船舶向浅滩漂移，从而保障船舶安全掉头。
6 结束语
自2016年6月条帚门航道开放以来，交通流密集，武港码头处于条帚门窄口上，武港码头船舶能否安全离泊无疑成了繁忙的条帚门航道是否畅通的关键。
大型重载船舶遇到急涨水离泊时，不少驾引人员仍采用常规的向右掉头离泊方式，并错误用车，拖船配置不当，导致危险情况发生。若不重视该风险，极易酿成事故。驾引人员应根据相应的潮水采用最佳的离泊方案，尤其在急涨水时，应重视水动力转船力矩对船舶的作用，在合理用车的同时，合理布置拖船的位置，利用拖船的推力和拖力克服水动力转船力矩阻碍船首偏转的作用，确保船舶安全离泊。
参考文献：
[1]唐元清,黄亚东.武港码头大型重载船舶急涨水右转离泊风险分析及建议[J].航海技术,2024,(04):4-7.
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