由于巴拿馬運河對船舶吃水的限制(限制吃水為12.04m,GATUNLAKE船閘內水密度為0.9954),對于巴拿馬型散貨船,貨主總是要求船方能最大限度地利用船舶的裝貨能力,以提高其經濟效益。但是,如果控制不當,造成超水尺而不能安全過河,產生駁船、駁載等額外費用,必然給船東或租家造成巨大損失。所以,如何確定最大裝載吃水,如何控制船舶在運河中正好以運河限制的平吃水過河便成為船舶駕駛員的重要任務之一。

以下筆者采用倒推法,結合我司LY輪實際,談談超水尺巴拿馬型船如何進行過運河的吃水控制計算。

1確定船舶在運河內密度為0.9954的淡水下的水尺

很顯然,由于運河的限制,為達到最大裝載吃水,此時的最佳水尺應為12.04m平吃水。

2確定船舶在進運河前密度為1.025的標準海水下的水尺

為方便計算,這里假定為標準海水,也可以假定為裝貨港的水密度。

附:靜水力參數表(HydrostaticTable)

(1)確定平均吃水。根據運河限制吃水12.04m,查靜水力參數表(HydrostaticTable)得:平均吃水dM=12.04m時,標準海水排水量△1.025=70810t,每厘米吃水噸數TPC=63.7t/cm。計算進運河前的平均吃水B(MeanDraftBeforeTransitingCanal):

方法一,計算海淡水密度變化船舶的實際排水量△=△1.025×(0.9954/1.025)=70810×(0.9954/1.025)=68765.14(t)；再由海水排水量68765.14t,反查靜水力參數表經內插得進運河前的平均吃水dMB=11.718m。

方法二,同法計算出船舶實際排水量△=68765.14t；再計算由于水密度變化引起的平均吃水海淡水變化量δd=△×(1.025/0.9954-1)/100TPC=68765.14×(1.025/0.9954-1)/6370=0.322(m)；進運河前的平均吃水dMB=12.04-0.322=11.718(m)。

(2)確定吃水差。由于海淡水密度的變化,當船舶從海水進入淡水時,船舶的水尺將發生變化。但是隨著吃水的變化,船舶水線下排水體積的變化是非線性的(首尾變化速率不一致)。排水體積中心(浮心)和水線面中心(漂心)的位置也將隨吃水發生變化。即:船舶從海水進入淡水船身下沉時,船舶的浮心發生了轉移,而一定裝載下的船舶總重心不變,造成船舶總縱傾力矩發生變化,使得船體不能保持平行下沉(一般首下沉大于尾下沉),吃水差發生了變化。這里,筆者也介紹兩種吃水差變化量的計算方法供大家參考。

方法一,當船舶在淡水中時,由平均吃水12.04m查靜水力參數表得浮心縱向位置LCB淡=-7.36m。此時船舶平吃水,即重心與浮心在同一垂線上,故有:船舶重心縱向位置LG=LCB淡=-7.36m；而船舶在進運河前的海水時,由平均吃水dMB=11.718m查靜水力參數表經內插得:漂心縱向位置LCF=-1.022m,每厘米縱傾力矩MTC=943.54,浮心縱向位置LCB=-7.552m,其中,浮心縱向位置LCB與重心縱向位置LG不在同一垂線上,產生縱傾力矩M=△×(LG-LCB)=68765.14×(-7.36+7.552)=13202.91(tm)；因此,吃水差變化量δt=M/MTC=13202.91/943.54=14.0(cm)。(注:吃水差正值表示首傾,負值表示尾頃。部分教科書可能與此相反,在使用船舶貨運資料時要特別注意,以免造成大錯)。

方法二,當船舶由海水進入淡水,船舶平均吃水發生了δd改變,對應的排水體積,即浮力也發生了δ△改變,排水體積改變量δ△=100TPC×δd。而δ△部分的浮心應為其體積中心,由于δd較小,近似看成在水線面面積中心,即漂心LCF=-1.022m。即相當于δ△部分浮心由原浮心LCB=-7.552m移到了漂心LCF=-1.022m,則有δt×MTC=δ△×(LCF-LCB),即δt=δ△×(LCF-LCB)/MTC=100TPC×δd×(LCF-LCB)/MTC=100×63.5×0.322×(一1.022+7.552)/943.54=14.0(cm)。

(3)得到前后吃水。進運河前首吃水dFB=dMB-δt×(LBP/2-LCF)/LBP=11.718一0.140×(215/2+1.022)/215=l1.647(m)；尾吃水dAB=dFB+δt=11.647+0.140=11.787(m)。

3確定裝貨港水尺

根據從裝貨港到運河外船舶油水消耗量,以及裝貨港水密度到標準海水密度的變化(若有),分別計算所引起的船舶平均吃水和吃水差的變化。以此算出裝貨港所要控制的水尺,以保證到達運河時能以12.04m平吃水順利過河。

4實際裝載中還應考慮的因素

不難看出,以上計算的關鍵主要在于確定海淡水密度變化所引起的平均吃水變化量和吃水差變化量。但以上僅是理論上的計算,而在裝載實際中,筆者以為,至少還要考慮以下兩種影響:

(1)一般散貨船滿載時會有數厘米的中垂,這將會造成平均吃水DQM(Quarter Mean Draft)剛好符合要求時,船腫吃水卻已經超出,根據公式DQM=[DF+(DP+DS)×3+DA]/8(式中:DF為船首吃水；DP為船腫左舷吃水；Ds為船腫右舷吃水；DA為船尾吃水)。不難推算出,超出量為中垂量的1/4。這就要求駕駛員要留出一定余量,以免因中垂而超水尺。當然,在各艙裝貨配載時,也可考慮中間艙適當少裝貨,以減少船舶的中垂影響。不過如果產生中拱,則又會造成船首尾水尺超出,同樣從平均吃水DQM的計算公式推算出,超出量約為中拱量的3/4。

(2)當船舶由海水進入淡水時,船舶發生首下沉,實際吃水差變化量要比以上計算所得還大。這是因為在首下沉過程中船上各未滿載油水艙中的液體重心也將由后向前移動相當于載荷的移動,由此造成首下沉的進一步增加。這一增加量一般會有數厘米之多,取決于各油水艙的情況,如:液艙縱向長度、未滿載油水艙數量等。這就要求駕駛員在預留吃水差時,要比理論計算值大一些。

以上兩種影響難以進行定量計算,但在實際操作中一定要考慮在內,并要注意靠經驗積累來確定其定量值。另外最好還要預留一二厘米的裝貨富余量,以方便在進運河時發現吃水不符合要求,可以迅速通過首尖艙或尾尖艙壓水來調節,使船舶能夠順利過河。除新船首航巴拿馬運河外,各船都會有一些以前的裝載實例和過河水尺記錄,都可以作為參考資料進行參考。

為了在進運河前能夠檢驗水尺是否會滿足要求,最好用上述方法算出船舶到達BalboaAnchorage(水密度1.0219)或Cristobal(水密度1.0212)進運河前的實際水密度對應的水尺,以便在進運河前察看水尺進行檢驗,如有不滿足,迅速通過首尖艙或尾尖艙壓水來調節,使船舶能夠順利過河。另外,以上所算出在Balboa和Cristobal的進運河前水尺,對一定的船舶的各個航次是不變的,可以當作一項船舶資料保存。

作者：林金民  來源：航海技術