摘　要：船舶由深水區航行至淺水區，船舶周圍水流的分布、水阻力、船速、吃水和操縱性等發生了一系列的變化。文章就此展開分析和研究，供船舶駕駛員在淺水區操縱船舶參考。

關鍵詞：淺水效應　橫向阻力　轉船力矩　縱傾　舵效　旋回性　操縱

引言

我國的港口和內河航道普遍存在著水深不足，致使船舶航行經常出現淺水效應，造成船舶的周圍水場分布、水阻力、航速、吃水和操縱性等發生了一系列對船舶的安全操縱很不利的變化。所以筆者認為必須對船舶淺水效應展開進一步的分析和研究，以此給船舶駕駛員在淺水區安全操船提供參考。

1　船體周圍水流的變化及水壓分布

航行于淺水區的船舶，其周圍的水流與船體的相對運動，和深水區有很大的不同。在深水中航行時，不論其船首或船尾部分水的流動具有三維空間內流動的特點。船首處斜向(既向兩側，又向下方)向后運動，并具有向下的明顯特點；船尾處斜向(既由兩側向縱中剖面，又向上方)向后運動，并具有明顯向上的特點，如圖1b所示。但在淺水中航行時，船首或船尾部分水的流動因空間受到限制，原三維空間內的流動不得不變為向兩側或由兩側同時向內的二維平面式的流動，如圖1a所示。這樣，就產生了不同于深水域中的船體周圍水壓分布的新情況，如圖2所示。

2　船舶橫向阻力的增加及轉船力矩的加大

圖3表示一艘低速駁船在淺水中航行時船底流速的變化情況。船體底部與河床之間形成狹窄的水道，導致船底的流速增大；并且由于水的粘性，在河床及船底均要形成邊界面，使過水斷面更加減小，船底的流速更加增加。這種由于水深受到限制使船體與水的相對速度較深水情況有所增大，其增加的速度稱為回流速度。

回流速度的存在導致船底流速增加，壓力降低，從而使船體下沉，吃水增加，附加質量及附加慣性較之深水有明顯增加。而且，由于船底和河床邊界層厚度均自船首向船尾逐漸增加，使船尾部過水斷面較船首處為小，因而流速增加更大，壓力下降更甚，故船尾下沉較船首大，產生尾傾現象。

回流速度的存在導致淺水船周圍的流速比深水船大，且其舷側濕面積因船體下沉而增加，所以使摩擦阻力增大。同時，因水流與船體的相對速度增大，壓力下降亦大， 故首尾壓力差將增大， 并且船尾與河床的間隙小，易于發生渦流。因此渦流阻力也要增大。所以船在淺水中航行時其粘性阻力將增加。

淺水中，橫向阻力的增加，轉船力矩的加大，對操縱有重大影響。靠泊操縱中船受橫向來流，或靜水中作靠岸的橫向移動，船舶所受橫向阻力及轉船力矩的大小，隨著水深的變淺，橫向阻力及轉船力矩會有成倍的增長。

3　船體下沉與縱傾

船舶在淺水區航行中，由于周圍水流流速變動，沿舷側水流較首尾快，使船體周圍水壓力發生變化(見圖4) 。船首尾部高，中間低，船舶如果保持其排水量，為了取得新的均衡，就要靜止時多下沉一些。與此同時，由于船體首尾線形的不同，也會引起縱傾的變化。

其實，即使在深水中航行的船，因船體周圍壓力分布發生的變化已形成船側水位下降，其結果將導致船舶整體下沉，同時縱傾狀態也隨之改變。這種下沉改變的程度，隨船型肥大、航速提高而變得越激烈。淺水中的船體下沉及縱傾變化，較之深水更為激烈，因而對船舶操縱影響較大，甚至產生船底擦碰海底的事故。這是船舶進入淺水區域必須充分考慮的問題。在商船速度范圍內，淺水中低速時就出現船體下沉，隨著船速的增高，下沉的增加率也很快，首上浮時機較早。而且，越是水淺，達到最大首縱傾和開始變為尾縱傾所需要的船速越低。因此，當船舶通過淺水時，對船體下沉及縱傾現象必須引起重視，并應根據估計，求出剩余水深，以防船舶拖淺或擱淺。

影響船體下沉量大小的因素很多，它隨船舶的種類、船體在水下的肥瘦程度、航速、水深和所航水域的性質(開闊水域、受限水域、封閉水域)不同而變化，很難用公式計算出包含各種因素的船體下沉量。美國U.S Army corps ofengineers推薦船舶在淺水航道中航行時船體下沉量的計算公式如下：

船體下沉量=2×CB×V2/100(m)。

式中CB為與船舶吃水相對應的方形系數；

V：船速，單位節(kn)。

為了方便使用上式，可參考表1查閱船舶在淺水航道中航行時的下沉量。

表1　船體下沉計算表 單位(英尺)

如果船舶在封閉水域航行，如運河河道中，船體下沉量將大于相應的表列數值。從公式中可看出，船速越高，越是肥大型船舶，船體下沉量越大。關于水深對下沉量的影響，一般認為，當水深小于7倍的吃水時，船體下沉開始察覺到，當水深小于2. 5倍吃水時，船體下沉開始明顯增加。隨著船體下沉，船舶縱傾亦發生變化。一般而言，超大型中低速船首下沉量大于尾下沉量，小型高速船尾下沉量大于首下沉量。下沉量與船速的平方成正比，當船舶航行于淺水區時，如果船舶首位波異常增高，則說明富余水深太小了，有觸底危險，此時應果斷降速或停車，以增大富余水深。

4　推進器效率驟減，船速可降30%

為了使船體水線以下部分的形狀符合流線型，以減少渦流分離而產生的壓差阻力，并加強對螺旋槳的供水、提高螺旋槳推進效率，船尾水線以下靠近基線部分往往比較尖，并向上抬起，一般在船中處過水斷面最小，流速最高，隨著向后過水斷面逐漸增大，至螺旋槳盤面或舵葉處增加到最大值，使流速逐漸降低。由于螺旋槳盤面處的進速低，來流對槳葉的攻角變大，螺旋槳的旋轉阻力大，負載增加，故螺旋槳轉速下降。同時，淺水使船行波泄水受限制，興波阻力變大；當航速與移動水波波速相當時，興波阻力最大，可以看到有一巨大橫浪隨船前進。由于航行阻力大增，船速可降低30%。

5　舵效降低，船舶旋回性變差

船舶在淺水航行，因船速下降，船底過水斷面減小，排出流流向紊亂，伴流的作用加強船尾高壓區作用，這些都損及了舵力，使舵效降低。另外，當船舶沿淺區邊緣行駛時，船舷兩側的水深往往不一樣。由于船首高壓產生向前推進的波浪受河底的反射較深水一側要強得多，因而在船首靠近淺水一側的壓力升高較深水一側大，使船首兩側產生指向深水一側的壓力差，迫使船首向深水一側轉動，這一現象俗稱“跑舵”。在實踐中，當發現跑舵時，操舵者不應用反舵將舵壓死，這將有利于船舶回到深水中，防止發生擱淺。

在淺水中用舵時，其回轉角速度明顯降低。根據模型試驗表明，當水深吃水比h/T=2時，回轉角速度降低為深水的85%左右；當h/T=1.25時，回轉角速度為深水的50%左右。

進入淺水后，由于舵產生的初始旋回力矩減少，船體旋回阻矩的增大，使旋回性指數變小，旋回性能下降。在淺水的旋回直徑，要比深水中大。根據試驗，當水深吃水比(h/T)=1.4時，回轉直徑約為深水中的1.5倍；當水深吃水比(h/T)>4時，則無多大影響。故船舶進人淺水后，雖然用了舵或加大舵角，船頭往往是遲遲不肯轉動，一旦轉動了又難以穩住。

6　淺水區安全操船的措施

6. 1　減速行駛船舶在淺水區航行，在主機功率不變的情況下，因阻力增加，船速會降低。若要保持原來船速，則要增加主機功率，但這對于提高航速毫無意義，不但浪費了燃料，而且加大了主機磨耗。減速行速，不但可以減少阻力，而且可以節約燃料，保護機器。另一方面，船舶進入淺水區會增大吃水，船速越高，吃水增值就越大。降低船速，可減少吃水增值，防止增加碰擦河底的危險。

6. 2　測深這是駛入淺水區后的一種必要措施，用以探測航路，使船行駛于最深位置以保持一定的富余水深。

6. 3　設法提高舵效為克服在淺水區行駛時舵效差的不利影響，在操作上應注意，用舵要提前轉舵，及早回舵，使用的舵角應較大。

6. 4　備錨為防止在駛過淺水區時，因舵效低和跑舵等原因而出現倒頭、失控等危險局面，可事先通知備錨，供必要時使用。

6. 5　保持船舶具有適當的尾縱傾由于一般運輸船在航行中，動吃水增值都是首部的較大，因此，宜在開航前就使船具有適當的尾縱傾。

6. 6　注意船舶之間的會讓由于淺水區航道淺、窄、彎、多變，水流情況復雜，給船舶航行及會讓帶來了較大的困難，故做好船舶會讓就更加重要了。船員要謹慎操作，嚴格遵守有關規章制度及內河避碰規則，加強了望，隨時作好避讓。

結束語

船舶航行于淺水區的情況是十分復雜的，如果船舶駕駛員不熟悉船舶淺水效應或不能及時處理各種可能出現的情況，那么船舶隨時都有擱淺或坐灘的可能。故要預防或減少船舶擱淺事故，必須加強船員的技術培訓，不斷提高其技術素質，加強安全意識，提高船員遵章守紀的自覺性及對安全航行的認識。

作者：招定友  來源：天津航海