淺水水域航行作為限制水域航行的一種航行狀態(tài)。有其獨特的航行規律，諸如船速降低、應舵性下降、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)，因對船體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(jiàn)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(cháng)和引航員對船舶高速航行時(shí)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，如何正確認識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，是駕駛人員值得重視和認真商榷的。
1淺水水域航行中的船體下沉
有學(xué)者實(shí)驗研究表明，處于一定狀態(tài)的船舶，在運動(dòng)中影響其所受水動(dòng)力大小的重要參數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(wú)統一的國際標準。但就從水深影響船體阻力的試驗結果來(lái)看，通常用相對水深(H／d)的比值來(lái)區分淺水與深水，即H／d<4時(shí)，可近似的認為是淺水水域；反之，當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。當船舶駛入淺水水域時(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時(shí)，會(huì )因阻力增加，導致船速下降、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，駕駛人員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，應避免因船體下沉而造成擱淺的危險，10kn速度應有吃水的10％的增加量。當速度降低時(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(shuō)明下沉量與船速的增加呈線(xiàn)性關(guān)系，但下沉量并非與船速一直保持為呈線(xiàn)性關(guān)系，因此，式(2)僅適用于某一速度段范圍內。
式(3)方法說(shuō)明下沉量與船速的平方呈正比關(guān)系，但沒(méi)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，其所導致的誤差也可能是很大的。但從告戒駕駛人員應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(lái)說(shuō)，是起到積極作用的。
2.2簡(jiǎn)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(guò)推導并試驗后，得出簡(jiǎn)化公式如下：
受限水域下沉量 S=2Cb·V2／100 (4)
開(kāi)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(▽?zhuān)?/SPAN>LppBd)；▽為排水量；Lpp為垂線(xiàn)間長(cháng)；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(shí)，下沉量的計算精度很高，但與實(shí)船做對比時(shí)，還是有一定出入)。
Tuck理論是在細長(cháng)體(瘦形船舶)假定的基礎上，將速度勢在船體附近及遠場(chǎng)作漸進(jìn)展開(kāi)，根據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(shí)用手冊》中根據這種理論，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(gè)分量分別計算，其和即為船體下沉量Squat=S1+S2?，F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(xiàn)間長(cháng)(m)；B為船舶型寬(m)；Cb為方型系數；H為航道水深(m)；d為船舶吃水(m)；Fr為船長(cháng)度佛汝德數()；Vs為船速=V×0.5144(m／s)；g為重力加速度(9.807m／s2)。
由此可見(jiàn)．船體下沉量與水深、船舶尺度、船舶方型系數及船速是有關(guān)的．特別是與方型系數和船速是緊密相關(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()；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)。
當然，還有其他學(xué)者導出的求平均下沉量S1的計算公式，經(jīng)過(guò)演算，與上面介紹的Tuck公式計算結果基本一致，即：平均下沉量
Sl=lLpp·{1.5·(d／H)·[Cb／(Lpp／B)]·Fr2](m) (8)
式中：Lpp為垂線(xiàn)間長(cháng)；d為船舶吃水；H為水深；Cb為方型系數，▽／LBd(▽排水量，L垂線(xiàn)間長(cháng)，B船寬，d吃水)；Fr為船長(cháng)度佛汝德數(Froude Number=；Vs為船速(m／s)，1kn=0.5144m／s；g為標準重力加速度(9.807m／s2)。
3水深受限制時(shí)的吃水差調整
船舶航行時(shí)會(huì )出現的船體下沉現象，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，當佛汝德數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(guò)淺灘時(shí)受實(shí)際水深的制約，往往需要通過(guò)調整吃水差，盡可能的保持平吃水，以滿(mǎn)足最大裝貨量的需求。此時(shí)，若將船舶調整為平吃水，處于無(wú)縱傾的標準狀態(tài)，航行時(shí)將會(huì )出現首傾。
有艘VLCC船模的試驗表明，當相對水深(H／d)≥1.3左右時(shí)，預先給船舶以適當的尾傾，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(méi)有給出一個(gè)大概尾傾的數值，以供實(shí)際使用時(shí)參考)。但應注意的是，當駛入相對水深(H／d)≤1.2的淺水水域時(shí)，若預先有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)。
船舶是否具有適當的吃水差，不但對淺水水域航行有實(shí)際意義，同時(shí)也對船舶操縱有積極作用。在淺水水域、狹窄航道和復雜航區航行時(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定性和應舵性是首要的，旋回性則次之，船舶如保持有適當的尾傾，便可獲得較好的航向穩定性和應舵性。如船舶產(chǎn)生首傾。雖提高了旋回性，卻降低了航向穩定性，不論何種原因產(chǎn)生了首傾，都將使航向穩定性變壞。
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(guò)計算可以證明，用式(6)或者用式(8)，其計算結果是一樣的。
(2)ZH輪(1686TEU)滿(mǎn)載出港過(guò)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Fr=0.084，船體下沉量S=0.20m。
(3)YH輪(5446TEU)用式(6)(7)求滿(mǎn)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(mǎn)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(guò)上述實(shí)例計算．不難看出影響船體下沉量變化的兩大因素是：船舶的方型系數和船速，而相比之下，船速引起的變量要大于方型系數的變量。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(guò)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(guò)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。當船舶航行在淺水水域時(shí)，因其周?chē)鲌?chǎng)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(guò)多，在經(jīng)濟上將會(huì )受到一定的損失。因此用確定船舶過(guò)淺點(diǎn)、航道時(shí)的富余水深值來(lái)保證船舶航行安全是行之有效的。
富余水深在取值時(shí)還應考慮以下因素：
(1)水位誤差：由潮汐預報、航道測量、氣候氣壓等引起的誤差。由于受測量?jì)x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)向持續時(shí)間的長(cháng)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，導致單側瞬間吃水增大，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(dòng)所增加的下沉量。
(3)船體下沉量：船舶在航進(jìn)中產(chǎn)生的物理現象，淺水航道更為明顯。因此要根據本船的實(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。
上述三項中以(3)最重要，不但數值大，變量大，且不易準確掌握。一旦船體下沉量確定后，應怎樣來(lái)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)當局都會(huì )依據本港的具體情況制定標準，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采用不同標準等。
如歐洲引航協(xié)會(huì )建議采用以吃水的比值定量來(lái)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(kāi)始實(shí)行的《長(cháng)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：“船舶應保留足夠的富余水深，船舶富余水深應當不小于船舶吃水的12％?！?/SPAN>
作者：董存義 吳東江 來(lái)源：航海技術(shù)
