由于巴拿马运河对船舶吃水的限制(限制吃水为12.04m,GATUNLAKE船闸内水密度为0.9954),对于巴拿马型散货船,货主总是要求船方能最大限度地利用船舶的装货能力,以提高其经济效益。但是,如果控制不当,造成超水尺而不能安全过河,产生驳船、驳载等额外费用,必然给船东或租家造成巨大损失。所以,如何确定最大装载吃水,如何控制船舶在运河中正好以运河限制的平吃水过河便成为船舶驾驶员的重要任务之一。

以下笔者采用倒推法,结合我司LY轮实际,谈谈超水尺巴拿马型船如何进行过运河的吃水控制计算。

1确定船舶在运河内密度为0.9954的淡水下的水尺

很显然,由于运河的限制,为达到最大装载吃水,此时的最佳水尺应为12.04m平吃水。

2确定船舶在进运河前密度为1.025的标准海水下的水尺

为方便计算,这里假定为标准海水,也可以假定为装货港的水密度。

附:静水力参数表(HydrostaticTable)

(1)确定平均吃水。根据运河限制吃水12.04m,查静水力参数表(HydrostaticTable)得:平均吃水dM=12.04m时,标准海水排水量△1.025=70810t,每厘米吃水吨数TPC=63.7t/cm。计算进运河前的平均吃水B(MeanDraftBeforeTransitingCanal):

方法一,计算海淡水密度变化船舶的实际排水量△=△1.025×(0.9954/1.025)=70810×(0.9954/1.025)=68765.14(t)；再由海水排水量68765.14t,反查静水力参数表经内插得进运河前的平均吃水dMB=11.718m。

方法二,同法计算出船舶实际排水量△=68765.14t；再计算由于水密度变化引起的平均吃水海淡水变化量δd=△×(1.025/0.9954-1)/100TPC=68765.14×(1.025/0.9954-1)/6370=0.322(m)；进运河前的平均吃水dMB=12.04-0.322=11.718(m)。

(2)确定吃水差。由于海淡水密度的变化,当船舶从海水进入淡水时,船舶的水尺将发生变化。但是随着吃水的变化,船舶水线下排水体积的变化是非线性的(首尾变化速率不一致)。排水体积中心(浮心)和水线面中心(漂心)的位置也将随吃水发生变化。即:船舶从海水进入淡水船身下沉时,船舶的浮心发生了转移,而一定装载下的船舶总重心不变,造成船舶总纵倾力矩发生变化,使得船体不能保持平行下沉(一般首下沉大于尾下沉),吃水差发生了变化。这里,笔者也介绍两种吃水差变化量的计算方法供大家参考。

方法一,当船舶在淡水中时,由平均吃水12.04m查静水力参数表得浮心纵向位置LCB淡=-7.36m。此时船舶平吃水,即重心与浮心在同一垂线上,故有:船舶重心纵向位置LG=LCB淡=-7.36m；而船舶在进运河前的海水时,由平均吃水dMB=11.718m查静水力参数表经内插得:漂心纵向位置LCF=-1.022m,每厘米纵倾力矩MTC=943.54,浮心纵向位置LCB=-7.552m,其中,浮心纵向位置LCB与重心纵向位置LG不在同一垂线上,产生纵倾力矩M=△×(LG-LCB)=68765.14×(-7.36+7.552)=13202.91(tm)；因此,吃水差变化量δt=M/MTC=13202.91/943.54=14.0(cm)。(注:吃水差正值表示首倾,负值表示尾顷。部分教科书可能与此相反,在使用船舶货运资料时要特别注意,以免造成大错)。

方法二,当船舶由海水进入淡水,船舶平均吃水发生了δd改变,对应的排水体积,即浮力也发生了δ△改变,排水体积改变量δ△=100TPC×δd。而δ△部分的浮心应为其体积中心,由于δd较小,近似看成在水线面面积中心,即漂心LCF=-1.022m。即相当于δ△部分浮心由原浮心LCB=-7.552m移到了漂心LCF=-1.022m,则有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。进运河前首吃水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确定装货港水尺

根据从装货港到运河外船舶油水消耗量,以及装货港水密度到标准海水密度的变化(若有),分别计算所引起的船舶平均吃水和吃水差的变化。以此算出装货港所要控制的水尺,以保证到达运河时能以12.04m平吃水顺利过河。

4实际装载中还应考虑的因素

不难看出,以上计算的关键主要在于确定海淡水密度变化所引起的平均吃水变化量和吃水差变化量。但以上仅是理论上的计算,而在装载实际中,笔者以为,至少还要考虑以下两种影响:

(1)一般散货船满载时会有数厘米的中垂,这将会造成平均吃水DQM(Quarter Mean Draft)刚好符合要求时,船肿吃水却已经超出,根据公式DQM=[DF+(DP+DS)×3+DA]/8(式中:DF为船首吃水；DP为船肿左舷吃水；Ds为船肿右舷吃水；DA为船尾吃水)。不难推算出,超出量为中垂量的1/4。这就要求驾驶员要留出一定余量,以免因中垂而超水尺。当然,在各舱装货配载时,也可考虑中间舱适当少装货,以减少船舶的中垂影响。不过如果产生中拱,则又会造成船首尾水尺超出,同样从平均吃水DQM的计算公式推算出,超出量约为中拱量的3/4。

(2)当船舶由海水进入淡水时,船舶发生首下沉,实际吃水差变化量要比以上计算所得还大。这是因为在首下沉过程中船上各未满载油水舱中的液体重心也将由后向前移动相当于载荷的移动,由此造成首下沉的进一步增加。这一增加量一般会有数厘米之多,取决于各油水舱的情况,如:液舱纵向长度、未满载油水舱数量等。这就要求驾驶员在预留吃水差时,要比理论计算值大一些。

以上两种影响难以进行定量计算,但在实际操作中一定要考虑在内,并要注意靠经验积累来确定其定量值。另外最好还要预留一二厘米的装货富余量,以方便在进运河时发现吃水不符合要求,可以迅速通过首尖舱或尾尖舱压水来调节,使船舶能够顺利过河。除新船首航巴拿马运河外,各船都会有一些以前的装载实例和过河水尺记录,都可以作为参考资料进行参考。

为了在进运河前能够检验水尺是否会满足要求,最好用上述方法算出船舶到达BalboaAnchorage(水密度1.0219)或Cristobal(水密度1.0212)进运河前的实际水密度对应的水尺,以便在进运河前察看水尺进行检验,如有不满足,迅速通过首尖舱或尾尖舱压水来调节,使船舶能够顺利过河。另外,以上所算出在Balboa和Cristobal的进运河前水尺,对一定的船舶的各个航次是不变的,可以当作一项船舶资料保存。

作者：林金民  来源：航海技术