摘　要：船舶由深水区航行至浅水区，船舶周围水流的分布、水阻力、船速、吃水和操纵性等发生了一系列的变化。文章就此展开分析和研究，供船舶驾驶员在浅水区操纵船舶参考。

关键词：浅水效应　横向阻力　转船力矩　纵倾　舵效　旋回性　操纵

引言

我国的港口和内河航道普遍存在着水深不足，致使船舶航行经常出现浅水效应，造成船舶的周围水场分布、水阻力、航速、吃水和操纵性等发生了一系列对船舶的安全操纵很不利的变化。所以笔者认为必须对船舶浅水效应展开进一步的分析和研究，以此给船舶驾驶员在浅水区安全操船提供参考。

1　船体周围水流的变化及水压分布

航行于浅水区的船舶，其周围的水流与船体的相对运动，和深水区有很大的不同。在深水中航行时，不论其船首或船尾部分水的流动具有三维空间内流动的特点。船首处斜向(既向两侧，又向下方)向后运动，并具有向下的明显特点；船尾处斜向(既由两侧向纵中剖面，又向上方)向后运动，并具有明显向上的特点，如图1b所示。但在浅水中航行时，船首或船尾部分水的流动因空间受到限制，原三维空间内的流动不得不变为向两侧或由两侧同时向内的二维平面式的流动，如图1a所示。这样，就产生了不同于深水域中的船体周围水压分布的新情况，如图2所示。

2　船舶横向阻力的增加及转船力矩的加大

图3表示一艘低速驳船在浅水中航行时船底流速的变化情况。船体底部与河床之间形成狭窄的水道，导致船底的流速增大；并且由于水的粘性，在河床及船底均要形成边界面，使过水断面更加减小，船底的流速更加增加。这种由于水深受到限制使船体与水的相对速度较深水情况有所增大，其增加的速度称为回流速度。

回流速度的存在导致船底流速增加，压力降低，从而使船体下沉，吃水增加，附加质量及附加惯性较之深水有明显增加。而且，由于船底和河床边界层厚度均自船首向船尾逐渐增加，使船尾部过水断面较船首处为小，因而流速增加更大，压力下降更甚，故船尾下沉较船首大，产生尾倾现象。

回流速度的存在导致浅水船周围的流速比深水船大，且其舷侧湿面积因船体下沉而增加，所以使摩擦阻力增大。同时，因水流与船体的相对速度增大，压力下降亦大， 故首尾压力差将增大， 并且船尾与河床的间隙小，易于发生涡流。因此涡流阻力也要增大。所以船在浅水中航行时其粘性阻力将增加。

浅水中，横向阻力的增加，转船力矩的加大，对操纵有重大影响。靠泊操纵中船受横向来流，或静水中作靠岸的横向移动，船舶所受横向阻力及转船力矩的大小，随着水深的变浅，横向阻力及转船力矩会有成倍的增长。

3　船体下沉与纵倾

船舶在浅水区航行中，由于周围水流流速变动，沿舷侧水流较首尾快，使船体周围水压力发生变化(见图4) 。船首尾部高，中间低，船舶如果保持其排水量，为了取得新的均衡，就要静止时多下沉一些。与此同时，由于船体首尾线形的不同，也会引起纵倾的变化。

其实，即使在深水中航行的船，因船体周围压力分布发生的变化已形成船侧水位下降，其结果将导致船舶整体下沉，同时纵倾状态也随之改变。这种下沉改变的程度，随船型肥大、航速提高而变得越激烈。浅水中的船体下沉及纵倾变化，较之深水更为激烈，因而对船舶操纵影响较大，甚至产生船底擦碰海底的事故。这是船舶进入浅水区域必须充分考虑的问题。在商船速度范围内，浅水中低速时就出现船体下沉，随着船速的增高，下沉的增加率也很快，首上浮时机较早。而且，越是水浅，达到最大首纵倾和开始变为尾纵倾所需要的船速越低。因此，当船舶通过浅水时，对船体下沉及纵倾现象必须引起重视，并应根据估计，求出剩余水深，以防船舶拖浅或搁浅。

影响船体下沉量大小的因素很多，它随船舶的种类、船体在水下的肥瘦程度、航速、水深和所航水域的性质(开阔水域、受限水域、封闭水域)不同而变化，很难用公式计算出包含各种因素的船体下沉量。美国U.S Army corps ofengineers推荐船舶在浅水航道中航行时船体下沉量的计算公式如下：

船体下沉量=2×CB×V2/100(m)。

式中CB为与船舶吃水相对应的方形系数；

V：船速，单位节(kn)。

为了方便使用上式，可参考表1查阅船舶在浅水航道中航行时的下沉量。

表1　船体下沉计算表 单位(英尺)

如果船舶在封闭水域航行，如运河河道中，船体下沉量将大于相应的表列数值。从公式中可看出，船速越高，越是肥大型船舶，船体下沉量越大。关于水深对下沉量的影响，一般认为，当水深小于7倍的吃水时，船体下沉开始察觉到，当水深小于2. 5倍吃水时，船体下沉开始明显增加。随着船体下沉，船舶纵倾亦发生变化。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。下沉量与船速的平方成正比，当船舶航行于浅水区时，如果船舶首位波异常增高，则说明富余水深太小了，有触底危险，此时应果断降速或停车，以增大富余水深。

4　推进器效率骤减，船速可降30%

为了使船体水线以下部分的形状符合流线型，以减少涡流分离而产生的压差阻力，并加强对螺旋桨的供水、提高螺旋桨推进效率，船尾水线以下靠近基线部分往往比较尖，并向上抬起，一般在船中处过水断面最小，流速最高，随着向后过水断面逐渐增大，至螺旋桨盘面或舵叶处增加到最大值，使流速逐渐降低。由于螺旋桨盘面处的进速低，来流对桨叶的攻角变大，螺旋桨的旋转阻力大，负载增加，故螺旋桨转速下降。同时，浅水使船行波泄水受限制，兴波阻力变大；当航速与移动水波波速相当时，兴波阻力最大，可以看到有一巨大横浪随船前进。由于航行阻力大增，船速可降低30%。

5　舵效降低，船舶旋回性变差

船舶在浅水航行，因船速下降，船底过水断面减小，排出流流向紊乱，伴流的作用加强船尾高压区作用，这些都损及了舵力，使舵效降低。另外，当船舶沿浅区边缘行驶时，船舷两侧的水深往往不一样。由于船首高压产生向前推进的波浪受河底的反射较深水一侧要强得多，因而在船首靠近浅水一侧的压力升高较深水一侧大，使船首两侧产生指向深水一侧的压力差，迫使船首向深水一侧转动，这一现象俗称“跑舵”。在实践中，当发现跑舵时，操舵者不应用反舵将舵压死，这将有利于船舶回到深水中，防止发生搁浅。

在浅水中用舵时，其回转角速度明显降低。根据模型试验表明，当水深吃水比h/T=2时，回转角速度降低为深水的85%左右；当h/T=1.25时，回转角速度为深水的50%左右。

进入浅水后，由于舵产生的初始旋回力矩减少，船体旋回阻矩的增大，使旋回性指数变小，旋回性能下降。在浅水的旋回直径，要比深水中大。根据试验，当水深吃水比(h/T)=1.4时，回转直径约为深水中的1.5倍；当水深吃水比(h/T)>4时，则无多大影响。故船舶进人浅水后，虽然用了舵或加大舵角，船头往往是迟迟不肯转动，一旦转动了又难以稳住。

6　浅水区安全操船的措施

6. 1　减速行驶船舶在浅水区航行，在主机功率不变的情况下，因阻力增加，船速会降低。若要保持原来船速，则要增加主机功率，但这对于提高航速毫无意义，不但浪费了燃料，而且加大了主机磨耗。减速行速，不但可以减少阻力，而且可以节约燃料，保护机器。另一方面，船舶进入浅水区会增大吃水，船速越高，吃水增值就越大。降低船速，可减少吃水增值，防止增加碰擦河底的危险。

6. 2　测深这是驶入浅水区后的一种必要措施，用以探测航路，使船行驶于最深位置以保持一定的富余水深。

6. 3　设法提高舵效为克服在浅水区行驶时舵效差的不利影响，在操作上应注意，用舵要提前转舵，及早回舵，使用的舵角应较大。

6. 4　备锚为防止在驶过浅水区时，因舵效低和跑舵等原因而出现倒头、失控等危险局面，可事先通知备锚，供必要时使用。

6. 5　保持船舶具有适当的尾纵倾由于一般运输船在航行中，动吃水增值都是首部的较大，因此，宜在开航前就使船具有适当的尾纵倾。

6. 6　注意船舶之间的会让由于浅水区航道浅、窄、弯、多变，水流情况复杂，给船舶航行及会让带来了较大的困难，故做好船舶会让就更加重要了。船员要谨慎操作，严格遵守有关规章制度及内河避碰规则，加强了望，随时作好避让。

结束语

船舶航行于浅水区的情况是十分复杂的，如果船舶驾驶员不熟悉船舶浅水效应或不能及时处理各种可能出现的情况，那么船舶随时都有搁浅或坐滩的可能。故要预防或减少船舶搁浅事故，必须加强船员的技术培训，不断提高其技术素质，加强安全意识，提高船员遵章守纪的自觉性及对安全航行的认识。

作者：招定友  来源：天津航海