港內(nèi)結(jié)冰時(shí)拖輪排冰技術(shù)及應(yīng)用

張保旭

（盤錦港引航站，遼寧 盤錦 124200）

冬季港口結(jié)冰時(shí)船舶靠泊前需要破冰和排冰，通常利用拖輪進(jìn)行此操作。由于浮冰的影響，船舶靠泊時(shí)間明顯增加，有時(shí)需要數(shù)個(gè)小時(shí)。冰情下與非冰情下靠泊時(shí)影響安全的因素有所不同，為此學(xué)者做了大量的研究。王延軍等總結(jié)了葫蘆島北港港區(qū)拖輪在冰期時(shí)的應(yīng)用。李洵分析了拖輪在助大型船舶靠泊時(shí)危險(xiǎn)。楊炳棟分析了冰期時(shí)船舶擠冰和操縱方法。曲熠等分析了丹東港冬季冰情及應(yīng)對(duì)措施。趙步巒等研究了北方港口冬季冰期船舶操縱和靠泊技巧。

上述研究集中在冰情下船舶操作安全，對(duì)于拖輪排冰技術(shù)的研究相對(duì)較少，因此有必要對(duì)此做進(jìn)一步的研究。本文在研究拖輪操縱特點(diǎn)基礎(chǔ)上，分析和總結(jié)了拖輪排冰的各種技術(shù)，并在實(shí)踐中得以應(yīng)用，顯著提高排冰效率。

1 港內(nèi)結(jié)冰對(duì)船舶靠泊的影響

冰區(qū)靠泊時(shí)港內(nèi)的積冰會(huì)聚集在船舶和碼頭之間，導(dǎo)致船舶無法靠上碼頭，大塊堅(jiān)冰時(shí)可能劃破船體和損壞螺旋槳，另外風(fēng)流情況、積冰情況、泊位走向和空擋大小對(duì)冰區(qū)靠泊提出了更高的要求。大船在冰區(qū)內(nèi)操縱困難，耗時(shí)長且需頻繁用車有時(shí)甚至需要數(shù)小時(shí)靠泊，對(duì)船舶工況、拖輪的使用、駕駛臺(tái)和甲板工作人員身體和心理帶來極大的考驗(yàn)。所以需要在靠泊過程中根據(jù)實(shí)際情況和拖輪的配置及排冰效果，合理統(tǒng)籌配置拖輪和制訂適合當(dāng)時(shí)實(shí)際情況的排冰方案，從而清除船舶和碼頭之間的積冰，實(shí)現(xiàn)安全高效的冰期靠泊。

下文圖中，空箭頭表示排出流方向；實(shí)箭頭表示拖輪移動(dòng)方向；實(shí)曲線箭頭表示拖輪旋轉(zhuǎn)方向。

2 單個(gè)拖輪排冰的方法

目前，港內(nèi)適用較多的拖輪為雙車全旋回拖輪。該拖輪具有操縱性好的特點(diǎn)，通過雙車配合使用，可以原地掉頭和橫向移動(dòng)，文中涉及的拖輪為雙車全旋回拖輪。

2.1 一字流排冰法

一字流排冰法是指利用拖輪向后的排出流，吹動(dòng)浮冰移動(dòng)，以達(dá)到清除水面的浮冰的目的，如圖1 所示。通常拖輪頂在碼頭上，拖輪與碼頭垂直，利用強(qiáng)大的排出流將浮冰吹離碼頭前沿水域。當(dāng)拖輪垂直頂在碼頭時(shí)，拖輪船體以及排出流可以阻擋拖輪一側(cè)的浮冰飄移到另一側(cè)，起到檔冰效果。該方法既可以吹冰又可以檔冰，適合船舶入泊前的前期排冰和入舶時(shí)的擋冰，如圖1 所示。

圖1 一字流排冰法

2.2 八字流排冰法

八字流排冰法是指拖輪雙車分別向外斜向推進(jìn)，雙車排出流呈八字型，利用排出流產(chǎn)生的水動(dòng)力，拖帶浮冰，如圖2 所示。通過調(diào)整排出流角度，可以控制拖帶浮冰的水動(dòng)力大小和作用范圍。該方法通過拖冰可以將浮冰拖離設(shè)定的水域，也可以通過拖冰防止浮冰進(jìn)入設(shè)定的水域，起到檔冰效果。該方法拖冰效果明顯，適合各種冰情。

圖2 八字流排冰法

2.3 橫移排冰法

橫移排冰法是利用拖輪雙車中一車排出流斜向后而另一車排出流斜向前，使得拖輪橫向移動(dòng)，依靠船體推動(dòng)浮冰，進(jìn)行排冰，如圖3a 和圖3b 所示。該方法通過推冰，起到排冰或者檔冰效果。該方法作用范圍廣，效果明顯，適合中等以下的冰情。

圖3a 橫移排冰法 圖3b 橫移排冰法

2.4 旋轉(zhuǎn)排冰法

旋轉(zhuǎn)排冰法是指利用拖輪雙車吹向同一側(cè)從而使得拖輪旋轉(zhuǎn)，引起附近的浮冰向四周擴(kuò)散。根據(jù)排出流方向，又分為原地旋轉(zhuǎn)排冰法和發(fā)散旋轉(zhuǎn)排冰法。使用原地旋轉(zhuǎn)排冰法時(shí)旋轉(zhuǎn)內(nèi)側(cè)的排出流流向?yàn)閮?nèi)側(cè)斜前即偏船首方向，旋轉(zhuǎn)外側(cè)的排出流流向?yàn)閮?nèi)側(cè)斜后即偏船尾方向，如圖4a 所示。當(dāng)排冰水域受限時(shí)可以使用該方法。

圖4a 原地旋轉(zhuǎn)排冰法 圖4b 發(fā)散旋轉(zhuǎn)排冰法

使用發(fā)散旋轉(zhuǎn)排冰法時(shí)排出流流向都為內(nèi)側(cè)斜后，如圖4b 所示。當(dāng)排冰水域不受限時(shí)可以使用該方法。該方法主要用于吹散拖輪四周的積冰，從而為后期排冰創(chuàng)造便利條件。

3 多個(gè)拖輪配合排冰的方法

當(dāng)積冰較厚時(shí)，單憑一條拖輪很難完成排冰任務(wù)，此時(shí)需要兩條甚至更多拖輪相互配合進(jìn)行排冰。多個(gè)拖輪配合排冰的方法包括：

3.1 對(duì)頂互推排冰法

對(duì)頂互推排冰法是指兩條拖輪首首對(duì)頂，拖輪的排出流均為八字流，利用排出流產(chǎn)生的水動(dòng)力進(jìn)行排冰，如圖5 所示。單個(gè)拖輪八字流排冰時(shí)如果排出流過大，則拖輪前進(jìn)速度會(huì)增大，此時(shí)如果拖輪前進(jìn)速度高于被拖帶浮冰的漂移速度，會(huì)造成排冰效果變差。為了解決上述問題，可以將兩條拖輪對(duì)頂互推。由于兩條拖輪排出流方向相反，使得既使拖輪排出流增大，兩條拖輪的行進(jìn)速度也不會(huì)變大，甚至速度為零。當(dāng)組合體需要向前移動(dòng)時(shí)后拖排出流大于前拖排出流；當(dāng)組合體需要靜止不動(dòng)時(shí)后拖和前拖排出流相同。

圖5 對(duì)頂互推排冰法

由于后拖排出流水動(dòng)力增大同時(shí)而進(jìn)速可控，拖冰效果增強(qiáng)，同時(shí)前拖的排出流起到推冰效果，因此該方法排冰效果明顯，適合冰情較重時(shí)。

3.2 同向錯(cuò)位排冰法

如果需要排冰的水域范圍較大，通過單個(gè)拖輪八字流排冰時(shí)排空的水域由于附近水域浮冰的入侵使得排冰效果變差，需要反復(fù)排冰，用時(shí)較多，此時(shí)可以將多個(gè)拖輪同向錯(cuò)位進(jìn)行八字流排冰，如圖6 所示。當(dāng)拖輪的馬力不同時(shí)馬力大的拖輪在前；由于靠碼頭一側(cè)積冰相對(duì)較厚，所以前面拖輪要靠在碼頭一側(cè)，從而避免前面拖輪把積冰吹向碼頭增加后面拖輪排冰難度。

圖6 同向錯(cuò)位排冰法

3.3 一檔一拖排冰法

一檔一拖排冰法是指一條拖輪在上風(fēng)或上流處檔冰，一條拖輪在下風(fēng)或下流處拖冰。當(dāng)有風(fēng)流時(shí)，浮冰會(huì)在風(fēng)流作用下向下風(fēng)流處飄移，為了避免上風(fēng)流處的浮冰流入拖輪排冰后的水域，可以在上風(fēng)流處放置一條拖輪檔冰。檔冰的方法可以采用一字流排冰法，如圖7a 所示：也可以采用橫移排冰法，如圖7b 所示。

圖7a 一檔一拖排冰法

圖7b 一檔一拖排冰法

3.4 反向橫移排冰法

反向橫移排冰法是指兩條拖輪船首向相反，在相反的方向上采用橫移排冰法排冰，如圖8 所示。該方法有助于排除流使拖輪間的浮冰從反向拖輪的船首排出，還可以避免拖輪排出流干擾反向拖輪的橫向運(yùn)動(dòng)。相比單拖輪橫移排冰法，雙拖輪的反向橫移排冰法排冰效果更好。該方法特別適合船舶平行靠泊時(shí)清除船舶和碼頭之間的浮冰，排冰時(shí)保持船舶與碼頭之間距離略大于拖輪船長。

圖8 顛倒橫移排冰法

4 拖輪排冰法的應(yīng)用

盤錦港集裝箱碼頭泊位走向?yàn)?23～303 度，共有2 個(gè)集裝箱泊位，泊位總長度為610 米。泊位位于盤錦港東區(qū)一港池，其位置正對(duì)防波堤開口，當(dāng)吹南風(fēng)且漲潮流時(shí)集裝箱泊位前沿積冰非常嚴(yán)重，堆積冰甚至可達(dá)50 厘米。

2023 年2 月10 日，某大型集裝箱船靠盤錦港集裝箱碼頭101 泊位。該大型集裝箱船船長為294 米，船寬32.2 米，最大吃水10.0 米。

靠泊當(dāng)天，天氣情況為：南風(fēng)4～5 級(jí)。氣溫為：-3℃。潮汐情況為：到碼頭前沿時(shí)漲潮（低平潮后1 小時(shí)）；冰情為：滿港池積冰，冰層厚度20 厘米以上。根據(jù)碼頭走向和風(fēng)流情況，可以確定船舶靠泊時(shí)將遭受攏風(fēng)攏流的作用。

4.1 靠泊前破冰和排冰

由于港內(nèi)冰情嚴(yán)重，而且在攏風(fēng)攏流作用下泊位前沿積冰難以吹離泊位。因此在船舶抵達(dá)泊位前的前期破冰以破碎結(jié)冰層和大塊積冰為主，可采用來回趟航或發(fā)散旋回法。因攏風(fēng)攏流的作用積冰會(huì)回流至泊位前沿，所以對(duì)于有結(jié)冰層區(qū)域不宜盲目擴(kuò)大破冰面積，以可滿足大船在泊位前原地旋回為宜。

4.2 入泊時(shí)排冰

集裝箱碼頭的101 泊位靠近港池的東北角，船舶左靠時(shí)船尾位置比較緊張，因此船舶入泊時(shí)盡量以較大入泊角度接近碼頭，當(dāng)接近碼頭時(shí)適當(dāng)減小入泊角度。在船舶入泊位時(shí)布置一條排冰拖輪位于船尾泊位位置附近以一字流排冰法排冰，布置另一條排冰拖輪位于船舶內(nèi)檔中后部位以橫移排冰法排冰，以此減少船舶前進(jìn)旋回時(shí)攜帶的浮冰涌入船舶內(nèi)檔的泊位水域。

4.3 靠泊時(shí)排冰

由于積冰嚴(yán)重，靠泊時(shí)先將船舶平行推向泊位，一般推至距碼頭20～30 米時(shí)甚至更遠(yuǎn)時(shí)由于堆積浮冰的阻擋將達(dá)到極限位置，船舶內(nèi)檔堆積大量浮冰。

此時(shí)安排排冰拖輪進(jìn)入內(nèi)檔進(jìn)行排冰，通過八字流排冰法盡量將船舶內(nèi)檔堆積的部分浮冰吹出內(nèi)檔。由于內(nèi)檔冰情緩解，船舶在內(nèi)外擋水壓和攏風(fēng)攏流作用下可能會(huì)向泊位漂移，因此提前停止協(xié)助拖輪頂推，并安排協(xié)助拖輪放纜備拖。

由于大型集裝箱船長過長且積冰嚴(yán)重，僅通過八字流排冰法無法將船舶內(nèi)檔浮冰全部排出，因此，在完成八字流排冰后，內(nèi)檔堆積的浮冰已經(jīng)被沖散，此時(shí)安排兩條拖輪采用反向橫移排冰法繼續(xù)清理船舶內(nèi)檔的浮冰。

積冰比較松散時(shí)可以適當(dāng)減少橫距以提高排冰效率，當(dāng)船舶進(jìn)一步靠近泊位，約1 倍拖輪船長時(shí)兩條拖輪采用對(duì)頂互推排冰法，清理船舶內(nèi)檔的浮冰，既可以排出船前部積冰又可以防止船尾積冰回流。

通過上述步驟，船舶僅用時(shí)1 個(gè)小時(shí)左右順利完成靠泊任務(wù)，顯著提高了靠泊效率。

5 結(jié)語

冰期靠泊主要依賴拖輪排冰實(shí)現(xiàn)靠泊，本文研究和總結(jié)了單個(gè)和多個(gè)拖輪排冰技術(shù)，并在實(shí)踐中進(jìn)行應(yīng)用和檢驗(yàn)。該研究能提高拖輪排冰效率，有助于規(guī)范拖輪排冰操作，便于船舶和拖輪之間的協(xié)調(diào)作業(yè)。通過運(yùn)用研究成果，能顯著縮短冰期船舶靠泊時(shí)間。影響拖輪排冰的因素眾多，本文僅考慮了排冰時(shí)拖輪的影響，在今后的研究中還需要考慮風(fēng)流和碼頭的影響，以便從系統(tǒng)的角度提高拖輪排冰和船舶冰期靠泊效率。