4.5 浅水、岸边……在这些受限水域,如何安全行船?
顾名思义,受限水域就是“在这里,船舶不能随心所欲航行”的水域。受限制的情况有很多种,比如,有时因为水浅或道窄,有时候则是因为船太大。如果船太大,吃水太深,水域本身不够宽,水不够深,船就很难进行变向和变速等操作。
船长们也很熟悉这些地方了,比如,进出港口的航道,某个狭窄的海峡或某条运河,或者通过一座大桥下面的时候,或者有时候走到养殖区附近,都需要格外小心。
接下来,我们介绍几种可能遇到的常见危险。
浅水效应:水越浅船越容易下沉
龙困浅滩遭虾戏,船驶入浅水区域时,“浅水效应”会导致船速下降,有时还会面临风险。
水浅时,船浸在水里的深度(也就是吃水,与船体的质量、水的密度、水域都有关系)越来越接近航道的水深,船底也越来越接近水底,船底压力降低。这种情况下,船会下沉,吃水更深,摩擦阻力更大,同样的动力下船速会变得更低,而且水流的紊乱还会导致舵力下降和螺旋桨的推进效率下降;另外,在水深不足时,船还可能触底,造成船底破损。
浅水效应发生时,就好像水下有巨兽在把船拽向海底,水越浅,这种现象越明显。因此,通过浅滩时,船长和驾驶员要适当地控制船速、正确使用各种助航设备,确保船舶在浅水中航行安全,甚至在接到航行任务时就要全面考虑和分析,提前做好通过浅水区域的各项安全准备工作。
岸壁效应:船头被推开,船尾被拉住
我们常常会觉得,船在岸边最安全。其实这感觉并非全对。
事实上,靠岸停着很好,但是,靠岸航行可就危险了。因为“岸壁效应”可能会带来一些麻烦。
举个例子:2021年3月24号,“长赐”号巨型集装箱船在有着“欧亚大动脉”之称的苏伊士运河搁浅,超过200艘轮船卡在了河道里,在整整6天6夜后才再次通行。据统计,“长赐”号搁浅带来的整体损失可达每天100亿美金,而可能的原因之一就是岸壁效应(bank effect)。
岸壁效应是一种综合的效应,包括发生在船头的岸推效应和发生在船尾的岸吸效应。你可以想象一下——
前进时,船头会把水“劈开”,并推往两边,但是靠岸的那边因为有岸挡住,水推不开去,形成了高水位,而另外一边水扩散得很快,水位比较低,就这样,船头一边水高一边水低,船头就会往水低的那边偏,就好像被岸“推”走了;
而船尾则相反。靠岸航行时,船体与岸之间流速增大,中间就形成了低压区。船尾的螺旋桨不断地吸入和排除水流,但中间那个低压区的水补充不过来,导致船尾附近水位下降,压力比外舷低,就会逐渐靠近岸边,仿佛被岸“吸”过去了。
图片说明:岸推和岸吸正好形成一个力偶,结果使船头转向航道中央,而船尾迅速向岸边吸拢。
越靠近岸边,水越浅,航道越狭窄,或是当航速越快,船体越“肥胖”,岸吸和岸推效应就越是明显。像“长赐”号这种巨轮一旦卡住,是很难被拉回航道中间的。此前网上曾流传一张照片,一个小挖掘机在搁浅的“长赐”号船头挖沙,看起来就像蚂蚁在大象脚下工作,实在力有不逮。
岸壁效应就像一把双刃剑:岸给船以保护,却也阻止船更好地前行。所以,大船过小道时,需要特别留心,别让船和河岸或其他船靠得太近,速度也不能太快,要尽量沿着河道中心线行驶。
除了岸吸,还有船吸
2019年2月5日,隶属于美国海军“林肯”号航母战斗群(Abraham Lincoln aircraft carrier battle group)的“莱特湾”号导弹巡洋舰(CG 55 USS Leyte Gulf)与“罗伯特·皮尔里”号弹药补给船(T-AKE 5 USNS Robert E. Peary)在佛罗里达州外海发生碰撞,造成两舰受损。当时林肯号航母战斗群正执行演习任务,“罗伯特·皮尔里”号为“莱特湾”号补充弹药。在此过程中,补给船偏离航线,突然撞向莱特湾号巡洋舰。
为什么会发生“自己人撞上自己人”?
这里的罪魁祸首就是“船吸”现象。
要理解这种现象,你可以用两张纸做个小实验:一手拿一张,先平行放,然后对着空隙吹气,然后两张纸会合拢——这就是大气压力作用的结果。
如下图所示,两艘并行的船就像这两张纸,因为两船中间的水流比外侧快很多,所以船中间的水压会比两船外侧的水压低很多,这种压力差就会导致两艘船越靠越近,甚至撞到一起。
图片说明:船吸现象
故事里的补给船长度超过200米,巡洋舰也有100多米长,它们采取的是横向补给方式,船之间的间隔也就四五十米,水压推动它们互相靠近。在补给过程中既要保持军舰向前航行,又要不时地向外打舵,克服“船吸”现象,操作上稍有差池便有相撞的风险。因此,海上补给出人意料地成了和平时期最具危险性的航行任务之一。
当然,除了前面故事里的横向补给,海上补给方式还有纵向补给和垂直补给。从安全性上看,还是垂直补给安全性最高,纵向补给次之。就是因为有船吸效应,横向补给是安全性最差的。
浅水效应、岸吸(岸推)现象、船吸现象,这些都是流体力学中伯努利原理(流速增大使压强减小)的派生,也是船舶在航行过程中很容易遇到的危险场景。驾驶人员需要全面研究分析水道情况,注意避让,解决好船舶的操纵问题——
毕竟,有句老话说得好:小心驶得万年船。
来源: 海军大连舰艇学院
内容资源由项目单位提供