浅谈山区急流航道人字形操纵技术之创新应用

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  摘 要:山区河流航道滩多、流急、弯大,船舶驾引难度高,危险性大,船毁人亡之事故时有发生。澜沧江--湄公河,一江连六国,自20世纪90年代初期航道开发以来,局部航段经过整治与建设,国际航运出现了百舸争流的大好形势,运量持续增长,船舶吨位逐年增大,有力地促进了经济社会的发展。目前,中国景洪港至泰国清盛码头344公里航道航行条件虽有改善,但滩多,流急,航道弯、窄、浅、险,碍航礁石密布等自然特点并没有根本解决。因此,船舶航行仍然十分困难,船舶触礁、搁浅事故时有发生,以澜沧江-湄公河行船操纵技术为例探索创新,供同行借鉴。
  关键词:山区航道;人字形;船舶操纵;创新
  中图分类号:U698              文献标识码:A            文章编号:1006—7973(2020)11-0056-03
  随着国家经济快速发展和航道建设、水电开发步伐的加快,全国范围内高等级航道逐年增加,航道条件日趋好转,但澜沧江--湄公河、金沙江、赤水河、乌江等山区河流在个别航段或部分水期,依然存在着急流航道,船舶驾引操纵技术对这些河段的航行安全起着至关重要的作用。
  澜沧江--湄公河部分航道由于受河槽、水流等因素的影响,保持着天然状态,航行条件恶劣,成为制约澜沧江-湄公河国际通道水运开发与发展的卡口河段。尤其是其中的弯、窄、浅、险恶航道水域狭窄、弯曲度大、呈S形、夹杂明礁暗浅。传统理论行船,为了克服弯道扫湾水势致使船舶漂移、扫湾等影响,在下行过程中常采用“挂高取矮”的操纵方法,即“以主流为依据,使船位沿程处于主流上侧,凸岸高流势一侧,为下方航道提高船身,取好船向,乘迎横流腾出舷角,以抗拒强力横流的冲压及船舶在弯道作曲线运动时产生的离心惯性力。同时为防止在突嘴处大角度急转弯,采取扩大航迹曲度半径”[摘录1]的操作,在实际操作中,常因驾引人员引航时机不易准确把握,造成挂高取矮操纵不当,船位摆不到位,致使下行船舶航迹曲度半径偏离主流过远或抬向挂高时机不当发生背脑落湾,引发触礁、搁浅事故。另一方面由于弯窄浅险恶航道航行条件的特殊性,间或突嘴脑部斜流强劲,水势扫湾,其下回流力强,反向弯道的过渡区潜伏礁浅等特征,在传统的“挂高取矮”操纵“加减车速”环节尤为关键,操作不当常常致使尾推进船舶通过类似河段发生事故。
  根据澜沧江-湄公河、金沙江、赤水河、乌江等山区急流航段船舶航行经验总结,建议在弯、窄、浅、险恶航道的操纵,除采取传统的“挂高取矮操纵技术”以外,还应结合具体河段的特点,在弯、窄、浅、险恶航段操纵难度大的水域,对下行船舶采取“人字形”操纵创新技术,与传统的“挂高取矮”操纵技术优势互补,以提高船舶在险恶急流航道航行安全保证率。现结合澜沧江-湄公河实际航道情况就该实践创新技术的应用及操作要领进行探究,以便其它河流水上运输船舶通过弯、窄、浅、险恶航道借鉴及推广。
  1 澜沧江--湄公河航道概况
  澜沧江--湄公河全长4880km,总落差为5060m,平均比降为1.04‰,入海口平均流量12000m3/s。自澜沧江--湄公河发展国际航道以来,中国、老挝、缅甸、泰国四国主要通航河段为中国景洪港至泰国清盛码头。根据国内外航道开发和通航利用情况,通常把澜沧江-湄公河中国景洪港至泰国清盛港航道分为以下两段:
  景洪港至南阿河口滩段(澜沧江航段):长73km,水流自北向南穿过西双版纳州,滩险23道。其中景洪港至三道拐滩航段,有滩险8道,两岸均为低山丘陵,高出地面约50m,山势平缓;景洪大沙坝、曼厅大沙坝居于该段,河床多为沙卵石所覆盖;江心州、边滩发育,洪水期河宽达200~500m,枯水期河宽约80~200m,水流流速3.5~4.5m/s,个别滩险河段可达4.5~5.0m/s,近年来,景洪最大流量4500m3/s,最小流量800m3/s,年水位平均变幅5m。三道拐至南阿河口滩段,有滩险15道,河谷逐步缩窄,枯水期,浪大流急,河宽30~60m,洪水期河宽60~80m。
  南阿河口滩至泰国清盛港段(湄公河航段),长约275km,绝大多数位于境外,属于原始山区河流,素以“滩多流急,礁石林立”重要特征。据统计该段水域共有86道滩险,其中:中缅界河有8道,老缅界河有78道,该段河床多由原生基岩或砂卵石组成,航道弯曲、狭窄、水流湍急、泡漩汹涌、暗礁棋布、滩险栉比。江面宽度自上而下逐渐收缩,枯水期河宽一般为50m,最窄处在枯水位时航宽仅仅20m。
  自1990年第一艘船舶驶达老挝国家琅勃拉邦港开始,《中老缅泰澜沧江-湄公河商船通航协定》签署之前,澜沧江--湄公河(景洪至清盛)航道一直处于原始落后状态,急流险滩严重威胁着航行船舶的安全,限制了航运的发展,枯水期仅能通航70~80吨级小轮(每年中洪水期仅四至五个月),并且航行安全无保障,水上交通事故频发,中国景洪港至泰国清盛码头往返周期长达二十天左右的时间;洪水期航道漫坪,界限模糊,水势凌乱,水流湍急,船舶行驶艰难;枯水期浅滩水深不足,濒临断航,有的地方出现“船在水上漂,人在水中走”的局面,需停船扎水。2002年至2004年,上湄公河航道经过炸礁、疏浚等不断改善,航行条件得到一定的改观,灰拉滩、挡弄下滩、青苔滩、龙宋滩、哈塔班莫滩、贯莫待、楠累河口滩、空丹滩、会那耶滩、挡石栏滩、相腊浅滩、挡板滩、翁微滩、三角石滩等航行条件有了明显的改善;在航道部门的维护管理下,一些重要位置配布了航标,用以标示洪水期模糊航道的界限。目前,国内航段景洪港至244界碑河段经过整治与改善,已经达到五级航道;244界碑以下河段为六级航道。虽然如此,境外航段在低水位时仍然具有“滩多流急、礁石林立、湾多滩险”特征,为典型的山区天然河流,其间急流有二十多道,浅滩有六道,弯、窄、浅、险恶航道有八道,例如青苔滩、孟巴里奥上口段、金三角浅滩上口等航段在枯水季节成為典型的弯、窄、浅、险恶河段,航道明显特征均存在两岸礁浅交错相对,弯曲度大,水流横向力强。下行船舶在当季水位通过类似水域,操纵稍有失误即发生触礁、搁浅事故。   2 人字形操纵创新技术的提出
  针对澜沧江--湄公河弯、窄、浅、险典型水域航道水文条件恶劣,下行船舶采取传统“挂高取矮”操纵经常发生水上交通事故,本文以孟巴里奥上口水域为例分析其原因并提出人字形操纵创新技术。
  2.1 孟巴里奥航道基本情况
  孟巴里奥上口水域距允景洪大桥272.5km,整个河段呈瓶颈型,其下游河面放宽,水流流速变缓,致使上游来水来砂量与水流输砂量不平衡,淤积大于冲刷,河心终年淤积而形成卵石江心州,将河道分为两岔,右岔为砂泓,航道开放时,航线较为顺直;左岔为石泓,当砂泓航道堵塞时,主航道在左岔,此航槽上首分布众多礁石区与江心卵石坝相对,整个航道为明显的弯窄浅型航道,呈急弯S形,航线在明礁暗浅中弯曲穿行,上方石梁处斜流冲泻,潜州暗浅处受滑梁内拖水的作用明显,下行航行难度大。根据多年航行实践,该航段的实质水流流量在1000~1200m3/s时,采取传统方法进行“挂高取矮”航行操纵,80%的下行船舶会发生搁置于下侧暗浅或触礁的事故。(如图1所示)
  2.2 传统操纵存在的弊端
  图1中航线为采取传统“挂高取矮”的操纵方法通过孟巴里奥上口左槽,下行船采取“拉档、切角、直舵、挂月”[摘录2]四个步骤进行操作:其中船位1为拉档操作阶段,船舶下行通过湾区上半段尽可能沿缅甸一侧行驶,其目的是顺直船身,力图把弯道凸嘴处的弯曲集中度进行分散。船位2、3处为切角阶段,与上一步进行有效衔接,力求小舵角牵直船身驶过弯曲河段顶冲点处,从而有效减小船艇通过突嘴处的惯性离心力;待船首内舷插入凸嘴下首船位4慢回流后进入直舵阶段,利用月形水文采取直外舵提尾,有效缩减船舶通过弯道时的航迹带,确保船舶安全通过该险滩。但在实际操作中,由于拉档操作过程尤为重要,其航道边缘的不确定,造成不能有效实现操纵意图,存在航迹分布不合理从而影响后面的一系列操作措施,可谓“一环扣一环”一步失误造成系列连锁反应,拉档过大,转向过迟,导致船身打横,船尾船位3处在横流水的作用下垮而造成扫尾垫舵;拉档过小,转向过早,会在背脑水的作用下向凸嘴暗礁区处困脑,为避免触礁而被迫向湾区用舵,致使船位落湾发生搁浅事故。因此,类似弯曲度大的河段,在当季水位采取传统的“挂高取矮”操纵技术就难以保障其航行安全。
  2.3人字形操纵创新技术
  为提高船舶下行通过险恶航道安全通过率,在澜沧江-湄公河国际航运开发初期,来自云南金沙江、贵州赤水河、重庆乌江等无数航运老前辈结合实际地形、水流分布特点,并通过对众多险恶航道进行多次实践总结出“人字形”创新操纵技术。下行船舶充分利用弯道上半段凹岸水域旋回地形及回流出水的特点,采取掉头后由凹岸合适位置向凸岸顶冲点进行旋回操纵,结合实际礁浅位置分步骤调整船位纵横距,调顺船身进行挂高操作,谨慎通过弯窄浅水域的方法,以提高安全通过率,其操纵航迹呈人字形,顾名思义命名为人字形操纵技术。
  3 人字形操纵创新技术的具体应用
  在典型弯、窄、浅、险河段中,下行船舶采取掉头后分步骤操纵,能提高船舶安全航行保证率。因此,人字形操纵在澜沧江-湄公河航行中成为普遍性操作,应用十分广泛,主要包括:急流基岩急弯航道,如空丹滩、控贯滩;碛坝型急弯航道,如青苔滩;航道界限模糊的急弯浅滩航道,如:孟巴里奥上口,金三角浅滩等。
  3.1人字形创新技术操纵要领
  为了增强与传统操纵的对比性,仍以孟巴里奥上口航段为例对其操纵要领进行介绍,如图2所示:
  (1)下行船舶沿主流行驶至孟巴里奥滩头,减速行驶,在滩区上游段充分利用弯曲河段上半段沱湾地段的回流或凹陷地形,将下行船舶掉头为上行状态(如图2船位1、2);
  (2)掉头完毕,稳住船位,目测滩区分布礁石浅区与船舶的相对位置,结合本船的操纵性能,预估航迹线走向;
  (3)操纵船舶上行至合适位置(如图2船位3),视航道水域调整纵横距,灵活运用进退车及满舵旋回,同时注意船舶运动轨迹和挂向时机;
  (4)当船首挂上石梁尾旺水区(如图2船位4)时,回舵,双进车,视凸嘴横流的强弱掌握加车程度,紧循上方石梁顺身进槽,待船尾驶至浅点(如图2船位5)时,减速或用进退车配合右舵在下半湾顺向出槽,以确保下行船舶顺利通过类型河段。
  3.2人字形操纵创新技术的特点
  人字形创新操纵技术特点主要如下:
  (1)可以有效解决传统“挂高取矮”操纵技术中的“一环扣一环”的操纵失误带来的被动局面;
  (2)可以利用旋回操纵的方法更好地取代传统“挂高取矮”中的拉档与切角操纵过程,利用进退车操纵方法控制船位,确保船舶运动轨迹与航道保持一致;
  (3)减小转弯离心力,充分利用沱湾地带回流出水,防止船尾下垮,又能结合航道特点灵活机动变换车速避免发生船吸,顺利通过浅点位置。解决了传统型操纵在强横流时需要加车而通过浅区又必须减速的对立矛盾局面;
  (4)旋回后的停顿,船舶驾引人员可以争取时机对航道与水文的判断与操纵时机的评估,从而有效提高船舶通过类型险滩的安全度。
  3.3人字形创新技术的操纵注意事项
  采取人字形创新操纵技术在操作时机及船舶运动轨迹上能够弥补传统操纵存在的不足,为了能够在实际操纵中充分发挥其优势,具体操作中应注意以下事项:
  (1)正确选择适用水域,在滩区上游掉头时,要根据岸形及主缓流分布规律,结合航行船舶自身的操纵性能,合理选择掉头地点,掉头方向,在正常情况下,顺流船掉头方向由主流向缓流掉头,以充分利用缓回流及主流的流压差,实现快速顺利掉头。
  (2)在滩区入口处取船位时,要根据本船尺度、进倒车性能、舵效以及滩头沱湾水域清爽程度合理选择船位,操纵船舶到有利位置,既要求能够充分利用滩头沱区回流出水以实现顺利旋回,又要求驾引人员能够根据船艇与礁石之间的相对位置机动调整船位高低情况,严防调整船位不当造成无法顺身入槽而出现被动的局面:船位过高,顺向后达不到掉头切向的效果,造成船舶在弯道上方的石梁凸嘴处逼向或触礁;船向过低,则容易出现旋回完毕后,形成船舶输向,导致整个船舶受横流的作用下垮出现搁浅事故。
  (3)在进行人字形操纵过险滩时,要严格根据船舶旋回过程中船位与滩险礁石的相对位置,抓住船舶顺身顺向有利时机进行车舵配合操纵,以保证安全通过险槽。
  4结语
  采取人字形操纵创新技术与传统的“挂高取矮”引航技术互补,是澜沧江--湄公河天然河段行船中经过数辈老船长在实践中摸索总结出来的好经验好做法,从20世纪90年代初期澜沧江--湄公河国际航道开发以来,船舶吨位由100吨级发展到目前通航600吨级运输船均发挥了极其重要的作用,在实际的航行中,历经澜沧江--湄公河数道滩险检验,包括在2003年航道整治前期,青苔滩、空丹滩、金三角上浅滩在当季水位航行条件更为恶劣的情况下,采用人字形创新操纵技术均得以安全通过。经过二十多年的反复实践论证,该创新技术操作日趋成熟,方法切实可行。通过代代相传,该技术已成为澜沧江--湄公河每一名船长在引航操作中必须掌握的方法,极大程度地保证了尾推进船舶在澜沧江--湄公河弯、窄、浅、险恶航道的安全通过率。同时,为开辟天然河段水路运输提高航行安全发挥了重要作用,提供了实践技术支撑。建议相关教材编写时,在开发天然航道弯、窄、浅、险恶航道驾引技术中,将人字形操作技术纳入其中,供更多同行借鉴。
  參考文献:
  [1]谢世平,吴乃平.船舶驾驶与管理[M].大连:大连海事学院出版社,2016.
  [2]晓飚,黄勇亮.航道与引航[M].北京:人民交通出版社,2016.
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