李洪星 包彥夫 徐兆陽

（東港出入境檢驗檢疫局 遼寧東港 118300）

1 前言

沙灘船往往因制造周期快、工藝粗糙以及管理不規(guī)范等原因，配備的壓載艙容積圖表普遍存在不準(zhǔn)確的問題，加之有些船舶壓載水深沒有縱傾修正，嚴(yán)重影響了水尺計重工作的開展。雖然有學(xué)者對船舶壓載水影響水尺計重進(jìn)行了一些研究，如陳建鋒[1]介紹了壓載水深度量取、查表準(zhǔn)確度等造成壓載水測算不準(zhǔn)的因素，王海鷹[2]研究了散貨船壓載計劃以及壓載水更換計劃中的強(qiáng)度控制問題，但目前針對船舶壓載水的研究主要還是集中在壓載水生物分析、生態(tài)風(fēng)險評價和處理技術(shù)等方面[3-5]，尤其是鮮有針對壓載水體積測算方法的研究。另外，針對壓載水密度的測算，有關(guān)文獻(xiàn)主張500噸以下采用港水密度，大于500噸時采用取樣測量[6]，但對于存在多個壓載艙的情況，取樣測量則存在一定難度；而且對于解決多地注入壓載水的密度計算，也沒有相關(guān)的研究文獻(xiàn)。

2 水尺計重概述

2.1 基本原理

水尺計重是指測定承運(yùn)船舶的吃水、船用物料(包括壓載水)及港水密度，依據(jù)船舶設(shè)計部門以完工圖制作的、或船舶檢驗部門審定的船舶正規(guī)圖表，計算載運(yùn)貨物重量[6]。具體來說，船舶進(jìn)行水尺計重需要具備正規(guī)的水尺刻度、排水量表或靜水力曲線圖表、油水艙計量表和液深縱傾校正表等，同時，需要測定船舶吃水、港水密度、淡水液深、壓載水液深和密度、污水量、燃油量和日消耗量等[6]。

2.2 壓載艙結(jié)構(gòu)和作用

船舶壓載艙主要包括首壓載艙、底壓載艙、頂壓載艙和尾壓載艙。壓載艙通過增減壓載水，達(dá)到改變船舶縱傾、橫傾，調(diào)節(jié)船舶穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)安全，增加空船吃水等目的。實際營運(yùn)過程中，底壓載艙和頂壓載艙最為常用，本研究的對象主要為這兩類壓載艙。

頂壓載艙和底壓載艙縱向剖面基本為矩形，前者橫向剖面近似為三角形；后者較為復(fù)雜，為矩形和部分扇形曲面的組合，不同的船身處扇形半徑有所變化，如圖1。

圖1 不同船身處頂壓載艙和底壓載艙橫向剖面圖

3 壓載水計算

根據(jù)所測水深，結(jié)合縱傾、橫傾狀態(tài)，從計量表和縱傾、橫傾校正表中查算壓載水的體積，通過測定的密度計算壓載水的重量。在壓載水體積無法準(zhǔn)確查算時，需要結(jié)合船舶結(jié)構(gòu)圖，進(jìn)行縱傾、橫傾校正和體積計算。

3.1 壓載水體積計算

不同壓載艙形狀差異較大，即使同一壓載艙在不同水深時，體積計算方式也不盡相同。本研究將各種常見的情況一一枚舉計算，實際應(yīng)用時根據(jù)類型進(jìn)行選取。由于注入壓載水后一般橫傾較小，這里暫不考慮橫傾影響。

3.1.1 頂壓載艙壓載水體積計算

3.1.1.1 縱傾時測深未超過艙高的體積計算

縱傾狀態(tài)下，測量水深s未超過艙高H(即s≤H)時，可先按判別公式計算艙底浸水面長度：l1=s ·LBP/TC+d

式中：l1—艙底浸水面長度，m(或ft)；

s—實測水深，m(或ft)；

LBP—船舶的首尾柱間距，m(或ft)；

TC—首尾柱間吃水差，m(或ft)；

d—測量管距橫艙壁間距離，m(或ft)；

（1）當(dāng)l1≥l 時，壓載水的形態(tài)為直角三角棱臺(如圖2)，其體積計算為：

式中：V—壓載水體積，m3（或ft3）；

l—壓載艙長度，m（或ft）；

h1—壓載水靠船尾側(cè)水深，m（或ft）；

h2—壓載水靠船尾側(cè)水深，m（或ft）。

艏傾時，h1取(+)，h2取(-)；艉傾時，h1取(-)，h2取(+)。

圖2 艙底浸水線與壓載水體積示意圖

（2）當(dāng)l1＜l 時，壓載水的形態(tài)為直角三角錐（如圖3），其體積計算為：

圖3 艙底浸水線與壓載水體積示意圖

3.1.1.2 縱傾時測深超過艙高的體積計算

縱傾狀態(tài)下，測量水深超過艙高時（即s>H，如圖4），其體積計算為：

式中：l2—空艙長度，m(或ft)；

V1—空艙體積，m3(或ft3)；

圖4 艙底浸水線與壓載水體積示意圖

3.1.2 底壓載艙壓載水體積計算

3.1.2.1 計算壓載水平均水深

為方便計算，且考慮到誤差較小，扇形部分壓載水體積計算采用中間橫截面積與高的乘積。因此，需要對壓載水測深值依據(jù)縱傾修正公式進(jìn)行校正，求取平均水深。

（1）當(dāng)測量水深小于艙高時（s

式中：s—實測壓載水水深，m(或ft)；

當(dāng)l1≥l時（如圖5A），平均水深h為：

測量管在艙前，艏傾為(-)，尾傾為(+)；測量管在艙后，艏傾為(+)，尾傾為(-)。

當(dāng)l1

圖5 不同浸水面長度下壓載水平均水深示意圖

（2）測量水深超過艙高時（s>H），艙頂浸水面長度l1為：

當(dāng)l1≥l時，為滿艙，h=H；

當(dāng)l1

圖6 壓載水假滿時平均水深示意圖

3.1.2.2 r≥(b2-b1)時壓載水體積計算

（1）h≤H1時（如圖7），壓載水的橫截面積為：長度為(b2-r)的矩形面積與角度為θ扇形面積之和，減去頂角為θ，直角邊為(r-h)，斜邊為r的三角形面積。體積公式如下：

式中：θ—浸水圓弧對應(yīng)角度；

r—圓弧半徑，m(或ft)；

圖7 底艙壓載水橫剖面示意圖

（2）h＞H1時（如圖8），壓載水的橫截面積為：長度為(b2-r)的矩形面積與角度為θ扇形面積之和；減去頂角為θ，直角邊為(r-h)，斜邊為r的三角形面積；再減去上底邊為(r-b2+b1)，下底邊為(r-b2+ b1)+(h-H1)cotβ，高為(h-H1)的梯形面積。體積公式如下：

式中：β—底壓載艙折彎處對應(yīng)角度；

圖8 底艙壓載水橫剖面示意圖

3.1.2.3 r＜(b2-b1)時壓載水體積計算

（1）h≤H1且h≤r時（如圖9），壓載水的橫截面積為：長度為(b2-r)，高為h的矩形面積與角度為θ扇形面積之和，減去頂角為θ，斜邊為r的三角形面積。體積公式如下：

圖9 底艙壓載水橫剖面示意圖

（2）h≤H1且h＞r時（如圖10），壓載水的橫截面積為：長度為b2，高為h的矩形面積減去扇形區(qū)域與邊長為r的正方形面積的差額。體積公式如下：

圖10 底艙壓載水橫剖面示意圖

（3）h＞H1且h≤r時（如圖11），壓載水的橫截面積為：長度為(b2-r)，高為h的矩形面積與角度為θ扇形面積之和，減去頂角為θ，斜邊為r的三角形面積。體積公式如下：

圖11 底艙壓載水橫剖面示意圖

（4）h

圖12 底艙壓載水橫剖面示意圖

3.2 壓載水密度測算

營運(yùn)中的船舶在沒有滿載的情況下，往往會注入一定量的壓載水進(jìn)行配載。尤其是目前常見的分港卸貨模式，船舶在第一目的港卸載貨物后，會在相應(yīng)壓載艙注入大量壓載水，以調(diào)節(jié)船舶縱傾、橫傾，或維持船舶的結(jié)構(gòu)安全；在下一港卸貨過程中該船會再次注入壓載水。卸貨完畢后所測量的壓載水密度介于兩港港水密度之間，采用任一港水密度都會使壓載水的重量造成誤差，而采用逐艙取樣測量的方法將會大大降低工作效率。

因此需要在保證工作質(zhì)量的條件下，采用快速高效的方法測算壓載水的密度，以實現(xiàn)水尺計重快速、便捷的優(yōu)勢。因為不同密度的海水混合后，體積變化不大，所以可以將末次測量的壓載水體積記為前兩次注入的壓載水體積之和。例如，某輪先后在大連港和丹東港卸貨，在大連港卸貨過程中在10個壓載艙共注入18000m3壓載水，在丹東港卸貨完畢后測量壓載水為60000 m3，可以認(rèn)為在丹東港注入壓載水為42000 m3。對于最后壓載水密度的確定，可以采用以下計算方式：

式中：ρ—末次壓載水密度；

ρ1—第一卸貨港港水密度；

ρ2—第二卸貨港港水密度；

V1—第一港注入壓載水體積；

V2—兩港注入壓載水體積之和。

假定大連港港水密度為1.0220，丹東港港水密度為1.0120，則最終壓載水密度為1.015，壓載水總重量為60900t。單獨采用大連港港水密度，則壓載水重量為61320t，多出420t；單獨采用丹東港密度，壓載水重量為60720t，又少了180t。如果按照有關(guān)文獻(xiàn)的要求逐艙測量，將大大增加工作量和工作時間，降低工作效率。

4 總結(jié)

本研究歸納了船舶不同形態(tài)壓載艙在不同壓載狀態(tài)下的體積計算方法，同時還介紹了多地注入壓載水快速進(jìn)行密度測算的方法。今后將進(jìn)一步完善并開發(fā)應(yīng)用軟件，用以解決壓載艙容積表缺失或不準(zhǔn)確給壓載水計算帶來的困擾，以及實現(xiàn)快速測算多地注入壓載水的密度，以達(dá)到保障水尺計重工作質(zhì)量，提高工作效率，服務(wù)地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展的目的。

［1］陳建鋒. 影響散貨船壓載水準(zhǔn)確測算的因素[J]. 航海技術(shù)，2003，8：20-22.

［2］王海鷹. 壓載水對固體散貨船安全營運(yùn)的影響[D]. 大連海事大學(xué)，2005.

［3］黨坤. 電解法處理船舶壓載水的應(yīng)用研究[D]. 大連海事大學(xué)，2005.

［4］李芳，李偉. 船舶壓載水污染的處理方法研究進(jìn)展[J]. 中國水運(yùn)(學(xué)術(shù)版)，2007，05：12-13.

［5］張碩慧. 船舶壓載水轉(zhuǎn)移外來物種機(jī)制的探討[J]. 中國航海，2002，01：43-47.

［6］SN/T 3023.2-2012 水尺計重[S].