Управление судном при плавании на мелководье и в узкости

Управление судном при плавании на мелководье и в узкости — это особая навигационная задача, которая требует от капитана и экипажа судна специальных навигационных и маневренных навыков, чтобы безопасно перемещаться через участки воды с ограниченной глубиной или узкими проходами.

Необходимо производить регулярные установленные расчеты, которые помогают на основе параметров выявить стратегию управления судном в определенном месте.

Краткая характеристика узкостей и мелководья

Плавание в узкостях и на мелководье является одним из наиболее сложных условий, в которых оказывается судно в процессе эксплуатации. И сложность си­туации заключается не только в том, что малый запас воды под килем в данных ус­ловиях представляет собой реальную навигационную опасность, но и в том, что поведение судна на мелководье существенно отличается от поведения на глубокой воде. К основным отличительным особенностям поведения судна на мелководье можно отнести:

• ухудшение управляемости;
• увеличение тормозного пути;
• дополнительное проседание с изменением посадки;
• гидродинамическое взаимодействие судов;
• падение скорости.

Понятие узкости определяется соотношением между маневренными харак­теристиками судна и шириной водного пространства, в пределах которого судно может безопасно следовать при существующих средствах навигационного обеспе­чения. С точки зрения ширины акватории делятся на открытые, закрытые аквато­рии и каналы.

Открытые акватории делят на глубокие, мелкие и углубленные морские пу­ти. Открытой и глубокой акваторией называется такая акватория, на которой дно и берега не оказывают влияния на маневренные качества судна. Ширина открытой акватории определяется диаметром циркуляции. Принято, что для выполнения са­мостоятельной циркуляции на акватории, где нет ветра и течения, необходимы размеры акватории

$b>kL,$

где:

• b – ширина акватории, м;
• L – длина судна, м;
• k – коэффициент запаса, равный 8.

Эта зависимость действительна для всех судов, так как коэффициент k является наибольшим коэффициентом из используемых для определения нормального диаметра циркуляции.

Мелководье – водное пространство либо фарватер, глубина которого ока­зывает влияние на сопротивление воды движению судна и изменяет тем самым условия плавания судна по сравнению с плаванием его на глубине. Наиболее слож­ным является управление судном при плавании на мелководье с ограниченной ак­ваторией (проливы, каналы), где на поведение судна влияют как берега, так и дру­гие суда.

Судоходный канал — искусственно проложенный водный путь, осна­щенный современными средствами навигационного оборудования, обеспечиваю­щими безопасность плавания судов. Плавание по каналам сочетает условия узкости и мелководья. Основными элементами судоходного канала являются глубина, навигационная ширина и площадь поперечного сечения.

Сущность явлений, возникающих при движении судна в узкости и на мелководье

Сопротивление воды движению судна складывается из трех составляющих:

• сопротивления трения;
• сопротивления формы;
• волнового сопротивления.

Сопротивление трения зависит от площади смоченной поверхности корпуса и его шероховатости. Сопротивление формы зависит от обводов корпуса. Волновое сопротивление связано по своей природе с образованием судовых волн, возникаю­щих при взаимодействии корпуса с окружающей его водой.

Судовые волны состоят из двух систем волн:

• у форштевня развивается носо­вая;
• у ахтерштевня — кормовая система волн.

Каждая из них состоит из расходя­щихся и поперечных волн (рис. 2).

Расходящиеся волны имеют короткий фронт и располагаются уступом. Кор­мовые расходящиеся волны меньше носовых и на глубокой воде едва заметны. По­перечные волны располагаются фронтом поперек судна и не выходят за пределы расходящихся волн. Их высота убывает от носа к корме. Носовая волна начинается гребнем, расположенным сразу за форштевнем. Первая кормовая волна всегда начинается впадиной, захватывающей кормовую оконечность. Поэтому в носовой части судна давление будет больше, чем в кормовой (рис. 3).

За счет разницы этих давлений и образуется волновое сопротивление. С выходом судна на мелко­водье и уменьшением запаса воды под килем изменяется система образования су­довых волн, что сказывается на ходовых качествах судов, их осадке и управляемо­сти. При этом быстро начинает возрастать волновое сопротивление, скорость распространения волн с небольшой амплитудой имеет предел Vк – критическую скорость:

$Vкр=\sqrt{gH}$

где:

• g – ускорение свободного падения, 9,81 м/с²;
• H – глубина, м.

При малых значениях скорости судна характер роста волнового сопротивления на глубокой воде и на мелководье примерно одинаков. При дальнейшем увеличении скорости (Vс ≥ 10 узлов) характер волнообразования начинает изменяться. Эти изменения проявляются на глубинах менее 50 метров.

По мере увеличения скорости судна угол растворения расходящихся волн начинает увеличиваться, а поперечные волны растут по высоте и длине. При до­стижении критической скорости поперечные волны сливаются с расходящимися и под углом 90° к диаметральной плоскости образуется одиночная волна. Судно как бы толкает массы воды по ходу своего следования, сопротивление воды движению резко возрастает, скорость уменьшается на 20-30 %. Этот процесс протекает тем интенсивнее, чем меньше глубина, что объясняется увеличением сопротивления трения из-за уменьшения расстояния между корпусом судна и грунтом.

Предлагается к прочтению: Меры по обеспечению безопасности судна при плавании в шторм

Мощная поперечная волна, образующаяся при достижении судном скорости, близкой к критической, не подчиняется теории волн относительно малой амплиту­ды, и скорость ее дальнейшего движения уже не зависит от скорости судна. Эта волна (спутная волна) может самостоятельно перемещаться на очень большие расстояния со скоростью, при которой она образовалась.

Просадка судна при плавании мелководье (скоростное проседание)

Образование одиночной поперечной волны понижает уровень поверхности воды у бортов судна, что вызывает опускание корпуса относительно уровня спо­койной воды и увеличение дифферента. Это явление называется просадкой.

При движении судна околокритическими скоростями просадка может дости­гать 5-7 % от средней осадки. На малых глубинах величина просадки еще более увеличивается из-за присасывания корпуса судна к грунту.

Минимальная глубина, необходимая для безопасного плавания судна на мелководье (H_без), определяется следующим выражением:

$H_{без}=d_{к}+\Delta d_{к}+\Delta d_{в}+\Delta d_{кр}+Z,$

где:

• d_к – осадка судна кормой, м;
• Δd_к – просадка кормы судна, м;

$\Delta d_{к}=\alpha \Delta d_{ср}, м;$

где:

• α – коэффициент, зависящий от соотношения длины и ширины судна;
• Δd_ср – средняя осадка судна;

• Δd_в – увеличение осадки на волнении, м;
• Δd_в = 0,6 hв, h_в – высота волны, м;
• Δd_кр – увеличение осадки от крена судна, м (рис. 4, табл. 1);
• Z – запас воды под килем, который должен составлять не менее 1 м.

Для большинства судов, имеющих обычную конфигурацию корпуса (без носового бульба), характерно проседание с дифферентом на корму.

Крупнотоннажные суда, имеющие полнообводные формы корпуса (Св > 0,7), при движении на мелководье проседают больше носом, чем кормой (рис. 5).

Для определения скоростного проседания таких судов можно воспользоваться номограммой National Phisical Laboratory – NPL (рис.6).

 
Рассчитать проседание корпуса судна (SQUAT) и запас воды под килем (UKCСтандартная процедура действий и анализа «UKC») при плавании судна в условиях OPEN и CONFINED WATER можно в соответствии с алгоритмом, приведенном в табл. 2.

Автор статьи

Владимир Филатов

Старший помощник капитана

Список литературы

1. Антонов В. А. Теоретические вопросы управления судном. – Владивосток: Изд-во Дальневост. гос. университета, 1988. − 112 с.
2. Алексеюк В. В., Литвиненко А. И., Цурбан А. И. Морская практика для матроса. М.: Транспорт, 1970. − 272 с.
3. Алексеев Л. Л. Практическое пособие по управлению морским судном. СПб.: − ЗАО ЦНИИМФ, 1996. − 118 с.
4. Арпиайнен А. И., Чубаков К. Н. Азбука ледового плавания. − М.: Транспорт, 1987.
5. Баранов Ю. К., Лесков М. М. и др. Сборник задач по использованию радиолокатора для предупреждения столкновений судов.− 4-е изд. − М.: Транспорт, 1989. − 96 с.
6. Безопасность плавания во льдах. Под ред. А. П. Смирнова. − М.: Транспорт, 1993.
7. Боровлев Е. М. Матрос 1 класса. – Одесса: Изд-во «Optimum», 2005. – 514 с.
8. Бурлаков С. В., Либензон М. Н., Письменный М. Н. Якорная стоянка судов на открытых рейдах. М.: Транспорт, 1968. – 136 с.
9. Бурханов М.В. Справочник штурмана. Справочное издание.– М.: «Моркнига», 2008. – 560 с.
10. Витченко А. Г. Морское дело. М.: Легкая и пищевая промышленность, 1984. – 288 с.
11. Выбор безопасных скоростей и курсовых углов при штормовом плавании судна на попутном волнении. РД 31.00.57.2-91.
12. Ганнесен В. В. Борьба за живучесть судна. Уч. пос. − Владивосток: Дальрыбвтуз, 2005. – 102 с.
13. Ганнесен В. В. Судовые спасательные средства. Уч. пос. Владивосток: Дальрыбвтуз, 2006. − 101 с.
14. Генри Х. Хойер. Управление крупнотоннажными судами при маневрировании. Пер. с англ. М.: 1987. – 109 с.
15. Дамаскин A. M., Крысак М. С. Учебное пособие для матроса и боцмана. М.: Транспорт, 1975. − 272 с.
16. Дидык А. Д., Усов В. Д., Титов Р. Ю. Управление судном и его техническая эксплуатация. М.: Транспорт, 1990. – 320 с.
17. Дунаевский Я. И. Снятие судов с мели. 2-е изд. М.: Транспорт, 1984. − 168 с.
18. Железный Г. М., Задорожный А. И., Щербак В. Н. Что должен знать судоводитель. Одесса: КП ОГТ, 2005. – 444 с.
19. Железный Г. М., Задорожный А. И. Эксплуатация танкеров и балкеров. − Одесса: КП ОГТ, 2005. – 356 с.
20. Жуков Е. И., Либензон М. Н. и др. Управление судом и его техническая эксплуатация. Под ред. А. И. Щетининой. 3-е изд. М.: Транспорт, 1983. – 655 с.
21. Замоткин А. П. Морская практика для матроса. 2-е изд. М.: Транспорт, 1993. – 256 с.
22. Захаров А. В., Захарьян Р. Г. и др. Учебное пособие для подготовки по специальности «Матрос»/Под ред. А. В. Лихачева. 2-е изд. СПб.: ГМА им. адм. С. О. Макарова, 2000. – 124 с.
23. Инструкция по безопасности морских буксировок/Утв. Федеральной службой морского флота России от 08.06.96. № МФ-35/1921.
24. Казанский К. В., Филиппов И. Г. Штормование судов. М.: Транспорт, 1968. 112 с.
25. Кацман Ф. М., Ершов А. А. Судоводителю о маневренных характеристиках судна: Учеб. Пос. СПб.: ГМА им. адм. С. О. Макарова, 2001.
26. Кейхилл Р. А. Столкновения судов и их причины. М.: Транспорт, 1987.
27. Климов Е. Р. Лекции по МППСС-72: (Части А и В): пособие для морских судоводителей – Архангельск: ОАО «ИПП «Правда Севера», 2012 – 328 с.
28. Козырь Л. А., Аксютин Л. Р. Управление судами в шторм. М.: Транспорт,1973.-110 с.
29. Конаков А. Г. Особенности работы на специализированных судах. Владивосток: Мор. гос. ун-т им. адм. Г. И. Невельского, 2011. – 358 с.
30. Коккрофт А. Н., Ламейер Дж. Н. Ф. Руководство по правилам предупреждения столкновений/Пер. с англ. СПб.: ООО «Морсар», 2005 г.
31. Корнараки В. А. Справочник лоцмана. – М.: Транспорт, 1983. – 48 с.
32. Корнараки В. А. Маневрирование судов. М.: Транспорт, 1979. – 126 с.
33. Косарин В. М., Попело В. М., Аносов Н. М. Обеспечение остойчивости, прочности корпуса и непотопляемости морского судна. – Владивосток: Мор. гос. ун-т им. адм.
    Г. И. Невельского, 2004. – 191 с.
34. Кубачев Н. А., Кургузов С. С. и др. Рекомендации по использованию радиолокационной информации для предупреждения столкновений судов: Сб. задач по управлению судами. М.: Транспорт, 1984. − 140 с.
35. Кузьмин В. В. Электронные картографические системы. – Новосибирск: НГАВТ, 2006. – 159 с.
36. Лихачев А. В. Управление судном. СПб.: Изд-во Политехн. Ун-та, 2004, − 504 с.
37. Макаров И. В. Морское дело. М.: Транспорт, 1989, – 288 с.
38. Международная Конвенция по охране человеческой жизни на море 1974 года (СОЛАС-74). (Консолидированный текст, измененный Протоколом 1988 года к ней, с поправками), – СПб.: ЗАО “ЦНИИМФ”, 2010 г. – 992 с. International Convention for the Safety of Life at Sea, 1974, (SOLAS-74). (Text modified by the Protocol of 1988 relating thereto, including Amendments).
39. Международный кодекс по спасательным средствам (Кодекс ЛСА) – 7-е изд., доп., – СПб.: ЗАО “ЦНИИМФ”, 2013 г. – 184 с. Серия «Судовладельцам и капитанам», выпуск 3. International Life-Saving Appliance Code (LSA Code) 2013.
40. Международная Конвенция по предотвращению загрязнения с судов 1973г., измененная протоколом 1978 г. к ней (МАРПОЛ-73/78), Книги I и II, – СПб.: ЗАО “ЦНИИМФ”, 2012 г. – 762 с. International Convention for Prevention of Pollution from Ships (MARPOL-73/78).
41. Международная Конвенция по предотвращению загрязнения с судов (МАРПОЛ- 73/78), Книга III, пересмотренное издание, – СПб.: ЗАО “ЦНИИМФ”, 2012 г. – 336 с. International Convention for Prevention of Pollution from Ships (MARPOL-73/78), Book III, revised edition.
42. Международная Конвенция о подготовке и дипломировании моряков и несении вах- ты 1978 г. (ПДМНВ-78) с поправками (консолидированный текст), – СПб.: ЗАО “ЦНИИМФ”, 2010 г. – 806 с. International Convention on Standards of Training, Certification and Watchkeeping for Seafarers, 1978 (STCW-1978), as amended (consolidated text).
43. Международный кодекс остойчивости судов в неповреждённом состоянии 2008 года (Кодекс ОСНС) (рез. MSC.267(85)) с поправками, – СПб.: ЗАО “ЦНИИМФ”, 2011 г. – 240 с. International Code on Intact Stability, 2008 (2008 IS Code), res. MSC.267(85) adopted on 04.12.2008, 2011 Edition.
44. Международное авиационное и морское наставление по поиску и спасанию (Наставление ИАМСАР), книга III – «Подвижные средства», – СПб.: ЗАО “ЦНИИМФ”, 4-е издание, исправленное и дополненное, 2013 г. – 464 с. Серия «Судовладельцам и капитанам», выпуск 14. International Aeronautical and Maritime Search and Rescue Manual (IAMSAR Manual), vol. III – «Mobile Facilities».
45. Международный кодекс по охране судов и портовых средств (Кодекс ОСПС), 2-е изд., исправленное и дополненное, – СПб.: ЗАО “ЦНИИМФ”, 2009 г. – 272 с. Серия «Судовладельцам и капитанам», выпуск 7. International Ship and Port Facility Security (ISPS) Code, 2nd edition, updated.
46. МКУБ (рез.А.741(18) с поправками) и Руководство по внедрению МКУБ Администрациями (рез.А.1022(26)), – СПб.: ЗАО “ЦНИИМФ”, 2010 г. – 94 с.
47. МППСС-72 (адм. № 9018), издание УНиО МО РФ, 2010 год.
48. Международный свод сигналов МСС-65.
49. Морское дело. Под ред. А. И. Щетининой. Л.:Транспорт, 1967. – 879 с.
50. Морская практика. Под ред. И. И. Афанасьева. М.: Морской транспорт, 1952.
51. Наставление по борьбе за живучесть судов – РД 31.60.14-81 (НБЖС с Приложениями и Дополнениями), – СПб.: ЗАО “ЦНИИМФ”, 2004 г. – 376 с., приложений 9, дополнений 6 (вкл. Цвета сигнальные и знаки безопасности). Серия «Судовладельцам и капитанам», выпуск 31. Manual on Emergency Plans in Ships.
52. Общие правила плавания и стоянки судов в морских портах Российской Федерации и на подходах к ним. Приказ Минтранса России от 20 августа 2009 года, № 140.
53. Письменный М. Н. Краткий курс по изучению МППСС: Владивосток, МГУ им. адм. Г. И. Невельского, 2003. − 42 с.
54. Письменный М. Н. Подготовка вахтенного помощника капитана по управлению судном. Владивосток: Мор. гос. ун-т им. адм. Г.И. Невельского, 2003 г.
55. Письменный М. Н. Конвенционная подготовка судоводителей морских судов. Владивосток: Мор. гос. ун-т им. адм. Г. И. Невельского, 2009 г. – 254 с.
56. Пламмер К. Дж. Маневрирование судов в узкостях. Пер. с англ. Л.: Судостроение, 1986. – 80 с.
57. Плявин Н. И., Шаповал М. А. и др. Морские перевозки наливных грузов. – М.: Транспорт, 1991. – 296 с.
58. Песков Ю. А. Практическое пособие по использованию САРП. М.: Транспорт, 1995. – 224 с.
59. Погосов С. Г. Швартовка крупнотоннажных судов. М.: Транспорт, 1975. − 176 с.
60. Положение о порядке расследования аварий или инцидентов на море. 2013 год.
61. Правила классификации и постройки судов. СПб, Российский морской регистр судоходства, 2012.
62. Процедуры контроля судов государством порта 2011 года – резолюция A.1052(27) ИМО, – СПб.: ЗАО “ЦНИИМФ”, 2012 г. – 272 с. Серия «Судовладельцам и капитанам», выпуск 2. Procedures for Port State Control, 2011 (IMO resolution A.1052(27).
63. Резолюция ИМО А.601(15). Представление на судах информации об их маневренных характеристиках.
64. Снопков В. И. Управление судном. СПб, 2004 г.
65. Теория и устройство судов. Под ред. Ф. М. Кацмана. Л.: Судостроение, 1991. − 416.
66. Третьяк А. Г., Козырь Л. А. Практика управления морским судном. М.: Транспорт, 1988. − 112 с.
67. Усов В. Д. МППСС-72 с разъяснениями, карточками для закрепления и контроля знаний и условными обозначениями. – Астрахань, ГП АО «Издательско-полиграфический комплекс «Волга»», 2012. – 224 с., цв. илл.
68. Удалов В. И. Управление крупнотоннажными судами.– М.: Транспорт, 1986. – 229 с.
69. Цурбан А. И., Оганов A. M. Швартовные операции морских судов. М.: Транспорт, 1987. – 176 с.
70. Шарлай Г. Н., Пузачев А. Н. Оператор ГМССБ. Владивосток, Мор. гос. ун-т им. адм. Г. И. Невельского, 2008. – 351 с.
71. Шарлай Г. Н. Основы системы управления безопасностью в соответствии с требованиями МКУБ. Владивосток, Мор. гос. ун-т им. адм. Г. И. Невельского, 2004. – 75.
72. International Convention for Prevention Pollution from Ship’s (MARPOL−73/78). – London: IMO, 2011.
73. The Mariners Handbook. – London: Hydrographer of the Navy, 2009.
74. The Master’s Role in Collection Evidence. – London: Nautical Institute, 2012.
75. The Mariner’s Role in Collecting Evidence.−London: The Nautical Institute, 2006. − 400 p.
76. Bridge Procedures Guide. – London: International Chamber of Shipping, 2007.
77. Bridge Watchkeeping. – London: International Chamber of Shipping, 2003.
78. Buysse, Capt. J. – Handling Ships in Ice. A Practical Guide to Handling Class 1A and 1AS ships. London, Nautical Institute, 2007.
79. Clark, I. C. – Mooring and Anchoring Ships Vol 1 – Principles and Practice. London, The Nautical Institute, 2009.
80. Cockcroft, A. N. – A Guide to the Collision Avoidance Rules. 7th ed. Oxford: Elsevier Butterworth- Heinemann, 2012.
81. Code of Safe Practice for Cargo Stowage and Securing. – London: IMO, 2003. – 109 p.
82. Code of Safe Practice for Ships Carrying Timber Deck Cargoes, 2011. – 71 p.
83. Code of Safe Practice for Solid Bulk Cargoes, 2012.
84. Crude Oil Washing Systems. – London: IMO, 2000. – 88 p.
85. ISBESTER, Capt. J. – Bulk Carrier Practice. 2nd ed. London, Nautical Institute, 2010.
86. International Grain Code, 1992.
87. International Convention on Load Lines, 2005.
88. International Best Practices for Maritime Pilotage. – BIMCO. – 6 p.
89. Frampton, R. and Uttridge, P. – Meteorology for Seafarers. 3rd ed. Glasgow, Brown, Son & Ferguson Ltd. 2008.
90. House, D. J. – Ship Handling- Theory and Practice. Butterworth-Heinemann, 2007.
91. House, Lloyd, Toomey & Dickens. – The Ice Navigation Manual. Witherby Seamanship International, 2009.
92. Peril at Sea and Salvage: A Guide for Masters. 6th ed. London, Witherby & Co. Ltd., 2012.
93. Swift A. J. Bridge Team Management. A Practical Guide. – London: The Nautical Institute, 2004. – 118 p.
94. International Safety Guide for Oil Tankers & Terminals (ISGOTT), Fifth Edition. – Lon- don: WITHERBY and Co. Ltd., 2006. – 454 p.
95. Mooring Equipment Guidelines, 3’d Edition. – London: Witherby Seamanship lntemat- lonal, 2008. – 288 p.
96. Ship to Ship Transfer Guide (Petroleum), Fourth Edition. – London: International Chamber of Shipping, 2005. – 75 p.
97. Clean Seas Guide for Oil Tankers, 4th Edition. – London: International Chamber of Ship- ping, 1994. – 28 p.
98. Tank Cleaning Guide, Sixth Edition. – Rotterdam: Chemical Laboratories & Superintend- ence company, 1998. – 454 p.
99. Robert L. Tallack. Commercial Management for Shipmasters. – London: The Nautical In- stitute, 1996. – 288 p.
100. Vessel Inspection Questionnaire for Bulk Oil, Chemical Tankers and Gas Carries, Second Edition. – London: Oil Companies Marine Forum, 2000. – 240 p.
101. A Guide to the Vetting Process, 10th Edition. – INTERTANKO, 2013. – 360 p.
102. Effective Mooring. 3rd Edition. – London: Oil Companies Marine Forum, 2010. – 68 p.
103. Rowe R. W. The Shiphandler’s Guide. – London: The Nautical Institute, 2000. – 172 p.
104. Williamson, P. R. – Ship Manoeuvring Principles and Pilotage. London: Witherby & Co. Ltd., 2001.
105. WITHERBY SEAMANSHIP INTERNATIONAL. – The Ice Navigation Manual. 2010.