蘇伊士運河被堵 可能是因為這個邪門的物理現象
2021年04月08日11:50

  今年3月24號,由日本製造、船員來自印度、運營公司來自中國台灣、掛的是巴拿馬的旗、最後被荷蘭人和埃及人幫忙拖走的長賜號巨型集裝箱船在蘇伊士運河擱淺。

  擱淺的長賜號巨型集裝箱船

  蘇伊士運河連接著紅海和地中海,全球12%的貿易要通過這個運河,因此它常被稱為“歐亞大動脈”。但是,長賜號把這個重要的國際運輸要道的血管給堵上了,超過200艘輪船卡在了河道里,在整整6天6夜後才再次通行。

  蘇伊士運河管理局(Suez Canal Authority)的局長 Osama Rabie 稱,擱淺期間,光是埃及每天的損失就在1200萬-1500萬美金之間。一些分析人士指出,長賜號擱淺帶來的整體損失可達每天100億美金。

  所以,長賜號是怎麼擱淺的呢?

  這可能是由於一個經典的物理現象。根據比利時根特大學海洋技術系系主任 Evert Lataire,長賜號擱淺可能和岸壁效應(bank effect)有關。

  長賜號長400米,高60米,橫過來就可以把蘇伊士運河整個堵住。在這樣狹窄的水道里,大船運行時屁股很容易被河岸吸牢,這就是岸壁效應。

  實際上當船在狹窄的水道中前進時,船頭的水位總是比船身和船尾的高。因此當水流從船頭沿著船身流向船尾時,就會從一個較寬的通道進入一個狹窄的區域。

  這道題可以用文丘里效應(venturi effect)來解:當液體經過一個狹窄區域時,流速會增加,而壓強降低。這就意味著,和船頭相比,船體附近是個低壓區。如果船靠河岸或者其他船太近,它就容易被吸住,造成岸壁效應。

  文丘里效應:經過狹窄通道時,液體速度增加,壓強降低。

  大家可以看看比利時根特大學用模型輪船做的岸壁效應演示,岸邊的小球被船身吸引。

  根據岸壁效應可知,在狹窄的水道中行駛時,當船頭開始轉向時,更靠近河岸的那一邊船身就容易被河岸吸過去。因此學船舶的都知道,大船過小道時,就要特別留心別讓船體和河岸或其他船隻靠太近,速度不能太快,要儘量走河道中心線。

  歷史上岸壁效應曾經造成一些大事故。

  比如在1934年1月,英國納爾遜級戰列艦以每秒4.6米的速度離開英國樸次茅斯港,結果就因為岸壁效應擱淺。

  英國納爾遜級戰列艦

  從行駛記錄來看,長賜號可能也發生了類似的事。

  在當地時間3月23日早上7 :30,長賜號剛進入蘇伊士運河不久就遇到了沙塵暴。蘇伊士運河管理局在3月26號表示,長賜號是在遇到了強風和沙塵暴後才無法掌舵的。

  根據船舶自動追蹤網站 VesselFinder 對當時長賜號航行姿勢的跟蹤記錄,當長賜號遇到強勁的西風時,曾試圖向西面操舵對抗風力,如此一來就陷入了岸壁效應的困局,最終船身順時針旋轉,船頭紮入了東岸。

  長賜號在蘇伊士運河內的擱淺路徑。

  不過,狹窄水道中邪門的物理現象並不只有岸壁效應,大船過小道還要注意艉坐效應(squat effect)。

  剛才說到,當船在狹窄的水道中前進時,船頭的水位總是比船身和船尾的高,因此船身的水流速度比船頭更大,壓強更低。實際上這一點也適用於船底的情況,因為水流從船頭流到船底時,也要經過更狹窄的通道。如此一來,船底也會被河床吸引,也就是說船屁股容易在淺水區下沉,這就是艉坐效應。

  艉坐效應主要和水深以及船速有關。船速更大時,輪船更容易屁股蹲。而水深不足吃水深度(船舶在水中沉入時水下部分的最深長度)2.5倍時艉坐效應非常明顯。

  因為艉坐效應,大船在淺水中很難操舵,很容易跟著水底地形運動,或在淺水中打轉。艉坐效應也曾造成不少事故。

  1992年7月8日,伊利莎白女王二號遠洋郵輪在美國馬塞諸塞州的卡蒂杭克島(cuttyhunk island)附近的沙洲上擱淺。美國國家運輸安全委員會(NTSB)後來的調查指出,船員們不清楚水底地形,因此低估了船速過高造成的艉坐效應,直接導致了事件的發生。

  當時報紙對伊利莎白女王二號擱淺的報導。

  2000年, Tecam Sea 號和 Federal Fuji 號散貨船在加拿大魁北克的索雷爾·特雷西港口相撞,後來的事故分析報告指出,艉坐效應也是肇事因素。

  甚至還有輪船利用艉坐效應強行降低“身高”,避免超過最大安全通航高度的奇怪操作。

  2009年11月1日,世界第三大遊輪、高出水面72米的海洋綠洲號為了能通過丹麥的大貝爾特橋,在過橋時加速至每小時37千米,成功讓大船多入水30釐米,最終以小於最大安全通航高度4釐米的距離驚險過橋,大秀了一把“過橋米線”技術。

  總而言之,運河啊淺灘啊這些水道對大船來說處處是坑,沒學好流體力學的船員搞不好分分鐘就要給人添堵啊。

  冷知識:長賜號進入蘇伊士運河之前的行動軌跡 ——

  來源:把科學帶回家 ID:steamforkids

  撰文 七君

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