更新时间：2023-07-24 14:55
浅水效应（shallow water effect）是指（大型）浮体在浅水状态下，随着水深与吃水之比的减小，其运动特性会发生较大变化。
在浅水中，由于船与水的相对速度增大，以及船型波变为浅水波等影响，使航行状态和受力状况改变的作用。当水深与船舶吃水的比值小于一定值时，船舶的水动力系数及所受波浪扰动力等与深水情况有所不同。一般认为，当水深小于4倍吃水时就会出现所谓浅水效应，而小于2倍吃水时将发生很大差异。因船底与水底的间距减小，相对流速加大，使阻力增加。流速加大后，船底压力减小，使船舶下沉，纵倾值相对增加，甚至发生触底，造成船底破损。故当船进入浅水区后，若不降低主机功率，虽然水深仍大于船的正常吃水，船舶依然有触底、搁浅的危险。船在浅水波中航行时应控制其吃水与航速，使船的垂荡、纵摇、横摇值或耦合运动值小于船底与水底的距离，以保证船舶航行安全。
水深傅汝德数Fh为浅水航行时的重要参数。当Fh<0.5时，此效应可忽略；当Fh接近0.7时，浅水效应开始逐渐显著，横波长度减小，散波峰线与船中线间夹角增大；当Fh=1时，为浅水临界航速，即航速达到相当于此水深的移动水波波速，散波与横波合成为一巨大横波，此时阻力最大，仅见移动水波随船前进，且发生最大尾倾。若船有足够的主机功率使船能超过此临界航速航行，则横波消失，仅有散波和首波飞溅，阻力反而大大降低。浅水临界航速随水深h而变化。对浅水急流中运行的船，浅水效应起决定作用。对一般海船虽不考虑浅水效应，但随着大型船舶的发展．进出港口时，对此效应也逐渐引起注意。通过理论计算或模型试验可求得浅水中船舶的水动力系数、波浪扰动力等数值，从而可预报船舶在浅水波中的运动。
吃水是指漂浮在液体中的物体，自物体底部至液面的距离，如图1中T所示。
漂浮物体置于液体中都有一定的液面下排水体积，以获得浮力来平衡物体的重量，使物体漂浮，这就是我们常称的阿基米得原理。船舶是漂浮物体，吃水对于船舶来讲是非常重要的船型参数，它直接影响到船舶的阻力及运动特性等。
随着我国海洋石油勘探开发的高速发展，大量浮式生产储油装置(FPSO)和海洋工程船舶在浅水海域的作业，给我们提出了许多挑战性的新课题，特别是渤海大型油田的不断发现与开发、浅水中的中小油田及边际油田的开发。我们将在浅水海域建造多艘15万吨级至30万吨级的FPSO，还将在水深很浅的地区开发研究小型FPSO和自升式移动生产平台等设施，以使铺管船、起重船、工程驳船、钻井船进入这些浅水海域作业。这些浮体的共同特点如下：
(1)系泊在一个浅水海域，浮体的吃水与水深相当接近；
(2)需要保持大的装载能力；
(3)需要具有良好的运动性能，以保证海上作业安全。
在恶劣的作业海况下，浅水中的浮体要保证其作业功能及安全性，也就是浮体不碰撞海底，这是一个崭新的研究课题，从国内外已发表的文献来看，还未见有这方面的研究内容，但在渤海油田开发中已经遇到这样的问题。
船舶设计建造与使用的长期经验已经形成了一个概念：航行船舶的安全作业水深不能小于船舶自身吃水的1.3倍，即需满足水深/吃水≥1.3。因此，在设计用于浅水作业的船舶时，吃水受到较大限制，为满足船舶的使用功能，传统的设计思路是维持水深/吃水≥1.3及加大船长及船宽，以满足浅水下的船舶装载能力与航行的要求，在海洋工程中一度也引用了这一概念和做法。由于使用水深/吃水≥1.3的设计方法，对于大型装载型的船舶来讲，将形成了“扁平”船型或“细长”船型。由于“扁平”型船舶的有效装载体积小，耐波性和总纵强度差；而“细长”型船舶的总纵弯矩和船体钢料消耗较大，船舶造价提高，这两种船型都不是理想中的船型。
在大量理论研究、数模分析和水池模型试验的基础上，提出了“大型浮体浅水效应”的新概念，突破了传统的设计理念，形成了一套“大型浮体浅水效应”概念的优化设计和水深校核方法，具体做法是将浮体吃水设计得更大，使水深/吃水的比值大大地小于1.3，而不用担心浮体碰撞海底。
对于浅水油田作业的软刚臂式单点系泊FPSO，其系泊系统的定位能力是FPSO安全作业的重要保障。FPSO在水平面内横荡、纵荡和艏摇三个自由度所受的低频二阶力是决定系泊系统载荷的重要因素。完整的二阶波浪载荷传递函数的计算要耗费大量的计算时间以及资源，二阶波浪力的计算以Newman近似法和Pinkster近似法为主；深水条件下，Newman近似法对FPSO所受二阶波浪力的计算具有很好的近似性，浅水条件下，由于受到浅水效应的影响，FPSO所受二阶波浪力将急剧增加，此时，Pinkster近似法能较好的计算FPSO所受的二阶波浪力。当FPSO所在作业水深低于一定深度时，就必须考虑浅水效应对FPSO所受二阶波浪力的影响。
为研究FPSO需考虑浅水效应的临界水深，参考Miao在计算人工渔樵水动力性能随水深变化规律时的做法，将水深参数(WD)无量纲化为水深吃水比参数(WD/T)，针对一艘30万吨级软刚臂单点系泊FPSO的不同装载状态，分别计算采用Newman近似法和Pinkster近似法考虑二阶波浪载荷，在时域内计算了不同WD/T下单点系泊系统载荷，得到系泊系统载荷随WD/T的变化规律，并对比两种方法的计算结果，分析产生这种差别的原因。由于Newman近似法在深水条件下具有很好的适用性，而Pinkster近似法对浅水条件下的二阶波浪载荷具有更高的模拟精度，且当水深超过一定深度时，Pinkster近似法计算所得到的单点系泊载荷将小于Newman近似法计算所得到单点系泊载荷；因此，可以将Newman近似法和Pinkster近似法下单点系泊载荷相等时的WD/T作为FPSO需要考虑浅水效应的临界WD/T。分别针对不同装载状态的FPSO进行临界WD/T的计算发现，FPSO需考虑浅水效应的临界WD/T随FPSO吃水T的增大逐渐减小，且具有线性关系。
针对一艘30万吨级软刚臂单点系泊FPSO，在其不同装载状态下，分别采用Newman近似法和Pinkster近似法考虑FPSO所受二阶波浪力，计算系泊载荷随WD/T变化的规律，并进一步分析了FPSO需考虑浅水效应的临界WD/T随FPSO吃水变化的规律，得出如下结论：
1)采用Newman近似法考虑FPSO所受二阶波浪力时，FPSO系泊力随WD/T的增大先增大后减小；采用Pinkster考虑FPSO所受二阶波浪力时，FPSO所受系泊力随WD/T的增大逐渐减小，且浅水条件下的系泊力远大于深水条件下的系泊力。
2)浅水条件下，Pinkster近似法计算得到的FPSO系泊力大于Newman近似法计算得到的系泊力；在超过一定WD/T时，Pinkster近似法计算得到的单点系泊力将小于Newman近似法计算得到的单点系泊力结果；两种方法的所得系泊力相等时对应的WD/T可作为工程上FPSO需考虑浅水效应的临界水深吃水比。
3)FPSO需考虑浅水效应的临界WD/T随吃水的增大而减小，且呈线性变化。