浅水效应(shallow
H₂O 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。产生原因是因为水过浅或船体吃水过深及船速过高引起的。当在浅水域时,船速过高会引起船头下方的水速加快,
压强减小,致使船头下沉而触礁、搁浅。主要表现有平面漂移运动加大,垂直及横向摇摆运动减缓。当浮体吃水接近水深时,垂直及横向摇摆运动的减缓越来越明显,大型船体底部面临触底的危险。因此,人们以浅水效应来定义航道。一般出现浅水效应的航道定义为浅水航道,反之则为深水航道。
浅水效应的发生与多个因素有关,包括水深与船舶吃水的比值、船速、船型波等因素。当水深小于4倍吃水时就会出现浅水效应,而小于2倍吃水时将发生很大差异。船底与水底的间距减小时,相对流速加大,导致阻力增加。此外,浅水波也会对船舶的运动产生影响。
浅水效应在海洋石油勘探开发等领域有着重要影响。随着大型浮式生产储油装置(FPSO)和海洋
工程船舶在浅水海域的作业,浅水效应的研究变得尤为重要。特别是在浅水海域建造多艘15万吨级至30万吨级的FPSO,以及在水深很浅的地区开发小型FPSO和自升式移动生产平台等设施时,如何确保浮体不碰撞海底成为一个新的研究课题。
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。