危險品船舶內(nèi)河航道通過能力計算方法研究

杜 柯，陳先橋，楊品福，王 宇

(1.武漢理工大學(xué)計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，湖北 武漢 430063;2.長江航道局綜合規(guī)劃處，湖北 武漢 430063)

隨著我國經(jīng)濟(jì)的日益發(fā)展，對危險品的需求不斷增加，危險品運(yùn)輸愈來愈頻繁，運(yùn)輸事故也隨之增多。運(yùn)輸時如果不能保證船舶和船載危險品的安全性，一旦危險品泄漏到內(nèi)河，將會嚴(yán)重威脅人民群眾生命安全，可能會造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，并且使生態(tài)環(huán)境受到破壞，影響社會穩(wěn)定[1]。內(nèi)河航道通過能力是反映航道適航程度的一項(xiàng)重要性能指標(biāo)，它是進(jìn)行航道設(shè)計與規(guī)劃、確定航道建設(shè)規(guī)模與布局，以及編制航運(yùn)計劃等的重要依據(jù)[2]。因此，如何既保證危險品船舶的運(yùn)輸安全，又能確保危險品船舶的航道通過能力盡量不受影響，成為亟待解決的問題。在內(nèi)河航道通過能力的計算方法與理論方面，國內(nèi)外學(xué)者已做了很多相關(guān)研究，并總結(jié)提出了德國公式、波蘭公式等。我國目前內(nèi)河航道通航標(biāo)準(zhǔn)還比較低。關(guān)于危險品船舶的航道通過能力的研究國內(nèi)外都比較少。筆者首先分析現(xiàn)有內(nèi)河航道通過能力的計算方法，其次結(jié)合危險品屬性和航道所發(fā)生事故的屬性，改進(jìn)并用實(shí)例數(shù)據(jù)驗(yàn)證了改進(jìn)的危險品船舶內(nèi)河航道通過能力的計算方法的合理性和必要性。

1 水運(yùn)危險品概述

1.1 水運(yùn)危險品定義

危險品是易燃、易爆、有強(qiáng)烈腐蝕性的物品的總稱。如汽油、炸藥、強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、苯、萘、賽璐珞和過氧化物等。筆者將水運(yùn)危險品定義為具有易燃、易爆、有毒、具有腐蝕性和放射性等特性，在船舶運(yùn)輸、港口裝卸和儲存過程中，可能造成人身傷害、財產(chǎn)損失和環(huán)境污染而需要特別防護(hù)的物品[3]。

1.2 水運(yùn)危險品種類

目前，水運(yùn)危險品種類有1 200多種?？蓪⑽ｋU品分為9類，如表1所示[4]。

1.3 水運(yùn)危險品危險性分類

水運(yùn)危險品主要有燃燒和爆炸、毒害、放射、腐蝕及水上環(huán)境污染5種危險性[5]。其中燃燒和爆炸危險性的危險品數(shù)量和種類最多。具體如下:

(1)燃燒性和爆炸性。水運(yùn)危險品在運(yùn)輸過程中受外界條件影響，如濕度、航道條件等，易自燃引起火災(zāi)并可能爆炸，危害性比較大，短時間便可能導(dǎo)致船舶損壞、人員傷亡和環(huán)境污染等。

(2)毒害性。水運(yùn)危險品毒害性進(jìn)入人體累積達(dá)到一定量后，能與體液和器官組織發(fā)生生物化學(xué)作用或生物物理學(xué)作用，擾亂或破壞肌體的正常生理功能，引起某些器官和系統(tǒng)暫時性或持久性的病理改變，甚至危及生命。同時，也會造成大氣、土壤、水等生態(tài)環(huán)境的污染和破壞。

(3)放射性。在大劑量的照射下，放射性對人體和動物存在著某種損害作用。放射性也能損傷遺傳物質(zhì)，主要在于引起基因突變和染色體畸變，使一代甚至幾代受害，更嚴(yán)峻的是目前還沒有找到有效方式來治療輻射造成的傷害。

表1 水運(yùn)危險品的種類

(4)腐蝕性。腐蝕性不僅對人體機(jī)能造成重大危害，也會對船舶造成重大損壞。

(5)水上環(huán)境污染。對人類健康、各種水上活動、水環(huán)境造成損傷、影響或污染的危險品。

1.4 水運(yùn)危險品事故等級分類

根據(jù)水路交通突發(fā)事件的分級，危險品水路運(yùn)輸事故可分為特別重大事故(Ⅰ級)，重大事故(Ⅱ級)，較大事故(Ⅲ級)和一般事故(Ⅳ級)4個級別。

(1)一般事故，是指一次造成輕傷1至2人，或者財產(chǎn)損失不足1 000元的事故。

(2)較大事故，是指一次造成重傷1至2人，或者輕傷3人以上，或者財產(chǎn)損失不足3萬元的事故。

(3)重大事故，是指一次造成死亡1至2人，或者重傷3人以上10人以下，或者財產(chǎn)損失3萬元以上不足6萬元的事故。

(4)特別重大事故，是指一次造成死亡3人以上，或者重傷11人以上，或者死亡1人，同時重傷8人以上，或者死亡2人，同時重傷5人以上，或者財產(chǎn)損失6萬元以上的事故。

2 內(nèi)河航道通過能力公式

內(nèi)河航道通過能力[6](或稱航道容量)是指在一定的船舶技術(shù)性能和一定的運(yùn)行組織條件下，一定航道區(qū)段單位時間(年、月、日或通航期)內(nèi)可能通過的最大貨物噸數(shù)或船噸數(shù)。內(nèi)河航道的通過能力通常是航道的等級和標(biāo)準(zhǔn)、所通航船舶的規(guī)模和尺度、通過的船舶載重噸或貨運(yùn)量、通過船舶數(shù)量等各因素在一定時空條件下的綜合反映[7-8]?，F(xiàn)有的公式有德國公式、長江公式、川江航道公式、蘇南運(yùn)河公式、王宏達(dá)公式和閔朝斌公式等，已有的諸公式可總結(jié)為如下形式[9]:

式中:C為航道通過能力;s為航道斷面允許并列航行的船舶數(shù);W為船舶平均載重噸位;T為年通航時間;V為船舶營運(yùn)速度;m為船舶間距系數(shù);L為船舶長度;β1為船舶交通流密度增大使運(yùn)行阻力增加而產(chǎn)生的折減系數(shù);β2為由港口到發(fā)、航道調(diào)度不均衡和航道通過量引起的縮減系數(shù);β3為船舶因吃水變化引起的減載系數(shù);β4為船舶平均裝載系數(shù);β5為船舶交會、追越時引起的航速損失系數(shù)。分析可知，該式?jīng)]有考慮到船載貨物的屬性和航道自身發(fā)生的事故屬性，包括發(fā)生事故的等級和發(fā)生事故的次數(shù)等因素，因此，有必要進(jìn)一步研究出更加合理的計算方法。

3 通過能力計算方法

式(1)考慮了航道條件、船型及船舶技術(shù)性能，風(fēng)、雨、霧等自然因素以及運(yùn)行組織管理等影響航道通過能力的因素，然而，船舶所載貨物本身的危險性以及不同航道實(shí)際發(fā)生的事故等級及事故次數(shù)也是不同的。筆者重點(diǎn)從以下3個方面對航道的通過能力進(jìn)行分析:船載危險品貨物的危險性、航道事故等級和事故次數(shù)。

設(shè)航道航段集合為:Y={Y1，Y2，…，Yn}，其中Yi(i=1，2，…，n)為第i段航段。航段發(fā)生事故次數(shù)少，則證明該航段行駛條件的安全系數(shù)較大;一些航段發(fā)生事故次數(shù)較多，則證明該航段行駛條件的安全系數(shù)較小。θi為航段Yi在一定時期的事故率，由于不同事故造成的人員傷亡，經(jīng)濟(jì)損失，環(huán)境污染程度不同，因此事故率需考慮事故等級和事故發(fā)生的次數(shù)，如式(2)所示。

式中:Sumi為指定時間內(nèi)航段i通過的總船舶數(shù);nis為航段Yi發(fā)生s級事故次數(shù);λs為第s級事故的嚴(yán)重程度系數(shù)，與事故傷亡人數(shù)、損壞船舶數(shù)量、經(jīng)濟(jì)損失和環(huán)境污染等因素有關(guān);s為事故等級序數(shù);z為事故等級總數(shù)，其中s=1，2，3，4，z=4。

將事故率最高的事故節(jié)點(diǎn)的相對事故率設(shè)為1，其他事故節(jié)點(diǎn)的相對事故率為該點(diǎn)的事故率與最高事故率的比值?？蓪⑾鄬κ鹿事史譃?個級別，即1.00，0.75，0.65，0.50，0.45 和 0.25，不同事故等級和事故相對概率的事故節(jié)點(diǎn)權(quán)重如表2所示[10]。每一條航段的航道通航能力的計算公式為:

表2 不同事故等級和事故相對概率的事故節(jié)點(diǎn)權(quán)重

依據(jù)最大流最小割定理，航道Y的通過能力C應(yīng)當(dāng)根據(jù)組成該航道的航段通過能力中最小者來確定，即:

當(dāng)θi=0時，即該航段沒有事故，航道通航能力達(dá)到了最大值，如果航道的某一航段通過能力等于零(如礙航河壩)，那么對該航道來說，其航道通過能力即為零。

式(3)中考慮了航道事故的屬性，并沒有考慮船載貨物的屬性，下面考慮危險品屬性。

水運(yùn)危險品危險性分類分別對應(yīng)一個數(shù)值，如表3所示。設(shè)水運(yùn)危險品危險性系數(shù)為d，則d分別為 0.01，0.02，0.03，0.04，0.05。由于危險品危險性越高，則船舶航行速度隨之減小，船舶間距隨之增大，這樣才能保證危險品船舶的安全行駛。結(jié)合式(4)，得出:

表3 水運(yùn)危險品危險性分類對應(yīng)數(shù)值表

由式(6)可知，當(dāng)所載貨物不具備危險性時，則d=0，航段沒有發(fā)生事故時，θi=0，則航道的通過能力即為式(1)所得的值。

通過計算結(jié)果來比較式(6)和式(1)的航道通過能力，假設(shè)航道平均分為4個航段，1小時內(nèi)某航段通過的船舶數(shù)為4，計算結(jié)果如表4所示。

表4 式(1)和式(6)航道通過能力的比較

由表4可知，實(shí)際的航道通過能力取4個航段中的最小值40 000萬t/a，按式(6)計算所得的航道通過能力為4個航段中的最小值28 643萬t/a，航道通過能力減少了28.4%。

4 結(jié)論

筆者通過分析現(xiàn)有內(nèi)河航道通過能力的計算方法，結(jié)合船載貨物本身的危險性和航道自身發(fā)生的事故屬性，包括事故等級和事故次數(shù)等，給出了相應(yīng)的計算方法和劃分標(biāo)準(zhǔn)，將航道劃分為連續(xù)的航段來考慮其通航能力，取航段中最小的航段通過能力為航道的通過能力，得出相應(yīng)的航道通航能力的計算公式。通過實(shí)例計算得出考慮船載貨物本身的危險性和航道自身發(fā)生的事故屬性在內(nèi)的航道通過能力比實(shí)際航道通過能力減少了28.4%，因此，危險品屬性和航道事故屬性是很有必要考慮的，不考慮這些因素計算航道通過能力是不合理的。

[1] 陳家強(qiáng).危險化學(xué)品泄漏事故及其處置[J].化工標(biāo)準(zhǔn)·計量·質(zhì)量，2005，25(5):33-34.

[2] 楊家琪，吳永富.內(nèi)河航道通過能力數(shù)學(xué)模型的研究[J].武漢水運(yùn)工程學(xué)院學(xué)報，1993，17(3):283-286.

[3] 楊江南.我國危險品水路運(yùn)輸應(yīng)急反應(yīng)體系的研究[D].武漢:武漢理工大學(xué)圖書館，2010.

[4] 楊勝璧，許建光，陳嘉甫.化學(xué)危險品安全實(shí)用手冊[M].四川:四川科學(xué)技術(shù)出版社，1987:156-200.

[5] 何書香.危險品和有毒、有害貨物的海上安全運(yùn)輸(一)[J].交通標(biāo)準(zhǔn)化，1994(1):34-36.

[6] 王歷臻.船舶運(yùn)輸工藝與組織[M].北京:人民交通出版社，1985:18-76.

[7] 彭松柏.擴(kuò)大長江干線航道通過能力研究[J].中國水運(yùn)，2007(3):28-29.

[8] 代君，王當(dāng)利，劉克中.基于船舶領(lǐng)域模型的港口受限航道通過能力計算方法[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報:交通科學(xué)與工程版，2009，33(4):679-681.

[9] 董宇，姜曄，何良德.內(nèi)河航道通過能力計算方法研究[J].水運(yùn)工程，2007(1):59-60.

[10] 柴干，趙倩，黃琪，等.高速公路應(yīng)急救援資源的配置[J].中國安全科學(xué)學(xué)報，2010，20(1):166-168.