紅土鎳礦船在大風浪下的風險評估

張九磊

摘 ?要：由于近幾年來紅土鎳礦船事故頻發(fā)，為了降低事故發(fā)生率，本文對事故原因進行了分析，并結合模糊綜合評定數(shù)學模型，提出了一種對大風浪中航行船舶的危險度進行定量估算的模型。通過專家問卷調查后，得出了紅土鎳礦船在大風和大浪的作用下，可能發(fā)生不同的等級事故。并對某種危險情況，結合實際風浪進行了評估。船舶駕駛員只要根據(jù)本船的實際，并通過氣象預報，就能對本船的危險狀況進行定量的預測，有利于作出決策，從而降低風險。

關鍵詞：數(shù)學模型 ?定量估算 ?風險評估

近年來運輸紅土鎳礦粉的船舶事故頻發(fā)，如：2004年，G輪從菲律賓裝紅土鎳礦途經(jīng)汕頭外海時發(fā)生橫傾，在拖輪拖帶途中傾覆沉沒;2006年，D輪從菲律賓裝精鎳礦粉去日本，途經(jīng)中國沿海發(fā)生傾斜，即彎泊樂清灣，在岸基指導下，將船扶正后續(xù)航，安全抵達日本港口。特別要指出的是：從2010年10月28日到12月3日，在短短36天內接連發(fā)生了海事和船舶傾覆事故;10月28日，一艘巴拿馬籍散貨船A輪裝有4700紅土鎳礦，在琉球群島南沉沒;11月9日，散貨船N輪裝有紅土鎳礦也在臺灣東部海面沉沒;11月10日，M輪在印尼載運紅土鎳礦回張家港卸貨，途經(jīng)沖繩島南340 n mile處，傾覆沉沒;11月11日，Y輪裝運紅土鎳礦在臺灣東遇風船舶傾斜7～8°時，彎靠花蓮港，經(jīng)艙內鋪木屑和調整油水和壓艙水將船扶正后續(xù)航，安全抵達目的港;11月22日，HX輪裝礦砂在連云港以東海域遇北風-西北風7～8級，傾覆沉沒;12月3日，HW輪從印尼裝40 000 t紅土鎳礦開往嵐山港，在巴士海峽沉沒，被救起14人，失蹤10人;2011年12月25日，一艘巴拿馬籍貨船“VQ”輪，滿載55400t紅土鎳礦，從印尼Morowali港駛往中國寧德途中，在菲律賓東北海域的呂宋島附近發(fā)生傾覆;2013年8月14日，一艘運載紅土鎳礦3.3萬噸香港注冊貨輪“Trans Summer”號（夏長輪），原定由印尼前往廣東陽江，但途經(jīng)珠海港西南80公里近萬山群島海域時，被15米高巨浪及時速90公里以上烈風撲襲，船身向左傾側20度，最后沉沒。

上述一系列船舶傾覆事故的發(fā)生，令人觸目驚心，現(xiàn)在看來，很有必要對海運紅土鎳礦的安全進行必要的總結和討論。經(jīng)分析發(fā)生事故的根本原因（內因）有兩條：一是貨艙內含水礦粉超過流動水分點，析出大量水分，造成自由液面使該輪穩(wěn)性變?yōu)樨撝邓?二是由于積載不當，礦粉重量大大超過貨艙底面局部強度造成船體斷裂，或承運礦石船舶是超老齡船，船舶維修不到位、裝載不當造成船體斷裂沉沒。而大風浪中高速航行，遭受風浪對船體沖擊，致使船體橫搖、縱搖加劇，是加速含水礦粉形成自由液面的外因。

研究現(xiàn)狀

1、國內外研究現(xiàn)狀

實際上，對于在印尼或菲律賓裝載紅土鎳礦可能導致嚴重海事事故的問題在幾年前就引起了航運界的注意，各大船東互保協(xié)會均發(fā)出了防損公告，比如：UK P&I， NE P&I，SKULD P&I，STEAMSHIP P&I等等。國際干散貨船東協(xié)會也及時發(fā)布了兩次會員警告，其中一個標題就為“Hazardous cargoes - three ships sunk; 44 deaths in 39 days，The Unanswered Questions and why seafarers should not be considered expendable.”。

國內也有不少專家學者就紅土鎳礦的事故進行了分析，但大家只是著重從紅土鎳礦的含水量著手，當然含水量過高確實是紅土鎳礦發(fā)生事故的根本原因，卻忽視了風浪這條外因，如果沒有風浪下的搖擺及船舶震動，水分不析出，根本行不成自由液面。所以研究風浪這條外因對船舶的影響也是非常有必要的，當貨物含水量不太高時，大風浪下船舶劇烈搖擺導致水分析出，可能會成為船舶事故的根本原因。

2、紅土鎳礦的特性

紅土鎳礦作為鎳礦的一種，由于露天開采，露天堆積，常年炎熱、潮濕、多雨，相對于其它可液化的精選礦含有更多的水分。

當紅土鎳礦粉含水量小于32%時，礦體外形看起來很結實，用手指輕輕一捏，就會粉碎;但當含水量超過35.7%的礦體，遇到搖擺和振動都會發(fā)生水分析出礦體表面的現(xiàn)象，稱作礦粉的“液化流動”。初始產(chǎn)生礦粉液化現(xiàn)象的含水量，被稱作流動水分點，它的試驗數(shù)據(jù)如表1。

表1 ?紅土鎳礦粉的流動性

據(jù)資料介紹，近10年來，紅土鎳礦粉因含水量超過32%發(fā)生海難事故的船舶不少于30艘。菲律賓和印尼當局按國際慣例：出運紅土鎳礦的適運水分限制（AML）為32%，流動水分點為35.7%。

3、運輸船舶特性

運輸紅土鎳礦的船舶一般船齡偏老，而且偏中小型船。

小結：綜合以上考慮，本文著重分析裝載貨物含水量在適運水分限（含水量32%）以下的情況，即只著重考慮風浪的情況。

首先要控制好貨物的含水量，要了解該種貨物含水量與自由液面析出或貨物流動的相互關系，這是安全運輸?shù)那疤?。我們不能運輸含水量超標的貨物。其次選擇好航線，盡可能地避開風浪較大的航行區(qū)域，同時要采取一系列防止貨物流動或減少自由液面影響的措施（ 如平艙、壓艙、安裝止流板、預埋積水桶等），這是安全運輸?shù)幕A。再者，加強船員的安全意識，這是安全運輸?shù)谋ＷC。

船舶風險估算模型

1、危險等級的選取

為了實施性方便，這里我們沒有采取交通部的等級劃分，而是把風險等級劃分為三個，具體參照下表：

表2 風險等級劃分endprint

2、致災因子的選取

此類船舶的致災因子主要有三個：①水分含量過高;②貨物積載不當，超出船舶強度，導致斷裂;③船齡偏老，導致強度不夠;④自然因素（大風浪）。我們排除了前兩個因素的影響，因此只考慮船齡和自然因素。本文在自然因素中只考慮了2個致災因子，即大風和大浪各自的作用時間，同時對航向與大風浪方向的夾角也給予了考慮。綜合起來就是總共3個致災因子。

3、風險估算模型建立

對大風浪中航行船舶預先進行風險估算，是要得出對于特定船舶在將遇到的大風浪條件下，發(fā)生不同等級危險的可能性大小。根據(jù)專家評定的方法，可以給出特定船舶在不同的大風浪狀態(tài)下，發(fā)生不同等級危險的分布情況。但是，氣象臺發(fā)布的大風浪預報，其準確率不可能達到100%，而同一類型的船舶，甚至同一艘船，在不同的航次中，也會因為航區(qū)、裝載等條件的不同，使其在大風浪中的危險狀況發(fā)生改變，因此，必須對大風浪的預報準確率、船舶自身的各種特點加以綜合考慮。設大風和大浪的可能狀態(tài)分別為：

■（1）

■（2）

式中：a1i和a2i分別為不同等級的大風和大浪出現(xiàn)的概率。

使用專家經(jīng)驗評定的方法，可以得到對于不同船舶不同載態(tài)下，在上述不同條件下航行時，發(fā)生Ⅰ～Ⅲ級事故的概率，由此，可分別得到大風浪中航行船舶危險等級與風、浪致災因子之間的模糊關系。其中風、浪的影響可分別表示為若干個m×3和n×3維模糊矩陣。若共分成T種不同的航行條件，則對于每一種航行狀態(tài)，風的影響矩陣與浪的影響矩陣分別為：

（3）

（4）

式中：■為在某一種航行狀態(tài)t（t=1，2，…，T）條件下，出現(xiàn)大風狀態(tài)a1i時，發(fā)生j等級事故的概率;■為在某一種航行狀態(tài)t（t=1，2，…，T）條件下，出現(xiàn)大浪狀態(tài)a2i時，發(fā)生j等級事故的概率。

當收到了航行海區(qū)的風浪預報，確定了某一航行方案后（對應于狀態(tài)t1，t2，…，tk），則該船此方案的危險度即可按下列方式求出。在大風浪作用下，此航行方案危險等級分別為：

（5）

（6）

式中：xi（i=1，2，3）為在大風的作用下，發(fā)生Ⅰ～Ⅲ等級事故的風險度;yi（i=1，2，3）為在大浪的作用下，發(fā)生Ⅰ～Ⅲ等級事故的風險度。在大風浪中，船舶危險度等級模糊評定結果為：

B=（z1，z2，z3）（7）

zi=xi+yi-xiyi

式中：zi（i=1，2，3）為在大風浪的共同作用下，發(fā)生Ⅰ～Ⅲ等級事故的風險度。

紅土鎳礦船發(fā)生事故的可能性

1、紅土鎳礦船描述

我國的紅土鎳礦船多船齡偏老（一般在15年以上），噸位不是很大。大部分是從印尼或菲律賓進口，運到日照、連云港。所以營運區(qū)域為印尼（或菲律賓）—日照、連云港，航線為“印尼——中國南海——臺灣海峽——東?！S海——日照、連云港”。

2、致災因子選定

根據(jù)紅土鎳礦船本身以及所裝貨物的特性，我們對紅土鎳礦船的致災因子大風風力選取了≤5、6、7、≥8級;對于致災因子大浪高度，其可能的狀態(tài)可分為：≤2、2—3、3—4、4—5及≥5m。對于以上致災因子的影響，再做以下劃分：大風和大浪作用時間為：≤4、4—8、8—12和≥12h;航向與風浪夾角分別為135°和45°;船齡為15—19、20—24、≥25年。這樣，對于每一種不同的大風浪作用時間，有2種不同的航向與風浪夾角，有3種不同的船齡階段，由此得到24種受大風浪影響的不同航行狀態(tài)。

大風浪對本船影響的調查結果

本文研究的船舶屬于中小型船舶，中小型船舶在波長超過船長的波浪中順浪航行或斜順浪航行，均存在穩(wěn)性降低、尾淹和打橫、橫諧搖等危險，并且斜順浪航行較順浪航行更為危險。船舶穩(wěn)性差或者貨物容易移動以及船尾干舷低、保向性差的中小型船舶不宜采用順浪或斜順浪航行，降低船速是最有效的措施[7]。因此，船舶與風浪夾角為135°的情況比45°的情況更為危險。根據(jù)統(tǒng)計，船齡與船舶滅失率的關系如表：

表3 散貨船船齡與滅失率的關系

所以船齡在25年以上的船舶更危險。風浪作用時間越長，船舶搖擺的時間就越長，貨物析出的水分就越多，這樣形成自由液面的危險性就越多。因此由于篇幅有限，這里我們這里只列出船舶與風浪夾角135°、作用時間在12h以上且船齡在25年以上的最危險情況，不妨設這種情況為t=24。

對發(fā)生各級事故可能性的隸屬度進行了規(guī)定，見表：

表4 各級事故隸屬度

假設2011年12月19日，氣象臺預報船舶將要經(jīng)過的某區(qū)，風力7級，浪高4-5m。假設我船船齡在25年以上，下面我們分析一下t=24情況下，本船的危險等級。這里我們認為氣象臺預報的準確率為100%，則有：

A1=（0，0，1，0）

A2=（0，0，0，1，0）

B1=（0.1，0.6，0.4）

B2=（0.1，0.6，0.3）

■

■

■

所以有：■

由此可見，在t=24情況下，遇到7級風和4—5m浪時，發(fā)生事故Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級事故的可能性分別為：非常小、非常大和較大。說明這種情況是危險的。

結論

當船舶將要穿越某海區(qū)時，可根據(jù)氣象臺預報的風浪情況，結合本船的實際，對本船進行風險評估，分析是否適航，是否考慮改變航線并重新進行評估，了解危險程度，為航線的選擇提供了重要的依據(jù)。由于船舶與船舶不同，所以不同的船舶要根據(jù)自己本船的實際，通過經(jīng)驗總結出符合本船實際的船舶發(fā)生不同等級事故的風險矩陣，這樣的話船舶駕駛員就可以提前預知本船航行即將面臨的風險，并采取相應的措施，對提高船舶安全航行是非常有利的。

（作者單位：連云港引航站）endprint