天津港大型散貨船舶夜航風(fēng)險及安全保障措施*

大連海事大學(xué)航海學(xué)院 李連博 牛佳偉 林 威

天津港大型散貨船舶夜航風(fēng)險及安全保障措施*

大連海事大學(xué)航海學(xué)院 李連博 牛佳偉 林 威

為確保大型散貨船舶在天津港的夜間航行安全，完善安全決策，結(jié)合港口水域自然環(huán)境和通航環(huán)境，從人、船舶和環(huán)境三個方面分析大型散貨船舶夜間進(jìn)出天津港的航行安全影響因素。在此基礎(chǔ)上提出大型散貨船舶在夜間進(jìn)出天津港的安全保障措施建議，為大型散貨船的夜航操作管理提供參考。

天津港；大型散貨船舶；夜間航行；安全保障

天津港作為我國沿海主要港口和國家綜合交通運(yùn)輸體系的重要樞紐，是實(shí)施天津?yàn)I海新區(qū)開發(fā)開放戰(zhàn)略，建設(shè)北方經(jīng)濟(jì)中心、北方國際航運(yùn)中心和國際物流中心的重要依托，也是華北、西北地區(qū)大宗物資進(jìn)出口的重要口岸。近年來天津港船載貨物的運(yùn)輸量不斷增長，尤其是大型深吃水散貨船舶進(jìn)出港次數(shù)明顯增加，給船舶通航安全帶來很大壓力。

根據(jù)《天津港口引航安全管理辦法》（津交委安[2007]300號）的規(guī)定，船舶吃水大于15 m（含15 m）的10萬t級及以上散貨船禁止“夜航”。根據(jù)港口的實(shí)際運(yùn)營情況，夏季當(dāng)日18時至次日5時，冬季當(dāng)日17時至次日6時，不能安排深吃水的散貨船進(jìn)出港。通常，深吃水船舶需乘潮進(jìn)港。而天津港大部分日間高潮位只有一次，歷時1 h左右，因此深吃水散貨船每天能進(jìn)港的時段很少。盡管港務(wù)公司采取各種措施加快船舶周轉(zhuǎn)，但大型深吃水散貨船舶的壓港情況依舊嚴(yán)重。為了緩解大型散貨船舶的壓港問題，有關(guān)主管機(jī)關(guān)決定解除“夜航”限制。但受能見距離等各種因素影響，夜間航行危險度相較于白天顯著增大，航行安全問題突出，因此有必要深入分析天津港大型散貨船舶夜間航行安全的影響因素，并提出相應(yīng)安全保障措施建議，為保障大型散貨船舶夜間航行安全提供參考。

一、天津港區(qū)自然環(huán)境

1. 氣象條件

天津塘沽海洋站（117°47′E，38°59′N）對此地的自然環(huán)境條件進(jìn)行了長時間的觀測，獲得了該地較為完整的水文氣象信息。

天津港地處中緯地區(qū)，屬大陸性季風(fēng)氣候。該海區(qū)為季風(fēng)海區(qū)，冬季以N～NW風(fēng)向?yàn)橹?，風(fēng)向穩(wěn)定，風(fēng)力較強(qiáng)；夏季以S～SE風(fēng)向?yàn)橹鳎L(fēng)力較弱且風(fēng)向易發(fā)生變化。根據(jù)觀測統(tǒng)計資料可知，天津港區(qū)常風(fēng)向?yàn)镾向，次常風(fēng)向?yàn)镋向，強(qiáng)風(fēng)向?yàn)镋向，次強(qiáng)風(fēng)向?yàn)镋NE向。

該海區(qū)多年平均霧日數(shù)為16.6天。一年中，能見度＜1 km的大霧平均為8.7天，且多發(fā)生在每年的秋冬季。每年12月份大霧日約為全年大霧日的30%，最長的延時可達(dá)24 h以上。

臺風(fēng)在每年的6—9月可能會影響附近海域，其中7月份出現(xiàn)次數(shù)最多，8月份次之，9月份以后很少出現(xiàn)。臺風(fēng)出現(xiàn)可能給天津港區(qū)帶來風(fēng)暴潮天氣。[1]

2. 水文條件

根據(jù)港區(qū)附近潮位站的統(tǒng)計資料，結(jié)合調(diào)和常數(shù)分析，F(xiàn)＝（HO1+Hk1）/Hm2=0.53。天津港水域各基準(zhǔn)面關(guān)系如圖1所示。

圖1 天津港各基準(zhǔn)面示意圖

潮位特征值。根據(jù)觀測資料可知，該水域潮位特征值數(shù)據(jù)如下（以下潮位值均從當(dāng)?shù)乩碚撟畹统泵嫠闫穑簹v年最高潮位為5.81 m，歷年最低潮位為-1.08 m；平均高潮位為3.77 m，平均低潮位為1.34 m；最大潮差為4.37 m，平均潮差為2.43 m；平均海平面為2.56 m。

天津港區(qū)屬不規(guī)則半日潮區(qū)，潮流呈往復(fù)流性質(zhì)，且各點(diǎn)處漲、落潮的流向因受水深地形等影響而有所不同。近岸水域受淺灘影響，漲落潮流向較為分散，隨著離岸距離的增加，流向逐漸集中，到-10 m等深線時，漲落潮呈明顯的東西向往復(fù)流運(yùn)動。該海區(qū)大、小潮基本呈漲潮流速略大于落潮流速，且外海流速大于近岸流速。

天津港常浪向?yàn)镋NE向和E向，頻率分別為9.68%和9.53%，強(qiáng)浪向ENE向，該向波高＞1.5 m的波高頻率為1.35%，T≥7.0 s的頻率僅為0.33%。

分析天津港水文氣象條件可知，該港區(qū)附近水域自然環(huán)境較好，大風(fēng)日天數(shù)較少且航道內(nèi)流速較小，流向與航道走向差別不大，采取有效的安全保障措施能夠滿足散貨船夜航安全的需要。

二、港區(qū)通航環(huán)境

1. 港區(qū)規(guī)劃

天津港劃分為北疆港區(qū)、東疆港區(qū)、南疆港區(qū)、大沽口港區(qū)、高沙嶺港區(qū)、大港港區(qū)、海河港區(qū)和北塘港區(qū)，并將獨(dú)流減河北岸規(guī)劃為預(yù)留發(fā)展區(qū)。北疆、東疆、南疆港區(qū)是建設(shè)天津北方國際航運(yùn)中心的核心港區(qū)，主要服務(wù)于腹地物資中轉(zhuǎn)運(yùn)輸，其中北疆、東疆以集裝箱運(yùn)輸為主，南疆以煤炭、石油和鐵礦石等大宗散貨運(yùn)輸為主，大沽口、高沙嶺、大港港區(qū)服務(wù)于臨港工業(yè)發(fā)展，兼顧發(fā)展腹地物資中轉(zhuǎn)運(yùn)輸功能。獨(dú)流減河北岸預(yù)留發(fā)展區(qū)是天津港未來進(jìn)一步發(fā)展的主要儲備資源，以服務(wù)腹地物資運(yùn)輸為主，預(yù)留集裝箱運(yùn)輸功能。

2. 航道概況

天津港現(xiàn)有的進(jìn)出港航道主要有2條，即天津港主航道（新港航道）和大沽沙航道，如圖2所示。

圖2 天津港航道示意圖

天津港主航道是大型散貨船進(jìn)出港的必經(jīng)之路，航道長44 km，其中25萬t級航道長35.3 km。目前，天津港主航道入口處至12+200段水深為21.0 m，12+200至7+100（南11泊位西邊線）段水深18.5 m，7+100至5+000（26#泊位）段水深17.4 m。該航道軸線走向?yàn)橐徽劬€形狀，航道里程4+239至17+681航道方位為281°04′17.7″～101° 04′17.7″，17+681～23+924航道方位為279°38′56. 3″～99°38′56.3″，23+924～36+0航道方位仍為281°04′17.7″～101°04′17.7″，36+0～44+0段航道方位為306°04′17.7″～126°04′17.7″?？梢钥闯鎏旖蚋壑骱降老鄬樦?、寬敞，水深足夠，能夠滿足大型散貨船舶夜間航行需求。

3. 錨地概況

目前，天津港的錨地主要有大沽口南錨地、大沽口北錨地、天津港散化錨地、天津港10萬t級錨地等，各錨地底質(zhì)均為泥底，各錨地有關(guān)數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 天津港各錨地使用情況

三、船舶夜航安全影響因素

1. 人的因素

人為因素是影響大型散貨船舶進(jìn)出天津港夜間航行安全的關(guān)鍵因素之一。船舶夜間航行，客觀環(huán)境差，船舶駕駛員或引航員注意力欠集中時，極易引發(fā)水上交通事故。船舶夜間航行過程中，人眼視力明顯下降，反應(yīng)速度變慢，對遠(yuǎn)處物標(biāo)的顏色、形狀辨識度降低，部分顯著物標(biāo)的識別特征減弱，再加上航道周圍燈標(biāo)、燈塔等助航設(shè)施眾多，與近岸設(shè)施或建筑物交錯分布，背景復(fù)雜，駕駛員容易產(chǎn)生錯覺，進(jìn)而多引發(fā)船舶風(fēng)險。當(dāng)港口引航員數(shù)量有限或引航員引航水平不夠全面時，引航員身體的疲勞感及由于特殊環(huán)境引起的緊張心理，更易引發(fā)各類交通事故。據(jù)統(tǒng)計，天津港引航站共有持證引航員121人，其中高級引航員33名，一級引航員18名，二級引航員45名，基本上能夠滿足大型散貨船舶在天津港夜間航行的需求。

2. 船舶因素

船舶因素包括船舶結(jié)構(gòu)（船體結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度、密封性和分艙布置）、船舶設(shè)備（船舶航行操縱設(shè)備、助航設(shè)備、通信設(shè)備及消防設(shè)備的性能和狀況）、船舶性能以及船齡等因素。

大型散貨船舶尺度較大，受風(fēng)流作用明顯，尤其是重載深吃水時，受流的影響更為顯著。其排水量大、慣性大，單位排水量分?jǐn)偟闹鳈C(jī)功率小，因此沖程較大，變向變速時間較長。船舶方形系數(shù)大，舵面積比小，舵效差，淌航時喪失舵效的余速較高。斜航阻力大，旋回時船舶降速明顯，總體操縱性能表現(xiàn)為船舶旋回性好，航向穩(wěn)定性差。

3. 環(huán)境因素

（1）自然環(huán)境。

影響大型散貨船舶在天津港夜間航行安全的自然環(huán)境主要包括風(fēng)、流、浪和能見度等因素。其中能見距離是大型散貨船舶夜間航行和白天航行的主要區(qū)別。風(fēng)流浪越大，能見度越低，對船舶安全航行的要求越高。

（2）交通環(huán)境。

為了解天津港碼頭周圍的交通情況，選取南12#泊位東端點(diǎn)與東突堤東南角的連線為門限，基于AIS航跡圖，根據(jù)往年的船舶交通流統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析天津港碼頭附近的交通情況。根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)可知，2014年第一季度通過該門限的船舶總流量為19 484艘次，日平均流量為216艘次，平均每小時流量為9艘次。其中吃水10 m以上的船舶為878艘次，日平均流量為9.8艘次，占船舶總流量的4.5%；船長在200 m以上的船舶為748艘次，占船舶總流量的3.8%；而船長在90～150 m的船舶為3 004艘次，占船舶總流量的15.4%；非運(yùn)輸船舶12 637艘次，占船舶總流量的64.9%。

通過以上數(shù)據(jù)可以看出，經(jīng)過該門限的大型船舶相對較少，日平均不到10艘次，而通過該門限的小型船舶及非運(yùn)輸船舶數(shù)量較多。小型船舶往往船況較差，違章航行的幾率較高，因此可能會給大型散貨船舶在天津港的夜間航行安全帶來一定的影響。[2]

（3）背景燈光。

當(dāng)船舶夜間在港口沿岸航行，或者航行于燈光捕魚的漁區(qū)時，強(qiáng)烈的背景燈光給駕駛員的瞭望帶來很大影響，導(dǎo)致駕駛員往往不能清楚地識別他船號燈，給船舶航行安全帶來很大風(fēng)險。一般情況下，常用船舶號燈與背景燈光的亮度對比度來表示背景燈光對船舶夜間航行安全的影響。對比度越大，船舶號燈的可識別性越大。[3]

根據(jù)《1972年國際海上避碰規(guī)則》對船舶號燈發(fā)光強(qiáng)度的技術(shù)要求可知，號燈的最低發(fā)光強(qiáng)度為可知號燈與背景燈光亮度對比度為

其中： I為通常情況下以新燭光單位計算的發(fā)光強(qiáng)度；T為臨閾系數(shù)2×10-7lx；D為號燈的可見距離，n mile；K為大氣透射率，用于規(guī)定的號燈，K值應(yīng)是0.8；C為亮度對比度；I0為本船號燈亮度；Lb為背景燈光亮度。

按照視覺工效學(xué)理論，當(dāng)對比度小于-0.13或大于1.3時，視覺工效較高；當(dāng)對比度值處于-0.13～1.3之間時，視覺工效較低。為充分反映背景燈光對夜航安全的影響，選取天津港散貨碼頭附近六處的實(shí)測背景亮度數(shù)據(jù)，分別為5.20、4.15、4.20、2.0、3.6、4.8，按照船長和號燈種類的不同分別計算六處背景燈光對船舶號燈視覺工效的影響，計算值如表2所示。

表2 船舶號燈亮度對比度表

從表2中的數(shù)據(jù)可以看出，天津港大型散貨船泊位周邊夜間背景燈光，對船長在50 m以上的船舶號燈可識別性基本沒有影響；但對船長在50 m以下的船舶號燈可識別性有明顯的影響，因此船舶小于50 m的船舶是影響大型散貨船舶夜航安全的關(guān)鍵因素。

四、夜航安全保障措施建議

天津港最早于2009年5月12日至6月19日期間曾成功安排過“閃光”、“奮斗者”等6艘次大型散貨船夜航，可見在有效的安全保障措施下大型散貨船在天津港夜間航行是安全可行的。為進(jìn)一步確保船舶夜間航行安全，提出以下幾點(diǎn)建議：

（1）鑒于大型重載散貨船夜航期間，駕引人員視覺績效相對白天要低，船舶操縱與避碰難度相對較大，因此通航期間應(yīng)盡量按照以下通航限制條件夜航：大氣能見度≥1 n mile；風(fēng)力≤7級（蒲氏風(fēng)級）；盡量選擇平潮、緩流時段靠泊；其他通航條件與白天通航標(biāo)準(zhǔn)一致。

（2）天津港主航道內(nèi)沙石船等非運(yùn)輸船、小型船舶較多，大型散貨船夜航時，應(yīng)根據(jù)航道內(nèi)的交通流情況，必要時派遣拖輪做好疏導(dǎo)、清障工作。船舶駕引人員應(yīng)該特別注意這些小船動態(tài)，借助雷達(dá)、AIS、VTS等手段盡早獲得這些小船的信息，及時做好避讓工作。

（3）由于天津港主航道較長，駕引人員工作強(qiáng)度較大，建議大型散貨船夜間進(jìn)出港時派兩名一級（或高級）引航員引航，兩名引航員在船期間應(yīng)做好分工。

（4）船舶夜航過程中，應(yīng)充分注意航道兩側(cè)的照明燈光對駕引人員視覺績效以及對信號燈可識別性的影響，尤其注意充分利用雷達(dá)、ARPA等瞭望手段及時發(fā)現(xiàn)燈光微弱或不點(diǎn)燈的小船?？坎磿r，為了便于船長、引航員清楚地看見碼頭岸線，可在碼頭護(hù)舷側(cè)面安裝LED等發(fā)光器材，待靠泊船夜間接近泊位時打開此燈。

（5）船舶夜航過程中，駕引人員對船舶運(yùn)動姿態(tài)及與他船會遇態(tài)勢的判斷不如白天方便，因此，需借助GPS、雷達(dá)、ARPA、AIS、VTS、航標(biāo)等手段勤測船位，及早發(fā)現(xiàn)來船，并采用合適的風(fēng)流壓差，保持船舶走在計劃航線上，防止船位偏出航道發(fā)生擱淺事故。大型散貨船瞭望盲區(qū)較同種類的小型船舶增大很多，引航員登輪后應(yīng)盡快適應(yīng)該輪的視線情況，必要時通知船長安排瞭頭、備錨航行。

[1]張弘.天津港超大型貨船通航安全的研究[D].大連:大連海事大學(xué),2012.

[2]任冀川.天津港口門附近船舶交通流交匯水域安全管理研究[D].大連:大連海事大學(xué),2013.

[3]朱金善,孫立成,尹建川,等.基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的船舶號燈識別模型與仿真[J].應(yīng)用基礎(chǔ)與工程科學(xué)學(xué)報,2012(3):455-462.

10.16176/j.cnki.21-1284.2015.11.003

中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金(3132015007)；山東海事局海事調(diào)查專家技術(shù)服務(wù)項(xiàng)目（80815007-92）；東港市獐島碼頭工程通航安全評估項(xiàng)目（80815040-92）