基于移動(dòng)安全區(qū)的LNG船舶對(duì)航道通過(guò)能力的影響研究

陳德軍 ， 陳耀 ，牟軍敏 ， 李夢(mèng)霞， 范存龍 ， 龔帥

（1.武漢理工大學(xué)信息學(xué)院，湖北 武漢 430070；2.武漢理工大學(xué)航運(yùn)學(xué)院，湖北 武漢 430063）

LNG作為一種新型、清潔的能源，具有高風(fēng)險(xiǎn)、需求量大等特點(diǎn)。而LNG的運(yùn)輸常常受限于航道布局。同時(shí)LNG船進(jìn)出港口航道時(shí)會(huì)受到港區(qū)能見(jiàn)度、通航環(huán)境、交通流以及船舶尺度等因素的影響。為了確保LNG運(yùn)輸絕對(duì)安全，許多規(guī)范明文要求LNG船在通航時(shí)必須保證其具有一定的移動(dòng)安全區(qū)范圍，《液化天然氣碼頭設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTS 16 5-5-2016）中規(guī)定：“當(dāng)液化天然氣船舶進(jìn)出海港航道航行時(shí)，應(yīng)設(shè)置移動(dòng)安全區(qū)，具體尺寸應(yīng)通過(guò)專題論證”[1]，因此許多港口規(guī)定LNG船通過(guò)港口時(shí)以單向通過(guò)的通航方式通過(guò)。趙倉(cāng)龍、王超敏對(duì)LNG船舶前后設(shè)置移動(dòng)安全區(qū)、采取單向通過(guò)通航方式進(jìn)行建模分析LNG船進(jìn)出港對(duì)航道通過(guò)能力的影響[2-6]；高劍橋、劉敬賢應(yīng)用M/M/c和M/D/c排隊(duì)論模型將排隊(duì)論理論引入對(duì)航道通過(guò)能力的決策,利用排隊(duì)論的動(dòng)態(tài)計(jì)算特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)對(duì)受限航道飽和度的動(dòng)態(tài)計(jì)算[7-8]。綜上所述趙倉(cāng)龍、高劍橋等人在LNG船舶進(jìn)出港對(duì)航道通航能力影響的研究中，LNG船舶移動(dòng)安全區(qū)的取值是單一的，沒(méi)有考慮在不同取值的移動(dòng)安全區(qū)下，LNG船舶進(jìn)出港對(duì)航道通過(guò)能力的影響。

本文以浙江省樂(lè)清灣大麥嶼港區(qū)為對(duì)象，對(duì)LNG船移動(dòng)安全區(qū)建模，得到不同取值的移動(dòng)安全區(qū)，基于不同取值的安全區(qū)建模分析LNG船以獨(dú)占式通航方式通過(guò)對(duì)港口航道通過(guò)能力的影響。

1 LNG船進(jìn)出港對(duì)航路通過(guò)能力的影響因素與分析

1.1 LNG船移動(dòng)安全區(qū)建模

對(duì)于不同的船舶來(lái)說(shuō)，移動(dòng)安全區(qū)的形狀和尺度都不一樣，其大小隨著船舶航速、船舶尺度、交通密度以及通航環(huán)境等因素的變化而變化[9-12]。對(duì)LNG船舶移動(dòng)安全區(qū)建?？杉俣ù耙阅骋还潭ê剿俦Ｏ蚝叫校叫星胺接鼍o急情況，船舶需緊急制動(dòng)或繞開(kāi)危險(xiǎn)物避險(xiǎn)，假設(shè)船舶緊急制動(dòng)至停下來(lái)的距離為L(zhǎng)，船舶左滿舵或右滿舵減速避開(kāi)危險(xiǎn)的橫向移動(dòng)距離為B，L與B滿足：

式中：L與B分別為L(zhǎng)NG船舶移動(dòng)安全區(qū)前后、左右取值；K為常數(shù)，L0與B0分別為L(zhǎng)NG船長(zhǎng)與船寬，t1為駕駛?cè)藛T反應(yīng)時(shí)間（常人的反應(yīng)時(shí)間為0.75s左右，t1可忽略不計(jì)），VLNG為船舶航速。隨著港區(qū)能見(jiàn)度、水文、交通密度、船舶尺度以及船舶操縱性等影響因素的變化K1可取150-300；K2可取3-5，K3可取60-120，K4可取1-3，本研究中Zsaf=2L。

1.2 LNG進(jìn)出港對(duì)航道通過(guò)能力的影響建模

LNG船獨(dú)占式通過(guò)是指LNG船單向通過(guò)通航方式為雙向通航的航道。在這種通航方式下，LNG船進(jìn)出港航行時(shí)對(duì)LNG船同向（指航道交通流方向與 LNG 船進(jìn)出港方向一致）和逆向（指航道交通流方向與LNG 船進(jìn)出港方向相反）通過(guò)能力的影響是不同的。LNG船每個(gè)航次對(duì)某一雙向通航航道與LNG船同向和逆向日通過(guò)能力的影響率分別記為

2 .案例研究

2.1 LNG船進(jìn)出港對(duì)航道通過(guò)能力的影響率計(jì)算

各分航段的影響率計(jì)算：

在LNG進(jìn)出港航線中，對(duì)其他船舶有影響的航段分為AB段、BC段以及CD段，分析LNG船在各分航段航行時(shí)對(duì)他船的影響率，根據(jù)表中關(guān)于LNG船進(jìn)出港時(shí)所經(jīng)航道的基本參數(shù)，利用LNG船進(jìn)出港對(duì)航路通過(guò)能力的影響程度模型進(jìn)行計(jì)算分析。

各分段參數(shù)取值如下：

2. 2 計(jì)算結(jié)果分析及討論

由式①和式②可知：LNG船獨(dú)占式通過(guò)時(shí)對(duì)航路通過(guò)能力的影響主要與船舶航速和船舶的安全區(qū)大小有關(guān)。其中，AB段日通過(guò)能力下降至3.5%-5.6%， BC航路日通過(guò)能力下降至2.4%-5.1%,CD航路日通過(guò)能力下降至3.6%-6.6%。隨著移動(dòng)安全區(qū)取值的增大，LNG船進(jìn)出港口對(duì)航路的通過(guò)能力影響率隨之增大；隨著LNG船舶航速的增大，LNG船進(jìn)出港口對(duì)航路的通過(guò)能力影響率隨之減小。LNG船航行由于設(shè)置移動(dòng)安全區(qū)，都會(huì)對(duì)所經(jīng)航道的船舶通過(guò)量產(chǎn)生一定的影響，需要采取交通管制。

3 結(jié)語(yǔ)

LNG作為一種清潔能源，需求量大。由于LNG運(yùn)輸?shù)母唢L(fēng)險(xiǎn)性，LNG船進(jìn)出港口航道時(shí)需設(shè)置移動(dòng)安全區(qū)，國(guó)際上許多港口規(guī)定LNG船通過(guò)港口航道時(shí)應(yīng)以單向通過(guò)的通航方式通過(guò)。以單向通過(guò)的通航方式通過(guò)給港區(qū)航道的通航能力造成了很大的影響。本文以某海灣港區(qū)為對(duì)象，綜合考慮移動(dòng)安全區(qū)的影響因素對(duì)LNG船舶移動(dòng)安全區(qū)進(jìn)行建模，得到不同取值的移動(dòng)安全區(qū)。建模分析在不同移動(dòng)安全區(qū)下，LNG船舶進(jìn)出港對(duì)航道通過(guò)能力影響。研究表明：LNG船通過(guò)港口時(shí)，該船對(duì)港口通過(guò)能力的影響與移動(dòng)安全區(qū)取值成正比、與LNG船舶航速成反比。本文可為船舶港口航道設(shè)計(jì)、水上交通安全管理等工作提供有益的參考。