連云港海底航道安全海洋環(huán)境綜合評價

摘要：海底航道安全與海洋環(huán)境相關，隨著海洋調查觀測技術的進步，航道觀測信息增多，有些信息往往難以定量，如何利用這些資料評估海底航道安全日益重要。本研究在綜合分析連云港海底航道安全海洋環(huán)境主要影響因素的基礎上，基于航道地形環(huán)境、航道地質環(huán)境、海洋動力環(huán)境、極端事件對航道安全的影響程度，建立了連云港海底航道安全海洋環(huán)境模糊綜合評價模型，運用模糊綜合評價法對航道安全海洋環(huán)境進行了定量評估，依據(jù)評價結果，連云港海底航道安全海洋環(huán)境定量評價為2.63，等級介于比較安全與一般危險之間，對航道海洋環(huán)境立體監(jiān)測與安全評價體系建設具有實踐意義。

關鍵詞：海底航道;安全;海洋環(huán)境;綜合評價;連云港

Abstract：The safety of ship channel is related to marine environment.With the progress of marine survey and observation technology，there are more and more observation data.How to evaluate the channel safety from those increasing observation data becomes more and more important.However，some data is often difficult to evaluate quantitatively on submarine channel.A fuzzy comprehensive evaluation model was constructed based on the topographic environment，geological environment，marine dynamic environment and extreme events，which were mainly marine environment factors affecting the safety of Lianyungang ship channel.According to the evaluation results，the quantitative evaluation value was 2.63，and the safety of assessment level was between the relatively safe and the general risk.It was of practical significance to the construction of three-dimensional monitoring and safety evaluation system for the marine environment of waterway.

Key words：Submarine channel，Safety，Marine environment，Comprehensive evaluation，Lianyungang

0 引言

航道水域環(huán)境是船舶安全通航的基礎，由于人們無法直接對海底航道進行觀測，往往需要進行多學科的海洋調查來獲取航道信息，除底質取樣、鉆探取樣、海底照相等傳統(tǒng)調查方法，遙感、多波速、淺地層剖面、側掃聲吶、聲學多普勒剖面儀和其他聲學探測系統(tǒng)可以大范圍、快速、實時反映水體中的懸沙、海底地形地貌、海底沉積特征、水動力等信息。隨著數(shù)字航道、智慧航道的發(fā)展，這些信息可以實現(xiàn)形象地反映航道宏觀和微觀情況，為航道數(shù)字化、網(wǎng)絡化和智能化提供了一種先進的手段。但這些航道信息有些能夠定量評價，有些只能定性描述，如何將這些海洋環(huán)境因素進行綜合分析尚無統(tǒng)一的評價方法。模糊綜合評價法基于模糊數(shù)學的隸屬度理論把定性評價轉化為定量評價，解決了很多難以量化的非確定性問題[1]，具有結果清晰，系統(tǒng)性強的特點，適合各種非確定性問題的解決，已廣泛應用于航道通航環(huán)境[2-3]、航行危險度[4]、操船環(huán)境安全[5]等評價中，但還較少用于海底航道安全海洋環(huán)境綜合評價。

連云港港是我國典型的淤泥質海港，航道淤積和邊坡穩(wěn)定受海洋環(huán)境影響較大，隨著30萬噸航道的拓展開發(fā)，航道能否“挖得出”，不因淤泥流淌造成太大工程量;“穩(wěn)得住”，挖出的航道邊坡能否穩(wěn)定;“用得起”，航道疏浚維護費用是否太高等關鍵問題亟須對航道安全環(huán)境進行評價。本研究基于連云港海底航道調查研究，通過綜合分析影響航道空間安全的主要海洋環(huán)境因素，嘗試利用模糊綜合評價法對航道空間安全海洋環(huán)境進行定量評估，以期為航道海洋環(huán)境立體監(jiān)測與評價體系建設、保障航道安全運營起到一定作用。

1 航道概況

連云港港是長三角和渤海灣之間重要的區(qū)域性國際樞紐港，也是21世紀海上絲綢之路的重要組成部分，航道呈“人”字形，分一體兩翼，包括主港區(qū)、南翼徐圩港區(qū)和北翼贛榆港區(qū)，人工開挖航道總長約70 km，其中外航道內段連接主港區(qū)，長17.3 km，徐圩航道連接徐圩港區(qū)，長17 km，外航道外段為兩港區(qū)共用航道，長35.6 km。主港區(qū)進港航道走向63°-243°，航道底標高-22.5 m，航道底寬350 m。徐圩港區(qū)進港航道走向16°-196°，航道底標高-22.5 m，航道底寬360 m[6]。

航道所在海域開闊，水深較淺，低潮線以下的海底地形多為水下岸坡。海底上有密集的流蝕淺洼地，低于附近海底1～4 m。表層沉積物主要為細砂、粉砂質砂、黏土質粉砂、粉砂質黏土。主港區(qū)以淤泥質為主，徐圩港區(qū)以粉砂質為主，細砂分布從北翼贛榆港區(qū)以帶狀延伸至主港區(qū)。粉砂質黏土主要分布在海域中部。粉砂質淤泥、淤泥質粉砂層一般厚約5 m，最大厚度可達15 m左右[7]。

受海洋性、大陸性氣候雙重影響，航道海域冬季和春季常受強溫帶氣旋的影響，夏季和秋季多受熱帶氣旋的影響[8]。每年5—11月都有可能遭受臺風影響。海浪波高平均為0.5 m，一般秋、冬季略大于春、夏季，強浪為偏北向，累年平均波周期為3.8 s。潮流基本為規(guī)則半日淺海潮流，變化顯著，近岸表現(xiàn)為往復流運動，隨水深增加，旋轉流明顯，以逆時針方向旋轉為主，最大流速流向隨季節(jié)不同差異明顯。航道北部海域漲潮流向西南，落潮流向東北;航道南部海域，漲潮流向東南，落潮流向為西北。漲、落潮流速不等，漲潮流速大于落潮流速，落潮流歷時大于漲潮流歷時[9]。

2 模糊綜合評價

2.1 評價因素選擇

評價因素的確定是航道安全綜合分析的基礎，通常是由多個相互聯(lián)系、相互作用的評價指標組成[10]。連云港港是一個在淤泥質海灘上人工疏浚而成的海港，水深、海岸線、航道坡度、航道寬度、海底坡度、海床性質、岸灘穩(wěn)定性、海浪、波浪入射角、海流、潮汐、懸沙量、泥沙水力特性、臺風、極端天氣等一直是航道安全運營的重要環(huán)境因素。綜合前人對航道安全的研究成果[11]，根據(jù)評價體系建立的科學性原則、全面性原則、系統(tǒng)性原則、簡明性原則和可操作性原則[12]，結合連云港海底航道實際建立航道安全海洋環(huán)境評價因素集.

2.2 評價指標

為了對各因素有比較直觀的評價標準，將航道安全環(huán)境評價指標劃分為“安全、比較安全、一般危險、比較危險、非常危險”5個等級組成評價結果集合V，并將評價集等級量化為1～5，即安全、比較安全、一般危險、比較危險、非常危險分別對應1，2，3，4，5，以便評價結果精確化，V=（v1，v2，v3，v4，v5）=（1，2，3，4，5）。

2.3 評價權重

評價因素的權重是指每個因素重要程度的定量表示，也是評價過程中各個評價因素相對重要性的隸屬度。目前確定權重的方法主要有比較矩陣法、均方差法、粗糙集法、層次分析法等。其中層次分析法是美國運籌學教授Saaty[13]提出的一種實用的多方案決策方法，可以將人們的主觀判斷與量化分析結合起來，對各個因素之間的差異進行量化處理，其定性與定量相結合的特點使得權重的確定具有一定的客觀性，準確性相對較高，具有所需數(shù)據(jù)量小、花費時間短、計算量小的優(yōu)點，因此本研究采用層次分析法確定權重大小，其步驟如下：

2.4 模糊評價矩陣

采用模糊統(tǒng)計法，邀請連云港港口航道設計院、連云港港務工程公司一線工程師、連云港引航站引航員、港口航道與海岸工程專業(yè)、海洋技術專業(yè)和海洋資源開發(fā)技術專業(yè)教師等專家和相關人員對評價因素進行比較，征詢各評價因素對海底航道安全的相對重要程度，確定其隸屬度大小并歸一化，從而得到評價因素的隸屬度矩陣R。矩陣中的每一行是對每一單因素的評價結果，整個矩陣包含了按照評價結果集合V對評價因素集合U進行評價所獲得的全部信息。

2.5 模糊綜合評價

評價因素的權重向量與模糊評價矩陣進行模糊運算，得出具體的評價矩陣B，合成運算出最終評價等級向量。

從綜合評判結果可知，連云港海底航道海洋環(huán)境的總體評價處于比較安全檔次，其隸屬度為0.34。

2.6 多層次模糊綜合評價

根據(jù)加權平均法求取總的評價結果[3]，得出連云港海底航道海洋環(huán)境安全評價等級V。

評價結果為2.63，該結果綜合考慮了模糊集中各元素的貢獻，反映了整個模糊向量信息的精確值，類似于概率論中求數(shù)學期望的過程。根據(jù)評價指標集V可以判定連云港海底航道海洋環(huán)境安全等級介于比較安全與一般危險之間。相對傳統(tǒng)定性評價結果通常只有兩種，即穩(wěn)定或不穩(wěn)定，而模糊綜合評價可以根據(jù)實際需求分為3類、4類、5類甚至更多，并將其定量化，實現(xiàn)了多因素綜合評價。

3 結論

基于連云港海底航道建立了航道安全海洋環(huán)境模糊綜合評價模型，采用模糊綜合評判的方法定量評估了連云港航道海洋環(huán)境安全等級，得出航道安全海洋環(huán)境模糊綜合評價處于比較安全檔次，多層次模糊綜合評價結果為2.63，等級介于比較安全與一般危險之間，實現(xiàn)了對航道海洋環(huán)境多因素綜合定量評估，評價結果對開展海底航道安全海洋環(huán)境立體監(jiān)測以及深入研究建立科學合理評價體系具有重要意義。

參考文獻

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