基于尊重習(xí)慣航路的福建沿海海上風(fēng)電場(chǎng)選址方法研究

文 吳志華

風(fēng)電是清潔、低碳、高效的可再生能源，近年來(lái)市場(chǎng)活躍度顯著增高，在國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略的指引下，海上風(fēng)電將是風(fēng)電發(fā)展的重要領(lǐng)域，前景十分廣闊。福建沿海平均風(fēng)速大、風(fēng)向穩(wěn)定，是全國(guó)風(fēng)資源最好的地區(qū)之一。但同時(shí)福建沿海是我國(guó)南來(lái)北往航運(yùn)主通道，也是閩臺(tái)海上貿(mào)易往來(lái)的必經(jīng)之路，由于其地理位置特殊，易受東北季風(fēng)、熱帶氣旋與霧的影響。此外，福建省沿海漁場(chǎng)分布廣闊，島礁、淺灘眾多，海上航路密布，船舶通航密度高，通航環(huán)境復(fù)雜，為我國(guó)六大航運(yùn)高風(fēng)險(xiǎn)水域之一。在福建沿海發(fā)展海上風(fēng)電，首當(dāng)其沖面臨的問(wèn)題就是如何找到合適的選址位置。因此在規(guī)劃與項(xiàng)目實(shí)施階段，如何協(xié)調(diào)海上風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)與船舶航路之間的相互關(guān)系，已成為福建沿海發(fā)展海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)必須重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題。

一、現(xiàn)有規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)對(duì)海上風(fēng)電場(chǎng)選址與航路關(guān)系的要求

我國(guó)在海上風(fēng)電場(chǎng)選址方面有關(guān)航路的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范暫不完善，現(xiàn)階段仍處于嘗試、摸索和不斷完善的過(guò)程。

交通運(yùn)輸部海事局（以下簡(jiǎn)稱部海事局）《關(guān)于加強(qiáng)海上風(fēng)電場(chǎng)海事安全監(jiān)管的指導(dǎo)意見(jiàn)》（海通航函〔2017〕1500號(hào)）提到了一些基于通航安全考慮的選址要求：“海上風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)應(yīng)充分考慮對(duì)通航環(huán)境的影響以及對(duì)船舶通信導(dǎo)航和定位設(shè)備造成的電磁干擾等因素，保持與現(xiàn)有及規(guī)劃航道、錨地、航路留有足夠的距離”，但未出臺(tái)具體管理法規(guī)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)明確航路和安全距離。

《海上風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 51308—2019）7.2.6要求“海上風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)應(yīng)與錨地和航路保持安全距離……當(dāng)不能避免時(shí)，應(yīng)進(jìn)行專題論證”，隨后在其“條文說(shuō)明”中說(shuō)明“與港外航路應(yīng)按照船型進(jìn)行評(píng)價(jià)，按照不小于2 n mile控制”。但該標(biāo)準(zhǔn)未明確“航路”定義，基于此的安全距離建議也不具操作性。

因此，在海上風(fēng)電場(chǎng)選址實(shí)踐中，需要解決三個(gè)問(wèn)題：一是明確何謂“航路”；二是辨識(shí)風(fēng)電場(chǎng)與航路的相互關(guān)系；三是確定海上風(fēng)電場(chǎng)與航路的安全距離。

二、福建沿海航路情況

現(xiàn)有水上交通法規(guī)體系并無(wú)“航路”的明確定義。有關(guān)教材指出航路是海洋、港灣等水域內(nèi)供船舶安全航行的通道，是船舶由始發(fā)港安全、迅速地駛往目的港所選定的路線。業(yè)界通常認(rèn)為航路形式包括了航道、海事部門(mén)公布的相關(guān)航路（包括船舶定線制）、航海圖書(shū)資料中介紹的推薦航路、規(guī)劃航路以及傳說(shuō)中的“習(xí)慣航路”。福建沿海航路相關(guān)情況梳理如下：

（一）海事部門(mén)公布的航路

部海事局先后公布了廈門(mén)、閩江口、湄洲灣口三個(gè)水域的船舶定線制，福建海事局對(duì)外公布了內(nèi)、中、外推薦航路。

（二）航海圖書(shū)資料中介紹的航路

現(xiàn)有航海圖書(shū)資料中介紹并得到航海者普遍認(rèn)可的航路、推薦航路、航法，包括海軍航保部《中國(guó)航路指南》（見(jiàn)圖1）、東海航海保障中心《中國(guó)沿海航行指南》（見(jiàn)圖2）、福建海事局《福建沿海航行指南》中介紹的航路航法。

圖1 《中國(guó)航路指南》推薦航路

圖2 《中國(guó)沿海航行指南》推薦航路

（三）規(guī)劃航路

交通運(yùn)輸部于2011年印發(fā)了《全國(guó)沿海船舶航路總體規(guī)劃》和《全國(guó)沿海船舶定線制總體規(guī)劃》，福建沿海已推進(jìn)實(shí)施了部分航路和定線制。

（四）習(xí)慣航路

船舶通常是根據(jù)航行地區(qū)的水文、氣象、地理?xiàng)l件和船舶狀況以及航次任務(wù)、所處通航環(huán)境、本船狀態(tài)、天氣海況、航海經(jīng)驗(yàn)、良好船藝等因素，自行選擇相對(duì)安全、經(jīng)濟(jì)的航路。對(duì)航行于某一水域的大部分船舶來(lái)說(shuō)，更愿意采用符合該水域通航環(huán)境特點(diǎn)的安全和經(jīng)濟(jì)航法通過(guò)該水域，這種意愿構(gòu)成了習(xí)慣航路的基礎(chǔ)。習(xí)慣航路可以理解為因航行和水文特征方面的便利性而吸引航海者航行的通道，代表著大多數(shù)船舶的航行選擇，習(xí)慣航路上的交通量能一定程度上說(shuō)明航海者選擇該航行通道的意愿。習(xí)慣航路也成了海事部門(mén)開(kāi)展航路規(guī)劃研究、劃定航路、船舶定線制及其他通航功能區(qū)的重要依據(jù)。

從以上介紹的福建沿海航路情況看，無(wú)論是海事部門(mén)公布的航路，還是航海圖書(shū)資料介紹的航路、規(guī)劃航路，都存在一定的局限性，不能代表福建沿海航路的實(shí)際情況，也不能作為海上風(fēng)電場(chǎng)選址的唯一依據(jù)。而基于習(xí)慣航路開(kāi)展海上風(fēng)電場(chǎng)選址研究，基本做到了對(duì)其他航路類型的一并考慮，該方法是較為謹(jǐn)慎且相對(duì)科學(xué)的，在福建沿海海上風(fēng)電場(chǎng)選址實(shí)踐中成為了建設(shè)單位、設(shè)計(jì)部門(mén)、科研單位、海事部門(mén)、能源部門(mén)、專家學(xué)者等一致推薦的做法。

三、福建沿海習(xí)慣航路的辨識(shí)

目前的航海圖書(shū)資料并無(wú)詳盡的習(xí)慣航路介紹，但隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和大數(shù)據(jù)分析技術(shù)的廣泛應(yīng)用，分析并辨識(shí)某個(gè)水域的習(xí)慣航路已并非難事。

從船舶交通流歷史軌跡看，福建沿海到處都是船舶走過(guò)的路，若以每艘船舶的航行軌跡來(lái)界定航路顯然不科學(xué)不合理，但對(duì)這些船舶航跡線（見(jiàn)圖3）進(jìn)行密度處理（常用的密度處理方法有線密度分析法、核密度分析法、網(wǎng)格數(shù)量分析法等）后，即可看出明顯的航跡密度分布，圖中用深綠-淺綠-黃色-橙色-紅色的色帶表示密度從小到大的特征（見(jiàn)圖4）。

圖3 福建沿海船舶航跡線分布

圖4 福建沿海船舶航跡密度分布

學(xué)術(shù)界通常用船舶軌跡密度的分布來(lái)界定習(xí)慣航路，將累積到一定程度能明顯辨識(shí)出與周邊航跡區(qū)別的當(dāng)做習(xí)慣航路對(duì)待。這種習(xí)慣航路通常在空間密度分布上呈帶狀，因此常用“航跡帶”來(lái)表示習(xí)慣航路。

由于海上風(fēng)電場(chǎng)主要風(fēng)險(xiǎn)是對(duì)商船航行的影響，因此通常將商船與漁船分開(kāi)分析，并以商船的“航跡帶”為主來(lái)考慮海上風(fēng)電場(chǎng)選址對(duì)航路的影響（福建沿海商船和漁船航跡密度分別見(jiàn)圖5、圖6）。

圖5 福建沿海商船航跡密度

圖6 福建沿海漁船航跡密度

四、海上風(fēng)電場(chǎng)選址與航路關(guān)系的辨識(shí)

找到了習(xí)慣航路，就可以對(duì)風(fēng)電場(chǎng)場(chǎng)址的可行性做初步判斷。通常情況下，場(chǎng)址應(yīng)避開(kāi)商船航跡密度圖上紅色、橙色航跡帶，其他顏色航跡帶是否可以觸及需要做進(jìn)一步的深入分析。依此，將《福建省海上風(fēng)電場(chǎng)工程規(guī)劃》中的相關(guān)場(chǎng)址疊加在福建沿海航路上，直觀展示海上風(fēng)電規(guī)劃與航路的關(guān)系。依據(jù)其相互位置關(guān)系，主要存在如下情況：

（一）位于重要習(xí)慣航路上

風(fēng)電場(chǎng)場(chǎng)址大部分區(qū)域均在重要習(xí)慣航路航跡帶上或侵占了航跡帶中線，包括霞浦C區(qū)、霞浦D區(qū)、霞浦E區(qū)、長(zhǎng)樂(lè)外海B區(qū)、長(zhǎng)樂(lè)外海D區(qū)、長(zhǎng)樂(lè)外海E區(qū)、長(zhǎng)樂(lè)外海F區(qū)、長(zhǎng)樂(lè)外海G區(qū)、平潭外海H區(qū)、連江外海、平海灣D區(qū)等風(fēng)電場(chǎng)選址（見(jiàn)圖7、圖8）。

圖7 霞浦沿海風(fēng)電場(chǎng)與航路關(guān)系示意圖

圖8 連江平潭風(fēng)電場(chǎng)與航路關(guān)系示意圖

（二）位于小型船舶重要航路上

風(fēng)電場(chǎng)場(chǎng)址位于小型船舶的習(xí)慣航路上，占據(jù)該航路將阻斷小型船舶航路，包括平潭海壇海峽、六鰲A區(qū)。

（三）與主要航跡帶重疊

風(fēng)電場(chǎng)場(chǎng)址部分水域位于主要習(xí)慣航路航跡帶上，但未侵占航跡帶中線，包括平海灣E區(qū)、六澳B區(qū)、六鰲C區(qū)、六鰲E區(qū)、六鰲F區(qū)、六鰲G區(qū)、龍海隆教等風(fēng)電場(chǎng)選址（見(jiàn)圖9）。

圖9 漳州沿海風(fēng)電場(chǎng)與航路關(guān)系示意圖

（四）與通航密集區(qū)重疊

風(fēng)電場(chǎng)場(chǎng)址部分水域位于主要習(xí)慣航路航跡帶上，未侵占航跡帶中線，但重疊部分交通流密集，包括長(zhǎng)樂(lè)東洛、南日島C區(qū)等海上風(fēng)電場(chǎng)。

（五）與航路安全距離不足

包括霞浦A區(qū)、興化灣C區(qū)、平潭草嶼、平海灣A區(qū)、南日島B區(qū)、莆田大麥嶼等風(fēng)電場(chǎng)選址。

以上僅“與主要航跡帶重疊”的重疊區(qū)域較小、“與航路安全距離不足”兩種情況下具備了通過(guò)優(yōu)化場(chǎng)址進(jìn)一步推進(jìn)項(xiàng)目的可能。即開(kāi)展必要的通航安全分析，對(duì)場(chǎng)址邊界進(jìn)行優(yōu)化，使安全距離滿足要求，若因各種客觀條件限制，安全距離不能滿足要求，則應(yīng)采取措施使風(fēng)險(xiǎn)降至可接受水平。

五、基于習(xí)慣航路邊界的海上風(fēng)電場(chǎng)與航路安全距離的確定

（一）航路邊界的界定方法

參考?xì)W洲一些國(guó)家的做法，利用設(shè)置門(mén)線并確定通過(guò)門(mén)線的90%船舶流量來(lái)界定習(xí)慣航路邊界（見(jiàn)圖10、圖11）。

圖10 門(mén)線設(shè)置示意圖

圖11 航路邊界確定示意圖

同理，可以分析界定85%、80%或其他比例流量航跡帶寬度條件下的航路邊界。

以上航路邊界的界定可理解為：適當(dāng)?shù)亍皦嚎s”商船航行空間（注意這種“壓縮”考慮絕大多數(shù)商船的航行習(xí)慣和權(quán)益），但并沒(méi)有改變?cè)械暮Ｉ辖煌Ｊ?，仍?yīng)關(guān)注船舶的航行領(lǐng)域、避讓義務(wù)和應(yīng)急操作空間需求，海上風(fēng)電場(chǎng)的選址應(yīng)充分考慮并避免制約船舶的這種權(quán)利、義務(wù)和需求。

（二）安全距離的確定

安全距離即為了防止船舶與海上風(fēng)電場(chǎng)設(shè)施及其基礎(chǔ)發(fā)生觸碰，需在兩者之間保持一定的空間距離。海上風(fēng)電場(chǎng)與航路的安全距離，是指海上風(fēng)電場(chǎng)場(chǎng)址邊界線與航路邊界之間在平面上保持一定距離的條件下，各類通航風(fēng)險(xiǎn)可控，風(fēng)電場(chǎng)及周邊水域通航安全可以得到有效保障。

確定合理的安全距離是保障船舶航行安全和風(fēng)電設(shè)施自身安全的必要條件，是風(fēng)電場(chǎng)選址時(shí)必須考慮的重要因素。過(guò)于保守的考慮，過(guò)多傾向于航運(yùn)的安全，則造成海上風(fēng)電開(kāi)發(fā)面積減小，達(dá)不到應(yīng)有的效益；而過(guò)于強(qiáng)調(diào)海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，采用迫使船舶航路讓步的做法，也將埋下安全禍根。

某海域與航路邊界距離為0（即緊貼航路邊界）、1 n mile、2 n mile、3 n mile情況下，可供開(kāi)發(fā)海上風(fēng)電面積分別為106.7 km2、74.3 km2、45.1 km2、14.3 km2，可以看出隨著安全距離的增大，可供開(kāi)發(fā)海上風(fēng)電面積急劇減?。ㄒ?jiàn)圖12）。距離為0顯然不安全，距離3 n mile又有點(diǎn)保守。

圖12 不同安全距離下海上風(fēng)電面的開(kāi)發(fā)面積

確定海上風(fēng)電場(chǎng)與航路安全距離，應(yīng)充分考慮《國(guó)際海上避碰規(guī)則》、船舶操作性能、船舶失控或走錨漂移、海員避讓習(xí)慣、海上設(shè)施保護(hù)范圍等因素?；诖耍＝êＪ戮殖雠_(tái)了《海上風(fēng)電場(chǎng)選址通航安全分析技術(shù)指南》，提出了計(jì)算參考安全距離的計(jì)算公式：

C=0.3 n mile+（5～6）×L+500 m

注：L表示所對(duì)應(yīng)的航路航跡帶中確定的代表船舶的船長(zhǎng)。當(dāng)海上風(fēng)電場(chǎng)位于航路水域盛行風(fēng)的主風(fēng)向（特指東北風(fēng)）下風(fēng)側(cè)，旋回直徑取6×L，其他情況取5×L。

依據(jù)上述公式，對(duì)圖11中的場(chǎng)址安全距離進(jìn)行重新計(jì)算（見(jiàn)圖13）：

圖13 安全距離示意圖

西側(cè)參考安全距離值：

C1=0.3 n mile+5×223 m+500 m=1.17 n mile

東側(cè)參考安全距離值：

C2=0.3 n mile+6×250 m+500 m=1.38 n mile

以上，223 m、250 m分別是風(fēng)電場(chǎng)址西側(cè)和東側(cè)航跡帶的代表船長(zhǎng)。

經(jīng)過(guò)作圖分析，可開(kāi)發(fā)面積約63.9 km2（見(jiàn)圖14）。

圖14 與航路邊界達(dá)參考安全距離的選址示意圖

海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展必然對(duì)港口航運(yùn)業(yè)帶來(lái)沖擊，如何讓傳統(tǒng)的航運(yùn)業(yè)與新興的海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)“和諧共存、協(xié)調(diào)發(fā)展”，首先需要解決的是海上風(fēng)電場(chǎng)的選址問(wèn)題?；诹?xí)慣航路的海上風(fēng)電場(chǎng)選址方法，是在充分尊重傳統(tǒng)航運(yùn)業(yè)、敬畏船舶良好航行習(xí)慣的前提下開(kāi)展選址，可以促進(jìn)運(yùn)輸船舶“老用戶”和海上風(fēng)電“新用戶”友好相處，既有利于保護(hù)海上戰(zhàn)略通道和重要航路、為港口和航運(yùn)發(fā)展預(yù)留足夠通道，也有助于為海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)騰出發(fā)展空間，引導(dǎo)海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)安全、高質(zhì)量、可持續(xù)發(fā)展。該方法在當(dāng)前國(guó)內(nèi)海上風(fēng)電場(chǎng)選址通航標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范暫不完善的情況下，可起到較好的指引作用。