（交通信息工程及控制专业论文）天津港复式航道通航安全的灰色模糊预评价.pdf

中文摘要 摘要 天津港作为华北及西北地区的运输枢纽站，其直接和间接辐射经济腹地约占 全国面积的一半。伴随着辐射地区经济的快速发展，天津港航道需要进一步的拓 宽，以满足港口吞吐量发展的需要。与此同时有必要对天津港拓宽后航道的通航 安全进行研究，确保船舶及货物的安全，保证港口的高效运营。 本文通过分析模糊及灰色理论二者评估方法的基本原理，研究可能的结合点， 总结一般的灰色模糊方法及模型的建立，并提出适应多准则、多层次的灰色模糊 评价模型。 此外，对天津港航道附近水域通航环境调查与分析，阐述天津港复式航道的 设计方案；预测未来港口船舶数量、船型及港口吞吐量发展状况；向专家发放调 查表，调查影响天津港复式航道通航安全的环境危险度因素。结合国内外航行环 境模拟结果及评价研究的有关资料，设定各指标因素的量化标准。在广泛征集专 家意见的基础上，利用层次分析法确定指标权重，通过改进后的灰色模糊评价模 型得出天津港拓宽后航道的评价结果。 本研究的完成丰富了海上通航安全领域研究体系，对天津港港口航道的进一 步规划与改进有一定的理论与现实意义。 关键词：通航安全；复式航道；灰色统计；灰色模糊 a b s tr a c t t i 砌i np o r ti st h et r a n s p o r t a t i o nh u bo ft h en o r t h e r na n dn o r t h w e s t e nr c g m n s i t s d i r e c t 锄di n d i r e c te c 0 n o m yr a d i a t i o nh i n t e r l a n da c c o u n t sf o ra b o u th a l f o ft h en a t i o n a l l a n d 魁0 n gw i t ht h er a d i a t i o nh i n t e r l a n d sr a p i de c o n o m i cd e v e l o p m e n t ，t i a n j i n p o r t s e a w a vn e e d st ob ef u r t h e rb r o a d e n e d ，i no r d e rt om e e tt h ed e v d o p m e n t o ft h ep o r t c a p a c i 戗a tt h es a n l et i m e ，i ti sn e c e s s a r yt os t u d yn a v i g a t i o ns a f e t yo f t h et i 枷i np o n s w a ya f t e rb o a r d e n i n gt h es e a w a y , t oe n s r r et h es a f e t yo f t h ev e s s e l sa n dg o o d s ，t o e n s u et h ee f f i c i e n to p e r a t i o no f t h ep o r t t i f f sp a p e r 雏a l y z e st w ob a s i cp r i n c i p l e so fa s s e s s m e n t m e t h o da b o u tt h et h e o r yo f 脑a n dg r a ys y s t e m ，s t u d y st h ep o s s i b l ec o m b i n a t i o nr u l e ，s u m su p t h eg 饥酬m o d e i o ft h eg r a y - f u z z ye v a l u a t i o nm e t h o d ，a n dp r o p o s e s t ot h ei m p r o v e d 伊a y 舵z y c v a l u a t i o nn 似l e lw h i c ha d a p t st om u l t i p l ec r i t e r i a ，m u l t i l e v dm e a s u r e m e n t s y s t e m i i la d d i t i o n ，t h i sp a p e ri n v e s t i g a t e sa n da n a l y s i sn a v i g a t i o ne n v i r o n m e n t o fn a n j l n p 矾s e a w a y d e s c r i b e st h ed e s i g np l a no fc o m p o u n ds e a w a y , f o r e c a s t st h ed e v e l o p m e n t o ft h ev e s s e l ，sq u a n t i t ya n ds h i pt y p ea n dp o r tc a p a c i t y , h a n d s o u tq u e s t i o n n a i r 鼹， i n v 础g a t e se l n v i r o n m e n t a ld e g r e eo f r i s ki n d e x e so fn a v i g a t i o ns a f e t yo ft i 删i np o r t c o m p o u n ds e a w a y a c c o r d i n gt o d o m e s t i ca n df o r e i g n s i m u l a t i o nr e s u i t sa b o u t n 撕g a t i o ne n v i r o n m e n ta n dr e l e v a n te v a l u a t i o ns t u d i e s ，t h i sp a p e rs e t sv 锄o u s1 n d e x q 咖t i 蜥v ee r i t e r i 裙b a s e do nw i d e l yc a l l i n gf o re x p e r t s a d v i c e ，t h i sp a p e r u t i l i z c s a h pt od e t e n ：i l i n ei i l d e xw e i g h t s ，g e t sae v a l u a t i n gr e s u l ta b o u tn a v i g a t i o n s a f e t yo f t i a n j i np o r tc o m p o u n ds e a w a y b yt h ei m p r o v e dg r a y - f u z z ym o d e l t h e 唧l e t i o no ft h i ss t u d ye n r i c h e st h er e s e a r c hi nt h ef i e l do f m a r i t i m es a f e t y s v s t e i n nh a sm e o r c t i c a la n dp r a c t i c a ls i g n i f i c a n c et of u r t h e rp l a n n i n ga n d 姗p r o v 锄眦 o f t i a n j i np o r ts e a w a y k e yw o r d s ：n a v i g a t i o ns a f e t y ；c o m p o u n ds e a w a y ；g r a ys t a t i s t i c ；g r a y - f u z z y 大连海事大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重声明：本论文是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果， 撰写成硕士学位论文= = 丞洼鲞复式照道逼题塞全的丛鱼搓塑亟迁盆：。除论文中 已经注明引用的内容外，对论文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中 以明确方式标明。本论文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体已经公开 发表或未公开发表的成果。本声明的法律责任由本人承担。 学位论文作者签名： 务呔 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者及指导教师完全了解大连海事大学有关保留、使用研究生学 位论文的规定，即：大连海事大学有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论 文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连海事大学可以将本 学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存和汇编学位论文。同意将本学位论文收录到中国优秀博硕士 学位论文全文数据库( 中国学术期刊( 光盘版) 电子杂志社) 、中国学位论 文全文数据库( 中国科学技术信息研究所) 等数据库中，并以电子出版物形式 出版发行和提供信息服务。保密的论文在解密后遵守此规定。 本学位论文属于：保密口在年解密后适用本授权书。 不保密口( 请在以上方框内打“”) 论文作者签砚泳导师签名囊弋钞弋似 日期：声l ! o 年嘭j 9 3d e j 天津港复式航道通航安全的灰色模糊预评价 第1 章绪论 1 1 研究的背景 天津港是我国北方的主要港口之一，承担着我国华北和西北地区的能源与原 材料运输的重任。是我国沿海集装箱运输的干线港之一，是天津及其滨海新区经 济发展和对外开放的重要依托。近年来，随着国内经济的快速发展，对能源及原 材料的需求不断增长，尤其是北方地区需求的增长给天津港港口的运营带来了很 大的压力。与此同时，天津港港口货物需求的不断提高致使航道中船舶朝着大型 化趋势发展。航道交通拥挤，交通密度不断增长，航行环境日益复杂，安全隐患 不断凸显，船舶在航道航行的过程中受到了很大的威胁。 为此，天津港航道采取进一步拓宽，部分航段采用复式航道，以减轻交通拥 挤状况，减小交通密度，规范船舶航行，改善航行环境。但复式航道在国内外采 用较少，我国有关复式航道的研究较为不足，复式航道的通航安全性难以保证。 在此背景下，本文针对复式航道通航安全进行研究，为今后复式航道的进一步研 究做铺挚。 1 2 研究的目的及意义 随着天津港港口吞吐量不断攀升，航道内船舶流量不断增大，以及船舶大型 化发展趋势，使得航道内航行环境越来越复杂，本文旨在对天津港的复式航道通 航安全研究，为增进船舶航行秩序、减少船舶事故发生机率、规范船舶航行行为、 为航道的进一步改进等提供理论支持，从而确保船舶航行安全、推动天津港又好 又快的发展。 1 3 国内外研究现状 在有关通航安全及航行环境评估的研究方面，国内外专家学者做了大量的工 作，取得了一定的成绩。此研究为船舶在港口航道、狭水道、定线制水域等航行 较为密集且安全性受到很大威胁的区域航行提供了安全的保障，为定线制及港口 航道规划的进一步改进及完善提供了理论支持。 荷兰的b r o k 和v a n d e r v e t 以及英国v l d i m i e n m t r b o j e v i c & b a r r y j c a r r 是西方国 第1 章绪论 家在通航安全及航行环境评估方面研究的代表，前者重在研究和分析人的行为对 安全评估的影响，后者提出基于危险度的航道航行安全管理系统，先分析船舶交 通安全后评估，然后针对安全管理提出改进方案。此外，英国安全局在i m o 海 上安全委员会第6 2 届会议上提出了将f s a 应用于海上安全评估领域；美国提出了 海上安全综合评价规划，其目的是为了替代当时被动的、事后的安全评价和管理 体系，开发出一种可预测的安全基准体系乜1 。海上安全委员会( m s c ) 和海上环境 保护委员会( m e p c ) 联合制定并通过了决议“用于i m o 决策过程的综合安全评估 指南( t h eg u i d e l i n e sf o rf o r m a ls a f e t ya s s e s s m e n tf o ru s ei nt h ei m or u l e - m a k i n g p r o c e s s ) ”，并在i m o 制定新的海事政策时被广泛应用口h 们。 日本学者在海上交通安全评价方面研究较为突出，主要以新井康夫、井上欣 三、小林弘名为代表。航行安全评价中的自然环境条件的影响口1 一文中提出将 自然环境相关要素量化的观点，为客观定量的判断自然环境要素提供了根据和理 论支持。操船负担的定量评价陋1 和船舶操纵特性对航行环境安全评价的影响 1 重在研究船舶操纵性能与定量评价的关系及影响。日本提出的“海上安全评价系 统更有利于进行量化分析，该方法主要以模拟为主n 引。 近些年来，安全评估方法层出不穷，事故树、故障树、模糊数学n 、灰色理 论、集对分析n 羽、人工神经网络、层次分析法以及多元、多属性综合评价分析方 法n 3 】- 1 5 3 得到了广泛的应用，有效地对航道安全及船舶航行环境进行了分析与评估。 我国在相关方面也做了大量的研究工作。其研究工作范围具体可划分为三部 分：交通事故统计分析、交通实态与交通流、交通管理h 们。 在交通事故统计分析方面，吴兆麟教授领导的研究小组在早期提出了“安全 指数法 ，此方法是采用某港口或者水域在某一时期内所发生的船舶交通事故数量 与此期间内船舶活动量的比值作为衡量该港口或者水域在该时期内的船舶交通安 全状况的指标n 引。郑中义教授在港口船舶航行环境危险度的灰色评估数学模型 n 町一文中提出应用灰色理论定权聚类方法分析港口航行环境并建立灰色评估模 型。谭志荣在硕士论文港口操船环境危险度的评判方法的研究n 刎一文中应用 灰色理论的分析方法分析港口船舶交通事故主致因素。 交通实态与交通流的研究内容是分析及总结某一水域或者某些水域中的船舶 2 天津港复式航道通航安全的灰色模糊预评价 交通密度、交通实况及船舶的航迹分布情况，并利用模拟及仿真的方式再现交通 中船舶的运动规律，通过此方面的研究可以有效的对港口航道建设项目及船舶定 线制规划实现预评价，分析不利之处，提出改进方案。邵哲平在海上交通安全 评价模型及仿真应用的研究呦1 一文中应用动态仿真技术模拟交通流，以便查找 评价海域中船舶航行的安全隐患。在海上交通安全评价的a n f i s 模型的研究 乜盯一文中应用神经网络与模糊推理相结合的a n f i s 模型( 自适应神经网络模糊推 理系统，a d a p t i v en e t w o r kb a s e df u z z yi n f e r e n c es y s t e m ) 对操船环境危险度进行评价。 1 4 本文研究的主要内容 本文研究的主要内容为：研究灰色模糊评价方法并给予改进、天津港通航环 境和条件的调查研究；天津港交通实况的调查研究；交通事故的统计分析；建立 通航安全灰色模糊评价模型及其在天津港航道安全评价中的应用。本文首先设立 各个指标的评价标准，然后在本层次内将各个指标无量纲化、极化处理后，再将 层次内各指标加权和得出综合灰色灰数标准，从而可以建立统一的白化函数。根 据调查取得的数据通过灰色模糊模型得出天津港复式航道通航安全的评价结果。 第2 章交通安全评价方法 第2 章交通安全评价方法 安全评价方法是对某一系统进行定量或者定性的评估，此方法是通过确定评 价指标的危险程度利用一定的数学理论或者科学程序得到最终评价结果。安全评 价的目的是通过分析被评价系统来判断其系统是否符合安全的规范及要求，或者 根据评价结果对系统某一部分进行调整，并加以完善，以满足系统对安全的需求。 安全评价方法不但应用较多，而且方法种类繁多。但每一种方法都有一定的 针对性。安全评价方法大体可以分为三类，一类为定性评价方法；一类为定量评 价方法；最后一类则为定性与定量相结合方法。在现如今应用中主要以定性与定 量结合方法为主。在海上交通工程研究中，安全指数法、概率统计、灰色理论综 合评价、模糊综合评价方法的应用较为普遍。 2 1 几种不确定方法的比较 在不确定性系统中，概率统计、模糊数学和狄色系统理论是三种最常见的研 究方法。研究对象都具有某种不确定性是这三者的共同点。正是研究对象在不确 定性上的区别派生出三种各具特色的不确定性学科。 模糊数学着重研究“认知不确定 问题，其研究对象具有“内涵明确，外延 不明确”的特点。概率统计研究的是“随机不确定现象，着重于考察“随机不 确定 现象的历史统计规律，考察具有多种可能发生的结果之“随机不确定 现 象中每一种结果发生的可能性大小。其出发点是大样本，并要求对象服从某种典 型分布。 灰色系统着重研究概率统计、模糊数学所不能解决的“小样本、贫信息不确 定 问题，并依据信息覆盖，通过序列生成寻求现实规律。其特点是“少数据建 模 。与模糊数学不同的是，灰色系统理论着重研究“外延明确、内涵不明确的 对象。 众所周知，通航安全是由多重因素所决定的，在评判的过程中，需要把某些 因素通过一定的方法进行定量分析，指标因素的定量化具有模糊性，故此通航安 全的评价存在一定的模糊性。此外，在实际的具体评判操作中，很难取得全部的 信息，也就是说信息量不全面，因此，通航安全的评价又符合灰色理论的特点。 4 天津港复式航道通航安全的灰色模糊预评价 通过以上总结与分析，本文采用灰色模糊评价方法对航道的通航安全进行评价。 2 2 模糊综合评价 模糊理论是由美国专家罗特夫扎德( l o t f iz a d e h ) 于1 9 6 5 年开创乜2 1 ，“模糊 顾名思义所描述的事物具有一定的不确定性，边界不是很清晰。模糊的现象存在 于万千世界，因此，在科学领域模糊数学理论应用广泛。其应用范围不仅包括系 统工程学科和控制理论，而且包括社会人文科学和经济领域。模糊数学中的模糊 概念由事物模糊的普遍性而得，其主要表现在对事物衡量的是与非的过渡状态， 在概念与理论的结合中需要引入模糊集合才能符合数学方法的严谨性。所谓模糊 集合是指一个有不同隶属度元素的集合。换言之，在不同程度上具有某种特定性 质的所有元素的总和称为模糊集合1 。 模糊综合评价方法主要有三个要素：因素集、评语集、单因素评判。首先对 单因素对照评语集进行单因素评判，然后根据建立的因素集以及单因素的评判结 果进行多因素模糊评判。基本方法步骤如下乜钔： ( 1 ) 建立因素集： ( 2 ) 建立评语集； ( 3 ) 建立权重集； ( 4 ) 单因素模糊评价； ( 5 ) 模糊综合评价； ( 6 ) 多层次模糊综合评价。 2 3 灰色系统理论综合评价 灰色系统理论是由我国著名学者邓聚龙教授于1 9 8 2 年所独创的- i - j 学科。广 泛应用于社会、经济、农业、工业、生态、生物等领域。与其他系统不同的是， 此系统是用颜色命名。在我们生活中，通常用“黑 表示信息未知，用“白 表 示部分信息明确。相应地，信息完全明确的系统称为白色系统，信息未知的系统 称为黑色系统，部分信息明确、部分信息不明确的系统称为灰色系统。灰色系统 理论的研究对象是“部分信息已知，部分信息未知 的“贫信息 不确定性系统， 它通过对“部分 已知信息的生成、开发实现对现实世界的确切描述和认识。系 5 第2 章交通安全评价方法 统信息不完全的情况可分为以下四种： ( 1 ) 元素信息不完全； ( 2 ) 结构信息不完全； ( 3 ) 边界信息不完全； ( 4 ) 运行行为信息不完全。 “信息不完全”是“灰”的基本含义。从不同场合、不同角度看，还可以将 “灰 的含义加以引申。因此灰色系统理论在通航环境的危险度分析方面为许多 学者所采用瞵瑚3 。 2 3 1 灰色统计方法 灰色统计是灰色决策的内容之一，它是一种定性与定量相结合的方法。利用 灰数的白化函数( 亦称标准函数) ，将一些统计数据，按照适当的灰数进行归纳整 理的方法，称为灰色统计。这里，白化函数是将某些区间的灰数固对应到区间 o ，i 】 的函数f ( x ) ，称为灰数0 的白化函数。白化函数f ( x ) 可以根据狄数的特性选择不 同类型函数。灰类是指具有某种性质的一类灰数。 设有方案集合彳= 4 o = l ，2 ，m ) ，决策群体厶= 哆) ( = 1 ，2 ，万) ，决策群 体哆所含决策个体数为 ( j j l = l ，2 ，g ) ，灰类集合日= o 。，o ：，o ， 。灰色统计 的步骤是n 3 1 ： ( 1 ) 给出决策的白化值嘞( 江1 ，2 ，m ；j = l ，2 ，刀) ，办表示第j f 个决策群体 对地i 个方案的决策量白化值。白化矩阵为d = ( 磊) 棚； ( 2 ) 给出决策灰类o 。的白化函数丘( x ) ( 后= 1 ，2 ，) ； ( 3 ) 求出决策系数和决策权。第f 个方案属于第七个灰类的决策系数： 第i 个方案属于第后个灰类的决策权 6 )l色l m、 略 i 五 。爿 = 天津港复式航道通航安全的灰色模糊预评价 = 粤( 2 2 ) k = l ( 4 ) 建立灰色统计决策权矩阵r = ( ) 坍，； ( 5 ) 判断决策方案的灰类。设决策权矩阵尺的第f 行为，；，即 ，；2 ( ，；l ，；2 ，砀) ，如果么= m 。a x ( r , a ，则表示第个方案属于第矿个决策灰类。 2 3 2 白化函数的形式 白化函数的建立是灰色统计与灰色聚类的基础。白化函数的生成是根据已知 信息设计的，没有固定的程式。一般在没有充足的信息时，认为白化函数的分支 函数是线性的。白化函数是根据指标的特性而建立，应该符合指标的所描述事物 的属性。而函数的起点和终点一般具有一定的含意。 指标的类型可以分为三种：第一类为效益型指标，即指标的值越大越好，记 为t p o l ( m a x ) ；第二类为成本型指标，即指标的值越小越好，记为t p o l ( m i n ) ； 第三类为适中型指标，即指标的值适中为好，t p o l ( m e n ) 。 典型的灰类白化函数可分为三种形式：上类、中类、末类，图2 1 中a 、b 、 c 分别表示。名表示各灰类阀值，x b 表示各灰类的起点，t 表示各灰类的终点。 2 3 3 白化函数确定准则剖析 白化函数会产生一些不合理的结果，我们称这种不合理的特性为白化函数的异 常性汹1 ，为了避免白化函数产生异常性，马保国在灰类白化函数的三条准则 中阐述了建立白化函数时应遵循如下的基本准则乜7 瑚3 ： 准则l ：对于指标z p d ，( m a x ) ，p o l ( m i n ) ，有灰类集园= 灰类l ，灰类2 ， 灰类n ) ，灰类白化函数的阀值五= ( ，五，五) ，起点= ( 。，：，) ，当 a 五 丸时，应当取。毛：，信息不充分时一般取等于。 准则2 ：对于指标r p o l ( m a x ) ，p o l ( m i n ) ，有灰类集园= 灰类l ，灰类2 ， 7 第2 章交通安全评价方法 灰类n ，灰类白化函数的阀值名= ( a ，如，以) ，终点t = ( t 。，t ：，) ，当 五 以时，应当取t 。艺2 ，信息不充分时一般取等于。 准则3 ：对于指标r p o l ( m a x ) ，p o l ( m i n ) ) ，有灰类集圆= 灰类1 ，灰类2 ， 灰类n ，灰类白化函数的阀值允= ( ，五，九) ，起点x b = ( 。，讫：，) ，当 a 如 乃 以时，七灰白化函数的终点参考值x 破= 以+ ( 一) ， 信息不充分时，一般取x 硅= x 一砖。 ( a ) ，( ) j 一7。 x b丸x t ( b ) ( c ) 图2 1 灰类白化函数的典型形式 f i g 2 1t y p i c a lf o r mo fg r e yw h i t e n i z a t i o nf u n c t i o n 以上三个准则中分别阐述了在白化函数中起点和终点确定的一般方法，规定 了起点与终点确定的区间范围，为后续白化函数的确定建立了一个标准。 天津港复式航道通航安全的灰色模糊预评价 2 4 一般灰色模糊评价方法 灰色理论与模糊数学结合的方法很多，但一般的灰色模糊评价方法是由灰色 统计与模糊评价相结合组成的评价方法。通过对各指标值( 相同准则、多层次) 采用百分制或者十分制打分，采用合适的灰色统计、模糊算法进行综合评判嗍。 具体的步骤如下： ( 1 ) 确定评价指标集x = 五，置，以) ，此指标集可为多层次指标集。 ( 2 ) 确定各层指标权重集彳。 ( 3 ) 建立评语集y = k ，匕，圪) ，一般多为三到五个。 ( 4 ) 采用专家打分法对个指标值进行打分，对于每一项指标都按照相同的 标准打分。 ( 5 ) 对评语集建立决策灰类0 。的白化函数丘( 工) ( 七= l ，2 ，m ) 。根据专家评 得的分值分别代入白化函数以( 工) 中，求出决策系数和决策权。第i 个方案属于第k 个灰类的决策系数 = 五( 如) m ( 2 3 ) 第i 个方案属于第k 个灰类的决策权 = 粤 j _ _ k = l ( 6 ) 建立灰色统计决策权矩阵r = ( ) 朋。，； ( 2 4 ) ( 7 ) 根据权矩阵结合各指标权重利用模糊评价方法计算最底层评价结果 c = a e r ，根据评价结果以及评语集对应数值计算评价分值b = c o l , 。然后多层 次计算得出最终的评价分值。 2 5 本文对一般灰色模糊评价方法的改进 一般的灰色模糊评价方法对于多准则指标集就不能适用了，通常来讲，海上 交通安全评价指标多为多准则指标集，也就是说不同指标其评语集的标准都不尽 9 第2 章交通安全评价方法 相同。这就需要对一般的灰色模糊评级方法进行改进，以适用对评价指标集为多 准则、多层次评价对象的评估。改进模型如下： ( 1 ) 将多准则指标集中各个指标标准无量纲化，无量纲化方法为：若指标为 “效益型 ，即指标值为“越大越好型 ，可用指标各标准值比最大指标标准阀值， 即辞t ) _ 乓( 注：掣，表示指标占标准值中第k e n 值( 1 ，2 ，k ，册) ) 。 m a xb 一 若指标为“成本型 ，即指标值为“越小越好型 ，可用最小指标标准阀值比指标 各标准值，且8 ：1 0 = n 鸣m 矿r l b ：k ) 3 l 】。 ( 2 ) 根据无量纲化后的指标标准值结合底层指标权重计算上层指标所属下层 指标综合标准值，然后建立此上层指标所属综合灰类白化函数。依此类推，可以 得到各层指标( 除底层以外) 所属综合灰类白化函数。 ( 3 ) 将指标样本值进行无量纲化，无量纲化方法与指标标准值无量纲化相同。 然后代入底层指标的上层指标所属的下层指标的综合灰类白化函数，接下步骤采 用一般灰色模糊方法，在此不再赘述。 1 0 天津港复式航道通航安全的灰色模糊预评价 第3 章天津港通航环境及交通状况分析 3 1 天津港自然情况 天津港地处渤海西部海岸海河入海口处，东经1 1 7 。4 2 0 5 ，北纬3 8 。5 9 0 8 嘲，我国环渤海地区港群的中心位置，位于华北平原东北部，是我国华北、 西北和京津地区的重要水路交通枢纽，被视为我国北方最大的综合性港口。目前 天津港可分为北疆港区、南疆港区、海河多功能港区、东疆港区、临港工业港区。 北疆港区：以集装箱干、支线运输为主，件杂货及非大宗类散货为辅，客运 和货运结合，发展大规模现代综合物流园区。 南疆港区：以装卸大宗散货和液体货为主，形成大宗散货中转基地，发展大 宗能源、原材料等物资的物流服务。 海河多功能港区：除港务局码头主要装卸杂货外，其余大多为业主码头。主 要为沿岸经济产业带开发和天津工业战略东移服务。 东疆港区：j 下在大规模开发建设中，与北疆港区共扼北港池，将形成3 3 平方 公里新的发展空间，主要建设大型集装箱码头群和保税物流加工区。东疆港区除 建设大型集装箱码头群和物流加工区组成的保税港区外，还将建设由旅游、商业、 住宅、科技园区和绿地组成的休闲娱乐度假功能和东海岸的观景岸线。对天津港 成为我国北方乃至东北亚地区国际集装箱航运中心具有十分重要意义。 临港工业港区：位于临港工业区北部、东部，现如今正在建设中。 天津港现有水陆域面积2 0 0 多a n 2 。港区共有各类泊位1 2 9 个。 3 1 1 水文 ( 1 ) 潮汐： 潮汐属不规则半日潮，大潮升为3 2 m ，小潮为2 6 m ，平均潮差为2 4 7 m 。 ( 2 ) 降雨量： 年平均降水量为3 6 3 7 m m ，年最大降水量为4 9 1 1 m m ，年最小降水量1 9 6 6 m m ，一日最大降水量1 5 7 2 m m 。天津港降水有显著的季节变化，雨量多集中于每 年的7 、8 月份，该两个月的降水量为全年降水量的5 8 ，而每年的1 2 月至翌年的 3 月降水极少，4 个月的总降水量仅为全年降水量的3 左右。 第3 章天津港通航环境及交通状况分析 ( 3 ) 海流： 天津港外航道附近的海流基本为往复流型，涨潮主流r h n w ，落潮主流向s e ， 涨潮流速大于落潮流速。最大流速大致是由表层向底层逐渐减小。由岸边向外海 随着水深增加，最大流速逐渐增大。口门以外航道纵向各垂线流向变化，涨潮平 均流向为3 0 1 0 ，落潮平均流向为1 1 7 0 。 ( 4 ) 波浪概况： 天津港航道常浪向e n e 和e ，频率分别为9 6 8 和9 5 3 ，强浪向e n e ，该向 h 4 t 1 5 m 的波高频率为1 3 5 ，全年各方向h 4 1 6 m 的波高频率为5 0 6 ，h 4 2 0 m 的波高频率为2 2 4 ，t t 7 0 s 的频率仅为0 3 3 d 朝。 ( 5 ) 相对湿度：年平均相对湿度为6 5 泓1 。 ( 6 ) 冰况： 由十二月至次年三月份为结冰期，一般近岸带冰厚度1 5 4 0 m m ，不影响货轮 在航道及港口航行。 3 1 2 气象 ( 1 ) 气温： 天津港年平均气温1 2 5 ，七月份气温最高，平均为2 6 2 ，一月份气 温最低，平均为零下4 1 。 ( 2 ) 风况： 具1 9 9 6 - - - 2 0 0 5 年统计：港区常风向为s 向，次常风向为e 向，出现频率分别 为9 8 9 、9 2 1 。强风向为e 向，次强风向为e n e 向， 7 级风出现的频率分别 为0 3 2 、0 1 1 。 ( 3 ) 雾： 能见度小于2 k m 的大雾平均每年为1 6 5 个雾日，雾多发生在每年的秋冬季， 每年1 2 月份大雾同约为全年大雾日的3 0 左右，最长的延时可达2 4 小时以上。按 大雾实际出现时间统计，平均每年为8 7 天。 3 2 交通流量分析 由图3 1 可见，1 9 9 9 年至2 0 0 2 年期间，港口船舶增长趋势不是很快，由3 3 4 7 0 1 2 天津港复式航道通航安全的灰色模糊预评价 艘增至4 3 4 4 0 艘，增长率为2 9 8 ，年均增长率为9 9 3 ；2 0 0 2 年至2 0 0 8 年间， 船舶交通流量由4 3 4 4 0 艘增至9 9 5 9 9 艘，增长率为1 2 9 3 ，年均增长率为2 1 6 ， 相比1 9 9 9 年至2 0 0 2 年期间，其增长速度相当之大。 图3 1 天津港近十年船舶交通流量趋势图 f i g 3 1t i a n j mp o r ts h i pt r a f f i ct r e n d si nr e c e n tt e ny e a r s 3 3 天津港附近水域交通事故统计分析 为了全面了解天津港船舶航行安全状况，根据水上交通事故统计办法( 按 “特大事故、重大事故、大事故、一般事故、小事故和“碰撞、搁浅、触礁、 触损、浪损、火灾爆炸、风灾、自沉、其他) 进行统计口引，具体详见如下。 3 3 1 事故等级统计 由表3 1 可以看出，多数事故的等级处在小事故范围，占到事故总量的7 2 8 。 一般事故和大事故所占得比例各为1 4 7 、7 4 。 第3 章天津港通航环境及交通状况分析 表3 1 天津港近1 0 年水上交通事故等级统计表 单位：起 t a b 3 1t i a n j i np o r tt r a f f i ca c c i d e n tl e v e lt a b l e si nn e a r l y10y e a r s u n i t s ：p i e c e 年份事故总数小事故一般事故大事故 重大事故特人事故 1 9 9 92 81 67500 2 0 0 03 12 033 50 2 0 0 1 2 5 1 6720o 2 0 0 24 93 86 32o 2 0 0 33 52 6432o 2 0 0 43 12 36 o2o 2 0 0 54 23 1920o 2 0 0 64 23 342 30 2 0 0 74 43 3443o 2 0 0 82 62 12 2lo 合计3 5 32 5 75 22 61 80 表3 2 天津港近1 0 年水上交通事故性质统计表单位：起 t a b 3 2t h en a t u r es t a t i s t i c so ft r a f f i ca c c i d e n ti nt i a n j i np o r ti nn e a r l y1 cy e a r s u n i t ：p i e c e 年份搁浅碰撞火灾爆炸触损浪损风灾自沉触礁其它 1 9 9 92931 300001 2 0 0 0 2 1 51 810oo4 2 0 0 151 0l720ooo 2 0 0 2 82 5l1 2o 1 0 0 2 2 0 0 321 8l1 003oo1 2 0 0 422 7 o2o o00 o 2 0 0 552 329ol002 2 0 0 6o3 5 14o o2o o 2 0 0 722 7180321 2 0 0 831 920o0o 2 0 合计 3 12 0 81 37 338421 1 3 3 2 事故种类统计 天津港及附近水域近1 0 年水上交通事故种类如表3 2 t 3 6 l 所示，从表中可以看 1 4 天津港复式航道通航安全的灰色模糊预评价 出，1 0 年间发生的水上交通事故主要是由碰撞、触损、搁浅所造成的。该水域的 水上交通事故发生频率最多的是2 0 0 2 年，次之2 0 0 7 年，2 0 0 8 年较少，水上交通状 况趋于稳定。 天津港主要事故原因分析：产生事故的原因大体可分为船舶方面、船员方面、 公司方面、外部环境及其他。具体有不适航、机务故障、违章航行、操作不当、 管理不严、违章指挥、自然通航环境多变、自然灾害、港口水域特殊环境因素等。 3 4 天津港航道状况 3 4 1 现有航道状况 ( 1 ) 航道长度 天津港航道总长为4 4 k m 。 ( 2 ) 航道方位 天津港口门在北防波堤堤头1 6 + 1 3 9 处，口门宽度1 5 5 0 m 。闸东航道方位为 2 9 3 。5 3 7 5 6 9 1 1 3 。5 3 5 6 9 。 主航道里程1 5 + 5 8 6 以内方位为2 8 1 。0 4 7 1 7 7 1 0 1 。0 4 1 7 7 ；里程 1 5 + 5 8 6 2 3 + 9 2 4 段方位为2 7 9 。3 8 7 5 6 3 9 9 。3 8 7 5 6 3 ；里程2 3 + 9 2 4 3 6 + o k m 段方位为2 8 1 。0 4 7 1 7 7 ”1 0 1 。0 4 1 7 7 ；里程3 6 + 0 一- - 4 4 + 0 k m 段方位 为3 0 6 。0 4 7 1 7 7 - 1 2 6 。0 4 7 1 7 7 ，相比前端航道向南偏转2 5 0 。 ( 3 ) 航道主要参数 天津港现有航道主要参数见表3 3 。 表3 3 现有航道主要参数一览表 t a b 3 3l i s to fm a i np a r a m e t e r so ft h ee x i s t i n gs e a w a y 航道里程长度水深 宽度( m ) 通航等级( 吨级) ( k r a )( m )( m ) 乘潮 5 + 0 0 0 7 + 1 0 02 1 0 0- 1 7 42 3 41 5 0 0 0 0 7 + 1 0 0 1 3 + 4 7 06 3 7 0- 1 8 5 2 2 l 2 0 0 0 0 0 1 3 + 4 7 0 4 4 + 0 0 0 3 0 5 3 0- 1 9 5 3 1 5 2 5 0 0 0 0 第3 章天津港通航环境及交通状况分析 342 碍航物 天津港航道附近水域碍航物主要有六处具体位置如图3 2 所示它们是： 地理位置在3 8 。2 9 7 2 54 ”n 、1 1 8 。5 0 5 1 4 ”e 处，是“华源顺”沉 船所在位置，设有孤立危险物标。 地理位置在3 8 。3 7 0 z7 “n 、1 1 9 。2 9 4 9 3 ”e 娃，为“顺达”沉船所 在位置，设有孤立危险物标。 地理位置在3 8 。5 3 4 4 ”n 、1 1 8 。0 8 4 9 ”e 处，有一水深9 9 m 的沉船， 其西侧设有灯浮。 地理位置在3 8 91 3 7 3 9 8 ”n 、1 1 8 。3 5 7 3 8 1 ”e 处，有一沉船，设有孤 立危险物标。 地理位置在3 8 。5 8 4 0 ”n 、1 1 8 。0 8 3 5 ”e 处，有一高出泥面05 m 的钢 管。 地理位置在3 8 。5 5 7 1 4 ”n 、1 1 7 。5 4 2 8 ”e 处，有一水深6 m 的障碍物。 图32 天津港航道附近碍航物分布蹦 f i g32 t h e d i s m 【b u t i o n o f o b s t a c l e n e a r , h a j i n p o r ts e a w a y 其他碍航物有：航道北侧有抛泥区，船舶应避开i 在大沽灯塔西南方约7 m n i l e 天津港复式航道通航安全的灰色模糊预评价 处，有一高出泥面0 6 的钢管；东偏北方1 8 n m i l e 处，有一锚；南防波堤前端低潮 时干出，附近有沉箱、石堆和钢板桩，钢板桩距航道不足1 链；北防波堤低潮时也干出。 3 4 3 助航标志 在天津港锚地内设一座大沽灯塔地理位置为3 8 。5 6 2 0 1 n 1 1 7 。5 8 4 7 1 e ，用作定位。该灯塔灯高3 5 6 m ，灯质为闪白1 0 秒，射程为1 7 n m i l e 。另外， 在灯塔上设一雷达应答器，莫尔斯信号k ( 一一) ，作用距离l o n m i l e 。以该灯塔 为圆心、l n m i l e 为半径的圆内水域禁止抛锚和捕捞。 9 、1 0 号浮至3 6 号灯浮间的航道为新港主航道，9 号浮地理位置为 3 8 。5 5 0 5 6 n 、1 1 8 。0 7 2 3 2 e ，灯质为闪( 2 ) 绿6 秒右侧标；1 0 号浮地 理位置为3 8 。5 4 7 4 8 0 n 、1 1 8 。0 7 7 2 1 1 e ，灯质为闪( 2 ) 绿6 秒左侧标； 3 6 号浮地理位置为3 8 。5 7 1 9 0 n 、1 1 7 。5 1 5 5 0 e ，灯质为闪( 2 ) 绿6 秒 左侧标。 除去其他侧标以外还有方位标，北堤灯浮标为东方位标，地理位置为 3 8 。5 8 0 1 o n 、1 1 7 。5 0 4 0 o e ，灯质为快( 3 ) 白1 0 秒；南堤灯浮标为东 方位标，地理位置为3 8 。5 7 7 1 0 0 n 、1 1 7 。5 0 7 4 4 o e ，灯质为快( 3 ) 白1 0 秒。还有一些孤立危险物标。目前天津港、临港航道处于不断建设中，助航标志 不断调整变化。 3 5 天津港复式航道参数 为了满足天津港不断增长的吞吐量的要求，天津港实施的航道拓宽工程设计 条件为：船舶航行条件为风7 级，船舶航速_ l o k n 。设计参数如下： ( 1 ) i 区 航道向北拓宽4 4 0 m ，航道设计底标高一1 5 5 m ，拓宽段起点为航道里程1 8 + 0 ， 西端与天津港北航道连接，拓宽后与主航道形成7 6 5 m 宽的深水航路。其宽度按“两 进两出方案 ，该区与原有航道合起来可用于1 0 万吨级船舶和万吨级船舶双进双 出，1 0 万吨级船舶在中间，万吨级船舶行驶在两侧。其间有9 5 m 宽度水域作为交叉 时的富裕宽度。 ( 2 ) i i 区 i i 区即航道里程7 十1 0 卜1 3 + 4 7 0 段向南拓宽，设计底标高为- 1 8 5 m ，拓宽宽 1 7 第3 章天津港通航环境及变通状况分析 度1 0 4 m ，航道中心线向南偏移5 2 m ，航道南底边线距离南疆码头前沿线约1 8 05 m ， 航道转向点为航道里程1 3 + 4 9 3 。本段航道拓宽后在一1 85 m 水深处与2 j 万吨级航道 宽度相同，均为3 2 5 m ，且两航道中心线一致。 ( 3 ) 区 区叩航道里程1 3 + 4 7 卜3 6 + 0 段向北单向拓宽，设计底标高一1 95 m ，拓宽宽 度1 0 5 m ，航道总宽度达到4 2 0 m ，满足2 5 万吨级油轮和1 0 万吨级集装箱船双向通行。 ( 4 ) i v 区 区是航道里程1 5 十o 一2 3 + o 段双侧各建设1 条万吨级航道，使天津港航道 成为复式航道，新建航道有效宽度1