（交通信息工程及控制专业论文）渤海海域VLCC通航条件分析及安全保障关键技术研究.pdf

武汉理：1 ：大学硕士学位论文 摘要 随着环渤海航运经济的发展和当地海洋资源的开发利用，特别是我国对海 外石油资源的依赖程度的增加，渤海内航行的原油船舶数量越来越多，超大型 油轮( v l c c ) 也开始频繁的进出渤海海域。v l c c 的出现给渤海海域通航安全 形势带来了新的挑战。 渤海海域船舶通航安全的制约因素主要表现为该海域通航水深等条件与船 舶大型化的发展不相适应以及船舶交通流量的增加，原有的航路划定已无法满 足日益增长的船舶交通流量的需求；主要交通流交汇区内船舶之间的无序交通 己成为导致事故发生的主要原因；单一的v t s 监控功能无法满足船舶安全航行 的监管需求；该区域特殊的气象条件对船舶的安全航行构成严重威胁等方面， 以上各种因素的共同作用已对该海域船舶自由航行安全构成了威胁，特别是 v l c c 船舶在该海域的自由航行安全难以保障。 在这样的背景下，本文对渤海海域v l c c 通航条件及安全保障关键技术问 题进行专题研究，主要的研究内容包括： ( 1 ) 基于自然条件、a i s 系统数据及调查问卷的渤海海域船舶流及通航环 境现状调查分析，并根据交通调查结果得出渤海水域通航安全存在的主要问题。 ( 2 ) 基于解析式、半经验公式的v l c c 船舶在渤海航行的安全富裕水深研 究。分析评述了求取安全富裕水深的主要方法，并利用基于解析式、半经验公 式方法与经验值方法相结合的模型计算v l c c 船舶在渤海航行时的安全富裕水 深。 ( 3 ) 论述了v l c c 船舶在渤海海域控制航速的意义，同时对控制航速应考 虑的影响因素进行了阐述，提出了控制航速的主要方式，并界定了v l c c 船舶 在渤海内航行的航速控制值。 ( 4 ) 在上述研究的基础上，结合现有船舶定线制及v l c c 船舶特点，设计 了渤海v l c c 船舶优化航路。 课题的研究成果能为完善该海域的海事监管模式、优化渤海海域v l c c 船 舶的通航环境、保障v l c c 船舶航行安全提供有力的技术支撑，同时对促进环 渤海地区经济的发展具有十分重要的指导意义。 关键词：渤海海域：v l c c ；通航条件；安全保障；关键技术 武汉理工大学硕士学位论文 a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to ft h em a r i t i m ee c o n o m yo ft h eb o h a is e ar e g i o na n dt h e e x p l o i t a t i o no fl o c a lm a r i n er e s o u r c e s ，e s p e c i a l l yt h ei n c r e a s eo ft h ed e p e n d e n c eo n o v e r s e a so i lr e s o u r c e s ，t h en u m b e ro fo i lc a r t i e rn a v i g a t i n gi nt h eb o h a is e ai s g r o w i n gm o r ea n dm o r e ，a tt h es a m et i m e ，v e r yl a r g ec r u d eo i lc a r t i e r ( v l c c ) h a s b e g u nt oe n t e rt h eb o h a is e aa n de x i tf r e q u e n t l y t h ee m e r g e n c eo fv l c ch a s b r o u g h tn e wc h a l l e n g e st ot h en a v i g a t i o n a ls a f e t ys i t u a t i o no f t h eb o h a is e a t h er e s t r i c t e df a c t o r so fs h i p s n a v i g a t i o n a ls a f e t yi nt h eb o h a is e aa r em a i n l y ： t h ei n a d a p t a b i l i t yo f n a v i g a t i o n a ld e p t ha n dt h ed e v e l o p m e n to fl a r g e s c a l es h i p s ，a s w e l la st h ei n c r e a s eo fs h i pt r a f f i cf l o w , a n dt h ed e l i n e a t i o no ft h eo r i g i n a lr o u t eh a s b e e nu n a b l et om e e tt h eg r o w i n gd e m a n df o rs h i pt r a f f i c ；t h ed i s o r d e ro ft r a f f i c b e t w e e ns h i p si nt h ec o n v e r g e n c ea r e ao ft h em a i nt r a f f i cf l o wh a sb e c o m et h em a i n r e a s o nl e a d i n gt ot h ea c c i d e n t ；s i n g l ev t sm o n i t o r i n gf u n c t i o nc a nn o tm e e tt h e r e g u l a t o r yr e q u i r e m e n to fs h i p s s a f en a v i g a t i o n ；t h es p e c i a lm e t e o r o l o g i c a l c o n d i t i o n so fb o h a is e ab r o u g h tas e r i o u st h r e a tt ot h es a f en a v i g a t i o no fs h i p sa n d o t h e r w i s e t h ec o m b i n e da c t i o no ft h ea b o v ev a r i o u sf a c t o r sh a v eb r o u g h tas e r i o u s t h r e a tt ot h es a f en a v i g a t i o no f s h i p s ，e s p e c i a l l yt ov l c c a g a i n s tt h i sb a c k g r o u n d ，t h ep a p e rc o n d u c t sam o n o g r a p h i cs t u d yo nt h ek e y t e c h n i c a la s p e c t so fn a v i g a t i o nc o n d i t i o n sa n ds a f e g u a r do fv l c ci nt h eb o h a is e a , t h em a i nr e s e a r c hc o n t e n t si n c l u d e ： ( 1 ) t h ei n v e s t i g a t i o na n a l y s i so fv e s s e lt r a f f i cf l o wi nt h eb o h a is e aa n dt h e n a v i g a t i o n e n v i r o n m e n tb a s e do nt h en a t u r a l c o n d i t i o n s ，a i sd a t a a n dt h e q u e s t i o n n a i r e ，f u r t h e r m o r e ，i na c c o r d a n c ew i t ht h er e s u l t so f t r a f f i cs u r v e yt h ep a p e r r e a c h e st h em a i n p r o b l e m se x i s t i n gi nt h en a v i g a t i o ns a f e t yi nt h eb o h a is e a ( 2 ) t h eu n d e rk e e lc l e a r a n c e ( u k c ) r e s e a r c ho nv l c cn a v i g a t i n gi nt h e b o h a is e ab a s e do nt h ea n a l y t i c a le x p r e s s i o na n de m p i r i c a lf o r m u l a a n a l y z i n gt h e m a i nm e t h o do fo b t a i n i n gu k c ，t h ep a p e rp r e s e n t san e wc a l c u l a t i n gm e t h o dw h i c h i sb a s e do nt h ea n a l y t i c a le x p r e s s i o na n de m p i r i c a lf o r m u l ac o m b i n i n ge m p i r i c a l v a l u et oc a l c u l a t et h eu k co fv l c ci nt h eb o h a is e a 。一 亟坚里王奎堂堡主兰垡笙塞 一 - - _ _ - _ _ - _ _ - _ _ 一一一一 ( 3 ) d i s c u s s i n gt h es i g n i f i c a n c eo fv l c c ss p e e dc o n t r o l i nt h eb o h a is e a , m e a n w h i l e t h ep a p e rs e t sf o r t ht h ei n f l u e n c ef a c t o r so fs p e e dc o n t r o lt h a ts h o u l db e c o l l s i d e r e d p u t sf o r w a r dt h em a i nw a y st o c o n t r o ls p e e d ，a n dd e f i n e st h es p e e d c o n t r o lv a l u e so f v l c cs a i l i n gi nt h eb o h a is e a ( 4 ) i nt h ea b o v es t u d y , b a s e d o nt h ee x i s t i n gs h i p s r o u t i n g a n dt h e d c t e d s t i c so fv l c c ，t h ep a p e rd e s i g n so p t i m i z a t i o nr o u t e o fv l c cs a i l i n gi nt h e b o h a is e a t h er e s u l t so fr e s e a r c ht o p i cp r o v i d eap o w e r f u lt e c h n i c a ls u p p o r tf o ri m p r o v i n g m em a r i t i m er e g u l a t o r ya p p r o a c ho ft h es e aa r e a , f o ro p t i m i z i n gt h en a v i g a t i o n e n v i r o n m e n to fv l c cs a i l i n gi nb o h a is e aa n df o re n s u r i n gt h en a v i g a t i o n a ls a f e t y o fv l c c ，b e s i d e sh a v eg r e a ts i g n i f i c a n c e i ng u i d i n gt op r o m o t et h ee c o n o m i c d e v e l o p m e n t o ft h eb o h a is e ar e g i o n k e y w o r d s ：t h eb o h a is e a ；v l c c ；n a v i g a t i o nc o n d i t i o n ；s a f e g u a r d ； k e yt e c h n o l o g i e s 独创性声明 本人声明，所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及 取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得 武汉理工大学和其它教育机构的学位和证书而使用过的材料。与我一 同工作的同志对本研究所作的任何贡献均已在论文中作了明确的说 明并表示了感谢。 签名： 日期：豳回 关于论文使用授权的说明 本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即 学校有权保留交向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅。本人授权武汉理工大学可以将本学位论文的 全部内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制 手段保存或汇编本学位论文。同时授权经武汉理工大学认可的国家有 关机构或论文数据库使用或收录本学位论文，并向社会公众提供信息 服务。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 研究生c 签名，弗啦新c 签 日期p 叫7 武汉理工大学硕士学位论文 第1 章绪论 1 1 研究背景及目的意义 近年来，随着天津港等渤海沿岸主要海港的大型原油码头的陆续建成投产， 渤海海域的油船，特别是大型油轮( v l c c ) 的流量持续增加。负责渤海海域船 舶通航安全管理的海事主管机关包括山东海事局、河北海事局、天津海事局、 辽宁海事局四家，他们之间还没有形成一个系统的、协调一致的关于油船，特 别是超大型油船( v l c c ) 通航控制体系的长效机制。 由于对大型船舶进出浅海水域的关键技术研究不到位，目前超大型油船 ( v l c c ) 进出渤海的安全富裕水深、航路优化、航速控制、应急响应措施均没 有固定的程序和标准，v l c c 在渤海的航行基本上还处于一种无序的自由航行状 态，在此种状态下，加之渤海的通航条件复杂，极易发生碰撞、搁浅以致发生 溢油事故。 这样的背景决定了对渤海海域v l c c 船舶通航安全问题的研究是近期及未 来一段时间我国海事主管机关十分关切的问题，也将是广大学者进行深入研究 的热点问题。 1 1 1v l c c 概念 人们习惯于将载重量在l o 万吨 2 0 万吨的油船，称为大型油船( l a r g ec r u d e c a r r i e r - l c c ) ，2 0 4 0 万吨左右的油船称为超大型油船( v e r yl a r g ec r u d e c a r r i e r - v l c c ) ，载重量超过4 0 万吨的油船，称为超巨型油船( u l t r al a r g ec r u d e c a r r i g r - u l c c ) 。超大型油船的船型尺度如表1 1 所示。 武汉理工大学硕士学位论文 表1 1超大型油船船型尺度【9 1 船型尺度( m ) 船舶吨级d w t ( t ) 总长l型宽b型深h满载吃水t 2 5 0 0 0 0 ( 1 8 5 0 0 l 2 7 5 0 0 0 ) 3 3 36 0 o2 9 71 9 9 3 0 0 0 0 0 ( 2 7 5 0 0 1 3 7 5 0 0 0 )3 3 46 0 03 1 22 2 5 4 5 0 0 0 03 8 06 8 o3 4 02 4 5 注：海港总平面设计规范( 以下简称规范) ( j t j 2 1 1 - 9 9 ) 附录，2 0 0 8 年3 月修订版。附录统计的3 0 万t 级油轮，其代表范围为2 7 5 万t 3 7 5 万t 船，在统计 船舶1 9 2 艘中最小吃水1 8 9m ，最大吃水为2 3 2m ，平均吃水为2 1 5 m 。 1 1 1 渤海湾v l c c 码头建设概况 在地理位置上，环渤海湾港口群承接了辽宁、京津冀和山东沿海经济区。 随着振兴东北老工业基地、开发天津滨海新区、建设曹妃甸工业园和近海最大 南堡油田的发现，环渤海湾经济发展在近两年开始迅猛提速。具有标志性的3 0 万吨级v l c c 船舶码头建设也加快了步伐。2 0 0 8 年6 月，正在建设的营口港仙 人岛港区3 0 万吨级原油码头主体完工；2 0 0 8 年8 月3 1 日唐山港曹妃甸港区3 0 万吨级原油码头开港通航，3 0 万吨级油轮“s e af o r t u n e l ”成功靠泊曹妃甸原油码 头；2 0 0 8 年1 0 月2 9 日，天津港3 0 万吨级原油码头实现首艘油轮靠泊。环渤海 湾港口的原油码头新建项目正以前所未有的姿态横空出世，渤海v l c c 码头建 设情况如图1 1 所示。 2 武汉理工大学硕士学位论文 国 唐山港 蕾妃甸港 黄骅港 嚣宣岛港 和： ，烟：港威擎 图1 1 渤海v l c c 码头概况 l1 2 渤海v l c c 船舶通航概况 根据国际造船业权威咨询机构英国克拉克松( c l a r k s o n ) 公司的统计，截至 0 8 年3 月，全球v l c c 共4 9 8 艘，其中，船龄在1 0 年以下的有2 9 4 艘，占比 5 9 0 0 ，船龄在1 5 年以下的有4 0 2 艘，占比8 1 。截至0 8 年9 月初，世界共有 v l c c 订单2 6 3 艘，未来年度交付数量将超过6 0 艘，远超以前年度的交付数量。 截至2 0 0 8 年4 月已有1 8 艘v l c c 靠泊渤海内的天津及曹妃甸港3 0 万吨级油轮 码头。2 0 0 7 年9 月- - 2 0 0 8 年4 月进出渤海的v l c c 船舶统计如表1 - 2 所示。由 表可见，由于目前对v l c c 进出渤海通航安全保障关键技术，特别是安全富裕 水深的研究不到位，目前进出渤海的v l c c 实际载货量均达不到其满载货量， 严重制约了v l c c 发挥其应有的经济效益。 武汉理工大学硕士学位论文 表1 22 0 0 7 年9 月- 2 0 0 8 年4 月进出渤海的v l c c 船舶统计表 序号船名吃水( m )船长( m )船宽( m )实际载货量( t )满载货量( t ) l 扬子之星 1 5 23 2 1 9 55 81 2 7 8 7 2 7l2 6 5 9 9 5 2 环球女王 1 2 1 s3 3 3 1 2 6 0 0 4l l1 9 4 9 5 2 4 3 0 9 3 7 3 3 娜姆 1 3 52 9 8 5 5 26 0 1 2 9 7 5 0 8 22 9 8 5 5 2 4 克莉丝 1 33 3 4 5 95 8 0 51 3 1 6 8 8 82 9 9 9 9 9 5 守护者 1 3 33 3 25 81 3 4 4 9 32 9 0 9 2 7 6 远怡湖 1 33 3 36 0 0 5 41 2 0 0 0 02 9 8 9 2 0 7 冠军 1 23 3 4 。4 55 8 o l1 2 7 11 7 9 3 52 9 9 9 9 8 8 拉斐尔 1 1 8 53 3 45 8 0 51 2 6 7 2 7 1 93 0 9 6 1 3 8 9 苏娃 1 53 2 7 55 7 2 3 71 3 7 9 2 72 7 9 9 8 4 1 0 现代太阳 1 3 5 43 3 0 2 55 81 2 9 3 6 72 9 9 9 8 4 l l 现代旗帜 1 33 3 l5 81 31 4 3 4 9 4 5 2 8 1 0 7 4 1 2 新金洋 1 4 83 3 06 01 7 2 3 7 3 81 72 9 7 3 7 6 1 3 阿托斯 1 43 3 2 9 46 0 0 413 8 0 7 0 7 32 9 8 3 3 0 1 4海昌l1 4 2 3 3 36 0 0 1 3 l3 0 4 8 4 2 4 72 9 9 0 9 7 1 5 弗朗上海 1 2 73 3 36 0 0 3 9l3 2 2 9 2 3 0 4 2 9 8 9 7 1 1 6 海外木兰 1 4 43 3 36 01 6 7 3 6 4 0 2 33 1 8 5 1 8 3 1 7 阿斯特 1 3 1 53 3 25 89 6 9 8 4 8 9 42 9 9 2 2 2 1 8 马十基鹦螺 1 3 93 3 2 8 4 85 813 0 8 2 4 4 4 63 0 7 2 8 4 资料来源：天津海事局 1 1 3 研究目的与意义 论文以渤海海域为主要研究区域，分析该海域的通航环境，包括自然环境 和船舶航行环境，统计分析目前渤海海域的船舶流情况，进而确定v l c c 船舶 安全航行富裕水深、不同天气条件及不同装载状况下的控制通航水深、安全航 速、航路优化、各主管机关在该海域统筹监管模式及不同天气及海况下的船舶 控制通航措施等内容的研究，最终提出一套渤海海域v l c c 船舶通航安全保障 的控制通航条件及控制通航模式。其研究成果对v l c c 驾引人员及海事主管机 关的监管均有重要的参考价值。 4 武汉理工大学硕士学位论文 1 2 国内外研究动态与发展水平 1 - 1 9 】【3 9 】【4 l l v l c c ( v e r yl a r g ec r u d eo i lc a r r i e r ) 即人们通常所说的载重量在3 0 万吨左 右的超大型油船。从上世纪v l c c 船舶大量出现开始，众多国内外学者展开了 对v l c c 船舶操纵性能及安全保障技术的研究工作，并取得了大量的研究成果。 其中日本学者对v l c c 船舶的操纵性能的研究进行的比较深入，它主要建 立在早期各国学者对超大型船舶的操纵性能研究的基础上。其中有日本海难防 止协会编著的超大型船操船手册及岩井聪编著的操船论都对v l c c 的 操纵特性及要点进行了详细的论述，同时我国研究v l c c 的专门机构v l c c 研 究会也编著了超大型船舶操纵要点一书。 近年来，随着我国原油进口量的增加，v l c c 船队规模的扩大，我国航海界 的专家学者对v l c c 在恶劣天气条件下的航行安全保障也进行了大量的研究， 特别对超大型船舶在大风浪中的运动规律进行了探讨。另外，还有学者对超大 型船舶浅水域压载航行最小吃水的确定方法及超大型船舶在浅水中航行下沉量 的计算方法进行了研究和论述。此外，还有学者对v l c c 船舶在港区及进出港 航道等敏感水域的航行安全保障措施，包括引航方法、拖轮配置及交通管制等 方面进行了研究。同时，对于v l c c 船舶系离海上单点( s p m ) 操纵、锚泊操 纵及海上过驳等特殊操作亦有专门的研究成果。 但是，到目前为止的研究均没有涉及v l c c 船舶在渤海海域内的最大通航 船舶的尺度、安全航行富裕水深的确定、不同天气条件及不同装载状况下的控 制通航水深、安全航速、优化航路、主管机关的统筹监管模式及不同天气及海 况下的船舶控制通航措施等控制通航条件及控制通航模式等内容。其中，v l c c 船舶在渤海海域的通航条件的研究，特别是目前还没有系统的无规范可循的 v l c c 船舶在港外受限海域安全富裕水深的研究。 1 3 主要研究内容 对渤海海域v l c c 船舶通航安全问题的研究是近期及未来一段时间我国海 事主管机关十分关切的问题，也是广大学者进行深入研究的热点问题。本论文 的研究旨在对渤海海域v l c c 通航安全保障关键技术进行研究，在提出渤海海 域控制通航的v l c c 船型的同时，进一步提出渤海海域v l c c 船舶的控制通航 条件，从而提出渤海海域v l c c 船舶的控制通航模式。 5 武汉理工大学硕士学位论文 本论文的主要研究内容主要是基于a i s 系统数据及调查问卷方法的渤海海 域船舶流及通航环境现状调查分析；基于解析式、半经验公式方法的v l c c 船 舶在渤海不同天气及海况条件和不同装载状况下航行的安全富裕水深研究；基 于现有船舶定线制及v l c c 船舶特点的优化航路划定。同时，在上述研究的基 础上提出v l c c 船舶在渤海海域的控制通航的边界条件及控制监管模式。 1 4 拟解决的关键问题 ( 1 ) v l c c 船舶在渤海水域安全通航富余水深及安全航速的研究； ( 2 ) v l c c 在渤海水域控制通航模式研究。 6 武汉理工大学硕士学位论文 第2 章渤海海域的通航环境现状分析 渤海由北部辽东湾、西部渤海湾、南部莱州湾、中央浅海盆地和渤海海峡 五部分组成，面积7 8 万平方公里，海岸线长3 7 8 4 公里，平均水深1 8 m ，渤海 海峡口宽5 9 海里，有3 0 多个岛屿，其中较大的有南长山岛、砣矶岛、钦岛和 皇城岛等，总称庙岛群岛或庙岛列岛。其间构成8 条宽狭不等的水道。 本论文研究的海区为辽东半岛南端老铁山西角至山东半岛北端蓬莱角连线 以西海域，该海区分别由河北海事局、天津海事局、辽宁海事局和山东海事局 管辖，如图2 - 1 所示。 一1 i ，自舞g ，带矿 一 ： 基； 一 图2 - 1 渤海范围示意图 溺 武汉理r t 大学硕士学位论文 2 1 自然条件1 o 】 2 1 1 气象条件 ( 1 ) 气温 该海区气温除具有纬度差异外，又具有海陆之问的温差，变化比较和缓， 由南向北和由西向东递减，每年平均气温8 - 1 0 ，1 月份平均气温为零下6 - - 8 ， 7 月份平均为2 2 - 2 4 ，夏季整个海区海水温度均在2 8 以下，海面上的气温不 高，只有海面上较长时间吹来陆风时，沿岸海面的气温才会升高到3 0 - - , 3 5 。冬 季则由于强劲的冷空气的侵袭，气温可降到零下1 0 1 5 。 ( 2 ) 风况 渤海海区具有明显的季风特征，冬季风自1 0 月盛行到来年3 月，盛行期约 6 个月，主要是偏北风，其中又以西北风为主，风向稳定，风力较强；夏季风的 盛行期为5 8 月，7 、8 月为夏季风的极盛时期。风向偏南，以东南风为主，风 向不很稳定，风力较弱，由于地理条件的原因，东南季风的特征不甚明显。冬、 夏季风期之间各有一个过渡期，由冬到夏的过渡期稍长，由夏到冬的转变则比 较快。 渤海年平均出现三8 级以上天数为7 0 天以上，主要集中在渤海海峡至龙口一 带。最为典型的是渤海在冬季经常出现阵性9 级及以上大风，严重危及船舶航 行安全。 ( 3 ) 雾况 海雾是影响渤海海区能见度的主要因素。3 7 月为雾季，海雾开始出现于3 月，个别年份2 月也有出现，以后逐渐增多，6 、7 月份最多。年平均雾日2 0 - , 2 4 天。 2 1 2 水文条件 ( 1 ) 水深 渤海属大陆架浅海，平均水深1 8 m ，9 0 的海域水深不足3 0 m 。最大深度在 渤海海峡北部，达8 0 余米。海底地形从北、西、南三面向中央及海峡微倾，坡 度极缓。邻近辽东半岛南部的海域，受潮流影响，沙脊群广泛分布。渤海有三 个大海湾：辽东湾位于北部，以辽宁省六股河口至辽东半岛长兴岛连线为其南 界，东侧深，西侧浅，最大水深3 0 余米；渤海湾位于西部，以滦河口至黄河口 武汉理工大学硕士学位论文 连线为其东界，西部水深小于1 0 m ，有中国最宽的潮问带：莱州湾位于南部 以黄河口至龙口屺姆角一线为其北界，大部水深l 15 m 。中央海区呈四边形 水深2 0 2 5 m ，是渤海较深的部分。渤海海域水深分布如图2 - 2 所示。 图2 - 2 渤海海域水深分布图2 由中华人民共和国海军航海保证部出版的渤海海域海图( 海图图号1 1 0 1 0 ) 可知，老铁山水道天津港、老铁山水道营口港最小水深均为2 45 m 。老铁山水 道一天津港最小水深位于1 2 0 。0 0 7 e ，3 8 。4 ( y n 附近，老铁山水道营口港最小水深 位于辽东浅滩处。 ( 2 ) 潮汐 渤海海区的潮汐，由于受太平洋潮波的影响，形成为左旋潮汐系统，潮波 向左旋转一周约1 2 小时。因为水深较浅，沿岸多河流、港湾和岛屿，所以潮汐 情况较为复杂，自辽东半岛的南端至辽东湾西岸的团山角、渤海湾的大清河口 至塘沽、大1 ：3 河口至莱州湾的龙口等沿岸均属不正规半日潮；娘娘庙附近、大 清河口至人造河口等沿岸为不正规日潮：新立屯至秦皇岛港沿岸为正规日潮。 塘沽以南至大口河口、龙口至蓬莱等沿岸为正规半日潮。个别地区受地形影响， 如龙口港外浅滩大，坡变缓，当冬季遇东北强风时，使低潮延迟了3 4 小时， 故有类似一日潮的现象。 武汉理工大学硕士学位论文 由于受港湾、岛屿的影响，本海区的潮差变化也比较复杂。在秦皇岛以东 和黄河口东北，形成了两个无潮点，潮差很小，但愈向外潮差愈大。以辽东湾 沿岸的平均潮差最大，例如：营口为2 5 m ，葫芦岛2 1 m ；渤海湾次之，如塘沽 为2 5 m ，其余沿岸均小于2 0 m ，秦皇岛和龙口分别为0 8 m 和0 9 m 。 渤海湾沿岸、莱州湾沿岸还是风暴潮较多的海区。 ( 3 ) 潮流 渤海由于水浅、海流弱，潮流的作用就显得很重要，一般在近岸及海峡、 水道、港湾等狭窄处，因受地形限制多为往复流。而外海，则多为回转流。流 速一般约为1 2 k n ，葫芦岛、秦皇岛附近为2 5 3 k n ，而老铁山附近最大流速近 岸可达6 2 5 k n 。 ( 4 ) 海浪 渤海海区的波浪，主要受季风控制，冬季较大，夏季较小；风浪为主，涌 浪次之；浪的波长和周期较短。1 月，以西北浪为主，其浪向频率约为3 0 ，也 是大浪频率全年出现最大值的月份，约为2 5 。4 月，偏南浪增多，大浪频率在 2 5 以下。7 月，以东南浪为主，大浪频率在渤海西部海区小于5 。1 0 月，出 现3 0 , - , 4 0 的偏北浪，大浪频率增强到2 0 以上。 渤海的风浪，秋冬两季最大，浪高常有2 o 6 0 m ，当强大寒潮过境时，浪 高有时达3 5 8 5 m 。春、夏季风浪稍小，一般为0 铷1 2 m ，如有台风过境，浪 高则可达6 1 8 5 m 。 ( 5 ) 冰情 渤海从1 1 月中、下旬至1 2 月上、中旬，由北向南逐渐结冰，持续到来年2 月下旬或3 月上、中旬，然后开始融化，逐渐消失，冰期约2 - - 4 个月。1 月至2 月上、中旬为盛冰期。 2 2 船舶交通流调查分析2 2 】【3 4 】【3 5 】 2 2 1 渤海海域习惯航路分布 通过对北方海区a i s 中心的a i s 船舶交通资料的统计分析，如图2 3 图2 - 6 是总的及分船型的船舶航迹分布情况。 l o 武汉理工大学硕士学位论文 图2 32 0 0 8 年渤海海域船舶航迹总图 图2 - 42 0 0 8 年船长大于3 0 0 m 的船舶航迹图 【 图2 - 52 0 0 8 年吃水为1 9 m 以上的船舶航迹图 武汉理工大学硕士学位论文 臼 圈2 - 62 0 0 8 年油船航迹图 由图可见，渤海水域内的船舶交通流基本上形成了以老铁山水道、营口港、 锦州港、秦皇岛港、京唐港、天津港、黄骅港、潍坊港、龙口港、长山水道为 主要结点的平面网络体系，船舶航迹覆盖了渤海湾的大部分水域。天津港、秦 皇岛港、营口港是大型船舶的主要目的港。存在的交通流汇聚区主要有：曹妃 甸附近水域、长山水道水域、老铁山水道及成山头水域。 22 2 船舶流量及船舶种类构成 以2 0 0 8 年8 月份第1 周的a i s 数据作为分析对象，对几个主要流向上的船 舶流量和船舶种类构成进行了统计，结果如表2 - 1 所示。 表2 - 1 各航路船舶流量及船舶种类分布 航黯 客船赞船 非运输船 油船 危险品船船长 2 0 0 m 船舶总流量 老铁山水道与营口方向 老铁山水道与秦皇岛方 老铁山水道与天律方向 艘) 1天律与长山承遭方向 由表可知，大型油船在渤海内的主要停靠港为天津港、曹妃甸、营口港， 船长大于3 0 0 m 的大型油轮主要经过老铁山水道进入渤海，以上的统计结果对在 武汉理工人学硕士学位论文 渤海海域规划v l c c 船舶的推荐航路提供了研究基础。 2 3 渤海水域水上交通事故调查分析 2 3 1 事故种类 根据天津海事局、河北海事局、辽宁海事局和山东海事局提供的资料，2 0 0 3 至2 0 0 7 年，渤海海区共发生海上交通事故4 6 0 起。其中，发生在港口及航道内 的事故3 0 9 起，发生在外海的事故1 5 1 起。碰撞事故2 1 7 起，占事故总数的4 7 2 ； 搁浅事故7 8 起，占事故总数的1 7 o ；触损事故5 9 起，占事故总数的1 2 8 ； 触碰事故2 4 起，占事故总数的5 2 ；沉没2 2 起，占事故总数的4 8 ；火灾1 3 起，占事故总数的2 8 ；风灾8 起，占事故总数的1 7 ；自沉事故6 起，占事 故总数的1 3 ；其他事故3 3 起，占事故总数的7 2 。 2 3 2 事故等级 2 0 0 3 年2 0 0 7 年期间，渤海海区共发生各种海事4 6 0 起。其中小事故3 4 6 起，占事故总数的7 5 2 ；一般事故5 5 起，占事故总数的1 2 o ；大事故3 8 起， 占事故总数的8 3 ；重大事故2 1 起，占事故总数的4 5 。 2 3 3 事故地点分布 2 0 0 3 至2 0 0 7 年，渤海海区共发生海事4 6 0 起。其中，发生在港口及航道内 的事故3 0 9 起，发生在外海的事故1 5 1 起。从外海事故的发生地点分布看，主 要集中在曹妃甸附近和天津附近水域。 2 4 渤海海域的通航状况问卷调查情况 为了解在渤海海域进行操船实践的广大船员对该海域通航环境现状的意 见，包括了解该海域的习惯航法、该海域航行安全的主要影响因素、主要危险 形式及其原因、大多数船员采取的避碰措施等等方面的内容。2 0 0 8 年1 1 月份一1 2 月份委托山东海事局向途经该水域的船舶发放了大量的渤海海域通航状况问 卷调查表，共回收有效调查问卷6 2 9 份，下面是对回收的有效问卷进行的统计 结果。 1 3 武汉理工大学硕士学位论文 2 41 被调查的船员及船舶情况 ( 1 ) 调查人员构成情况： 船月职务* 口船* - 副口= 目口= h e - # c 图2 7 被调查人员职务组成 # m 船自i “4 m h 目 口 m 1 1 # 5 年口5 # 、l o # 口1 0 年- 2 0 # 2 0 “t i 飙 口0 l ，自 _ 图2 - 8 被调查人员海龄组成 ( 2 ) 调查船舶组成情况： 口g 通货 集# 镕 口4 h 口自船 口堆m n b 客( 藩) * # 他 图2 - 9 调查船舶构成图 口 武汉理工大学硕士学位论文 图2 - 1 0 被调查船舶吨级组成 j 、- 。一 叠f 圈l d 图2 - 11 被调查船舶船龄组成 2 42 渤海水域船舶通航风险调查 渤海* 域航口要自疃形r h 目 亟夏亟垂夏亟亟区亘亘区亟 口1 5 # t 0 # 2 5 年h 图2 1 2 航行时的主要危险形式 15 武汉理工大学硕士学位论文 5 一q 目n i m 亘壹亘匣亘叵堕至固 e 图2 1 3 各航行要素对航行的影响程度 j 勃姆晦域主航行坷毪积 n 船自鲋谴大能e 虾目口搿目敝又多口b 聃雌珊蜓懒茸它 碱 图2 1 4 危险原因对比图 船舶曲碰措旌分布图 匝匾亟画殛亘亟垂巫亟五亟垂匦匾 图2 1 5 被调查船员采取避碰措施对比图 武汉理r t 大学硕士学位论文 通过调查我们发现，在渤海水域航行船舶面临的主要危险因素为船舶交叉 会遇、渔船的影响、大风及船舶密度，另外相当数量的船员提到了在该海域航 行船舶v h f 干扰的问题，还有进出港及锚地时周围的养殖区、渔船、渔具的影 响及小渔船过多，并且拖网行船很不规则、穿梭航道、占用航道的问题。其中， 船员反映最强烈的危险形式是多船交叉会遇。比较本章第2 3 节对该海域船舶碰 撞事故的分析表明，在船舶密度大的恶劣海况下的会遇或多船会遇且船间通讯 不畅是造成该海域船舶碰撞事故的重要原因。同时，大多数船员的避碰方式为 根据避碰规则条款，其次为协议避让和听从交管组织。 2 5 本章小结 根据该海域的自然条件、海上交通实态观测、水上事故调查分析及通航状 况问卷调查等交通调查结果，渤海水域主要存在的通航安全问题为：第一，曹 妃甸附近、长山水道、老铁山水道附近水域的交通流密度大，交通繁忙，危险 程度高；第二，交通流复杂，特别是天津港与曹妃甸附近、老铁山水道附近、 长山水道的交通流交汇明显，存在许多交叉和对遇的交通流。各交通流之间分 隔不明显，船舶会遇率较高；第三，水域内油船、危险品船比例较大，一旦发 生碰撞事故，直接和间接损失严重；第四，渤海水域内海上油田较多，给商船 航行带来影响。 1 7 武汉理工大学硕士学位论文 第3 章v l c c 船舶航行特性及通航安全面临的主要问题 渤海为我国唯一的内海，水域通航条件复杂，大风浪及能见度不良的恶劣 海况出现频率很高，而目前的v t s 系统还不能实现对渤海海域进行全方位的覆 盖和为船舶提供交通信息服务，从而使得大型船舶在该水域的通航安全问题日 益突出，加之大型船舶本身有诸多不同于普通船舶的特点。本章在对渤海海域 通航环境特殊性分析的基础上，进一步论述v l c c 船舶自身的特殊性，分析 v l c c 船舶在渤海海域的航行特性，并作为后续研究的依据。 3 1 、亿c c 船舶特性 3 1 1v l c c 船舶特性举例分析 由于不同v l c c 船舶的船型尺度及操纵特性大体相似，为了直观的说明问 题，本文以希腊籍“阿斯特”号3 0 万吨油轮为例论述v l c c 船舶的特性。 1 ) “阿斯特一船舶参数 排水量：3 2 1 2 6 0 t ，载重吨：2 7 9 4 0 0 t ，总长l o a ：3 3 2 0 m ，垂线间长l b p ：3 2 0 0 m ， 船宽：5 8 0 m ，型深：3 3 2 m ，船舶最高点距龙骨高度：6 7 0 m ，满载吃水：2 0 8 m ， 方形系数：o 8 0 ，纵稳心高度：3 4 2 4 m ，横稳心高度：6 4 1 m ，重心距船中距离： 0 4 1 m ，重心距基线距离：1 7 6 3 m 。 一台2 3 4 9 3 k w 柴油机，具有正常和紧急遥控系统，最小转速：2 2 r p m ，最 小转速时船速：4 4 k n 。 一个固定螺距螺旋桨，直径：9 7 0 m ，最高点距水面：1 5 4 2 m ，旋转方向： 右旋，滑失比：o 6 7 。 一个普通平衡舵，有效舵面积总舵面积( r a r ) ：1 0 0 ，总舵面积：1 0 9 4 m 2 ， 最大舵角：3 5 0 。 船舶主机与航速对照及车种转换耗时如表3 1 、3 2 所示。 武汉理工大学硕士学位论文 表3 1 主机转速与航速对照表 螺旋桨转速( r p m )船速( k n ) 车钟口令功率( a )滑失比 abab 前进四7 87 71 5 71 4 12 2 3 4 50 6 7 前进三7 2 7 l 1 4 51 3 21 7 5 7 9o 6 7 前进二6 46 31 2 8l l 。91 2 3 0 8o 6 7 前进一4 5 4 4 9 o 8 4 4 2 8 2o 6 7 微速前进2 72 75 55 19 3 20 6 7 微速后退2 82 8- i 6 1 4 1 9 8 7o 6 7 后退一3 83 82 4- 2 15 0 6 6o 6 7 后退二_ 4 7- 4 73 o2 79 6 4 7o 6 7 后退三5 55 43 63 31 5 3 9 4o 6 7 ( a ) 深水，水深1 0 0 0 m ( 1 3 ) 浅水，水深吃水= 1 2 表3 - 2 车钟转换耗时 耗时( 分秒) 车钟转换方式正常紧急 前进四后退三 9 - 1 84 2 8 前进三后退三 4 3 22 4 9 前进二后退三 2 1 2o 3 7 前进后退三 0 2 4o - 2 4 微速前进后退三 o 2 0o 2 0 前进四停车 1 6 4 21 3 3 4 前进三停车 1 1 5 61 1 5 6 前进二停车 9 3 59 3 5 前进一停车 l - i l1 1 l 微速前进f 亭