（交通信息工程及控制专业论文）渤海海域关键区域船舶航行安全分析.pdf

f 舅 0 i nt h eb o h a ia r e a at h e s i ss u b m i t t e dt o d a l i a nm a r i t i m eu n i v e r s i t y i np a r t i a lf u l f i l l m e n to ft h er e q u i r e m e n t sf o r t h ed e g r e eo f m a s t e ro fe n g i n e e r i n g b y z h a n gw e n l i n g ( t r a f f i ci n f o r m a t i o ne n g i n e e r i n ga n dc o n t r 0 1 ) t h e s i ss u p e r v i s o r ：p r o f e s s o rd uj i a l i j u l y2 0 1 1 ，-、0，r 授权说明 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= = 渤漫漫撼苤毽匡熊墅照魑缝塞全坌逝：。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丌发表或 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：岔缝盗 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。 不保密圈么，；青在以上方框内打“，) 论文作者签名：耜始仑 导师签名： 醐m 年夕日 ! 。 i - 要 水上交通运输业是一个风险较大的行业，安全工作始终应该是工作的重中之 重。近年来，伴随着环渤海地区经济的发展，环渤海区域港口群也迅猛发展，港 口吞吐能力增加，渤海海域交通运输量剧增，通航密度加大，交通状况随着船舶 数量的增多也逐渐复杂，在航船舶由于常常会遇到较大的风流和海浪，叠加值班 人员对水深地理判断不当，会给船舶带来一定的威胁。 航行于渤海海域的不同区域安全程度是不相同的。安全状况相对不良的区域 的安全性往往会成为决定整个航次的安全水平的关键因素，我们称之为关键区域。 本文通过综合分析渤海海域的地理、水文气象、船舶交通状况、通航密度特 点等航行环境，建立了在渤海海域航行的9 个关键区域。 为了正确把握关键区的安全状况，本人分析了渤海海域的航行环境及影响航 行安全的相关因素。结合船舶运输安全学、海上交通工程学的理论以及航海界专 家学者的研究成果及实践经验，对影响船舶安全航行的船舶因素和环境因素进行 分析归纳，认真筛选评价指标，建立了包含操纵性能、稳性、设备、船舶交通状 况、水文、气象等1 1 个指标的三层综合评价指标体系。利用层次分析法( a h p ) 确定各指标的权重；根据各指标对航行安全的影响机理，建立了白化权函数；利 用灰色系统理论聚类分析的方法，建立了在渤海海域评估船舶航行安全的量化评 价模型；对该模型做了实船航行状况的校验测试，并进行每次只调整稳性因素或 气象因素的对比试验，结果证明，模型的适用性和对稳性及气象因素的灵敏度是 令人满意的。 模型的建立为判断船舶航行安全状态提供了方法和依据，为航运公司的管理 人员和船长加强安全管理提供了科学的决策依据和参考，具有一定的实用价值。 最后，本文结合渤海海域的船舶运输生产的实际情况，提出了船舶安全管理 建议。 关键词：渤海海域：关键区：航行安全：灰色系统理论 w a t e rt r a n s p o r t a t i o ni sar i s k yi n d u s t r y s a f e t ys h o u l da l w a y sb et o pp r i o r i t y w i t h t h ee c o n o m i cd e v e l o p m e n to ft h eb o h a is e ar e g i o n ，p o r tc l u s t e ri nt h eb o h a is e aa r e a h a sd e v e l o p e dv e r yf a s ti nr e c e n ty e a r s p o r tc a p a c i t ya n dt r a f f i ci nt h eb o h a is e ah a v e i n c r e a s e dd r a s t i c a l l y t h es h a r pi n c r e a s e dt r a f f i cd e n s i t ya n dal a r g eq u a n t i t i e so fs h i p s h a v em a d et h et r a f f i cs i t u a t i o nm o r ec o m p l i c a t e d t h eu n d e r w a ys h i p so f t e nm e e tw i t h g r e a tc u r r e n ta n dr o u g hs e aa n ds o m e t i m e st h ew a t c hk e e p e rm a k e st h ew r o n gj u d g m e n t o ft h eg e o g r a p h yo ft h ew a t e r , t h i sw i l le n d a n g e rt h es h i p sa ts e a s a i l i n gi nt h eb o h a is e a , t h ed i f f e r e n tv e s s e l si nd i f f e r e n tr e g i o n sh a sn o tt h es a m e d e g r e eo fs a f e t y t h es e c u r i t yi nt h er e l a t i v e l yp o o rs e c u r i t yr e g i o nw i l lb eak e yf a c t o ri n t h es a f e t yl e v e lo ft h ee n t i r ev o y a g e ，w h i c hi sc o n s i d e r e da sc r i t i c a lr e g i o n s t h r o u g h t h e c o m p r e h e n s i v ea n a l y s i s o f g e o g r a p h i c a l ，m e t e o r o l o g i c a l a n d h y d r o l o g i c a l ，s h i pt r a f f i c ，n a v i g a t i o nd e n s i t yc h a r a c t e r i s t i c si nt h eb o h a is e aa e r o ，n i n e k e ya r e a sw a se s t a b lis h e di nb o h a is e av o y a g e i no r d e rt ok n o wt h es e c u r i t ys i t u a t i o nw e l l ，b a s e do nt h ea n a l y s i so ft h em a r i n e e n v i r o n m e n to ft h eb o h a ib a ya n dt h er e l e v a n tf a c t o r sa f f e c t i n gt h es a f e t yo fn a v i g a t i o n i nr e f e r e n c ew i t ht h es h i p p i n gs a f e t ys c i e n c e ，m a r i n et r a f f i ce n g i n e e r i n gt h e o r ya n dt h e r e s e a r c hr e s u l t sa n dp r a c t i c a le x p e r i e n c eo ft h ee x p e r t sa n ds c h o l a r si nm a r i t i m ei n d u s t r y , m a r i n ea n de n v i r o n m e n t a lf a c t o r sa f f e c t i n g a n ds u m m a r i z e d a n dt h ec o m p r e h e n s i v e t h es a f en a v i g a t i o no fs h i p sw e r ea n a l y z e d e v a l u a t i o ni n d e xs y s t e mw i t ht h r e ef l o o r s c o v e r i n gm a n e u v e r a b i l i t ya n ds t a b i l i t ya n di n s t r u m e n t a t i o na n ds oo nw a se s t a b l i s h e d a f t e rc a r e f u ls c r e e n i n ge v a l u a t i o ni n d e x a n a l y t i ch i e r a r c h yp r o c e s s ( a h p ) i su s e dt o d e t e r m i n et h ew e i g h to fe a c hi n d e xf o u n dt h ew h i t e n i n gw e i g h tf u n c t i o no ft h ev a r i o u s i n d i c a t o r sb a s e do nt h ei m p a c to ft h em e c h a n i s m ，t h eq u a n t i t a t i v ee v a l u a t i o nm o d e l c l u s t e r i n ga n a l y s i si se s t a b l i s h e dt oa s s e s st h es a f e t yo fs h i pn a v i g a t i o ni nt h eb o h a ia r e a b yt h eg r a ys y s t e mt h e o r y i nt h ee n did os o m ee x p e r i m e n t st ot e s tc o r r e c t n e s sa n d s e n s i t i v i t yo ft h em o d e l ，t h ec o n c l u s i o ni st h em o d l ei sr e l i a b l ea n ds e n s i t i v e t h ee s t a b l i s h m e n to ft h em o d e lw i l lp r o v i d et h em e t h o da n db a s i sf o r ju d g i n gt h e s a f e t yd e g r e eo fn a v i g a t i o na n da l s op r o v i d eas c i e n t i f i cb a s i sa n dr e f e r e n c ef o rd e c i s i o n e nt h es a f e t y v i e wo ft h e s t e mt h e o r y 录 录 第1 章绪论1 1 1 研究渤海海域关键区域船舶航行安全的目的和意义1 1 2 国内外船舶航行安全研究状况2 1 3 国内对渤海海域航行安全的研究状况4 1 4 本文的主要工作5 第2 章渤海海域航行环境及渤海海域关键区6 2 1 渤海海域航行环境概况6 2 1 1 地理概况6 2 1 2 水文概况7 2 1 3 气象概况8 2 1 4 相关交通规则及设施概况9 2 1 5 船舶交通状况、通航密度lo 2 2 渤海海域关键区域12 第3 章渤海海域关键区域航行安全的相关因素1 8 3 1 船舶因素1 8 3 1 1 操纵性能1 8 3 1 2 船舶大小2 0 3 1 3 设备仪表2 1 3 1 4 船龄2 2 3 1 5 稳性因素2 3 3 2 环境因素2 8 3 2 1 地理因素2 8 3 2 2 气象因素2 9 3 2 3 水文因素3 0 3 2 4 船舶交通状况、通航密度31 3 2 5 交通规则31 3 2 6 安全设施3l 第4 章航行安全评价模型的建立3 3 4 4 3 获取航行安全评价各指标的白化权函数4 2 4 4 4 计算灰色评价系数5 4 4 4 5 综合评价5 4 第5 章评价模型的校验与应用5 6 5 1 关键区实船校验5 6 5 1 1 对“祥龙8 号 轮航经渤海关键区域5 区的检验5 6 5 1 2 对荣翔3 轮航经渤海关键区域8 区的检验5 8 5 2 对比试验一6 0 5 3 模型检验结论6 3 第6 章对航行安全管理的建议6 4 第7 章结束语6 7 参考文献6 9 致谢7 1 3 4 5 5 8 0 o l 2 3 3 3 3 3 4 4 4 4 渤海海域关键区域船舶航行安全分析 第1 章绪论 1 1 研究渤海海域关键区域船舶航行安全的目的和意义 渤海位于我国海区的最北部，深入大陆内部，由山东半岛和辽东半岛呈拱形 环抱，西濒河北省、天津市，东以老铁山西角和蓬莱头连线与黄海分界，为我国 内海【1 1 。三湾一峡及中央盆地的水面构成渤海海域，该海域海岸线长，沿岸良港众 多。由于渤海海域的海上航线可以沟通辽东半岛、胶东半岛，可以连接华北、华 东两地，地理位置优越，所以这一海域从来都是最繁忙的交通区域之一。就山东 海事局的海上统计资料显示，2 0 1 0 年在成山头附近海域船舶流量达1 1 8 万艘次， 同比2 0 0 9 年上升4 9 ，长山水道船舶流量达4 2 万艘次，同比2 0 0 9 年上升3 1 7 t 引。 “十一五期间，成山头水域船舶流量达5 3 4 9 2 5 艘次，较“十五”期间船舶流量 增加4 8 ，长山水道船舶流量达1 7 6 9 7 2 艘次，较“十五”期间船舶流量增加9 2 i 引。 资料显示的信息非常明确，随着环渤海地区经济的发展，环渤海区域港口群发展 迅猛，港口吞吐能力增加，渤海海域通航繁忙状况在加剧。 但是由于渤海海域的通行条件复杂，在渤海海域航行，常常会遇到较大的风 流和海浪，随着船舶数量的增多，通航密度加大，加上值班人员有时候对水深地 理判断不当，船舶会面临一定的威胁，造成这一海域也是我国海上事故多发的区 域之一。其中，我国建国以来最严重的一起特大海难事故“1 9 9 9 年1 1 月2 4 同大 舜轮沉没 事故就发生在这一海域，在该事故中，直接经济损失9 0 0 0 力，死亡失 踪2 8 4 人。发生在这一带海域的大的海难事故还有：1 9 9 9 年1 0 月1 7 日在大连港 南3 0nm i l e 风浪中大倾角转向起火沉没的“盛鲁”轮，经济损失3 5 0 0 力，2 人失 踪；2 0 0 1 年1 0 月2 8 日恶劣天气下起火爆炸沉没的“通惠 轮，死亡3 4 人；2 0 0 3 年2 月2 7 日，失控沉没的“辽旅渡7 ”轮，死亡失踪4 人；2 0 0 4 年1 月1 6 日， “辽海”轮沉没，损失2 5 0 0 力；2 0 0 4 年1 1 月2 6 同的“海鹭1 5 号 轮沉没，失 踪1 人；2 0 0 7 年碰撞后“金玫瑰”轮沉没；2 0 0 7 年1 0 月2 9 同大风浪后“申海1 轮”沉没；2 0 0 9 年9 月6 同大风浪后“泰和九”轮沉没；2 0 1 0 年5 月2 同，香港 籍货船“世纪之光 与利比旱亚籍货船“海胜”轮在成山头附近水域发生碰撞， 第1 章绪论 1 7 万载重吨的“世纪之光”轮沉没；2 0 1 0 年天津海事局辖区在前两个季度沉船3 艘，山东海事局辖区沉船7 艘等2 1 。这些海难事故都给人民的生命财产造成了巨大 损失。 在统计的海难事故中，大风浪下事故居多且事故区域集中在锚地附近以及渤 海海域的船舶密集区和交汇区，船舶老化、稳性不足、风暴潮、海流海浪、错误 操纵、避让失误等也是造成渤海海难事故频发的重要原因。对失事的船舶而言， 在这些因素影响下航行由于没有很好地分析本船状况和遭遇到的风浪及环境的特 点，再加上操纵不当，极易使船舶倾覆而酿成海难【3 1 。 海难事故在提醒，伴随环渤海经济发展的需要，我们必须把渤海抗灾和减少 海难的深入认识作为研究的一个重要课题。 因此，借助数学工具，从定性与定量相结合的角度对“渤海海域关键区域船 舶航行安全”课题进行分析研究，建立一套切实可行的数学模型，为船长、船舶 管理公司及海事监督部门的安全管理提供科学的参考依据，使船长在船舶航行时 对将要面临的状况心中有数，使船舶真正的安全航行，从而最大限度的减少在渤 海海域的海难事故，会具有现实的指导意义和实际的可操作性。 1 2 国内外船舶航行安全研究状况 对于航行安全的研究主要有两个分支方向：一个分支为理论研究方向，一个 分支为应用研究方向。 理论研究方向对船舶的倾覆机理研究较多，主要包括定量分析船舶的装载状 况以及风、浪、流程度与船舶稳性的关系，国内外从事这方面研究的专家学者甚 多，成果也很多【4 】 【10 1 。 w e n d e l 研究了船舶遭受随浪作用时波峰在船中部时的船舶复原力矩损失，并 给出了复原力矩损失量的计算方法。经过a m d t 和r o d e n 和p a u l l i n g 等人对该方法 的修币发展，推导出一组计算公式。m a r t i n 和k u 提出了用直接法来处理横浪一 横风中和随浪航行时船舶稳性。k u r e 和b a n g 对斜浪中的稳性问题进行研究，把斜 浪分解成两个分量：一个分量看成是船舶左右舷引起的压力差，另一个分量按随浪 来计算，于是把斜浪的影响转化为波浪扰动力矩来研究。通过大比尺船模试验， 渤海海域关键区域船舶航行安全分析 以及时域模拟分析方法，p a u l l i l l g 等人发现了尾随浪情况下的一些船舶的倾覆机 理。m a s a m ih a m a m o t o 和a b d u lm u n i f 提出了考虑在在尾斜浪中初稳性高度变化导 致船舶倾覆的一种数学模型。d e n i s 和p i e r s o n 开创了用概率统计方法研究船舶随 机稳性方面的思路，随着非线性动力学的发展，许多学者开始利用非线性理论进 行船舶倾覆理论的研究，英国的r o b e r t s 利用m a r k o v 过程和随机平均法研究了不 规则波浪中船舶非线性横摇的随机理论，他还研究了确定船舶稳性的横摇运动概 率模型。加拿大的h a d d a r a 应用功率谱研究非线性横摇运动。n e k r a s o v 研究了船 舶非线性横摇运动的稳定性，讨论了随机风浪激励下的船舶倾覆的基本机理1 4 j 。近 年来，己经有人开始尝试利用神经模糊网络技术，对船舶在波浪中的稳性变化进 行动态仿真模拟。国内的专家对这方面的研究有：董艳秋等专家采用瞬时湿表面 的时域分析法，研究波浪中的船舶横摇稳性【5 】；林焰等研究船舶在规则波浪中运动 的稳性，求解出船舶运动响应；并讨论了船舶横摇与垂荡运动频率、最大横摇角 和波浪要素对稳性曲线g z 的影响以及流体动压力对稳性曲线的修正，为计算船舶 在随浪中的稳性提供了一种方法【6 】。孔祥金等人提出了一种尾斜浪中复原力矩的计 算方法，用一艘船模作了尾斜浪中半约束船模的稳性试验，验证了理论计算的正 确性1 7 j 。刘家新等讨论船舶非线性横摇运动的大倾角稳性问题，提出了稳性衡准指 标，并验证了计算衡准方法的可靠性和实用性1 8 j 。 综合应用方向，把航行安全作为一个系统，结合在这一领域的理论研究成果 且充分考虑专家及统计结果的综合研究。在这一领域，很多的不确定性系统理论 被广泛应用，这些理论包括：模糊数学推理理论、灰色系统理论、粗糙集理论等。 专业著述主要有：我国沿海港口船舶交通管理系统等级划分的研究是较早应 用模糊推理的理论解决水上交通安全管理问题的研究之一b 】。在2 0 世纪9 0 年 代，模糊推理理论在评价船舶安全状态中得到更为广泛的应用，主要应用于对船 员适任程度的评价，对船舶某一系统的安全评价特定水域或航道的通航危险等级 评价，某些管理体制是否适用于我国航运公司所进行的评价，用于对水上管理机 关的适应能力和潜在的管理能力进行评价，应用于船舶交通事故等模型划分，用 于港口航道水域操船环境危险度的综合评价等。至今，该种理论与方法还广泛地 第l 章绪论 应用于水上交通安全系统的其他方面。灰色系统理论在航运系统的应用主要表现 在以下几方面：交通事故主致因分析、水上交通事故预测及危险度的评价。另外， 灰色理论的预测方法及评价方法也在水上交通事故的预测和评价中得到了应用。 鉴于在具体的航行实践中精确繁难计算的局限性，将理论研究领域的定量研 究成果与实际航行结合起来，建立一套简便实用的模型，指导航行实践尤其必要。 1 3 国内对渤海海域航行安全的研究状况 环渤海经济在快速发展的需要，海上事故频发，人民生命财产蒙受巨大损失 时刻在提醒，对渤海抗灾减难的深入认识和研究已经成为一项十分重要的综合课 题。 1 9 9 9 年1 1 月2 4 同“大舜轮沉没”这一特大海难事故惊醒了国内航运业的专 家学者认真对待渤海海域的航行安全问题。近年内，有不少学术文章从各种不同 角度探讨渤海海域内的航行安全问题。陈立雄在其论文中从影响船舶安全的风浪 因素入手，分析了渤海海域大风的天气气候特征和引起渤海大风浪的主要天气系 统，利用计算机语言编写了渤海气象海洋环境图文显示系统软件，供驾驶员使用， 方便驾驶员随时了解渤海天气气候的变化规律和应对决策方法【1 1 1 。鲍君忠教授探 索和分析了渤海水域海难事故的成因，主要对事件中涉及的人为因素进行了详细 的分析，提出加强对海员的能力训练可有效降低海难事故【1 2 】。黄少军等分析表明 渤海海峡客滚船海难事故与大风事件关系密切【1 3 】。高维杰通过对渤海海域的交通 流分析，提出了一套对渤海以东海域定线制方案的优化【1 4 】。王志远在其硕士论文 中建立了包含船舶吃水、风级、风舷角、初稳性高度、初始横倾角、船舶减摇效 率等影响船舶稳性的指标体系，利用模糊评判的数学方法，用量化评价模型对客 滚的船航行安全进行评估【l 引。 从以上的总结可以看到，渤海海域内船舶的航行安全确实已经引起了人们足 够的重视，但是纵观以上的成果我们可以看到，专家学者对渤海海域内航行安全 方面的关注角度还有所欠缺。 海上交通工程学认为：船舶安全事件是由组成安全系统中的“人一机环境” 要素各种致因条件会合、相互叠加作用造成的，是由人的不安全行为、物的不安 渤海海域关键区域船舶航行安全分析 全状态及环境的激励造成的【1 6 】。单纯关注人的因素、环境的因素或船舶的因素得 出的结果在应用时必然会有诸多的不便。 所以从实际出发，建立一套包含多因素的安全评价模型尤其必要，本文选择 了在航行中影响安全的客观因素( 包括船舶因素和航行环境因素) 作为研究对象， 意在提醒进入渤海海域航行前船长及驾驶员需注意的客观条件，在航行实践中对 所经航区的危险程度要有足够的准备，保证航行安全。 1 4 本文的主要工作 l 、使用渤海海区的航行资料以及相关的研究成果，对渤海海区的航行环境进 行归纳总结，以供航运安全管理人员决策参考使用。 2 、分析渤海海域航行资料，确定航行安全性的关键区域。 3 、通过分析研究影响船舶航行安全的因素，确定评价渤海海域船舶航行安全 的评价指标体系。 4 、采用层次分析法确定了各评价指标的权重。 5 、利用灰色系统理论建立了航行安全客观因素的评价模型，并对模型进行验 证。 6 、结合模型运算，给出了在渤海海域航行的船舶安全管理的一些启示和建议。 第2 章 渤海海域航行环境及渤海海域关键区 第2 章渤海海域航行环境及渤海海域关键区 渤海海域独特的地理位置形成了该海域独特的水文、气象特征，造成船舶交 通状况、通航密度特征明显，安全设施的设置以及交通规则关注甚多。这种独特 的航行环境造成船舶在渤海内航行时，规律性的出现一些安全状况相对不良的区 域，海上交通事故多发。 2 1 渤海海域航行环境概况 2 1 1 地理概况 渤海位于中国海区的最北部，深入我国大陆内部，由山东半岛和辽东半岛呈 拱形环抱，西濒河北省、天津市，东以老铁山西角和蓬莱头连线与黄海分界，为 我国内海。东北至西南纵长约4 8 0k m ，东西最宽约3 0 0k m ，面积7 7 万k m 2 【1 7 】。 渤海沿岸，除山东、辽东半岛多悬崖峭壁外，大部分海岸均为平缓的泥岸和 沙岸，沙岸多浅滩，岸上缺乏明显目标，少良港和避风锚地；老铁山至普兰店地 段的山脉多逼近海岸，白普兰店以北沿岸以沙岸为主；渤海西北岸自辽河口至蓬 莱头多为沙岸【1 7 - 1 引。 渤海海底地形比较平坦，由西北向东南平缓地倾斜。中部水深2 0m 3 0m ，渤 海海峡水深1 5m 一7 8m 。沿岸附近水深较浅，河口附近的水深更浅，从1 0m 等深 线看：鸭绿江口黄河口附近距岸约1 0nm i l e ，山东半岛的北侧及东侧，几乎贴近 岸边，山东半岛南侧一般距岸2 8nm i l e 。海区内浅滩和礁石一般都分布在沿岸附 近，渤海海底底质大部分为细粉沙，河口附近为泥沙【1 7 - 18 1 。 渤海岛屿多分布在沿岸多山地段的近海，在各港口附近有零星分布，除渤海 海峡的庙岛群岛外，沿岸很少小岛，庙岛群岛成南北走向，纵列于渤海海峡偏南 三分之二的海面上，从北向南共3 2nm i l e ，由3 2 个岛屿及礁岩组成【1 7 - 18 1 。 渤海海峡介于辽东半岛的老铁山西角与山东半岛的蓬莱头之间，宽7 5nm i l e ， 水深1 5m 一8 6m ，是进出渤海的水上通道，庙岛群岛把渤海海峡分成多条水道和航 门，其中允许商船通航的只有老铁山水道、长山水道，其他航门不允许商船通行。 渤海海域关键区域船舶航行安全分析 我国最北部海域，四面环绕陆地，只有渤海海峡与黄海沟通， 水文情况比较特殊，下面主要从对航行影响较大的冰情、海流、潮汐、风暴潮、 潮流等方面对渤海海域的水文资料进行总结。 l 、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，持续到次年2 月下旬或3 月上、中旬开始融化，逐渐消失。海冰主要出现在莱州湾、渤海湾和 辽东湾。冰情南部轻，北部重，外海和深水区轻，岸边、河口和浅滩处重，辽东 湾冰情最严重，冰情严重年份，流冰量多到1 0 成，且连成大片，厚度可达到2 0c m ， 随风、浪、海流漂移的流冰，对船舶影响较大，破坏力大。冰期船舶航行于该海 域，应注意防范【17 1 。 2 、海流 渤海海区的风生流冬季强而夏季弱，平均流速为风速的2 5 。，一般j x l 吹去 的方向偏右1 5 。2 0 。是风生流的流向，影响深度一般为1 0m ，最大2 0 3 0m 。渤 海海区的海流除了表层因受风的影响而形成的风生流外，还有由沿岸流和黄海暖 流两个系统组成的环流。冬季，在偏北风的作用下这两支海流都会得到加强，海 流厚度大。夏季厚度薄，流动减弱。流场比较紊乱，其主要原因是由于风的影响 使表层流向多变。渤海海峡始终有环流，流向北进南出，流速夏强冬弱1 7 郴】。 3 、潮汐 渤海海域位于太平洋边缘，潮振动主要为太平洋传入潮波所引起的谐振动1 8 l 。 沿岸多属不j 下规半同潮，烟台、大连港附近均为规则半日潮，娘娘庙附近、大清 河口至人造河口等沿岸为不正规同潮；新立屯至秦皇岛港沿岸为正规日潮。塘沽 以南至大青河口、龙口至蓬莱等沿岸为正规半同潮。从渤海平均潮差看，渤海海 域的平均潮差的季节变化不明显，除处于湾顶的塘沽和营口外有o 5 5m 和o 3 5m ， 其他都在0 2m 以内，以辽东湾沿岸的平均潮差最大渤海湾次之。平均潮差的最大 值一般出现在秋季或春季，最小值出现在冬季或夏季；但平均潮差的季节变化不 明显，平均潮差以8 月或9 月最大，1 2 月或1 月最小，但秦皇岛例外，秦皇岛7 第2 章渤海海域航行环境及渤海海域关键区 月最大，5 月最小【1 7 - 18 1 。 4 、风暴潮 风暴潮又称风暴海啸，是指海面在风暴强迫力场作用下偏离于正常天文潮的 异常升高或降低的现象，会使航道和港湾的水位大增或大减，对船舶的进出港和 离、靠泊操纵的安全均有一定的影响。渤海海区的渤海湾沿岸、莱州湾沿岸，是 风暴潮较多的海区。渤海沿岸的风暴潮多集中于冬春两季。 5 、潮流 渤海海区由于水浅，海区潮流的流速大约相当于海流的1 0 倍，潮流对船舶的 影响要比海流大得多。登州头、秦争岛及葫芦岛附近为2 5 3l ( 1 1 ，老铁山附近最大 流速近岸可达6 2 5k n t l7 1 。过往船只应注意其对航行安全的影响。渤海沿岸多属不 规则半日潮流。辽东湾、渤海湾和莱州湾西部为规则半同潮流，渤海海峡中部至 威海沿岸多属不规则全同潮流，其中烟台东北附近海域为规则全日潮流，渤海其 它海域为不规则半日潮流。在渤海海域，一般在近岸及海峡、水道、港湾等狭窄 处，因受地形限制潮流多为往复流。而在外海，则多为回转流，即流向流速不断 改变。每一潮汐周期，一般是顺时针方向回转一周。 2 1 3 气象概况 渤海海域处北纬3 7 。一4 5 。范围，气象因素符合较典型温带海洋气候，以下主 要从对航行影响较大的风、雾、海浪方面进行综述。 产生渤海海域大风的主要天气系统有强冷空气或寒潮、温带气旋( 锋面气旋) 、 热带气旋和强对流天气系统。季风特征明显，冬季风盛行期约6 个月( 从1 0 月份 到次年3 月) ，主要是风向稳定的西北风，风力较强；5 8 月份为夏季风的盛行时 期，以偏南的东南风为主，风向不太稳，风力较弱，但东南季风的特征不太明显。 4 、9 月份为冬、夏季风期之间的过渡期，由冬到夏的过渡期稍长，由夏到冬的转 变则比较快。风力分布北部海域大于南部海域，远海大于沿岸，渤海海峡风力较 大，而西部沿岸较小，渤海海峡是有名的大风地带，在同一天气系统的影响下， 风力比其他地区大1 。2 级，应该引起海上航行的警惕。 海雾是影响渤海海区能见度的主要因素。3 7 月为渤海海域的雾季，海雾3 月 月份最多。 较小；风浪为主，涌浪 次之，风浪的波长和周期较短。春季( 2 4 月) ，海区内偏北风逐渐减弱，偏南风开 始增多，各向风浪均能出现，但以偏南向风浪居多：夏季( 5 7 月) ，海区盛行东南 风，风浪中东南向j x l 浪较多，涌浪多为东向涌浪；秋季( 8 1 0 月) ，海区东南风逐 渐减弱，偏北风开始影响本区，风浪中东北向到西北向风浪多，涌浪增多，东向、 北向、西北向涌浪均有：冬季o o 月到次年3 月) ，以偏北向风浪为主。 2 1 4 相关交通规则及设施概况 l 、相关规则及主要航路 渤海海域是交通十分繁忙的水域，为了保障渤海海域船舶航行有序、高效、 畅通，交通部制定了一系列航行规定：北方沿海定线分道航行办法、成山角水域 船舶定线规定、成山角水域船舶动态报告规定、长山水道交通管理规定、大连港 大三山水道通航分割制、老铁山水道分道通航制。航行于该海域的船舶应严格遵 守海区中的分道通航制以及有关航行规定，注意避丌禁航水道及禁航区。 渤海水域主要航路有老铁山水道至营口港航路、老铁山水道至秦皇岛航路、 白天津新港驶出渤海航路、龙口至秦阜岛航路、秦阜岛至营口航路、天津新港至 秦皂岛航路、老铁山水道至京唐港航路、老铁山水道至黄骅港航路、黄骤港至营 口航路、曹妃甸至龙口港航路。烟台至大连航路、威海至大连航路、成山头至老 铁山航路、成山头至大竹山航路、老铁山水道航路、长山水道航路、老铁山水道 至威海航线、蓬莱港至大连港航线、蓬莱港至成山角航线、成山角至大连港航线 等。此外，本海域还有往来于渤海各港与韩国、朝鲜、日本等国家的国际航线。 2 、相关设施 渤海海区的人工助航标志，经过历年来的建设，已f 1 趋完善，为船舶航行、 锚泊提供了有利的助航条件。在主要港口以及船舶经常航行的海区，均已建有比 较完备的视觉助航设施( 水上灯浮、灯船、浮标、陆上灯塔、灯桩、导标等) 。该海 区主要的助航标志有：老铁山西角灯塔、屺姆角灯塔、唐山港灯塔、曹妃甸灯塔、 大沽灯塔等灯塔及地标约3 0 余个，可用于助航【1 7 1 引。 第2 章渤海海域航行环境及渤海海域关键区 渤海沿岸港湾锚地众多，主要的良好避风锚地分布在海洋岛湾、大连湾、烟 台湾、威海湾、荣成湾、石岛湾、胶州湾。驶入锚地避风应按规定报告。 油田在渤海海区的分布很广，该水域石油平台大约有1 0 余个，大量分布的石 油平台对船舶航行必然产生不利影响【1 7 18 1 。 渤海海区内有许多养殖区和渔场，包括山海关船厂附近养殖区、南戴河及北 戴河海域养殖区、黄骅水域养殖区、南长山岛东侧在长山水道交通管理规定规定 的航道南侧现有大面积养殖区、褚岛北方养殖实验区、渤海湾渔场、辽东湾渔场、 莱州湾渔场、滦河口渔场。渔场每年7 月1 日至8 月3 1 日禁止底拖网作业。 渤海海区的军事禁航区：1 ) 以老铁山灯塔为圆心、1 0nm i l e 为半径形成的弧 线与陆上3 点连线所围成的水域内：2 ) 以北城煌岛为基点、71 3m i l e 为半径所划 的区域内，禁止国内外商船航行；3 ) 辽东湾商船禁航区：4 ) 乐亭高炮靶场( 位 于滦河口南部海域) 为中心，半径2 5k m 区域，演习期间，禁止无关船只进入； 航行时应绕丌这些区域。 2 1 5 船舶交通状况、通航密度 经过对近年来本海区的a i s 数据资料进行按周、按月、按年分析，得出以下 图2 12 0 0 7 年全年船舶航迹图【2 0 】 f i 9 2 1 a l ls h i p s t r a c ki n2 0 0 7 1 2 0 l 通流特征。 各流向上的船舶交通流 量有所变化，但是，由成山角一老铁山水道的东西向船舶交通流、成山角一长山 水道的东西向船舶交通流和大连港一烟台港的南北向交通流形成的3 个主要的船 舶交通流汇聚区明显存在于各张航迹图中。渤海的大部分水域被船舶航迹覆盖【2 们。 图2 22 0 0 7 年全年渤海海峡交通流模式图【1 4 】 f i g2 2t r a f f i cf l o wd i a g r a mo fb o h a is t r a i ti n2 0 0 7 4 1 2 、船舶航迹形成以长山水道、老铁山水道、龙口港、潍坊港、黄骅港、天津 港、京唐港、秦皇岛港、锦州港、和营口港为主要结点的平面网络体系；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；重点通航密集水域 船舶操纵受限、船舶会遇率较高、交通型式复杂、各交通流之间分隔不明显，航 行危险度较大【2 0 1 。 3 、大型船舶的交通流主要分布在：( 1 ) 老铁山水道一秦皇岛方向；( 2 ) 老 铁山水道一天津方向；( 3 ) 老铁山水道一营口方向【2 0 1 。 4 、多张船位分布图比对结果，船舶密集区除了各港口附近水域外，天津港至 第2 章渤海海域航行环境及渤海海域关键区 曹妃甸附近水域和老铁山水道附近、老铁山至成山头航路的船舶密度大【2 0 】。 5 、时间序列的船位分布图比对结果显示：船舶流量增加迅速。 6 、船舶类型分析表明：域内作业的油船、危险品船比例较大，存在渔业捕捞、 养殖业与商船航行的矛盾【2 0 】。 图2 3 渤海水域内的船位分布【2 0 1 f i g 2 3t h ed i s t r i b u t i o no fs h i p s l o c a t i o ni nb o h a is e a 【2 0 l 2 2 渤海海域关键区域 美国管理学家彼得在他著名的木桶理论中提到：当组成木桶的木板长短不 时，木桶能够盛水的体积不是取决与木板的平均长度，而是取决于最短的那块木 板的长度。这说明当构成一个组织系统的各个部分优劣不齐时，劣势部分会成为 决定整个组织水平的关键因素。 船舶在渤海海域航行，把航行安全作为组织目标，存在有许多安全状况相对不 良的区域。这些安全状况相对不良的区域形成原因是多方面的。 口吞吐量及排位的统计 达2 0 0 0 多条，泊位总 数已经达到5 0 0 多个，上世纪9 0 年代初在海上半天遇不到一条船的情景一去不返 了，现在航行时雷达上面的物标更多的是船舶，而船舶交汇每个航行班都会遇到 多起。 表2 12 0 1 0 年渤海海域港口情况统计表 t a b 2 1s i t u a t i o nr u b l eo fb o h a is e ap o di n2 010 2 、渤海海域两侧辽东半岛和山东半岛间物流发展，人员输送。大连港到烟台 和威海因为水路距离是陆地距离的六分之一，所以成为两个半岛的黄金交通枢纽， 目前有普陀岛、海洋岛、海燕、海鸥、葫芦岛、万荣岛、棒槌岛、长兴岛、新生 生、万通海、龙兴岛等客轮或客滚船，旅客吞吐量达到4 0 0 万人次。这些船舶的 航线和老铁山水道、长山水道航线以及各沿海港口进出港船舶、沿岸航行船舶、 渔船等形成交叉，航行态势和避让情况比较复杂。客运船舶航速快、要求旅客舒 第2 章渤海海域航行环境及渤海海域关键区 适度，尽量减少航向和航速的剧烈变化，所以避让时往往有所限制，而其他船舶 对其航线的时间段和航行位置没有更多的认识时，往往对其高速行驶所产生的避 让方案不能完全理解，会出现不符合国际避碰规则的避让方法，致使危险出现； 另外冬季西北风和东北风对客船的影响最大，曾经出现的众多船舶失事和人员伤 亡，使得这地区成为了谈之色变的区域。 3 、渤海海域工作船舶种类、数量增多。渤海海域工作船舶种类较多，数量随 着油f f l 开发、港口开发、航道疏浚、国际海上搜救、灯标维护、引航、船舶给养 供应等工作的开展，目前渤海海域建港速度加快，许多工作船密度增大，工作时 间加长，渤海海域所有锚地、航道等船舶密集区都有各种工作船舶来往穿梭，这 些船舶往往因为工作性质的原因致使避让能力下降，加之有些船舶没有配备相当 的助航设备所以经常使得进出港口、锚地抛起锚船舶或航道航行船舶或主要航线 航行船舶出现避让紧迫局面。 5 、