基于PDC的福南水道通航安全管理技术探讨(苏振飞)

基于PDC的福南水道通航安全管理技术探讨内容摘要福南水道位于长江张家港段，它是长江著名的瓶颈航段之一，具有极弯极窄的特点，是长江水上交通事故的多发地段。2010年2月8日1925时，下行的“鹏翔9”在与上行的第一条海轮安全会让后，与紧跟其上行的第二条海轮“金泰618”在福南水道54#下游碰撞，导致“鹏翔9”沉没。2012年9月12日1948时下行的“宝飞马”轮和上行第一条拟靠码头的“台塑11”轮在福南水道51#附近相撞，由于驾引人员处理得当，所幸只造成两轮轻微损伤。因此，有必要根据福南水道通航环境特点，探求解决福南水道交通安全问题的新方法。我在大学课程中对《船舶安全管理》这一课程颇感兴趣，因为对于航运业而言，航行安全一直都是最为重要的。通过对福南水道进行全面的了解与研究，明确得出这段水道发生事故概率很高的结论。而对于一个切实存在的问题，采取合适的研究理论与建模方法对于研究过程和结论的得出有着事半功倍的效果。在分析福南水道通航环境和交通安全存在的问题的基础上，根据PDC原理，探讨了基于PDC的福南水道通航安全管理的具体控制方法和关键技术，并提出了针对该水域的海事安全监管建议。关键词：福南水道；相位疏密控制；通航安全1福南水道通航环境长江水流经江阴鹅鼻嘴束窄段后，江面展宽，江心有福姜沙，洲之右侧为福南水道（长江#45浮与长江#59浮之间），水道全长约10海里，设标水深10.5米。上下口门均为交汇水域，航道呈大弧形，南岸全部建有海轮码头，54#下游有一处汽渡线，北岸是小型船舶临时停泊区，46#——52#浮之间，航道弯曲度大，3海里内连续转向达110度，并且宽窄不一，最窄的地方在48#浮仅185米，最宽在46#浮388米。图1-1福南、福中水道全图其交通条件主要表现为：（1）福南水道船舶流量大。据张家港海事局观测统计，2012年11月16日0800时至11月17日0800时，福南水道断面船舶流量总计294自然艘次[1]。（2）船舶靠离泊、小型船舶和轮渡穿越航道频繁。巫山河口、张家港河口、十字港河口内河船舶进出频繁，特别是巫山河口，高平潮时，大量内河船舶穿越航道进出河口。（3）按海事相关规定，除进福南靠码头船舶外，其他过境船舶，吃水9米及以上的可以选择通过福南水道；低于9米的应选择福北或福中水道（目前福中水道图示水深4.5米）通过。内河船舶则没有相关硬性规定，通常，空载内河船舶通过福中水道上下行；吃水大于5米的内河船则是沿福南下行，沿福北上行。2目前福南水道交通安全存在的问题（1）如果三条及以上海轮排队上行进福南水道且间距小，当第一条海轮与福中下水船会绿灯后，则由于海轮间距小，福中这条下水船后面紧跟的船会全部与这几条间距小的海轮都会绿灯，而后面的海轮船位在上行航道，这样就使得大批福中下行船舶航行在上行航道，可能与其他上行进福中的船舶造成紧迫局面。（2）在福南水道离码头的海轮，由于没有合适的空挡完成离码头的掉头操作，经常需要长时间等待，部分限定时间过槽的海轮可能会因此耽误船期。（3）在福南水道上行拟靠码头的海轮，可能由于没有合适的空挡在码头附近穿越航道而长时间慢车等待，使得后方过境海轮与此海轮间距较小，若此时前方还有下行海轮需要会让，则三条海轮会让，情况较为复杂。3基于PDC的福南水道通航安全管理设计福南水道弯曲狭窄，船舶高峰流时，船舶密度大，交叉、对驶会遇机会大为增加，如不适当控制，则会增加事故险情的几率，而采用分时段通过福南水道的方法，则又会降低其通航效率，耽误船期，实际操作也比较困难。这里尝试采用PDC对福南水道船舶交通加以控制，可以兼顾通航安全和通航效率。3．1PDC简介相位疏密控制[2]（phasedensitycontrolling，缩写为“PDC”）是由武汉理工大学程志友博士在2011年提出，其目的是解决交汇水域船舶交通冲突的问题。它具体是指根据交汇水域通航分道中船舶流间隙特征，分时交替控制主副分道船舶流间隙大小，以减小交汇水域中央船舶流密度和简化交汇水域中央穿越形式，以压降交汇水域交通冲突同时适当保护通航分道通航效率的控制方法。相位疏密控制的一般过程：根据通航分道支数，将一个周期分为若干相位；在某一个相位时段内，根据所有通航分道船舶流间隙特征，将船舶流间隙最小的通航分道确定为主分道并实施较为自由的放行措施，将其它船舶流间隙较大的所有通航分道确定为副分道并实施船舶流间隙继续扩大的放行措施，各个相位时段内采用相同的控制方法。3．2基于PDC的福南水道通航安全管理措施与技术3．2．1福南水道下口的控制福南下口水域是福南水道与福中水道汇合的区域，福中水道下行船舶须穿越福南下口主航道（45#左右通航浮——45#红浮区域）才能进入下行推荐航道，进出福南水道的船舶与福中水道下行船舶必然交叉会遇。船舶高峰流时，上行进入福南水道的海轮相对集中，而此时大量内河船舶从福中水道下行（如图3-1），故有必要进行PDC管理。由于福中水道下行的大部分内河船舶没有配备AIS，使得交通管理部门难以有效管理和提供服务，所以福南下口水域的管理重点应放在进出福南的海轮上。本节重点讨论对上行进入福南海轮的控制。长江39#浮上游，当拟进福南的海轮在Z1的最小值范围内数量达到S1及以上时，就有必要进行PDC管理，控制措施是把这些海轮进行分组排队，一组中拟靠码头的海轮排在后面（拟靠码头的海轮按码头距离从远到近的顺序排列），过境海轮排在前面，每一组都作为一个整体，依次进入福南水道，每组数量为S1，组内船舶间距为C1，组与组的间距为Z1（如图3-2），C1和Z1的大小驾引人员可在理论参考值的基础上根据实际情况灵活掌握。C1Z1图3-1福南下口船舶高峰流示意图图3-2福南下口PDC管理示意图C1的确定：要综合考虑把每组船舶作为一个整体，即福中水道下行船舶不会在组内船舶间穿行，又要考虑组内船与船之间应该保持的安全距离。根据问卷调查和专家意见，C1∈[0.35,0.45],这里C1考虑取值0.4海里作为参考。S1的确定：45#浮至44#浮航道中线距离为0.8海里，根据组内船间距离C1的大小，若每组3条，则每组长度至少为0.8海里（考虑海轮船长），那么当福中下行船舶与一组海轮中的第一条海轮进行绿灯会让后，再与第3条海轮的绿灯会遇位置可能在上行航道，就会对其他正常上行进福中水道的船舶造成威胁，所以S1考虑取2比较合适，即每组中海轮数量为2。Z1的确定：福中下行的船舶与上一组上行进福南海轮过绿灯安全会让后，要逐步进入自身的下行推荐航道，就要与下一组上行进福南水道海轮进行红灯会让，理论上讲，只要组与组之间的距离大于0.8[3]海里，谨慎操作就能避免紧迫局面的发生。确定Z1的大小，除了考虑进福南的海轮与福中下行船舶的会让外，还要考虑海轮上行进福南水道后与拟靠离码头海轮的会让以及船舶通航率的保障，即海轮在福南水道航行时，拟靠离码头的海轮不需要长时间等待。这里以在福南水道原地完成掉头操作所需时间最长的超大型船舶为依据，考虑205米船舶需要20分钟（约0.33小时）左右为参考，海轮航行速度取海轮在福南水道航行的最高限速11节为标准设计。那么组与组的间距Z1的计算公式为：Z1=VT+A（3-3）其中V——福南水道船舶航行速度，kn；T——福南水道超大型船舶完成掉头操作所需时间,h；A——安全余量,mile。则有Z1=11×0.33+A=3.67+A,安全余量A通常取0.3，Z1=3.97≈4，即组间间距Z1最小值取4海里作为参考。3．2．2福南水道航行和拟靠离码头船舶的控制（1）福南水道航行的船舶上行海轮进入福南水道后，组内船间距离C1应根据实际情况调整为C2，因为福南水道弯曲狭窄，所以要综合考虑前方船舶的突发情况和上下行海轮之间的会遇，这里综合考虑C2取0.8[3]作为参考。所以海轮排队进福南水道后，组内第二条船舶应逐步减速，与组内第一条船舶保持安全距离C2，时刻关注第一条海轮的动态。（2）福南水道拟靠离码头作业的船舶在对进福南水道船舶进行PDC管理后，通常对在福南水道靠离码头船舶不需要特别控制，但交通管理部门可以向拟靠离码头船舶通报其他相关船舶的动态，还要向相关过境海轮通报拟靠离码头船舶的动态。至于海轮离码头后与下一组上行海轮的会让地点，离码头的海轮要控制好速度，充分考虑福南水道单向控制航段。3．2．3福南水道上口的控制由于吃水9米以下的海轮会选择从福中或福北航行，而吃水9米及以上的下行重载海轮相对较少，下行进福南水道的重载海轮通常不会集中在一起。但是大量重载黄沙船会选择福南水道下行，他们通常在落潮或高潮涨末时比较集中，所以管理好福南水道下行的重载黄沙船是福南上口水域控制的关键。黄沙船下水高峰流时，应安排巡逻艇在福南上口对黄沙船进行PDC管理，具体措施是以其自然组为一组，按船间间距小于0.8海里时合并为一组，每组数量为X，间距大于等于0.8海里时，则要求增大间隙作为另一组，依次按顺序排队进福南水道，组内船舶间距以0.3～0.5为宜，组间间距为H。考虑上行拟靠码头的海轮在码头附近与一组下行黄沙船相遇的情况，若一组黄沙船数量X为6，船间间距取0.4作为参考，则此组黄沙船的队长至少为2海里，那么拟靠码头的海轮就要长时间慢车等待，既不利于上下行海轮的会让，又不利于上行海轮队列的保持，所以每组黄沙船的数量X原则上不要大于5。对于H大小的确定，需要考虑重载黄沙船进福南后，靠离码头海轮不需要长时间等待。据统计重载黄沙船的平均速度为4.5节，而取洪水期福南水道水流最高流速2.5节，则重载黄沙船最快时速度为7节，所以代入公式3-3，有H=7×0.33+0.3=2.63,取H为2.7海里，即组与组间距以2.7海里作为参考。4对海事安全监管的建议为保障福南水道通航安全，需要以张家港水上交通安全主管部门为主导，各方共同努力，相互协作，并采取相应的措施。（1）逐步引导吃水小于9米的大型重载黄沙船从福北水道下水。（2）逐步要求进福南水道的所有船舶安装AIS系统，禁止福南水道航行船舶长时间并列行驶。（3）要求上行进福南水道的海轮在39#浮核对船位。（4）禁止进出福南水道的海轮在45#左右通航浮至44黑浮之间水域会遇。（5）在福南下口水域进行PDC管理时，安排巡逻艇在福南下口协助海轮与福中下行船舶的避让。5结束语本文根据PDC原理，仅从理论上探讨了福南水道通航安全管理的方法和技术，以供参考，具体遇到的情况千变万化，还需要水上交通管理部门和驾引人员根据实际灵活处置。【参考文献】：【1】蔡文鹏；通沙汽渡水域引航风险源分析及应对策略【J】中国水运（下半月），2013【2】程志友；交汇水域船舶交通冲突作用机理及控制研究【D】武汉理工大学，2011【3】长江引航中心港口引航操作指南【M】长江引航中心：2011.【4】张琦。船舶操纵【M】。大连：大连海事大学出版社，2000.【5】蒋维清。船舶原理【M】。大连：大连海事大学出版社，1998.【6】王逢辰。船舶操纵与避碰【M】人民交通出版社，1987.