欽州港30萬噸級進港航道選線的優(yōu)選模型研究

劉錦秀 蘇煜

摘 要：本文通過一系列評價分析，采用多層次模糊優(yōu)選的方法進行航線優(yōu)選，可以在方案比較中彌補分析的主觀性，形成較客觀、嚴謹?shù)脑u價結(jié)論，為航道選線方案的最終決策提供了可信度較高的參考意見。

關(guān)鍵詞：多層次 模糊優(yōu)選 欽州港 航道選線

1.引言

欽州港現(xiàn)有10萬噸級航道已成為制約欽州港區(qū)發(fā)展的瓶頸。欽州港30萬噸級進港航道工程的建設(shè)，對發(fā)揮欽州港及廣西的區(qū)位優(yōu)勢、積極推進中國西部大開發(fā)戰(zhàn)略實施具有重要意義。如何選定一個最優(yōu)的進港航線方案，滿足技術(shù)、環(huán)境、經(jīng)濟等多目標要求，成為至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。

2.優(yōu)選法基本原理

進港航道的選線是港口航道設(shè)計的關(guān)鍵，國內(nèi)外學者對航道選線的布置設(shè)計做了大量研究。由于不同地域的水環(huán)境不同，各種因素對不同的航道選線的影響程度也是不同的。綜合航道選線方面的研究現(xiàn)狀，提供了多種分析方法、布置方案可供參考，但沒有一種完全適用于欽州港的布置方案。因此，有必要采用科學的、合適的分析方法，因地制宜，為欽州灣進港航道選線優(yōu)選布置方案。

2.1 優(yōu)選法選擇

模糊綜合評價法，用以表達事物的不確定性。其根據(jù)模糊數(shù)學的隸屬度理論把定性評價轉(zhuǎn)化為定量評價，即用模糊數(shù)學對受到多種因素制約的事物或?qū)ο笞龀鲆粋€總體的評價。

計算步驟為：①確定評價對象的因素論域②建立評價隸屬關(guān)系矩陣③確定評價因素的模糊權(quán)向量④綜合隸屬度計算，得出評價結(jié)論。

模糊綜合評價法應(yīng)用的難點之一就是如何正確合理地確定評價指標的權(quán)重，而層次分析法可以從定性到定量的綜合權(quán)重分配分析方法，將主觀意見的定性分析進行定量化，很好地解決了這個難點。

美國運籌學家薩迪（T.L.Saaty）教授于70年代初期提出了著名的層次分析法，該方法將決策問題層次化，建立問題的層次分析結(jié)構(gòu)模型，然后在各層元素之間進行兩兩對比，并構(gòu)造判斷矩陣，求出其最大特征值及其所對應(yīng)的特征向量，歸一化后，即為某一層次指標對于上一層次某相關(guān)指標的相對重要性權(quán)值。

目前，多層次多目標模糊優(yōu)選方法被不同領(lǐng)域的學者們廣泛采取，運用數(shù)學分析、決策、預(yù)報或控制提供定量的依據(jù)，適合于人的定性判斷起重要作用、決策結(jié)果難于直接精確計量的場合，是一種十分有效的系統(tǒng)分析和科學決策方法。

2.2 指標體系建立

遵循《海港總體設(shè)計規(guī)范》航道選線的原則，本文從航道設(shè)計標準的眾多影響因素中選取合適的影響因素，建立指標體系的3個關(guān)鍵指標層、 11個子指標層為：

① 自然條件F1：風U11、浪U12、流U13、礙航物U14等；

② 航道參數(shù)F2：航道長度U21、轉(zhuǎn)向角U22、轉(zhuǎn)向次數(shù)等U23；

③ 技術(shù)和經(jīng)濟F3：易挖性U31、回淤分析U32、工程量U33、疏浚土處理U34。

3.工程概況

擬建欽州港30萬噸級進港航道工程地處北部灣的欽州灣欽州港三墩外港作業(yè)區(qū)以南海域，地理坐標范圍為21°28′ N～21°33′ N，108°38′E～108°40′ E，如圖1所示。

3.1 自然條件

對依托工程的背景和概況作了簡要的介紹，綜合其自然條件分析，總結(jié)如下：

（1）氣象資料顯示，工程海域常風向與現(xiàn)有航道走向基本一致。

（2）欽州港海區(qū)除臺風影響期外，波級一般在3級（H=0.8m）以下，有利于岸線開發(fā)利用以及船舶安全航行。

（3）水文測驗資料表明，航道海域西槽為主要的輸水輸沙通道。從灣內(nèi)來的泥沙，主要通過西槽入海，而中、東槽下層則是主要“進水”通道，外海低泥沙含量的海水從中、東槽溯流而上，可阻止灣內(nèi)泥沙外排，也加速了底層水流速，可能對海底產(chǎn)生沖刷。欽州灣海域不存在大規(guī)模泥沙運動，在較強的漲落潮流作用下，工程區(qū)域無明顯泥沙沖淤，基本保持動態(tài)平衡。

（4）欽州灣海區(qū)泥沙的影響主要來自河流輸沙，由于徑流來沙很少，泥沙運動對航道影響程度有限，海相來沙更是微乎其微，對航道產(chǎn)生淤積影響較大的是在大風浪作用下沉積在兩側(cè)淺灘泥沙被掀動再次搬運與輸移，對于30萬噸級航道海域泥沙來源更少，含沙量低，因此，航道淤積也不會很大。

（5）北部灣水流動力較弱、航道沿程最大流速一般小于0.5m/s；平均橫流流速均小于0.25m/s。為節(jié)省工程投資，30萬噸級航道設(shè)計時考慮30萬噸級油輪充分利用高潮位乘潮進港，在高潮前三小時船舶由候潮錨地出發(fā)，進入航槽。由于北部灣潮汐類型為不規(guī)則全日潮，最大流速通常發(fā)生在平潮附近，隨著潮位升高，流速趨于減小，因此30萬噸級油輪在航槽航行時，橫流流速取小于0.25m/s。

3.2航道選線方案

本文選取方案一（西線）、方案二（中線）、方案三（東線）作為比選方案，其主要技術(shù)參數(shù)如表1。

4.航道選線方案的模糊優(yōu)選

4.1評價指標體系

根據(jù)航道選線優(yōu)選原理，綜合表1航道軸線方案技術(shù)參數(shù)對比表，對風、浪、流、航道長度、工程量、拋泥區(qū)6個指標，直接選用方案技術(shù)參數(shù)作特征值；對礙航物、轉(zhuǎn)向角、轉(zhuǎn)向次數(shù)、易挖性、回淤分析5個指標，對方案技術(shù)參數(shù)采用兩兩比較賦值法（bxy）進行轉(zhuǎn)換，最終形成表2。

注：bxy，即相同（賦值1）、較重要（賦值3）、重要（賦值5）、很重要（賦值7）、尤其重要（賦值9）；再在上述4個等級中進行細分，再插入一級，形成9級。

4.2 評價隸屬關(guān)系矩陣

對表2子指標特征值均為特征值越小越優(yōu)類型，為避免夸大變化范圍較小的子指標其在優(yōu)選中的作用，采用式4.1進行隸屬度轉(zhuǎn)換。

5.結(jié)語

通過應(yīng)用多層次多目標航道規(guī)劃方案模糊優(yōu)選方法對欽州港的三個航道選線方案進行優(yōu)化計算和比較，方案一的綜合隸屬度為0.645，方案二的綜合隸屬度為0.510，方案三的綜合隸屬度為0.435，較為客觀地反映出三個不同航道選線方案的相對優(yōu)屬度的排序情況，方案一優(yōu)屬度最高。此為航道選線方案比較中、環(huán)境安全評估中彌補方案分析的主觀性，為航道規(guī)劃的最終決策提供了可信度較高的參考意見。

本文采用的優(yōu)選模型，共選擇了3個關(guān)鍵指標層及11個子指標體系，指標體系相對比較片面。由于資料所限，未能融合航道通航安全論證、經(jīng)濟評價等內(nèi)容，后續(xù)此類模型選用時，可進一步分析研究。

參考文獻：

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