基于水文氣象預(yù)報的大連港船舶安全進(jìn)出港時間窗口分析

王輝，柯文文

（大連海事大學(xué)，遼寧 大連 116026）

近年來，隨著我國各個港口船舶進(jìn)出港數(shù)量日趨繁重，進(jìn)出港環(huán)境越加復(fù)雜，難度和強(qiáng)度也不斷增大。且由于極端惡劣天氣頻發(fā)，天氣因素船舶進(jìn)出港航行的影響越來越大，惡劣天氣是影響船舶正常調(diào)度的重要原因。國內(nèi)外學(xué)者對此做了大量的研究，蔡文學(xué)等[1]綜合考慮時間約束、拖輪資源、航行安全和潮汐等影響因素，建立了船舶疏散調(diào)度優(yōu)化模型。李安[2]根據(jù)船舶的大小、裝載、吃水以及所執(zhí)行的任務(wù)，探究大風(fēng)、濃霧、暴雨等天氣下船舶的安全引航的技術(shù)和措施。許長彬[3]通過研究天氣影響下船舶延誤恢復(fù)問題，提出了港口船舶延誤恢復(fù)多目標(biāo)優(yōu)化模型和基于數(shù)據(jù)挖掘的船舶進(jìn)出港時間特征費(fèi)逆襲方法。王志成[4]等針對霧天能見度較低、視線不良等影響進(jìn)出港船舶的通航安全的問題，以大連港為例提出了霧航的能見度標(biāo)準(zhǔn)、保障條件和應(yīng)急措施。

通過實(shí)際調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，港口船舶進(jìn)出港調(diào)度大多是手動排班模式和依據(jù)經(jīng)驗(yàn)的工作模式，港口水文氣象信息顯示不夠直觀，判斷安全進(jìn)出港時間時效率較低，需要在此方面進(jìn)一步研究，通過有效的數(shù)據(jù)和結(jié)論為相關(guān)人員的決策進(jìn)行支撐。

1 大連港水文氣象概況

大連港位于北 緯38°55′44″，東經(jīng)121°39′17″，其自然情況如表1所示，其中降雨、冰雹、雷暴等天氣常常伴有大風(fēng)大浪等特征，因此在模型中不單獨(dú)考慮，使用風(fēng)、浪的大小進(jìn)行風(fēng)險判斷。

表1 大連港水文氣象特征

2 大連港安全進(jìn)出港風(fēng)險等級

2.1 港口進(jìn)出港水文氣象要求

大連港引航員操作規(guī)程給出了離靠泊的氣象要求：視線≥1 海里；富余水深≥15%吃水；風(fēng)≤7 級（15米/秒）；橫浪≤1.5 米；順浪≤2.0 米，本文根據(jù)大連港水文氣象特征及大連港離靠泊氣象條件要求，將能見度、風(fēng)力、風(fēng)浪、涌浪、富裕水深作為主要影響因子進(jìn)行分析。

2.2 風(fēng)險等級劃分

風(fēng)險等級劃分方法的研究有很多，其中姜丹[5]根據(jù)國家相關(guān)法律法規(guī)、氣象部門和海事部門等相關(guān)規(guī)定確定三峽庫區(qū)復(fù)雜天氣的預(yù)警等級和評判標(biāo)準(zhǔn)；丁鋒，劉飛等[6]綜合歸納了國內(nèi)主要港口、水域的禁限航的能見度和風(fēng)力條件。本文借鑒相關(guān)思路，結(jié)合水文氣象數(shù)據(jù)，將大連港主要影響因子進(jìn)行劃分，如表2所示。

表2 主要影響因子影響等級劃分

2.3 劃分原則

船舶進(jìn)出港氣象條件等級取能見度、風(fēng)力、風(fēng)浪、涌浪、富裕水深中的最高影響等級，即：

G=（Gv，Gw，Gg，Gs，GUKC）max

其中：G 為船舶進(jìn)出港氣象條件等級；Gv為能見度因子影響等級；Gw為風(fēng)力因子影響等級；Gg為風(fēng)浪因子影響等級；GS為涌浪因子影響等級；GUKC為富余水深因子影響等級。

具體的劃分描述如表3所示，其中風(fēng)險等級為三級時，其水文氣象條件對船舶進(jìn)出港就有較大影響，建議港口工作人員結(jié)合船舶航行計(jì)劃和引航員自身情況實(shí)際判斷。風(fēng)險等級大于三級時不建議船舶進(jìn)出港。

表3 風(fēng)險等級劃分描述

3 模型建立

3.1 泊位選擇

由于大連港航道泊位眾多，且各個航道環(huán)境都有所不同。本文選取大連港三條較為經(jīng)典的航道便于船舶進(jìn)出港時間窗口模型的建立及后續(xù)分析，即石化深水航道、大連灣航道和大窯灣航道北航段，泊位地點(diǎn)如圖1所示。三個泊位全是單獨(dú)航道，不存在與其他泊位共用航道而產(chǎn)生的時間調(diào)度上的影響，具體信息如表4所示。

圖1 大連港航道圖

表4 大連港泊位信息

3.2 技術(shù)路線

模型的技術(shù)路線如圖2所示，主要功能為：①航行風(fēng)險分析：根據(jù)安全標(biāo)準(zhǔn)顯示風(fēng)險等級；②風(fēng)險因素提示：臨界狀態(tài)時，顯示具體的風(fēng)險因素；③安全窗口預(yù)報：未確定具體時間時，計(jì)算未來七天的安全通航時間窗口。

圖2 技術(shù)路線圖

3.3 輸入和輸出

3.3.1 輸入數(shù)據(jù)

模型的輸入數(shù)據(jù)由船舶基本信息、引航、航道和預(yù)計(jì)進(jìn)出港時間構(gòu)成，具體輸入信息如表5所示。其中是否引航與航道選擇為單選項(xiàng)；預(yù)計(jì)進(jìn)出港時間為選填項(xiàng)。

表5 模型輸入數(shù)據(jù)

3.3.2 輸出結(jié)果

模型可根據(jù)輸入信息的不同顯示兩種輸出結(jié)果。若未給出具體進(jìn)出港時間時，模型會調(diào)用未來7 天的逐小時水文氣象預(yù)報數(shù)據(jù)，進(jìn)行風(fēng)險等級的判斷，輸出結(jié)果如圖3所示。若給出預(yù)計(jì)進(jìn)出港時間時，模型會根據(jù)航道的具體情況，判斷改時間是否可以安全進(jìn)港。輸出的顏色為表3中描述的風(fēng)險等級，綠色和藍(lán)色可以安全進(jìn)出港；黃色為臨界狀態(tài)需根據(jù)引航員能力、船舶航行計(jì)劃等綜合考慮；橙色和紅色表示不建議進(jìn)出港。

圖3 未給出具體時間輸出數(shù)據(jù)

4 結(jié)束語

本文給出了具體的船舶進(jìn)出港時間窗口模型，可根據(jù)逐小時水文氣象預(yù)報數(shù)據(jù)預(yù)測船舶安全進(jìn)出港時間窗口，并輸出逐小時風(fēng)險等級判斷，對提高船舶經(jīng)濟(jì)和港口調(diào)度效率具有重要意義。但各個港口、航道、泊位的環(huán)境情況略有不同，在實(shí)際應(yīng)用中，需要結(jié)合具體環(huán)境對模型進(jìn)行調(diào)整。且港口水域環(huán)境復(fù)雜，本模型忽略了風(fēng)、浪、流等方向?qū)Υ斑M(jìn)出港時間的影響，在今后的工作中可進(jìn)一步細(xì)化，提高模型的準(zhǔn)確性。