劉明俊 劉佳侖 周 立

（武漢理工大學(xué)航運學(xué)院 武漢 430063）

關(guān)于錨地容量的研究主要分為靜態(tài)和動態(tài)2種方式［1－4］.目前主要采用的靜態(tài)方法是通過計算錨地的可用面積與錨泊船所占用的水域大小從而得出錨位數(shù).這種方法主要存在3個問題：（1）不同港口不同船舶到達(dá)錨地的時間節(jié)點具有不確定性，錨地的適應(yīng)性無法通過靜態(tài)計算體現(xiàn)出來；（2）不同水域不同船型在不同的風(fēng)、流作用影響下，安全錨泊的面積不同，靜態(tài)計算無法體現(xiàn)特定條件下的實際容量；（3）在不同港口不同用途錨地錨泊的船舶，占用錨地的時間具有動態(tài)隨機(jī)的特點.動態(tài)方法是根據(jù)隨機(jī)過程的相關(guān)理論，建立船舶、錨地、泊位之間的隨機(jī)服務(wù)系統(tǒng)模型，運用排隊論測算船舶等待錨位概率、排隊船舶數(shù)量、占用錨地時間、平均等待時間等參數(shù)，對錨地容量的適應(yīng)性具有較好的判斷.本文在靜態(tài)計算錨位數(shù)量的基礎(chǔ)上，對錨地容量的適應(yīng)性進(jìn)行動態(tài)分析，對三峽庫區(qū)錨地的設(shè)置現(xiàn)狀進(jìn)行全面的評價.

1 三峽庫區(qū)錨地設(shè)置現(xiàn)狀

根據(jù)三峽通航管理局公布的有關(guān)資料顯示，目前三峽大壩共設(shè)有8處待閘錨地，其中壩上6處，包括廟河應(yīng)急危險品船錨地、杉木溪化學(xué)品船待閘錨地、蘭陵溪油品船待閘錨地、沙灣錨地、仙人橋待泊錨地、曲溪停泊區(qū)水域；壩下2處，分別為樂天溪上錨地和樂天溪下錨地.錨地設(shè)置情況見表1.

表1 三峽大壩待閘錨地一覽表

2 典型錨地舉例

樂天溪錨地作為三峽大壩惟一的壩下待閘錨地，其容量直接影響到2壩間過往船舶在過閘前待閘錨泊的安全，具有鮮明的代表性，其設(shè)置現(xiàn)狀如下：（1）樂天溪上錨地.位于長江干線長江三峽開發(fā)總公司大象溪油碼頭上方200m至下馬口地方件雜貨碼頭下方700m的左岸一側(cè)之間，設(shè)置40.0m×10.0m×1.0m錨躉2艘，該錨地為船舶上行通過三峽船閘待閘錨泊?？渴褂?，兼具應(yīng)急功能.該錨地由于有礁石存在，時有錨泊船觸損險情發(fā)生，需要采取工程措施；（2）樂天溪下錨地.位于長江干線長江三峽開發(fā)總公司下岸溪水廠碼頭上方600m至樂天溪口上方300m的左岸一側(cè)之間，為船舶上行通過三峽船閘待閘錨泊區(qū)，同樣兼具應(yīng)急功能.

據(jù)統(tǒng)計，三峽船閘和葛洲壩船閘正常情況下，每天有4～8個閘次，每閘次通過6～8艘船，高峰時期葛洲壩船閘每天可以達(dá)到14個閘次.日常情況下樂天溪錨地水域壓力較小；當(dāng)2壩間風(fēng)力達(dá)6級以上、大霧及船閘檢修時，三峽船閘停止運行，此時樂天溪錨地將擔(dān)負(fù)進(jìn)入2壩間所有船舶（隊）臨時停泊或應(yīng)急錨泊的任務(wù).

3 基于《河港工程總體設(shè)計規(guī)范》的錨地容量靜態(tài)測算

根據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)計算，樂天溪上錨地規(guī)劃面積約為140 000m2，該錨地由于有礁石存在，時有錨泊船觸損險情發(fā)生，需要采取工程措施，目前暫未使用；樂天溪下錨地現(xiàn)有面積為295 500m2.

目前，樂天溪錨地以?？?00t級以上大型船舶為主，兼顧100～500t級駁船，錨泊時一般采用船首拋錨的停泊方式，根據(jù)《河港工程總體設(shè)計規(guī)范》有關(guān)規(guī)定，船舶錨泊時所需錨位面積可按下式計算：

式中：Am為錨位面積，m2；S為錨位沿水流方向長度，m，500t級以上船舶選（1.6～2.0）L，錨地水深、流速較大時取大值，反之取小值；a為錨位寬度，m，500t級以上船舶選（4.0～4.5）B，考慮拖輪通航，船大時取大值，反之取小值.

由于樂天溪水域風(fēng)流影響較大，從安全角度考慮，錨位長度與寬度參數(shù)分別取最大值2.0L和4.5B.

根據(jù)交通部近期制定的《川江及三峽庫區(qū)運輸船舶標(biāo)準(zhǔn)船型主尺度系列》并結(jié)合2壩間通航船舶流量分布情況選取代表船型見表2.

表2 三峽庫區(qū)運輸船舶代表船型尺度

根據(jù)表2所列代表船型尺度，按照錨位面積公式進(jìn)行計算，可得典型船舶錨泊面積及樂天溪錨地的錨泊能力，見表3.

表3 樂天溪錨地錨泊能力計算表

船舶錨泊面積取決于錨泊方式、錨地底質(zhì)類型、錨泊船舶尺度、船舶貨物類型、風(fēng)速和流速大小、霧況等多種因素.根據(jù)《河港工程總體設(shè)計規(guī)范》的規(guī)定：“大型駁船應(yīng)縱向交錯錨泊，縱向每隔3～4條船位留一定距離供拖船進(jìn)出之用.錨位離岸邊應(yīng)有一定的安全距離.”錨泊船進(jìn)出錨地需要留有通道，此外，船舶由于受風(fēng)流等自然條件、船舶操縱技術(shù)水平等人為因素、錨地水域范圍的不規(guī)則性，以及樂天溪下錨地附近的造船廠、滾裝碼頭等影響，錨地利用率將大幅度降低.綜合考慮各方面影響因素，將錨地利用率取值為90%，考慮錨地利用率的錨地錨泊能力見表4.

表4 考慮錨地利用率的錨地容量

根據(jù)船舶流分布統(tǒng)計結(jié)果，三峽船閘的過閘船舶尺度分布為：船長L＞100m的船舶（3 000t級以上）、60m＜L＜100m 的 船 舶（1 000～3 000t級）和L＜60m的船舶（1 000t級以下）分別占日平均流量的15%，37%和48%.船舶流量在通常情況下每天09：00～12：00，19：00～21：00時相對集中，每天06：00～07：00船舶流量相對較少.鑒于目前樂天溪上錨地尚未使用，在綜合考慮船舶分布特點及過閘船舶t級后，目前樂天溪錨地實際錨泊能力應(yīng)為

4 基于排隊論的錨地容量動態(tài)分析

錨地服務(wù)一般具有以下特點：（1）船舶到達(dá)的方式是一個一個的；（2）船舶到達(dá)是相互獨立的，即以前的到達(dá)情況對以后的到達(dá)沒有影響；（3）船舶到達(dá)雖具有隨機(jī)性，但基本服從負(fù)指數(shù)分布或泊松分布；（4）當(dāng)船舶到達(dá)而所有的錨位均被占用時，船舶只能服從“先到先服務(wù)”的原則自動加入到隊列中排隊等待；（5）船舶到達(dá)錨地是一個無限的過程，即總是有船舶不斷的到達(dá)錨地.

結(jié)合隨機(jī)服務(wù)系統(tǒng)的相關(guān)研究成果，可將船舶抵達(dá)錨地、錨泊、離開錨地的整個過程抽象成隨機(jī)服務(wù)系統(tǒng)，將船舶、泊位分別視為顧客和服務(wù)窗口進(jìn)行系統(tǒng)建模，并利用LINGO 11對系統(tǒng)進(jìn)行分析.

設(shè)船舶依次單個到達(dá)，相繼到達(dá)時間間隔服從參數(shù)為λ的負(fù)指數(shù)分布，即λ為單位時間內(nèi)到達(dá)錨地的船舶數(shù).系統(tǒng)中共有s個錨位，每個錨位的服務(wù)時間相互獨立，且服從參數(shù)為μ的負(fù)指數(shù)分布，即μ為平均的錨泊時間.當(dāng)船舶到達(dá)時，若有空閑的錨位則馬上錨泊，否則便排成一個隊列等待，等待時間為無限.

記Pn＝P｛N＝n｝（n＝0，1，2，…）為系統(tǒng)達(dá)到平穩(wěn)狀態(tài)后隊長N的概率分布，對個數(shù)為s的多錨位系統(tǒng)，有

故有n艘船正在錨泊的概率pn為

當(dāng)n≥s時，即到達(dá)錨地的船舶數(shù)大于錨位數(shù)，這時再到達(dá)的船舶必須等待，因此記船舶到達(dá)錨地需要等待的概率為

因此系統(tǒng)平穩(wěn)分布時，平均排隊長Lq為

記錨地中正在錨泊的船舶平均數(shù)為ˉs，顯然ˉs也是正被占用的錨位的平均數(shù)，故

由此得等待錨泊和正在錨泊的船舶總平均數(shù)Ls＝平均排隊的船舶數(shù)＋正在錨泊的船舶數(shù).

依據(jù)Little公式，即得平均等待時間Wq和平均錨泊時間Ws.

根據(jù)以上建立的隨機(jī)服務(wù)系統(tǒng)模型，結(jié)合樂天溪錨地現(xiàn)有泊位情況，對不同條件下的錨地容量進(jìn)行仿真計算.為了安全考慮，鑒于樂天溪上錨地暫未使用的情況，假定最多有40個泊位可以使用.目前，三峽大壩北線上行日平均過閘船舶數(shù)量約為60～80艘，預(yù)計不遠(yuǎn)將來將達(dá)到日平均過閘百艘以上.最短閘次間隔時間約為1.5h，單向通航情況下4～6h轉(zhuǎn)向一次.船舶平均通過三峽船閘需用時3.5h.GPS船舶過閘平均待閘時間為29.77h，遠(yuǎn)程申報過閘平均待閘時間為20.92h，在三峽通航管理局試行船舶動態(tài)過閘計劃后，待閘時間有所減少.三峽船閘檢修停航時間一般為1～2d.依據(jù)以上參數(shù)假定，分析樂天溪錨地目前及未來的錨地容量適應(yīng)性，具體情況見表5.樂天溪上錨地經(jīng)過炸礁清障投入使用后，樂天溪錨地總?cè)萘考s為60艘，此種情況下錨地適應(yīng)性分析見表6.

表5 錨地容量為43情況下的實驗數(shù)據(jù)

表6 錨地容量為63情況下的實驗數(shù)據(jù)

實驗中將錨位作為服務(wù)窗口，顯然錨位數(shù)與船舶到達(dá)率和船舶接待率必須滿足，即到達(dá)的船舶數(shù)量必須小于錨位每天所能服務(wù)的船舶數(shù)量，否則將導(dǎo)致隊列無限延伸，無論錨地規(guī)模大小如何都將無法滿足系統(tǒng)需要，使系統(tǒng)成為非平穩(wěn)系統(tǒng).理想情況下，在系統(tǒng)處于平穩(wěn)狀態(tài)時，樂天溪錨地容量完全能夠滿足目前過閘船舶的需要，在樂天溪上錨地投入使用后，能夠滿足未來航運的進(jìn)一步發(fā)展對待閘作業(yè)的需要［5－7］.但以上實驗中仍存在一定的不足：（1）實驗采用的錨位數(shù)來源于靜態(tài)計算，而靜態(tài)計算中對不同尺度船舶對容量的影響考慮不夠充分，有關(guān)錨地利用率的問題有待進(jìn)一步深入研究；（2）動態(tài)分析中，合理確定單位時間內(nèi)到達(dá)船舶數(shù)量及船舶錨泊時間的方法亦值得探討.

5 安全管理建議

1）根據(jù)以上錨地容量分析，就樂天溪上、下錨地而言，其容量基本滿足待閘船舶錨泊的需要，且具備一定的應(yīng)急能力，但仍建議有關(guān)部門對其水域范圍內(nèi)進(jìn)行全面的測深，精確礁石區(qū)位置，采用相應(yīng)的治理措施，如炸礁，以保障待閘船只的安全停泊，同時進(jìn)一步擴(kuò)大錨地面積，擴(kuò)大錨地容量.

2）建議有關(guān)部門對兩壩間的自然條件較好的水域進(jìn)行錨地開發(fā)可行性分析，盡快開辟新的待閘錨地：一方面適應(yīng)目前船舶大型化的發(fā)展以及日益繁榮的長江航運的需要；另一方面增大對突發(fā)情況的應(yīng)急儲備，防止因樂天溪錨地?zé)o法使用造成庫區(qū)內(nèi)無錨地可用的危險局面.

3）如因惡劣天氣、船閘維修或突發(fā)事件等原因，導(dǎo)致大壩一側(cè)錨地內(nèi)船舶數(shù)量過多時，可在船閘恢復(fù)運行后，安排待閘船舶單向雙線過閘，盡快疏導(dǎo)錨地內(nèi)積壓船舶，以策安全.

4）建議對三峽庫區(qū)內(nèi)作業(yè)船舶數(shù)量進(jìn)行合理控制，保證兩壩活動船舶在面對突發(fā)情況時有足夠的錨地進(jìn)行錨泊.

5）針對目前船舶拋錨位置隨意性較大的情況，建議有關(guān)管理部門加大監(jiān)管力度，制定相應(yīng)管理措施，對錨泊船舶根據(jù)類型、大小指定錨位，最大限度的提高錨地利用率，并確保錨泊船只的安全.

6）對進(jìn)出錨地和在錨地內(nèi)停泊的船舶進(jìn)行有效組織和監(jiān)控，為其提供有效的助航服務(wù)，以避免海損事故的發(fā)生.

7）督促錨泊船只加強(qiáng)值守，在惡劣天氣情況下，保證足夠的安全間距，并隨時備車，以策安全.

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