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碼頭作業(yè)天數(shù)分析論證方法探討——以洋口港液化天然氣碼頭裝卸作業(yè)為例*

曹兵，高清清，徐常三，高鑫鑫

(國家海洋局 南通海洋環(huán)境監(jiān)測中心站，江蘇 南通 226002)

摘要：提出了一種分析論證碼頭作業(yè)天數(shù)的新方法,綜合分析了各水文氣象因子之間的獨立性與相關性，可避免重復計算不利作業(yè)情況，充分利用可作業(yè)時間。使用南通市如東縣陽光島附近海域2012年一整年連續(xù)風、浪、能見度等實測資料，依據(jù)液化天然氣碼頭裝卸作業(yè)標準，采用新方法綜合分析碼頭可作業(yè)天數(shù)，并與常規(guī)方法進行了比較。結果顯示，新方法比常規(guī)方法更簡單，結果也更精確。同時，本文給出了2012年全年、各季的可裝卸作業(yè)天數(shù)及不利作業(yè)天數(shù)結果，供相關部門參考使用。

關鍵詞：陽光島；液化天然氣碼頭；裝卸作業(yè)；碼頭作業(yè)天數(shù)；分析論證方法

碼頭作業(yè)天數(shù)會影響碼頭裝卸能力計算與分析，因此作業(yè)天數(shù)的分析論證至關重要。碼頭作業(yè)天數(shù)的準確評估，對不同船舶在碼頭按照裝卸作業(yè)標準開展的各水文氣象要素精細化保障預報也具有一定的指導意義。

碼頭作業(yè)天數(shù)是指在自然條件下的作業(yè)天數(shù)，它等于年日歷天數(shù)減去不利自然條件下不能作業(yè)的天數(shù)[1]。影響碼頭作業(yè)的不利自然條件主要有氣象和水文兩大類，主要包括強降水、大霧、大風、雷暴、大浪、強水流等不利要素，高緯度海域還需研究冰要素。

碼頭作業(yè)天數(shù)的常規(guī)計算方法一般先計算不利作業(yè)天數(shù)，再通過年歷天數(shù)相減得到。不利作業(yè)天數(shù)往往建立在單因子不利作業(yè)要素分析基礎上，扣除不同要素影響作業(yè)的重復天數(shù)[2]，通過簡單的迭加得到。由于大風與大浪、強降水與大浪等不同要素間可能存在同時出現(xiàn)的情況，以天為計量單位簡單地進行重復天數(shù)扣除和迭加計算，仍有重復計算的可能性，使得計算結果不夠精確。另外，對于如何扣除不同要素影響作業(yè)的重復天數(shù)，JTS 165-2013《海港總體設計規(guī)范》[2]和JTS 165-5-2009《液化天然氣碼頭設計規(guī)范》[3]中亦未明確給出計算方法。

本文提出了一種分析論證碼頭作業(yè)天數(shù)的新方法，該方法使用強降水、大霧、大風、雷暴、大浪等要素逐時或每3 h一次的同步數(shù)據(jù)，進行單要素和綜合不利作業(yè)條件同步性分析。綜合研究時，這些要素中只要有1項要素在某一時刻出現(xiàn)不滿足作業(yè)標準的情況，此時刻即為不利作業(yè)時刻，否則認為該時刻滿足作業(yè)條件標準，并將這些結果記錄下來。此外，從水文氣象等要素的不穩(wěn)定性、船舶裝卸可操作性等角度出發(fā)，需滿足連續(xù)作業(yè)的最少時間為6 h，也就是說若6 h以內不滿足作業(yè)標準，則計入不可作業(yè)時間。將某一時段的可作業(yè)情況按照出現(xiàn)時長進行累計，如1/24 d，1/8 d[4-5]等，即可得到該時段的可作業(yè)天數(shù)，如一年的可作業(yè)天數(shù)或多年可作業(yè)天數(shù)的平均等結果。同時，可得單要素影響下可作業(yè)天數(shù)及不可作業(yè)天數(shù)等結果。

新方法綜合分析了各水文氣象因子之間的獨立性與相關性，避免了重復計算不利作業(yè)天數(shù)的情況，充分利用作業(yè)時間。同時更加細化可作業(yè)時間，使得計算結果更加精確，也更為合理可靠。另外，碼頭作業(yè)天數(shù)結果可直接給出，不需先進行不利作業(yè)天數(shù)計算。

本文以南通市如東縣陽光島中石油江蘇液化天然氣有限公司項目(江蘇LNG項目)專用船碼頭的作業(yè)天數(shù)為例，使用附近海域2012年一整年的風、浪、能見度等實測資料，依據(jù)船舶裝卸作業(yè)相關標準[3]條件，計算碼頭可作業(yè)天數(shù)，并與常規(guī)方法結果進行比較。同時，得出港區(qū)一年與各季節(jié)的碼頭可作業(yè)天數(shù)及不可作業(yè)天數(shù)，供作業(yè)方等部門參考使用。

1資料情況

江蘇LNG項目專用船碼頭位于南通市如東縣洋口港(陽光島北側)，見圖1，碼頭可?？渴澜缟献畲蟮?6.7萬m3LNG運輸船。

本文所用資料來源于國家海洋局洋口港海洋環(huán)境監(jiān)測站，其中能見度、風等資料使用洋口港岸基站實測數(shù)據(jù)；海浪資料使用陽光島東南側2 km處的多參數(shù)浮標(SZF2-1A型，直徑3 m)、陽光島東南側17 km處“浪龍”波浪儀以及陽光島東側40 km處的大型水文氣象浮標(FZF20-3型，直徑10 m)實測數(shù)據(jù)；表層海流資料使用陽光島北側2 km處遙測波浪浮標(SBF3-2型，直徑1 m)實測數(shù)據(jù)。

洋口港岸基站的資料使用時段為2012年一整年；“浪龍”波浪儀資料使用時段為2012-01—08；SZF2-1A型浮標資料使用時段為2012-09—10；FZF20-3型浮標資料使用時段為2012-11—12；所有資料均為逐時同步數(shù)據(jù)；由于SBF3-2型波流浮標在2011-12丟失，因此海流資料只能使用2011-08—11時間段的實測資料。

圖1　碼頭所在海域及測站位置示意圖Fig.1　Locations of the LNG Terminal and the observation stations

2不利作業(yè)標準及統(tǒng)計方法討論

2.1　不利作業(yè)標準討論

根據(jù)JTS 165-5-2009 《液化天然氣碼頭設計規(guī)范》[3]中關于“作業(yè)條件”的規(guī)定，碼頭全年可作業(yè)天數(shù)應根據(jù)設計船型，綜合分析液化天然氣船舶進出港航行、靠泊、裝卸、系泊和離泊全過程的有關氣象、水文條件確定。碼頭最長連續(xù)一次不可作業(yè)天數(shù)不宜超過5 d。

由于液化天然氣船舶裝卸作業(yè)標準相對較高，因此本文以總艙容80 000 m3以上的液化天然氣船舶裝卸作業(yè)過程為例，進行作業(yè)天數(shù)討論，其他作業(yè)過程類似，本文不做闡述。裝卸作業(yè)過程允許的風速、波高、能見度和流速應符合表1的規(guī)定。

表1　液化天然氣船舶裝卸作業(yè)條件標準

表1中，橫浪指與船舶的夾角≥15°的波浪，<15°的為順浪；橫流指與船舶的夾角≥15°的水流，<15°的為順流。

根據(jù)碼頭布局，基本以東-西向為碼頭軸線方向，因此定90°(設正北方向為0°，順時針轉動為正)與270°作為船舶的主軸方向，由此可得在(75°，105°)和(255°，285°)為順浪和順流向，其余各向均為橫浪和橫流向。

2.2　統(tǒng)計方法討論

由于碼頭前沿缺乏長期連續(xù)的海流觀測資料，因此給海流對作業(yè)天數(shù)的影響分析帶來一定的困難。經過對2011-08-11洋口港北側SBF3-2型波流浮標(圖1)獲得的海流數(shù)據(jù)進行分析，此處海流為往復流形態(tài)，海流的主流向接近90°~ 270°，即接近東-西走向，與碼頭布局軸線接近。同時，對于順流方向的表層海流均未發(fā)現(xiàn)超過2.0 m/s的數(shù)據(jù)，而此時段為洋口港附近海域潮差最大的季節(jié)。由此可見，碼頭前沿出現(xiàn)不利作業(yè)的海流情況較少，也可暫不分析海流對船舶裝卸作業(yè)的影響。

通過以上分析可知，在統(tǒng)計不利作業(yè)情況時，應主要研究能見度、風速、波浪三個要素。

本文將能見度、風速、波浪(浪向、浪高)三個要素共4列數(shù)據(jù)按逐時排序，可形成數(shù)組A(1~8 784，1~4)(二維數(shù)組，共8 784行，共4列)，如表2所示。按照表1標準，逐時逐要素進行判定，并將判定結果放入判定數(shù)組B(1~8 784，1)、B(1~8 784，2)、B(1~8 784，3)(均為二維數(shù)組，共8 784行，各1列)三列中，如表3所示。只要3個要素之一出現(xiàn)不滿足標準的情況，該時刻即為不可作業(yè)，否則認為該時刻滿足作業(yè)條件標準，將判定結果放入判定數(shù)組B(1~8 784，4)列中。將判定數(shù)組按列累計，并滿足連續(xù)作業(yè)的最少時間6 h，即可得到按單要素統(tǒng)計及綜合分析的可作業(yè)次數(shù)，放入數(shù)組C(1，1~4)中(表3)。每個時刻可按1/24 d進行折算，即可得到各單要素及綜合分析的可作業(yè)天數(shù)及不利作業(yè)天數(shù)的結果。

表2　各要素判定數(shù)組

注：“…”為逐時對應的各判定要素數(shù)組

表3　各要素判定結果數(shù)組

注：“…”為逐時對應的各判定要素數(shù)組

3結果討論

3.1　常規(guī)方法結果

常規(guī)方法以1 d內出現(xiàn)1次不滿足作業(yè)條件的情況，計當天為不利作業(yè)的日期，再扣除不同因素影響作業(yè)的重復天數(shù)，即得到碼頭不利作業(yè)天數(shù)(表4)。

1)霧日

能見度<1 km的不利作業(yè)天數(shù)1 a內共計81 d。生產中，霧散去后即可作業(yè)，按照低能見度出現(xiàn)的小時數(shù)來計，能見度<1 km的小時數(shù)總計為308 h，約合12.8 d。

2)大風

日最大風速≥15 m/s的大風不利作業(yè)天數(shù)1 a內共計24 d。

3)大浪

橫浪>1.2 m或順浪>1.5 m的大浪不利作業(yè)天數(shù)1 a內共計59 d。

4)計算結果

由于該海域大風與大浪可能同時出現(xiàn)，通過查找大風與大浪同時發(fā)生的日期可知，大風大浪同一天發(fā)生的天數(shù)共11 d。能見度為獨立因子，因此大霧與大風、大浪的影響要素不進行重復計算。由此，可以得到常規(guī)方法不利作業(yè)天數(shù)累計85 d，可作業(yè)天數(shù)為281 d。

表4　LNG船舶裝卸作業(yè)不利作業(yè)天數(shù)及作業(yè)天數(shù)結果(d)

3.2　新方法結果

由于所用資料為逐時數(shù)據(jù)，每出現(xiàn)一次滿足或不滿足作業(yè)條件的情況，本文以1/24 d折算，同時滿足連續(xù)作業(yè)6 h的最少時間。由此，作業(yè)天數(shù)及不利作業(yè)天數(shù)則按照本文提出的新方法可直接給出(表4)。

1)霧日

能見度>1 km的可作業(yè)天數(shù)1 a內共計351.2 d；能見度<1 km的不可作業(yè)天數(shù)共計14.8 d。

2)大風

風速≤15 m/s的可作業(yè)天數(shù)1 a年共計361.2 d；風速≥15 m/s的大風不利作業(yè)天數(shù)1 a內共計4.8 d。

3)大浪

橫浪≤1.2 m或順浪≤1.5 m的可作業(yè)天數(shù)1 a內共計307.1 d；橫浪>1.2 m或順浪>1.5 m的大浪不利作業(yè)天數(shù)1 a內共計58.9 d。

4)計算結果

由新方法統(tǒng)計給出1 a內碼頭可作業(yè)天數(shù)為291 d，不利作業(yè)天數(shù)累計75 d。

由結果可見，新方法計算得到的可作業(yè)天數(shù)比常規(guī)方法多10 d。傳統(tǒng)方法與新方法的結果差異主要體現(xiàn)在大風影響上，因為傳統(tǒng)方法以日最大風速進行判斷，判定的分辨率為1 d，而新方法則為1/24 d。

3.3　各季節(jié)作業(yè)天數(shù)結果討論

由本文所提新方法亦可輕松獲得各季節(jié)的單因子可作業(yè)天數(shù)、迭加可作業(yè)天數(shù)及不可作業(yè)天數(shù)結果，供作業(yè)方在制定工作計劃及裝卸作業(yè)時參考。

表5　各季節(jié)LNG船舶裝卸作業(yè)不利作業(yè)天數(shù)及作業(yè)天數(shù)結果(d)

由表5可見，冬季不利作業(yè)天數(shù)最多，其次為夏季，這兩個季節(jié)影響作業(yè)的因子中波浪為主要因子；春季影響作業(yè)的因子中霧和波浪基本相當；秋季是一年中最有利的作業(yè)時間段。

3.4　新方法與計算結果適用性討論

本文給出的作業(yè)天數(shù)建立在2012年洋口港海域一整年逐時資料統(tǒng)計基礎上，由于資料本身的限制，新方法可能存在一些不足之處。首先，資料序列時間較短，僅為一年資料，由于資料存在年際變化，該方法在不同年份間可能存在一定的差異。要得到更為精確的結果，需獲取洋口港海域多年序列資料后做更為完整、全面的分析計算后確立。其次，海域缺少長期連續(xù)海流觀測資料，可能會對計算結果引起一定的波動。再次，按規(guī)范[5]規(guī)定，對于7 s以上大周期波浪需作專門論證，本文將大周期波浪與大浪簡化為重疊出現(xiàn)，未專門分析論證，可能對結果有一定影響。最后，在不同海域，不同影響因子對作業(yè)的影響程度不完全一致，可能對作業(yè)天數(shù)影響不同。今后需對不同海域影響作業(yè)的各類因子，進行更為系統(tǒng)的討論，才能進一步優(yōu)化完善新方法。

4結論

本文提出了一種分析論證碼頭作業(yè)天數(shù)的新方法，通過使用洋口港海域2012年一整年的風、浪、能見度等實測資料，對液化天然氣船舶裝卸作業(yè)的碼頭作業(yè)天數(shù)進行分析論證，并與常規(guī)方法進行了比較，主要得到以下結論：

1)該方法通過對不同要素同步數(shù)據(jù)的分析比較，可以快速準確得到計算結果，避免了不利作業(yè)情況的重復計算。通過使用逐時數(shù)據(jù)，將每一時刻作為1/24 d計算，同時滿足連續(xù)作業(yè)6 h的最少時間，細化和充分利用了作業(yè)時間，比常規(guī)以日為計量單位的結果更加準確。

2)給出該海域液化天然氣船舶裝卸作業(yè)的年碼頭作業(yè)天數(shù)，各季節(jié)的單因子可作業(yè)天數(shù)、迭加作業(yè)天數(shù)及不利作業(yè)天數(shù)等結果，可供相關作業(yè)方制定工作計劃及裝卸作業(yè)時參考使用。

本方法所采用的計算思路，在計算其他類型的船舶作業(yè)、船舶其他操作的作業(yè)天數(shù)時可作為參考。

參考文獻：

[1] 唐敏.鐵路輪渡系統(tǒng)作業(yè)天數(shù)的論證[J].水運工程,2002,(7):27-30,39.

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[5]曹兵.臨港新城波浪影響下碼頭不利作業(yè)天數(shù)分析[J].海岸工程,2010,29(2):38-42.

Study on Method for Analyzing and Demonstrating

Dock-Operation Days

CAO Bing, GAO Qing-qing, XU Chang-san, GAO Xin-xin

(NantongMarineEnvironmentalMonitoringCenter,SOA, Nantong 226002, China)

Abstract:A new method is proposed for analyzing and demonstrating dock operation days. In this method, the independence and correlation occurring among individual hydrometeor factors are comprehensively considered, the repeated calculation of adverse operation time is avoided and the operational time is used adequately. By using the wind, wave and visibility data measured continuously all-year in the area off the Yangguang Island of Rudong County in 2012, and according to the standard for loading and unloading operation at the liquefied natural gas (LNG) terminal, the dock operation days are comprehensively analyzed by using this new method, and meanwhile a comparison is made between the new method and the common method. The results show that compared with the common method the new method is simpler and can give more accurate results. In addition, both the operational days and the adverse operation days for loading and unloading operation at the liquefied natural gas terminal are given for the full year and all seasons.

Key words:Yangguang Island; liquefied natural gas (LNG) terminal; loading and unloading operation; dock operation days; analysis and demonstration method

中圖分類號：U651

文獻標識碼：A

作者簡介：曹兵( 1981- )，男，高級工程師，碩士，主要從事海洋環(huán)境預報方面工作. E-mail：semeicaobing@163.com(王佳實編輯)

收稿日期：*2014-11-28

文章編號：1002-3682(2015)02-0074-07