杜 柯，陳先橋，楊品福，王 宇

(1.武漢理工大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，湖北 武漢 430063;2.長(zhǎng)江航道局綜合規(guī)劃處，湖北 武漢 430063)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的日益發(fā)展，對(duì)危險(xiǎn)品的需求不斷增加，危險(xiǎn)品運(yùn)輸愈來(lái)愈頻繁，運(yùn)輸事故也隨之增多。運(yùn)輸時(shí)如果不能保證船舶和船載危險(xiǎn)品的安全性，一旦危險(xiǎn)品泄漏到內(nèi)河，將會(huì)嚴(yán)重威脅人民群眾生命安全，可能會(huì)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，并且使生態(tài)環(huán)境受到破壞，影響社會(huì)穩(wěn)定[1]。內(nèi)河航道通過(guò)能力是反映航道適航程度的一項(xiàng)重要性能指標(biāo)，它是進(jìn)行航道設(shè)計(jì)與規(guī)劃、確定航道建設(shè)規(guī)模與布局，以及編制航運(yùn)計(jì)劃等的重要依據(jù)[2]。因此，如何既保證危險(xiǎn)品船舶的運(yùn)輸安全，又能確保危險(xiǎn)品船舶的航道通過(guò)能力盡量不受影響，成為亟待解決的問(wèn)題。在內(nèi)河航道通過(guò)能力的計(jì)算方法與理論方面，國(guó)內(nèi)外學(xué)者已做了很多相關(guān)研究，并總結(jié)提出了德國(guó)公式、波蘭公式等。我國(guó)目前內(nèi)河航道通航標(biāo)準(zhǔn)還比較低。關(guān)于危險(xiǎn)品船舶的航道通過(guò)能力的研究國(guó)內(nèi)外都比較少。筆者首先分析現(xiàn)有內(nèi)河航道通過(guò)能力的計(jì)算方法，其次結(jié)合危險(xiǎn)品屬性和航道所發(fā)生事故的屬性，改進(jìn)并用實(shí)例數(shù)據(jù)驗(yàn)證了改進(jìn)的危險(xiǎn)品船舶內(nèi)河航道通過(guò)能力的計(jì)算方法的合理性和必要性。

1 水運(yùn)危險(xiǎn)品概述

1.1 水運(yùn)危險(xiǎn)品定義

危險(xiǎn)品是易燃、易爆、有強(qiáng)烈腐蝕性的物品的總稱。如汽油、炸藥、強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、苯、萘、賽璐珞和過(guò)氧化物等。筆者將水運(yùn)危險(xiǎn)品定義為具有易燃、易爆、有毒、具有腐蝕性和放射性等特性，在船舶運(yùn)輸、港口裝卸和儲(chǔ)存過(guò)程中，可能造成人身傷害、財(cái)產(chǎn)損失和環(huán)境污染而需要特別防護(hù)的物品[3]。

1.2 水運(yùn)危險(xiǎn)品種類

目前，水運(yùn)危險(xiǎn)品種類有1 200多種。可將危險(xiǎn)品分為9類，如表1所示[4]。

1.3 水運(yùn)危險(xiǎn)品危險(xiǎn)性分類

水運(yùn)危險(xiǎn)品主要有燃燒和爆炸、毒害、放射、腐蝕及水上環(huán)境污染5種危險(xiǎn)性[5]。其中燃燒和爆炸危險(xiǎn)性的危險(xiǎn)品數(shù)量和種類最多。具體如下:

(1)燃燒性和爆炸性。水運(yùn)危險(xiǎn)品在運(yùn)輸過(guò)程中受外界條件影響，如濕度、航道條件等，易自燃引起火災(zāi)并可能爆炸，危害性比較大，短時(shí)間便可能導(dǎo)致船舶損壞、人員傷亡和環(huán)境污染等。

(2)毒害性。水運(yùn)危險(xiǎn)品毒害性進(jìn)入人體累積達(dá)到一定量后，能與體液和器官組織發(fā)生生物化學(xué)作用或生物物理學(xué)作用，擾亂或破壞肌體的正常生理功能，引起某些器官和系統(tǒng)暫時(shí)性或持久性的病理改變，甚至危及生命。同時(shí)，也會(huì)造成大氣、土壤、水等生態(tài)環(huán)境的污染和破壞。

(3)放射性。在大劑量的照射下，放射性對(duì)人體和動(dòng)物存在著某種損害作用。放射性也能損傷遺傳物質(zhì)，主要在于引起基因突變和染色體畸變，使一代甚至幾代受害，更嚴(yán)峻的是目前還沒有找到有效方式來(lái)治療輻射造成的傷害。

表1 水運(yùn)危險(xiǎn)品的種類

(4)腐蝕性。腐蝕性不僅對(duì)人體機(jī)能造成重大危害，也會(huì)對(duì)船舶造成重大損壞。

(5)水上環(huán)境污染。對(duì)人類健康、各種水上活動(dòng)、水環(huán)境造成損傷、影響或污染的危險(xiǎn)品。

1.4 水運(yùn)危險(xiǎn)品事故等級(jí)分類

根據(jù)水路交通突發(fā)事件的分級(jí)，危險(xiǎn)品水路運(yùn)輸事故可分為特別重大事故(Ⅰ級(jí))，重大事故(Ⅱ級(jí))，較大事故(Ⅲ級(jí))和一般事故(Ⅳ級(jí))4個(gè)級(jí)別。

(1)一般事故，是指一次造成輕傷1至2人，或者財(cái)產(chǎn)損失不足1 000元的事故。

(2)較大事故，是指一次造成重傷1至2人，或者輕傷3人以上，或者財(cái)產(chǎn)損失不足3萬(wàn)元的事故。

(3)重大事故，是指一次造成死亡1至2人，或者重傷3人以上10人以下，或者財(cái)產(chǎn)損失3萬(wàn)元以上不足6萬(wàn)元的事故。

(4)特別重大事故，是指一次造成死亡3人以上，或者重傷11人以上，或者死亡1人，同時(shí)重傷8人以上，或者死亡2人，同時(shí)重傷5人以上，或者財(cái)產(chǎn)損失6萬(wàn)元以上的事故。

2 內(nèi)河航道通過(guò)能力公式

內(nèi)河航道通過(guò)能力[6](或稱航道容量)是指在一定的船舶技術(shù)性能和一定的運(yùn)行組織條件下，一定航道區(qū)段單位時(shí)間(年、月、日或通航期)內(nèi)可能通過(guò)的最大貨物噸數(shù)或船噸數(shù)。內(nèi)河航道的通過(guò)能力通常是航道的等級(jí)和標(biāo)準(zhǔn)、所通航船舶的規(guī)模和尺度、通過(guò)的船舶載重噸或貨運(yùn)量、通過(guò)船舶數(shù)量等各因素在一定時(shí)空條件下的綜合反映[7-8]。現(xiàn)有的公式有德國(guó)公式、長(zhǎng)江公式、川江航道公式、蘇南運(yùn)河公式、王宏達(dá)公式和閔朝斌公式等，已有的諸公式可總結(jié)為如下形式[9]:

式中:C為航道通過(guò)能力;s為航道斷面允許并列航行的船舶數(shù);W為船舶平均載重噸位;T為年通航時(shí)間;V為船舶營(yíng)運(yùn)速度;m為船舶間距系數(shù);L為船舶長(zhǎng)度;β1為船舶交通流密度增大使運(yùn)行阻力增加而產(chǎn)生的折減系數(shù);β2為由港口到發(fā)、航道調(diào)度不均衡和航道通過(guò)量引起的縮減系數(shù);β3為船舶因吃水變化引起的減載系數(shù);β4為船舶平均裝載系數(shù);β5為船舶交會(huì)、追越時(shí)引起的航速損失系數(shù)。分析可知，該式?jīng)]有考慮到船載貨物的屬性和航道自身發(fā)生的事故屬性，包括發(fā)生事故的等級(jí)和發(fā)生事故的次數(shù)等因素，因此，有必要進(jìn)一步研究出更加合理的計(jì)算方法。

3 通過(guò)能力計(jì)算方法

式(1)考慮了航道條件、船型及船舶技術(shù)性能，風(fēng)、雨、霧等自然因素以及運(yùn)行組織管理等影響航道通過(guò)能力的因素，然而，船舶所載貨物本身的危險(xiǎn)性以及不同航道實(shí)際發(fā)生的事故等級(jí)及事故次數(shù)也是不同的。筆者重點(diǎn)從以下3個(gè)方面對(duì)航道的通過(guò)能力進(jìn)行分析:船載危險(xiǎn)品貨物的危險(xiǎn)性、航道事故等級(jí)和事故次數(shù)。

設(shè)航道航段集合為:Y={Y1，Y2，…，Yn}，其中Yi(i=1，2，…，n)為第i段航段。航段發(fā)生事故次數(shù)少，則證明該航段行駛條件的安全系數(shù)較大;一些航段發(fā)生事故次數(shù)較多，則證明該航段行駛條件的安全系數(shù)較小。θi為航段Yi在一定時(shí)期的事故率，由于不同事故造成的人員傷亡，經(jīng)濟(jì)損失，環(huán)境污染程度不同，因此事故率需考慮事故等級(jí)和事故發(fā)生的次數(shù)，如式(2)所示。

式中:Sumi為指定時(shí)間內(nèi)航段i通過(guò)的總船舶數(shù);nis為航段Yi發(fā)生s級(jí)事故次數(shù);λs為第s級(jí)事故的嚴(yán)重程度系數(shù)，與事故傷亡人數(shù)、損壞船舶數(shù)量、經(jīng)濟(jì)損失和環(huán)境污染等因素有關(guān);s為事故等級(jí)序數(shù);z為事故等級(jí)總數(shù)，其中s=1，2，3，4，z=4。

將事故率最高的事故節(jié)點(diǎn)的相對(duì)事故率設(shè)為1，其他事故節(jié)點(diǎn)的相對(duì)事故率為該點(diǎn)的事故率與最高事故率的比值?？蓪⑾鄬?duì)事故率分為6個(gè)級(jí)別，即1.00，0.75，0.65，0.50，0.45 和 0.25，不同事故等級(jí)和事故相對(duì)概率的事故節(jié)點(diǎn)權(quán)重如表2所示[10]。每一條航段的航道通航能力的計(jì)算公式為:

表2 不同事故等級(jí)和事故相對(duì)概率的事故節(jié)點(diǎn)權(quán)重

依據(jù)最大流最小割定理，航道Y的通過(guò)能力C應(yīng)當(dāng)根據(jù)組成該航道的航段通過(guò)能力中最小者來(lái)確定，即:

當(dāng)θi=0時(shí)，即該航段沒有事故，航道通航能力達(dá)到了最大值，如果航道的某一航段通過(guò)能力等于零(如礙航河壩)，那么對(duì)該航道來(lái)說(shuō)，其航道通過(guò)能力即為零。

式(3)中考慮了航道事故的屬性，并沒有考慮船載貨物的屬性，下面考慮危險(xiǎn)品屬性。

水運(yùn)危險(xiǎn)品危險(xiǎn)性分類分別對(duì)應(yīng)一個(gè)數(shù)值，如表3所示。設(shè)水運(yùn)危險(xiǎn)品危險(xiǎn)性系數(shù)為d，則d分別為 0.01，0.02，0.03，0.04，0.05。由于危險(xiǎn)品危險(xiǎn)性越高，則船舶航行速度隨之減小，船舶間距隨之增大，這樣才能保證危險(xiǎn)品船舶的安全行駛。結(jié)合式(4)，得出:

表3 水運(yùn)危險(xiǎn)品危險(xiǎn)性分類對(duì)應(yīng)數(shù)值表

由式(6)可知，當(dāng)所載貨物不具備危險(xiǎn)性時(shí)，則d=0，航段沒有發(fā)生事故時(shí)，θi=0，則航道的通過(guò)能力即為式(1)所得的值。

通過(guò)計(jì)算結(jié)果來(lái)比較式(6)和式(1)的航道通過(guò)能力，假設(shè)航道平均分為4個(gè)航段，1小時(shí)內(nèi)某航段通過(guò)的船舶數(shù)為4，計(jì)算結(jié)果如表4所示。

表4 式(1)和式(6)航道通過(guò)能力的比較

由表4可知，實(shí)際的航道通過(guò)能力取4個(gè)航段中的最小值40 000萬(wàn)t/a，按式(6)計(jì)算所得的航道通過(guò)能力為4個(gè)航段中的最小值28 643萬(wàn)t/a，航道通過(guò)能力減少了28.4%。

4 結(jié)論

筆者通過(guò)分析現(xiàn)有內(nèi)河航道通過(guò)能力的計(jì)算方法，結(jié)合船載貨物本身的危險(xiǎn)性和航道自身發(fā)生的事故屬性，包括事故等級(jí)和事故次數(shù)等，給出了相應(yīng)的計(jì)算方法和劃分標(biāo)準(zhǔn)，將航道劃分為連續(xù)的航段來(lái)考慮其通航能力，取航段中最小的航段通過(guò)能力為航道的通過(guò)能力，得出相應(yīng)的航道通航能力的計(jì)算公式。通過(guò)實(shí)例計(jì)算得出考慮船載貨物本身的危險(xiǎn)性和航道自身發(fā)生的事故屬性在內(nèi)的航道通過(guò)能力比實(shí)際航道通過(guò)能力減少了28.4%，因此，危險(xiǎn)品屬性和航道事故屬性是很有必要考慮的，不考慮這些因素計(jì)算航道通過(guò)能力是不合理的。

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