沿海集装箱港区港内锚地面积确定方法

王文渊，唐国磊，宋向群，彭 云

（大连理工大学，辽宁 大连 116023）

随着我国海运业的蓬勃发展，部分沿海航道已成为制约港口快速发展的主要瓶颈。港口锚地按位置可划分为港外锚地和港内锚地，港内锚地供船舶待泊或水上装卸作业使用，宜采用锚泊或设置系泊浮筒、系船簇桩等设施。作为改善航道通航条件的方法之一，设立港内锚地能缩短船舶港外等待时间，缓解航道拥堵状况。该措施已在国内多个港区推行，如湛江港着手准备开辟新的港内锚地区域以满足日益增长的船舶锚泊需要[1]，宁波港也率先实行船舶定点锚泊制度以最大限度利用港内锚地资源[2]。建设港内锚地的前期工作是确定港内锚地的面积。因此，有必要研究港内锚地面积的确定方法。

目前，国内外关于锚地面积确定方法的研究有限。对于港外锚地面积的确定方法，主要为静态水域面积计算[3]与经济数学模型分析[4]两种方法。前者忽视了船舶占用锚位的动态随机性；后者采用排队论方法求解，忽略了港口生产作业系统各因素的影响。对于港内锚地面积的研究，仅有将其作为应急锚地时的论述[5]。缺少采用系统仿真方法来分析港内锚地面积确定方法的相关研究。

考虑到船舶航行作业系统的复杂性，当航道与锚地条件一定时，港内锚地同时系泊最大吨级船舶的可能性并不大；同时，从运输成本控制的角度，集装箱船舶要求在港时间越短越好，对港口服务水平的要求较高。因此，本文基于计算机仿真技术构建设有港内锚地的沿海集装箱港区船舶航行作业系统仿真模型，研究有可能同时占用锚地的所有船舶所需的锚地面积以及锚位吨级组合，以期能给出一种科学的港内锚地面积的确定方法，从而能有效利用港内水域资源，降低建设成本，为沿海港区规划建设及改造扩建提供参考。

1 设有港内锚地的系统仿真模型

1.1 设有港内锚地的沿海集装箱港区

港内水域条件允许时，通过设置港内锚地，能在一定程度上避免船舶排队等候进港，缩短船舶在港非作业时间，提高航道及装卸设备利用率，从而提高港口的服务水平，提升港口的整体竞争力。设置港内锚地的沿海集装箱港区船舶进出港作业过程，与没有设置港内锚地时的作业过程，主要区别在于船舶进港和离泊操作时的判断条件上，如图1所示。

图1 设置港内锚地时船舶进港和离泊过程

1.2 仿真模型构建

根据沿海港口船舶航行作业系统仿真基本模型[6]，结合集装箱船舶进出港内锚地的作业特点，构建设有港内锚地的沿海集装箱港区船舶航行作业系统仿真模型。

1.2.1 船舶进港子模型

在船舶进入航道前，由Decide模块判断港内锚地或相应吨级泊位是否空闲，判断准则为：港内锚地水深满足要求，当航道中正在进港的船舶占用相应吨级泊位及港内锚地后，港内锚地或该吨级泊位是否依然有空闲，如有空闲则可进港。之后，由Decide模块判断航道内的船舶航向及安全间距等条件，若满足，则记录相关信息后进入航道，否则继续等待。

1.2.2 船舶占用港内锚地或泊位子模型

当船舶驶离航道，由Decide模块判断此时该吨级泊位是否空闲，若空闲，则由Seize模块占用泊位，否则占用港内锚地并等待泊位。对于进入港内锚地的船舶，由Assign模块记录此时各吨级船舶数量，当泊位有空闲时，则释放锚地资源，占用泊位。

1.2.3 船舶离港子模型

船舶装卸完毕后，航道若满足航向及安全间距要求，则由Release模块释放泊位，驶入航道离港；若航道中有船舶进港，则由Decide模块判断港内锚地是否空闲，即：航道中各吨级船舶占用相应吨级泊位后，港内锚地仍有空闲，或即便此时港内无空闲锚位，但航道中或港内锚地有该吨级船舶等待靠泊，则可离泊进入港内锚地等待出港，否则继续等待。

2 算例分析

2.1 仿真参数

到港船舶、泊位设置、自然条件以及船舶进出港规则等参数设置与基本模型设置[6]一致。根据JTJ211—99《海港总平面设计规范》计算各吨级集装箱船舶在不同系泊方式下的所占水域面积，见表1。

表1 三种系泊方式下的锚位面积

2.2 仿真结果分析

仿真运行时间为5 a，仿真重复次数为20次。以通航历时为1 h为例，依次增加港内锚地的锚位数，得到在仿真时间段内同时在港内锚地锚泊的船舶吨级组合，港内锚地系泊水域最大时对应的锚位吨级组合列于表2。仿真时间段内，港内锚地的最大需求量为15锚位，即最多有15艘船舶同时需要在锚地锚泊。

不同锚泊方式下，采用最大吨级船舶所需的锚泊面积和仿真得到的实际所需的锚泊面积进行比较，如图2所示。

表2 不同锚位数下同时占用港内锚地所需水域最大的锚泊船舶吨级组合

图2 实际所需港内锚地水域面积与全部为最大吨级船舶时所需面积的比较

由图2所以看出，当港内锚位数小于5个，实际所需的系泊水域面积即为最大吨级船舶同时在港内锚地时占用的水域面积；当港内锚位数大于5个时，该值相对于最大吨级船舶同时在港内系泊时的锚地面积较小，相对比值q如表3所示，计算公式为：

式中：q为港内锚地实际所需面积与最大吨级船舶同时系泊所需面积的比值，%；Ni为在锚位吨级组合中i吨级船舶的数量，个；Si为i吨级船舶所需的锚位面积，万m2；Smax为最大吨级船舶所需的锚位面积，万m2；N为港内锚位数，个。

由表3可知，当港内锚位数∈ [5，15]，港内锚地中的船舶采用单锚、单浮筒或双浮筒系泊时，实际所需系泊水域的面积只有最大吨级船舶同时在港内系泊时水域面积的96%～73%、94%～67%、92%～61%，且港内锚位数越多，实际所需的系泊水域面积相对于最大吨级船舶同时系泊时的面积越小。

表3 三种系泊方式下的q值

3 结语

通过建立设有港内锚地的沿海集装箱港区船舶航行作业系统仿真模型，重点研究港内锚地的锚位数与锚地面积的关系，得出不同锚位数所对应的实际最大系泊水域面积及其锚位吨级组合情况，提出了一种科学的港内锚地面积的确定方法，给出了港内锚地实际所需面积与最大吨级船舶同时系泊所需面积的比值q。研究表明：无论船舶在港内锚地采用何种系泊方式，系泊水域面积均随着港内锚位数的增大而增大，且港内锚位数越多，实际所需的系泊水域面积相对于最大吨级船舶同时系泊时的面积越小。

[1] 庄盛发，朱建平.湛江港锚地容量评估与锚地开发[J].中国水运，2010（10）：48-49.

[2] 黄岩，戴东起.积极实施宁波港内定点锚泊制度[J].中国水运，2007（7）：26-27.

[3] 周明星，周志丹.关于内河港口锚地建设规模的研究[J].水运工程，1990（11）：20-27.

[4] 刘敬贤，李昌伟，刘文.基于排队论的锚地规模论证分析[J].船海工程，2008（4）：158-161.

[5] 唐武，曹勇.论洋山港港内应急锚地的设立[J].航海技术，2009（2）：15-17.

[6] 郭子坚，王文渊，唐国磊，宋向群.基于港口服务水平的沿海港口航道通过能力[J].中国港湾建设，2010（增刊1）：46-48.