危险品船舶内河航道通过能力计算方法研究

杜 柯，陈先桥，杨品福，王 宇

(1.武汉理工大学计算机科学与技术学院，湖北 武汉 430063;2.长江航道局综合规划处，湖北 武汉 430063)

随着我国经济的日益发展，对危险品的需求不断增加，危险品运输愈来愈频繁，运输事故也随之增多。运输时如果不能保证船舶和船载危险品的安全性，一旦危险品泄漏到内河，将会严重威胁人民群众生命安全，可能会造成巨大的经济损失，并且使生态环境受到破坏，影响社会稳定[1]。内河航道通过能力是反映航道适航程度的一项重要性能指标，它是进行航道设计与规划、确定航道建设规模与布局，以及编制航运计划等的重要依据[2]。因此，如何既保证危险品船舶的运输安全，又能确保危险品船舶的航道通过能力尽量不受影响，成为亟待解决的问题。在内河航道通过能力的计算方法与理论方面，国内外学者已做了很多相关研究，并总结提出了德国公式、波兰公式等。我国目前内河航道通航标准还比较低。关于危险品船舶的航道通过能力的研究国内外都比较少。笔者首先分析现有内河航道通过能力的计算方法，其次结合危险品属性和航道所发生事故的属性，改进并用实例数据验证了改进的危险品船舶内河航道通过能力的计算方法的合理性和必要性。

1 水运危险品概述

1.1 水运危险品定义

危险品是易燃、易爆、有强烈腐蚀性的物品的总称。如汽油、炸药、强酸、强碱、苯、萘、赛璐珞和过氧化物等。笔者将水运危险品定义为具有易燃、易爆、有毒、具有腐蚀性和放射性等特性，在船舶运输、港口装卸和储存过程中，可能造成人身伤害、财产损失和环境污染而需要特别防护的物品[3]。

1.2 水运危险品种类

目前，水运危险品种类有1 200多种。可将危险品分为9类，如表1所示[4]。

1.3 水运危险品危险性分类

水运危险品主要有燃烧和爆炸、毒害、放射、腐蚀及水上环境污染5种危险性[5]。其中燃烧和爆炸危险性的危险品数量和种类最多。具体如下:

(1)燃烧性和爆炸性。水运危险品在运输过程中受外界条件影响，如湿度、航道条件等，易自燃引起火灾并可能爆炸，危害性比较大，短时间便可能导致船舶损坏、人员伤亡和环境污染等。

(2)毒害性。水运危险品毒害性进入人体累积达到一定量后，能与体液和器官组织发生生物化学作用或生物物理学作用，扰乱或破坏肌体的正常生理功能，引起某些器官和系统暂时性或持久性的病理改变，甚至危及生命。同时，也会造成大气、土壤、水等生态环境的污染和破坏。

(3)放射性。在大剂量的照射下，放射性对人体和动物存在着某种损害作用。放射性也能损伤遗传物质，主要在于引起基因突变和染色体畸变，使一代甚至几代受害，更严峻的是目前还没有找到有效方式来治疗辐射造成的伤害。

表1 水运危险品的种类

(4)腐蚀性。腐蚀性不仅对人体机能造成重大危害，也会对船舶造成重大损坏。

(5)水上环境污染。对人类健康、各种水上活动、水环境造成损伤、影响或污染的危险品。

1.4 水运危险品事故等级分类

根据水路交通突发事件的分级，危险品水路运输事故可分为特别重大事故(Ⅰ级)，重大事故(Ⅱ级)，较大事故(Ⅲ级)和一般事故(Ⅳ级)4个级别。

(1)一般事故，是指一次造成轻伤1至2人，或者财产损失不足1 000元的事故。

(2)较大事故，是指一次造成重伤1至2人，或者轻伤3人以上，或者财产损失不足3万元的事故。

(3)重大事故，是指一次造成死亡1至2人，或者重伤3人以上10人以下，或者财产损失3万元以上不足6万元的事故。

(4)特别重大事故，是指一次造成死亡3人以上，或者重伤11人以上，或者死亡1人，同时重伤8人以上，或者死亡2人，同时重伤5人以上，或者财产损失6万元以上的事故。

2 内河航道通过能力公式

内河航道通过能力[6](或称航道容量)是指在一定的船舶技术性能和一定的运行组织条件下，一定航道区段单位时间(年、月、日或通航期)内可能通过的最大货物吨数或船吨数。内河航道的通过能力通常是航道的等级和标准、所通航船舶的规模和尺度、通过的船舶载重吨或货运量、通过船舶数量等各因素在一定时空条件下的综合反映[7-8]。现有的公式有德国公式、长江公式、川江航道公式、苏南运河公式、王宏达公式和闵朝斌公式等，已有的诸公式可总结为如下形式[9]:

式中:C为航道通过能力;s为航道断面允许并列航行的船舶数;W为船舶平均载重吨位;T为年通航时间;V为船舶营运速度;m为船舶间距系数;L为船舶长度;β1为船舶交通流密度增大使运行阻力增加而产生的折减系数;β2为由港口到发、航道调度不均衡和航道通过量引起的缩减系数;β3为船舶因吃水变化引起的减载系数;β4为船舶平均装载系数;β5为船舶交会、追越时引起的航速损失系数。分析可知，该式没有考虑到船载货物的属性和航道自身发生的事故属性，包括发生事故的等级和发生事故的次数等因素，因此，有必要进一步研究出更加合理的计算方法。

3 通过能力计算方法

式(1)考虑了航道条件、船型及船舶技术性能，风、雨、雾等自然因素以及运行组织管理等影响航道通过能力的因素，然而，船舶所载货物本身的危险性以及不同航道实际发生的事故等级及事故次数也是不同的。笔者重点从以下3个方面对航道的通过能力进行分析:船载危险品货物的危险性、航道事故等级和事故次数。

设航道航段集合为:Y={Y1，Y2，…，Yn}，其中Yi(i=1，2，…，n)为第i段航段。航段发生事故次数少，则证明该航段行驶条件的安全系数较大;一些航段发生事故次数较多，则证明该航段行驶条件的安全系数较小。θi为航段Yi在一定时期的事故率，由于不同事故造成的人员伤亡，经济损失，环境污染程度不同，因此事故率需考虑事故等级和事故发生的次数，如式(2)所示。

式中:Sumi为指定时间内航段i通过的总船舶数;nis为航段Yi发生s级事故次数;λs为第s级事故的严重程度系数，与事故伤亡人数、损坏船舶数量、经济损失和环境污染等因素有关;s为事故等级序数;z为事故等级总数，其中s=1，2，3，4，z=4。

将事故率最高的事故节点的相对事故率设为1，其他事故节点的相对事故率为该点的事故率与最高事故率的比值。可将相对事故率分为6个级别，即1.00，0.75，0.65，0.50，0.45 和 0.25，不同事故等级和事故相对概率的事故节点权重如表2所示[10]。每一条航段的航道通航能力的计算公式为:

表2 不同事故等级和事故相对概率的事故节点权重

依据最大流最小割定理，航道Y的通过能力C应当根据组成该航道的航段通过能力中最小者来确定，即:

当θi=0时，即该航段没有事故，航道通航能力达到了最大值，如果航道的某一航段通过能力等于零(如碍航河坝)，那么对该航道来说，其航道通过能力即为零。

式(3)中考虑了航道事故的属性，并没有考虑船载货物的属性，下面考虑危险品属性。

水运危险品危险性分类分别对应一个数值，如表3所示。设水运危险品危险性系数为d，则d分别为 0.01，0.02，0.03，0.04，0.05。由于危险品危险性越高，则船舶航行速度随之减小，船舶间距随之增大，这样才能保证危险品船舶的安全行驶。结合式(4)，得出:

表3 水运危险品危险性分类对应数值表

由式(6)可知，当所载货物不具备危险性时，则d=0，航段没有发生事故时，θi=0，则航道的通过能力即为式(1)所得的值。

通过计算结果来比较式(6)和式(1)的航道通过能力，假设航道平均分为4个航段，1小时内某航段通过的船舶数为4，计算结果如表4所示。

表4 式(1)和式(6)航道通过能力的比较

由表4可知，实际的航道通过能力取4个航段中的最小值40 000万t/a，按式(6)计算所得的航道通过能力为4个航段中的最小值28 643万t/a，航道通过能力减少了28.4%。

4 结论

笔者通过分析现有内河航道通过能力的计算方法，结合船载货物本身的危险性和航道自身发生的事故属性，包括事故等级和事故次数等，给出了相应的计算方法和划分标准，将航道划分为连续的航段来考虑其通航能力，取航段中最小的航段通过能力为航道的通过能力，得出相应的航道通航能力的计算公式。通过实例计算得出考虑船载货物本身的危险性和航道自身发生的事故属性在内的航道通过能力比实际航道通过能力减少了28.4%，因此，危险品属性和航道事故属性是很有必要考虑的，不考虑这些因素计算航道通过能力是不合理的。

[1] 陈家强.危险化学品泄漏事故及其处置[J].化工标准·计量·质量，2005，25(5):33-34.

[2] 杨家琪，吴永富.内河航道通过能力数学模型的研究[J].武汉水运工程学院学报，1993，17(3):283-286.

[3] 杨江南.我国危险品水路运输应急反应体系的研究[D].武汉:武汉理工大学图书馆，2010.

[4] 杨胜璧，许建光，陈嘉甫.化学危险品安全实用手册[M].四川:四川科学技术出版社，1987:156-200.

[5] 何书香.危险品和有毒、有害货物的海上安全运输(一)[J].交通标准化，1994(1):34-36.

[6] 王历臻.船舶运输工艺与组织[M].北京:人民交通出版社，1985:18-76.

[7] 彭松柏.扩大长江干线航道通过能力研究[J].中国水运，2007(3):28-29.

[8] 代君，王当利，刘克中.基于船舶领域模型的港口受限航道通过能力计算方法[J].武汉理工大学学报:交通科学与工程版，2009，33(4):679-681.

[9] 董宇，姜晔，何良德.内河航道通过能力计算方法研究[J].水运工程，2007(1):59-60.

[10] 柴干，赵倩，黄琪，等.高速公路应急救援资源的配置[J].中国安全科学学报，2010，20(1):166-168.