钦州港30万吨级进港航道选线的优选模型研究

2018-06-21刘锦秀苏煜

珠江水运 2018年9期

刘锦秀苏煜

摘要：本文通过一系列评价分析，采用多层次模糊优选的方法进行航线优选，可以在方案比较中弥补分析的主观性，形成较客观、严谨的评价结论，为航道选线方案的最终决策提供了可信度较高的参考意见。

关键词：多层次模糊优选钦州港航道选线

1.引言

钦州港现有10万吨级航道已成为制约钦州港区发展的瓶颈。钦州港30万吨级进港航道工程的建设，对发挥钦州港及广西的区位优势、积极推进中国西部大开发战略实施具有重要意义。如何选定一个最优的进港航线方案，满足技术、环境、经济等多目标要求，成为至关重要的环节。

2.优选法基本原理

进港航道的选线是港口航道设计的关键，国内外学者对航道选线的布置设计做了大量研究。由于不同地域的水环境不同，各种因素对不同的航道选线的影响程度也是不同的。综合航道选线方面的研究现状，提供了多种分析方法、布置方案可供参考，但没有一种完全适用于钦州港的布置方案。因此，有必要采用科学的、合适的分析方法，因地制宜，为钦州湾进港航道选线优选布置方案。

2.1 优选法选择

模糊综合评价法，用以表达事物的不确定性。其根据模糊数学的隶属度理论把定性评价转化为定量评价，即用模糊数学对受到多种因素制约的事物或对象做出一个总体的评价。

计算步骤为：①确定评价对象的因素论域②建立评价隶属关系矩阵③确定评价因素的模糊权向量④综合隶属度计算，得出评价结论。

模糊综合评价法应用的难点之一就是如何正确合理地确定评价指标的权重，而层次分析法可以从定性到定量的综合权重分配分析方法，将主观意见的定性分析进行定量化，很好地解决了这个难点。

美国运筹学家萨迪（T.L.Saaty）教授于70年代初期提出了著名的层次分析法，该方法将决策问题层次化，建立问题的层次分析结构模型，然后在各层元素之间进行两两对比，并构造判断矩阵，求出其最大特征值及其所对应的特征向量，归一化后，即为某一层次指标对于上一层次某相关指标的相对重要性权值。

目前，多层次多目标模糊优选方法被不同领域的学者们广泛采取，运用数学分析、决策、预报或控制提供定量的依据，适合于人的定性判断起重要作用、决策结果难于直接精确计量的场合，是一种十分有效的系统分析和科學决策方法。

2.2 指标体系建立

遵循《海港总体设计规范》航道选线的原则，本文从航道设计标准的众多影响因素中选取合适的影响因素，建立指标体系的3个关键指标层、 11个子指标层为：

① 自然条件F1：风U11、浪U12、流U13、碍航物U14等；

② 航道参数F2：航道长度U21、转向角U22、转向次数等U23；

③ 技术和经济F3：易挖性U31、回淤分析U32、工程量U33、疏浚土处理U34。

3.工程概况

拟建钦州港30万吨级进港航道工程地处北部湾的钦州湾钦州港三墩外港作业区以南海域，地理坐标范围为21°28′ N～21°33′ N，108°38′E～108°40′ E，如图1所示。

3.1 自然条件

对依托工程的背景和概况作了简要的介绍，综合其自然条件分析，总结如下：

（1）气象资料显示，工程海域常风向与现有航道走向基本一致。

（2）钦州港海区除台风影响期外，波级一般在3级（H=0.8m）以下，有利于岸线开发利用以及船舶安全航行。

（3）水文测验资料表明，航道海域西槽为主要的输水输沙通道。从湾内来的泥沙，主要通过西槽入海，而中、东槽下层则是主要“进水”通道，外海低泥沙含量的海水从中、东槽溯流而上，可阻止湾内泥沙外排，也加速了底层水流速，可能对海底产生冲刷。钦州湾海域不存在大规模泥沙运动，在较强的涨落潮流作用下，工程区域无明显泥沙冲淤，基本保持动态平衡。

（4）钦州湾海区泥沙的影响主要来自河流输沙，由于径流来沙很少，泥沙运动对航道影响程度有限，海相来沙更是微乎其微，对航道产生淤积影响较大的是在大风浪作用下沉积在两侧浅滩泥沙被掀动再次搬运与输移，对于30万吨级航道海域泥沙来源更少，含沙量低，因此，航道淤积也不会很大。

（5）北部湾水流动力较弱、航道沿程最大流速一般小于0.5m/s；平均横流流速均小于0.25m/s。为节省工程投资，30万吨级航道设计时考虑30万吨级油轮充分利用高潮位乘潮进港，在高潮前三小时船舶由候潮锚地出发，进入航槽。由于北部湾潮汐类型为不规则全日潮，最大流速通常发生在平潮附近，随着潮位升高，流速趋于减小，因此30万吨级油轮在航槽航行时，横流流速取小于0.25m/s。

3.2航道选线方案

本文选取方案一（西线）、方案二（中线）、方案三（东线）作为比选方案，其主要技术参数如表1。

4.航道选线方案的模糊优选

4.1评价指标体系

根据航道选线优选原理，综合表1航道轴线方案技术参数对比表，对风、浪、流、航道长度、工程量、抛泥区6个指标，直接选用方案技术参数作特征值；对碍航物、转向角、转向次数、易挖性、回淤分析5个指标，对方案技术参数采用两两比较赋值法（bxy）进行转换，最终形成表2。

注：bxy，即相同（赋值1）、较重要（赋值3）、重要（赋值5）、很重要（赋值7）、尤其重要（赋值9）；再在上述4个等级中进行细分，再插入一级，形成9级。

4.2 评价隶属关系矩阵

对表2子指标特征值均为特征值越小越优类型，为避免夸大变化范围较小的子指标其在优选中的作用，采用式4.1进行隶属度转换。

5.结语

通过应用多层次多目标航道规划方案模糊优选方法对钦州港的三个航道选线方案进行优化计算和比较，方案一的综合隶属度为0.645，方案二的综合隶属度为0.510，方案三的综合隶属度为0.435，较为客观地反映出三个不同航道选线方案的相对优属度的排序情况，方案一优属度最高。此为航道选线方案比较中、环境安全评估中弥补方案分析的主观性，为航道规划的最终决策提供了可信度较高的参考意见。

本文采用的优选模型，共选择了3个关键指标层及11个子指标体系，指标体系相对比较片面。由于资料所限，未能融合航道通航安全论证、经济评价等内容，后续此类模型选用时，可进一步分析研究。