渔船倾覆事故原因分析及对策研究

李晓松,李笑晨,孔宪卫

(交通运输部天津水运工程科学研究所 港口水工建筑技术国家工程研究中心,天津 300456)

渔船作为施工“交通船”,在工程施工过程中发挥着不可替代的作用,而渔船事故的发生严重威胁船舶、船员的生命财产安全,因此,研究渔船事故发生的原因,并提出科学的防范措施,显得尤为重要[1-2]。

截至2019年底,中国渔业船舶数量已达到73.12万艘,其中机动渔船占比较大,约46.83万艘,非机动渔船26.29万艘,渔业人口和渔业从业人员达1 828.2万人。但由于海上交通条件、船舶硬件设施等因素的影响,渔业船舶在海上因突发状况造成财产和人身损害的事故不断发生。通过对某省2015年—2020年180起渔业船舶水上事故统计数据分析可知,渔船事故类型主要包括碰撞、火灾、倾覆、触损、机损、风灾、其他等7类,其中倾覆事故造成船毁人亡的重大损失相对较多。将渔业船舶海上事故成因分别总结为4个方面,分别是不良的作业环境、渔业船舶管理制度的缺陷、船东和船员的不安全操作及船舶本身存在风险,其中不良的作业环境对渔船的安全影响最大[3-4]。

目前,国内外对运输船沉船事故研究较多,祝元胜[5]分析了水泥船发生倾覆的原因,提出散装水泥船建造及管理的改进措施。王建军等[6]通过对货轮沉船事故原因的调查研究,分析了船舶管理不当可能是导致潜在缺陷的原因;李中鹏等[7]对韩国“世越”号客轮沉船事故进行调查,分析了船舶潜在隐患,推测了人为因素、舵设备故障、触礁是事故发生几种可能原因;张宝刚等[8]通过对运砂船倾覆事故进行深入分析,从船舶、船公司、管理部门3个层面提出相应的预防措施。本文通过对某渔船倾覆事故的调查研究,对事故发生时的船舶载重、船舶稳性、风压力进行了理论计算,利用船舶操纵模拟器进行了仿真验证,并针对事故原因提出了科学的防范措施和建议。

1 事故概述

1.1 事故发生过程

2019年8月16日18时左右,某渔船载运食物和施工人员,从焦炭码头驶往施工船,途中遭遇强对流突风天气,船舶发生倾覆,事故造成9人死亡。船舶基本资料见表1,船舶倾覆过程见图1,AIS轨迹见图2。

表1 船舶基本资料Tab.1 Basic information of ship

图1 船舶倾覆过程示意图Fig.1 Diagram of capsizing process

图2 船舶AIS轨迹图Fig.2 AIS trajectory of the ship

1.2 事发水文气象条件

(1)事发前后气象情况。在港区气象卫星、天气雷达、地面自动气象观测数据的基础上,结合事故周边“通旭”轮风力记录数据(见图3),对事发水域天气系统进行了分析还原,17：21时至17：37时,某渔船轮从焦炭码头出发,风力总体不大,瞬时极大风速最大为9.9 m/s(风力5级);17：37时,船舶从北侧西岸出发,此时风力维持在5级及以下;17：53时,受到超级单体风暴影响,风力开始急剧增大,风力达到10级,同时伴有暴雨和冰雹;17：53时至18：03时,风力持续增大,瞬时极大风速达48.1 m/s(风力15级)。

图3 “通旭”轮测风仪风力数据走势图Fig.3 Chart of wind trend from Tongxu vessel

(2)事发前后波浪情况。经向事发水域周围船舶调查,某渔船轮开航时(17：37时)海面风力较弱,且港池水域有一定的遮蔽条件,海面浪高在0.5 m以下,属于正常海况;倾覆事件发生时(18：03时)海面有强风并伴有暴雨和冰雹,能见度极低,周围船舶无法准确判断波浪情况,但事发地海图水深在10 m以上,推测在短时的强风作用下也会造成波浪加剧,强风伴随着加剧的波浪,对船舶航行安全造成叠加影响。

(3)事发前后水文情况。根据《2019年潮汐表》(东海海区)资料(见图4),2019年8月16日港区12：53时的低潮高为159 cm,18：05时的高潮高为453 cm,事发时段为当日最高潮,处于高平潮时段,无涨落潮流。

图4 事故位置潮汐曲线图Fig.4 Tidal curve of Shijiu Port area from Rizhao Port

1.3 事发港区通航环境

(1)事发水域情况。根据事故位置实测海图,事发海域海图水深在10.3 m以上,附近未发现浅点、碍航物等。

(2)港区通航情况。事故发生时附近的船舶位置如图5所示,事发时南作业港区附近共有9艘船舶。① “津航浚 405”船在南二突堤堤头港池锚泊,“通旭”船在焦炭码头北侧停泊维修;②“长安门”、“鑫华泰”、“中建半潜驳6”在焦炭码头停泊;③ “瑞鹏”轮在焦炭码头南8泊位进行装卸作业;④“中交通运1”、“日港拖26”2艘拖轮在协助“亿通”轮靠泊南5#泊位。

图5 事件发生前后周边船舶位置Fig.5 Location of surrounding vessels in the incident

2 事故原因分析

2.1 船舶载重量情况分析

(1)载运人员、物资情况。经现场调查及资料分析可知,船舶共载员9人(人均体重按85 kg计,总重约765 kg),载运物资包括伙食补给和其他物品约620 kg、船员行李物品约10 kg,此外还有该船自带的燃油约2 500 kg、淡水约1 000 kg。船上燃油、淡水、载运物品和船上人员的总重量约为4.9 t。

(2)船舶载重情况分析。根据船舶证书上相关参数和现场船舶尺度的测量数据,同时参考了港区2艘相似船舶的参数(见表2),推算出某渔船的空船重量约为32 t。用NAPA软件建立了某渔船的模型[9](见图6),在设计吃水(d=1.3 m)时的排水量为65.7 t,可得出船舶载重量约为65.7-32=33.7 t。事发时船舶载重量约为4.9 t,远小于某渔船的载重能力,不存在超载现象。

表2 参考船舶相关资料Tab.2 Related information of refer ship

图6 “某渔船”轮建模模型Fig.6 Modeling mode of accident ship

2.2 船舶稳性分析

(1)船舶稳性要求。

根据《国内海洋渔船法定检验技术规则2019》中船舶完整稳性的要求[10],①V.GM0.35：经自由液面修正后的初重稳距GM0应不小于0.35 m;②V.GZ0.15：当横倾角等于或大于30°时,复原力臂GZ应至少为0.15 m;③V.MAXGZ25：最大复原力臂(GZ)对应的横倾角应大于或等于25°。

上述稳定要求中：GM0为初重稳距,是指船舶正浮或小角度倾斜时横稳心与重心之间的垂向距离;GZ为复原力臂,也称稳性力臂,即重力和浮力作用线之间的距离。

(2)船舶稳性分析。根据渔船模型计算分析,在载重4.9 t的情况下,计算所得的初重稳距与复原力臂曲线特性衡准值都满足规范要求。具体如表3和图7、图8所示。

表3 某渔船轮稳性计算结果Tab.3 Stability calculation results of accident ship

图7 某渔船轮性能模型Fig.7 Performance model of accident ship

图8 船舶复原力臂曲线Fig.8 Recovery arm curve of the ship

2.3 船舶风压力计算

(1)相关要求。

依据《渔业船舶法定检验规则》(船长大于或等于12 m国内海洋渔业船舶2017)及航海其他相关经验公式[11-13],当船舶的最小倾覆力矩(或倾覆力臂)>风压力矩(或风压力臂)时,船舶处于稳定平衡状况,反之则处于不稳定平衡状态或随机平衡状态。

(2)风压计算。

①风力计算。作用在船舶水线以上部分的风力,计算公式如下

(1)

式中：Fw为风力,N;Cs为形状系数,取值1;Ch为高度系数,取值1;Ai为受风构件的正投影面积,m2,取值52.2 m2;Vw为风速,m/s。

②风压力矩计算。作用在船舶水线以上部分的风压力矩,计算公式如下

Mf=Fw×If

(2)

式中：Mf为风压倾覆力矩,Nm;Fw为风力,N;If为风压力臂,m,取值2 m。

③船舶倾覆力矩。船舶倾覆力矩的计算公式如下

Mq=△×Iq

(3)

式中：Mq为船舶倾覆力矩,Nm;△为船舶浮力,N,与船舶最小倾覆力一致,取值249 100 N;Iq为倾覆力臂,m,取值0.21 m。

表4对不同风力情况下风压力及力矩进行了计算,按事发水域附近船舶实测最大风力48.1 m/s计算,风可能对船舶作用的最大风压倾覆力矩为148 064 N·m,而船舶自身抵抗外力矩的倾覆力矩为52 311 N·m,当时的风压倾覆力矩远大于船舶的倾覆力矩,因而可能会因风压作用直接造成船舶倾覆。

表4 某渔船风压力计算Tab.4 Wind pressure of accident ship

2.4 船舶仿真模拟验证

(1)试验船型建模。本文采用MMG分离型数学模型方法建立船舶操纵运动的数学模型[14-15],船舶操纵运动方程如下

(4)

式中：m为船舶质量,可由m=ρs得到,ρs为海水密度,取1 025 kg/m3;为船舶的排水体积;u为x方向的绝对速度,v为y方向的绝对速度,r为垂直水平面的角速度;P和R分别为动力定位船舶所装备的推进器和舵产生的主动力及力矩;xG、yG、zG分别为船舶重心在随船坐标系的位置;Ixx、Iyy、Izz、Ixy、Iyx、Ixz、Izx、Iyz、Izy为转动惯量;XΣ、YΣ、ZΣ、KΣ、MΣ、NΣ为作用于船体上的所有力和力矩。试验中建立了渔船三维模型(见图9)。

图9 渔船三维模型Fig.9 Three dimensional model of fishing boat modeling

(2)试验船型测试。本试验对不同风力情况下渔船的横倾角进行了数值计算,计算结果如图10所示。试验中风力等级由6级逐级递增,风力在8级及以下时,横倾角基本在5°以内;风力达到9级时,最大横倾角达到16°,此时船舶自身抵抗外力矩勉强可以克服;在出现10级风力时,横倾角达到20°,船舶横倾角接近船舶如水角度22.5°;出现12级风力时,短时间内横倾角超过25°,船舶倾覆,在遭遇15级风时,船舶瞬间倾覆。

图10 不同风力情况下渔船横倾角变化过程Fig.10 Analysis on the heeling angle of fishing boat under different wind conditions

3 对策及相关建议

(1)加强对施工水域自然环境的掌握,对施工期内的风、流、浪、流、潮位加强监测、分析、预报,根据环境条件,进一步完善突发气象条件下的应对措施。

(2)加强与气象部门的合作,施工水域可增设气象监测监控设备,提高施工水域气象监测精度,提升突发极端恶劣天气预警的及时性、准确性。

(3)本次船舶倾覆事件,暴露出部分交通船存在抵抗风浪能力不足的安全风险,建议研究制定交通船作为施工辅助船舶的准入标准。

(4)目前,对于涉水施工企业工程船舶所必须的通勤、补给用交通船舶尚未有专门的规定,施工单位很难准确把握交通船舶的选用原则,建议研究制定行业认可的交通船选用标准或规程。

(5)加强技术攻关,从提升船舶稳性、抗沉性、储备浮力角度推进新型交通船的设计、改造技术。

(6)工程施工中各单位、各船舶要进一步提高有关人员安全风险辨识能力,加强各单位、各施工船舶间的沟通协调,保障施工及人员安全。

4 结论

本文通过对某渔船倾覆事故的调查研究,还原了事故发生的过程,提出了科学的防范措施和建议。

(1)目前,国内外对运输船沉船事故研究较多,对渔船研究相对较小,原因分析主要采用现场调查的方法进行,本文利用理论计算的方法分析了渔船沉没时的载态、稳性和风压力矩,并用船舶模拟器进行仿真验证,表明该渔船在出现12级及以上大风时会出现倾覆的事故。

(2)通过研究可知,某渔船未超载,稳性符合航行安全要求,发生事故的主要原因为该船突遭极端大风,因风压产生的倾覆力矩远超船舶的抗倾覆力矩,造成船舶倾覆。