欽州港30萬噸級進港航道選線的優選模型研究

劉錦秀 蘇煜

摘 要：本文通過一系列評價分析，采用多層次模糊優選的方法進行航線優選，可以在方案比較中彌補分析的主觀性，形成較客觀、嚴謹的評價結論，為航道選線方案的最終決策提供了可信度較高的參考意見。

關鍵詞：多層次 模糊優選 欽州港 航道選線

1.引言

欽州港現有10萬噸級航道已成為制約欽州港區發展的瓶頸。欽州港30萬噸級進港航道工程的建設，對發揮欽州港及廣西的區位優勢、積極推進中國西部大開發戰略實施具有重要意義。如何選定一個最優的進港航線方案，滿足技術、環境、經濟等多目標要求，成為至關重要的環節。

2.優選法基本原理

進港航道的選線是港口航道設計的關鍵，國內外學者對航道選線的布置設計做了大量研究。由于不同地域的水環境不同，各種因素對不同的航道選線的影響程度也是不同的。綜合航道選線方面的研究現狀，提供了多種分析方法、布置方案可供參考，但沒有一種完全適用于欽州港的布置方案。因此，有必要采用科學的、合適的分析方法，因地制宜，為欽州灣進港航道選線優選布置方案。

2.1 優選法選擇

模糊綜合評價法，用以表達事物的不確定性。其根據模糊數學的隸屬度理論把定性評價轉化為定量評價，即用模糊數學對受到多種因素制約的事物或對象做出一個總體的評價。

計算步驟為：①確定評價對象的因素論域②建立評價隸屬關系矩陣③確定評價因素的模糊權向量④綜合隸屬度計算，得出評價結論。

模糊綜合評價法應用的難點之一就是如何正確合理地確定評價指標的權重，而層次分析法可以從定性到定量的綜合權重分配分析方法，將主觀意見的定性分析進行定量化，很好地解決了這個難點。

美國運籌學家薩迪（T.L.Saaty）教授于70年代初期提出了著名的層次分析法，該方法將決策問題層次化，建立問題的層次分析結構模型，然后在各層元素之間進行兩兩對比，并構造判斷矩陣，求出其最大特征值及其所對應的特征向量，歸一化后，即為某一層次指標對于上一層次某相關指標的相對重要性權值。

目前，多層次多目標模糊優選方法被不同領域的學者們廣泛采取，運用數學分析、決策、預報或控制提供定量的依據，適合于人的定性判斷起重要作用、決策結果難于直接精確計量的場合，是一種十分有效的系統分析和科學決策方法。

2.2 指標體系建立

遵循《海港總體設計規范》航道選線的原則，本文從航道設計標準的眾多影響因素中選取合適的影響因素，建立指標體系的3個關鍵指標層、 11個子指標層為：

① 自然條件F1：風U11、浪U12、流U13、礙航物U14等；

② 航道參數F2：航道長度U21、轉向角U22、轉向次數等U23；

③ 技術和經濟F3：易挖性U31、回淤分析U32、工程量U33、疏浚土處理U34。

3.工程概況

擬建欽州港30萬噸級進港航道工程地處北部灣的欽州灣欽州港三墩外港作業區以南海域，地理坐標范圍為21°28′ N～21°33′ N，108°38′E～108°40′ E，如圖1所示。

3.1 自然條件

對依托工程的背景和概況作了簡要的介紹，綜合其自然條件分析，總結如下：

（1）氣象資料顯示，工程海域常風向與現有航道走向基本一致。

（2）欽州港海區除臺風影響期外，波級一般在3級（H=0.8m）以下，有利于岸線開發利用以及船舶安全航行。

（3）水文測驗資料表明，航道海域西槽為主要的輸水輸沙通道。從灣內來的泥沙，主要通過西槽入海，而中、東槽下層則是主要“進水”通道，外海低泥沙含量的海水從中、東槽溯流而上，可阻止灣內泥沙外排，也加速了底層水流速，可能對海底產生沖刷。欽州灣海域不存在大規模泥沙運動，在較強的漲落潮流作用下，工程區域無明顯泥沙沖淤，基本保持動態平衡。

（4）欽州灣海區泥沙的影響主要來自河流輸沙，由于徑流來沙很少，泥沙運動對航道影響程度有限，海相來沙更是微乎其微，對航道產生淤積影響較大的是在大風浪作用下沉積在兩側淺灘泥沙被掀動再次搬運與輸移，對于30萬噸級航道海域泥沙來源更少，含沙量低，因此，航道淤積也不會很大。

（5）北部灣水流動力較弱、航道沿程最大流速一般小于0.5m/s；平均橫流流速均小于0.25m/s。為節省工程投資，30萬噸級航道設計時考慮30萬噸級油輪充分利用高潮位乘潮進港，在高潮前三小時船舶由候潮錨地出發，進入航槽。由于北部灣潮汐類型為不規則全日潮，最大流速通常發生在平潮附近，隨著潮位升高，流速趨于減小，因此30萬噸級油輪在航槽航行時，橫流流速取小于0.25m/s。

3.2航道選線方案

本文選取方案一（西線）、方案二（中線）、方案三（東線）作為比選方案，其主要技術參數如表1。

4.航道選線方案的模糊優選

4.1評價指標體系

根據航道選線優選原理，綜合表1航道軸線方案技術參數對比表，對風、浪、流、航道長度、工程量、拋泥區6個指標，直接選用方案技術參數作特征值；對礙航物、轉向角、轉向次數、易挖性、回淤分析5個指標，對方案技術參數采用兩兩比較賦值法（bxy）進行轉換，最終形成表2。

注：bxy，即相同（賦值1）、較重要（賦值3）、重要（賦值5）、很重要（賦值7）、尤其重要（賦值9）；再在上述4個等級中進行細分，再插入一級，形成9級。

4.2 評價隸屬關系矩陣

對表2子指標特征值均為特征值越小越優類型，為避免夸大變化范圍較小的子指標其在優選中的作用，采用式4.1進行隸屬度轉換。

5.結語

通過應用多層次多目標航道規劃方案模糊優選方法對欽州港的三個航道選線方案進行優化計算和比較，方案一的綜合隸屬度為0.645，方案二的綜合隸屬度為0.510，方案三的綜合隸屬度為0.435，較為客觀地反映出三個不同航道選線方案的相對優屬度的排序情況，方案一優屬度最高。此為航道選線方案比較中、環境安全評估中彌補方案分析的主觀性，為航道規劃的最終決策提供了可信度較高的參考意見。

本文采用的優選模型，共選擇了3個關鍵指標層及11個子指標體系，指標體系相對比較片面。由于資料所限，未能融合航道通航安全論證、經濟評價等內容，后續此類模型選用時，可進一步分析研究。

參考文獻：

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