红土镍矿船在大风浪下的风险评估

    张九磊

    

    

    摘 ?要：由于近几年来红土镍矿船事故频发，为了降低事故发生率，本文对事故原因进行了分析，并结合模糊综合评定数学模型，提出了一种对大风浪中航行船舶的危险度进行定量估算的模型。通过专家问卷调查后，得出了红土镍矿船在大风和大浪的作用下，可能发生不同的等级事故。并对某种危险情况，结合实际风浪进行了评估。船舶驾驶员只要根据本船的实际，并通过气象预报，就能对本船的危险状况进行定量的预测，有利于作出决策，从而降低风险。

    关键词：数学模型 ?定量估算 ?风险评估

    近年来运输红土镍矿粉的船舶事故频发，如：2004年，G轮从菲律宾装红土镍矿途经汕头外海时发生横倾，在拖轮拖带途中倾覆沉没;2006年，D轮从菲律宾装精镍矿粉去日本，途经中国沿海发生倾斜，即弯泊乐清湾，在岸基指导下，将船扶正后续航，安全抵达日本港口。特别要指出的是：从2010年10月28日到12月3日，在短短36天内接连发生了海事和船舶倾覆事故;10月28日，一艘巴拿马籍散货船A轮装有4700红土镍矿，在琉球群岛南沉没;11月9日，散货船N轮装有红土镍矿也在台湾东部海面沉没;11月10日，M轮在印尼载运红土镍矿回张家港卸货，途经冲绳岛南340 n mile处，倾覆沉没;11月11日，Y轮装运红土镍矿在台湾东遇风船舶倾斜7～8°时，弯靠花莲港，经舱内铺木屑和调整油水和压舱水将船扶正后续航，安全抵达目的港;11月22日，HX轮装矿砂在连云港以东海域遇北风-西北风7～8级，倾覆沉没;12月3日，HW轮从印尼装40 000 t红土镍矿开往岚山港，在巴士海峡沉没，被救起14人，失踪10人;2011年12月25日，一艘巴拿马籍货船“VQ”轮，满载55400t红土镍矿，从印尼Morowali港驶往中国宁德途中，在菲律宾东北海域的吕宋岛附近发生倾覆;2013年8月14日，一艘运载红土镍矿3.3万吨香港注册货轮“Trans Summer”号（夏长轮），原定由印尼前往广东阳江，但途经珠海港西南80公里近万山群岛海域时，被15米高巨浪及时速90公里以上烈风扑袭，船身向左倾侧20度，最后沉没。

    上述一系列船舶倾覆事故的发生，令人触目惊心，现在看来，很有必要对海运红土镍矿的安全进行必要的总结和讨论。经分析发生事故的根本原因（内因）有两条：一是货舱内含水矿粉超过流动水分点，析出大量水分，造成自由液面使该轮稳性变为负值所致;二是由于积载不当，矿粉重量大大超过货舱底面局部强度造成船体断裂，或承运矿石船舶是超老龄船，船舶维修不到位、装载不当造成船体断裂沉没。而大风浪中高速航行，遭受风浪对船体冲击，致使船体横摇、纵摇加剧，是加速含水矿粉形成自由液面的外因。

    研究现状

    1、国内外研究现状

    实际上，对于在印尼或菲律宾装载红土镍矿可能导致严重海事事故的问题在几年前就引起了航运界的注意，各大船东互保协会均发出了防损公告，比如：UK P&I， NE P&I，SKULD P&I，steamSHIP P&I等等。国际干散货船东协会也及时发布了两次会员警告，其中一个标题就为“Hazardous cargoes - three ships sunk; 44 deaths in 39 days，The Unanswered Questions and why seafarers should not be considered expendable.”。

    国内也有不少专家学者就红土镍矿的事故进行了分析，但大家只是着重从红土镍矿的含水量着手，当然含水量过高确实是红土镍矿发生事故的根本原因，却忽视了风浪这条外因，如果没有风浪下的摇摆及船舶震动，水分不析出，根本行不成自由液面。所以研究风浪这条外因对船舶的影响也是非常有必要的，当货物含水量不太高时，大风浪下船舶剧烈摇摆导致水分析出，可能会成为船舶事故的根本原因。

    2、红土镍矿的特性

    红土镍矿作为镍矿的一种，由于露天开采，露天堆积，常年炎热、潮湿、多雨，相对于其它可液化的精选矿含有更多的水分。

    当红土镍矿粉含水量小于32%时，矿体外形看起来很结实，用手指轻轻一捏，就会粉碎;但当含水量超过35.7%的矿体，遇到摇摆和振动都会发生水分析出矿体表面的现象，称作矿粉的“液化流动”。初始产生矿粉液化现象的含水量，被称作流动水分点，它的试验数据如表1。

    表1 ?红土镍矿粉的流动性

    据资料介绍，近10年来，红土镍矿粉因含水量超过32%发生海难事故的船舶不少于30艘。菲律宾和印尼当局按国际惯例：出运红土镍矿的适运水分限制（AML）为32%，流动水分点为35.7%。

    3、运输船舶特性

    运输红土镍矿的船舶一般船龄偏老，而且偏中小型船。

    小结：综合以上考虑，本文着重分析装载货物含水量在适运水分限（含水量32%）以下的情况，即只着重考虑风浪的情况。

    首先要控制好货物的含水量，要了解该种货物含水量与自由液面析出或货物流动的相互关系，这是安全运输的前提。我们不能运输含水量超标的货物。其次选择好航线，尽可能地避开风浪较大的航行区域，同时要采取一系列防止货物流动或减少自由液面影响的措施（ 如平舱、压舱、安装止流板、预埋积水桶等），这是安全运输的基础。再者，加强船员的安全意识，这是安全运输的保证。

    船舶风险估算模型

    1、危险等级的选取

    为了实施性方便，这里我们没有采取交通部的等级划分，而是把风险等级划分为三个，具体参照下表：

    表2 风险等级划分

    2、致灾因子的选取

    此类船舶的致灾因子主要有三个：①水分含量过高;②货物积载不当，超出船舶强度，导致断裂;③船龄偏老，导致强度不够;④自然因素（大风浪）。我们排除了前两个因素的影响，因此只考虑船龄和自然因素。本文在自然因素中只考虑了2个致灾因子，即大风和大浪各自的作用时间，同时对航向与大风浪方向的夹角也给予了考虑。综合起来就是总共3个致灾因子。

    3、风险估算模型建立

    对大风浪中航行船舶预先进行风险估算，是要得出对于特定船舶在将遇到的大风浪条件下，发生不同等级危险的可能性大小。根据专家评定的方法，可以给出特定船舶在不同的大风浪状态下，发生不同等级危险的分布情况。但是，气象台发布的大风浪预报，其准确率不可能达到100%，而同一类型的船舶，甚至同一艘船，在不同的航次中，也会因为航区、装载等条件的不同，使其在大风浪中的危险状况发生改变，因此，必须对大风浪的预报准确率、船舶自身的各种特点加以综合考虑。设大风和大浪的可能状态分别为：

    ■（1）

    ■（2）

    式中：a1i和a2i分别为不同等级的大风和大浪出现的概率。

    使用专家经验评定的方法，可以得到对于不同船舶不同载态下，在上述不同条件下航行时，发生Ⅰ～Ⅲ级事故的概率，由此，可分别得到大风浪中航行船舶危险等级与风、浪致灾因子之间的模糊关系。其中风、浪的影响可分别表示为若干个m×3和n×3维模糊矩阵。若共分成T种不同的航行条件，则对于每一种航行状态，风的影响矩阵与浪的影响矩阵分别为：

    （3）

    （4）

    式中：■为在某一种航行状态t（t=1，2，…，T）条件下，出现大风状态a1i时，发生j等级事故的概率;■为在某一种航行状态t（t=1，2，…，T）条件下，出现大浪状态a2i时，发生j等级事故的概率。

    当收到了航行海区的风浪预报，确定了某一航行方案后（对应于状态t1，t2，…，tk），则该船此方案的危险度即可按下列方式求出。在大风浪作用下，此航行方案危险等级分别为：

    （5）

    （6）

    式中：xi（i=1，2，3）为在大风的作用下，发生Ⅰ～Ⅲ等级事故的风险度;yi（i=1，2，3）为在大浪的作用下，发生Ⅰ～Ⅲ等级事故的风险度。在大风浪中，船舶危险度等级模糊评定结果为：

    B=（z1，z2，z3）（7）

    zi=xi+yi-xiyi

    式中：zi（i=1，2，3）为在大风浪的共同作用下，发生Ⅰ～Ⅲ等级事故的风险度。

    红土镍矿船发生事故的可能性

    1、红土镍矿船描述

    我国的红土镍矿船多船龄偏老（一般在15年以上），吨位不是很大。大部分是从印尼或菲律宾进口，运到日照、连云港。所以营运区域为印尼（或菲律宾）—日照、连云港，航线为“印尼——中国南海——台湾海峡——东海——黄海——日照、连云港”。

    2、致灾因子选定

    根据红土镍矿船本身以及所装货物的特性，我们对红土镍矿船的致灾因子大风风力选取了≤5、6、7、≥8级;对于致灾因子大浪高度，其可能的状态可分为：≤2、2—3、3—4、4—5及≥5m。对于以上致灾因子的影响，再做以下划分：大风和大浪作用时间为：≤4、4—8、8—12和≥12h;航向与风浪夹角分别为135°和45°;船龄为15—19、20—24、≥25年。这样，对于每一种不同的大风浪作用时间，有2种不同的航向与风浪夹角，有3种不同的船龄阶段，由此得到24种受大风浪影响的不同航行状态。

    大风浪对本船影响的调查结果

    本文研究的船舶属于中小型船舶，中小型船舶在波长超过船长的波浪中顺浪航行或斜顺浪航行，均存在稳性降低、尾淹和打横、横谐摇等危险，并且斜顺浪航行较顺浪航行更为危险。船舶稳性差或者货物容易移动以及船尾干舷低、保向性差的中小型船舶不宜采用顺浪或斜顺浪航行，降低船速是最有效的措施[7]。因此，船舶与风浪夹角为135°的情况比45°的情况更为危险。根据统计，船龄与船舶灭失率的关系如表：

    表3 散货船船龄与灭失率的关系

    所以船龄在25年以上的船舶更危险。风浪作用时间越长，船舶摇摆的时间就越长，货物析出的水分就越多，这样形成自由液面的危险性就越多。因此由于篇幅有限，这里我们这里只列出船舶与风浪夹角135°、作用时间在12h以上且船龄在25年以上的最危险情况，不妨设这种情况为t=24。

    对发生各级事故可能性的隶属度进行了规定，见表：

    表4 各级事故隶属度

    假设2011年12月19日，气象台预报船舶将要经过的某区，风力7级，浪高4-5m。假设我船船龄在25年以上，下面我们分析一下t=24情况下，本船的危险等级。这里我们认为气象台预报的准确率为100%，则有：

    A1=（0，0，1，0）

    A2=（0，0，0，1，0）

    B1=（0.1，0.6，0.4）

    B2=（0.1，0.6，0.3）

    ■

    ■

    ■

    所以有：■

    由此可见，在t=24情况下，遇到7级风和4—5m浪时，发生事故Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级事故的可能性分别为：非常小、非常大和较大。说明这种情况是危险的。

    结论

    当船舶将要穿越某海区时，可根据气象台预报的风浪情况，结合本船的实际，对本船进行风险评估，分析是否适航，是否考虑改变航线并重新进行评估，了解危险程度，为航线的选择提供了重要的依据。由于船舶与船舶不同，所以不同的船舶要根据自己本船的实际，通过经验总结出符合本船实际的船舶发生不同等级事故的风险矩阵，这样的话船舶驾驶员就可以提前预知本船航行即将面临的风险，并采取相应的措施，对提高船舶安全航行是非常有利的。

    （作者单位：连云港引航站）