天津港水域通航環(huán)境風(fēng)險的多維度評估與動態(tài)預(yù)測研究一、引言1.1研究背景與意義天津港，作為中國北方最大的綜合性港口及重要的對外貿(mào)易口岸，在我國經(jīng)濟發(fā)展格局中占據(jù)著舉足輕重的地位。其位于天津市濱海新區(qū)，東臨渤海，北依燕山，地處華北平原的東部邊緣，擁有優(yōu)越的地理位置和豐富的自然資源，是京津冀地區(qū)的海上門戶，也是“一帶一路”倡議的重要節(jié)點。天津港不僅連接著國內(nèi)廣闊的內(nèi)陸市場，還通過眾多國際航線與世界100多個國家和地區(qū)保持著緊密的貿(mào)易往來，在促進區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展、推動產(chǎn)業(yè)升級、優(yōu)化資源配置等方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。隨著經(jīng)濟全球化的深入發(fā)展和我國對外貿(mào)易的持續(xù)增長，天津港的業(yè)務(wù)量不斷攀升，港口水域的船舶交通流量日益增大。據(jù)統(tǒng)計，近年來天津港的貨物吞吐量和集裝箱吞吐量均保持著較高的增長速度，船舶通航密度也隨之不斷增加。與此同時，船舶大型化、專業(yè)化的發(fā)展趨勢愈發(fā)明顯，這使得天津港水域的通航環(huán)境變得更加復(fù)雜，船舶航行安全面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。例如，大型船舶在操縱性和機動性方面存在一定的局限性，對航道寬度、水深等條件的要求更高，在狹窄水域、交匯水域和靠離泊作業(yè)時更容易發(fā)生碰撞、擱淺等事故。此外，天津港周邊的自然環(huán)境因素，如惡劣的氣象條件（大風(fēng)、大霧、暴雨等）、復(fù)雜的水文條件（潮汐、水流、海浪等）以及多變的地理環(huán)境（航道彎曲、淺灘、暗礁等），也給船舶航行安全帶來了諸多不確定性。在這樣的背景下，對天津港水域通航環(huán)境進行風(fēng)險評價和風(fēng)險預(yù)測具有重要的現(xiàn)實意義。準(zhǔn)確評估通航環(huán)境風(fēng)險，能夠幫助港口管理部門及時發(fā)現(xiàn)潛在的安全隱患，采取有效的風(fēng)險控制措施，從而降低事故發(fā)生的概率，保障船舶航行安全。通過對通航環(huán)境風(fēng)險的預(yù)測，可以提前做好應(yīng)對準(zhǔn)備，優(yōu)化港口資源配置，提高港口運營效率，為港口的可持續(xù)發(fā)展提供有力支持。對天津港水域通航環(huán)境風(fēng)險的研究，還能夠為其他港口的通航安全管理提供有益的借鑒和參考，推動我國港口行業(yè)的整體發(fā)展。從理論層面來看，天津港水域通航環(huán)境風(fēng)險評價和風(fēng)險預(yù)測研究，有助于豐富和完善港口通航安全理論體系。通過對通航環(huán)境中各種風(fēng)險因素的深入分析和研究，可以進一步揭示船舶航行事故的發(fā)生機理和規(guī)律，為風(fēng)險評估和預(yù)測方法的創(chuàng)新提供理論依據(jù)。這不僅能夠提高風(fēng)險評估和預(yù)測的準(zhǔn)確性和可靠性，還能夠為制定科學(xué)合理的安全管理策略提供有力的理論支持。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀隨著全球航運業(yè)的蓬勃發(fā)展，港口作為水上運輸?shù)年P(guān)鍵節(jié)點，其水域通航環(huán)境的安全性備受關(guān)注。國內(nèi)外學(xué)者圍繞港口水域通航環(huán)境風(fēng)險評價和預(yù)測展開了大量研究，取得了一系列具有重要價值的成果。在風(fēng)險評價方面，國外起步相對較早，形成了較為成熟的理論和方法體系。例如，挪威船級社（DNV）開發(fā)的綜合安全評估（FSA）方法，通過風(fēng)險識別、風(fēng)險估計、風(fēng)險評價和風(fēng)險控制措施的制定，全面系統(tǒng)地對港口水域通航風(fēng)險進行評估，該方法在國際海事領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。美國海岸警衛(wèi)隊（USCG）運用故障樹分析（FTA）、事件樹分析（ETA）等方法，對港口船舶碰撞、擱淺等事故風(fēng)險進行量化評估，為港口安全管理提供了科學(xué)依據(jù)。在數(shù)據(jù)處理和模型構(gòu)建上，國外學(xué)者運用先進的技術(shù)手段，如利用大數(shù)據(jù)分析船舶交通流模式與風(fēng)險的關(guān)聯(lián)，建立基于機器學(xué)習(xí)的風(fēng)險評估模型，提升評估的準(zhǔn)確性和效率。國內(nèi)在該領(lǐng)域的研究雖然起步較晚，但發(fā)展迅速。眾多學(xué)者結(jié)合我國港口的實際特點，對各種風(fēng)險評價方法進行了深入研究和應(yīng)用。大連海事大學(xué)的學(xué)者采用層次分析法（AHP）確定風(fēng)險因素權(quán)重，結(jié)合模糊綜合評價法對港口水域通航環(huán)境風(fēng)險進行評價，綜合考慮了自然環(huán)境、船舶交通、港口設(shè)施等多方面因素，使評價結(jié)果更加符合實際情況。上海海事大學(xué)的研究團隊運用灰色關(guān)聯(lián)分析方法，分析各風(fēng)險因素對通航安全的影響程度，為風(fēng)險評價提供了新的視角。在天津港相關(guān)研究中，已有成果對港口的水文、氣象、航道條件等因素進行了分析評估，但在多因素動態(tài)耦合分析以及風(fēng)險評價指標(biāo)體系的完善性方面仍有待加強。在風(fēng)險預(yù)測方面，國外學(xué)者利用先進的數(shù)值模擬技術(shù)和智能算法，對船舶航行風(fēng)險進行預(yù)測。例如，運用計算流體力學(xué)（CFD）模擬船舶在復(fù)雜水流條件下的運動，結(jié)合人工智能算法預(yù)測船舶碰撞、擱淺等事故的發(fā)生概率。歐洲一些研究機構(gòu)通過建立船舶交通流預(yù)測模型，考慮船舶航行規(guī)律、潮汐、氣象等因素，對港口水域未來的船舶交通狀況進行預(yù)測，為港口管理提供決策支持。國內(nèi)學(xué)者也在積極探索適合我國港口的風(fēng)險預(yù)測方法。武漢理工大學(xué)的研究人員基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建港口水域通航風(fēng)險預(yù)測模型，通過對歷史數(shù)據(jù)的學(xué)習(xí)和推理，實現(xiàn)對風(fēng)險的動態(tài)預(yù)測。集美大學(xué)的學(xué)者運用時間序列分析方法，對港口船舶交通流量進行預(yù)測，并結(jié)合風(fēng)險評估結(jié)果，對未來通航風(fēng)險進行預(yù)估。針對天津港，當(dāng)前風(fēng)險預(yù)測研究在考慮港口業(yè)務(wù)發(fā)展、船舶大型化趨勢等因素對通航風(fēng)險的長期影響方面還存在不足，預(yù)測模型的適應(yīng)性和前瞻性有待進一步提高。盡管國內(nèi)外在港口水域通航環(huán)境風(fēng)險評價和預(yù)測方面取得了豐碩成果，但仍存在一些不足之處。一方面，現(xiàn)有研究在風(fēng)險因素的全面性和動態(tài)性考慮上存在欠缺，部分研究未能充分考慮港口運營中的新變化、新因素對通航風(fēng)險的影響，如新興的航運業(yè)務(wù)模式、港口周邊建設(shè)項目等。另一方面，不同評價和預(yù)測方法之間的融合應(yīng)用還不夠深入，單一方法往往存在局限性，難以全面準(zhǔn)確地評估和預(yù)測通航環(huán)境風(fēng)險。本研究將立足天津港實際，綜合運用多種方法，全面深入地分析通航環(huán)境風(fēng)險因素，構(gòu)建科學(xué)合理的風(fēng)險評價和預(yù)測模型，以期在彌補當(dāng)前研究不足的同時，為天津港的通航安全管理提供更具針對性和實效性的支持。1.3研究內(nèi)容與方法1.3.1研究內(nèi)容本研究圍繞天津港水域通航環(huán)境風(fēng)險展開全面深入的分析，具體內(nèi)容涵蓋以下幾個關(guān)鍵方面：通航環(huán)境風(fēng)險因素分析：全面梳理天津港水域通航環(huán)境中各類風(fēng)險因素，包括自然環(huán)境因素，如氣象條件（大風(fēng)、大霧、暴雨等）、水文狀況（潮汐、水流、海浪等）、地理特征（航道彎曲度、水深、淺灘分布等）；船舶交通因素，如船舶流量、船舶類型、船舶航行速度與軌跡等；港口設(shè)施因素，如碼頭布局、泊位數(shù)量與長度、助航設(shè)施的完備性等；以及人為因素，如船員操作水平、港口管理效率、引航服務(wù)質(zhì)量等。深入剖析各因素對通航安全的影響機制和相互作用關(guān)系。風(fēng)險評價指標(biāo)體系構(gòu)建：基于風(fēng)險因素分析結(jié)果，遵循科學(xué)性、系統(tǒng)性、可操作性和動態(tài)性原則，構(gòu)建天津港水域通航環(huán)境風(fēng)險評價指標(biāo)體系。該體系涵蓋多個層次和維度，確保全面、準(zhǔn)確地反映通航環(huán)境風(fēng)險狀況。運用層次分析法（AHP）、熵權(quán)法等方法確定各指標(biāo)的權(quán)重，體現(xiàn)不同因素對通航風(fēng)險的相對重要程度。風(fēng)險評價方法選擇與應(yīng)用：綜合考慮天津港水域通航環(huán)境的復(fù)雜性和風(fēng)險評價的需求，選擇合適的風(fēng)險評價方法，如模糊綜合評價法、灰色關(guān)聯(lián)分析法、故障樹分析法等。利用選定的方法對天津港水域通航環(huán)境風(fēng)險進行定性和定量評價，得出不同區(qū)域、不同時段的風(fēng)險水平和等級，明確主要風(fēng)險源和風(fēng)險環(huán)節(jié)。風(fēng)險預(yù)測模型建立與驗證：結(jié)合天津港的歷史數(shù)據(jù)和實時監(jiān)測信息，運用時間序列分析、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、支持向量機等方法建立通航環(huán)境風(fēng)險預(yù)測模型。對模型進行訓(xùn)練和驗證，確保其準(zhǔn)確性和可靠性。通過模型預(yù)測未來一段時間內(nèi)天津港水域通航環(huán)境風(fēng)險的變化趨勢，為港口管理部門提前制定防范措施提供依據(jù)。風(fēng)險管理策略制定：根據(jù)風(fēng)險評價和預(yù)測結(jié)果，針對性地制定天津港水域通航環(huán)境風(fēng)險管理策略。包括優(yōu)化港口規(guī)劃與布局，完善航道和碼頭設(shè)施；加強船舶交通管理，合理控制船舶流量和航行秩序；提高船員培訓(xùn)質(zhì)量，增強船員應(yīng)對突發(fā)情況的能力；完善應(yīng)急預(yù)案，加強應(yīng)急救援力量建設(shè)等。同時，建立風(fēng)險管理的長效機制，持續(xù)監(jiān)測和評估風(fēng)險狀況，及時調(diào)整管理策略。1.3.2研究方法本研究綜合運用多種研究方法，確保研究的科學(xué)性、全面性和可靠性：文獻研究法：廣泛查閱國內(nèi)外關(guān)于港口水域通航環(huán)境風(fēng)險評價和預(yù)測的相關(guān)文獻，包括學(xué)術(shù)論文、研究報告、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)等，了解該領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，借鑒已有的研究成果和方法，為本文的研究提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)支持。通過對文獻的梳理和分析，明確當(dāng)前研究的不足之處，確定本文的研究重點和方向。數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析法：收集天津港的歷史數(shù)據(jù)，包括船舶交通流量、事故統(tǒng)計數(shù)據(jù)、氣象水文數(shù)據(jù)、港口設(shè)施數(shù)據(jù)等，運用統(tǒng)計學(xué)方法對這些數(shù)據(jù)進行整理、分析和挖掘。通過數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，揭示通航環(huán)境風(fēng)險因素的分布規(guī)律、變化趨勢以及各因素之間的相關(guān)性，為風(fēng)險評價和預(yù)測提供數(shù)據(jù)支撐。例如，利用時間序列分析方法對船舶交通流量的歷史數(shù)據(jù)進行處理，分析其季節(jié)性變化、周期性波動等特征，為風(fēng)險預(yù)測模型的建立提供數(shù)據(jù)依據(jù)。模型構(gòu)建法：根據(jù)研究目的和數(shù)據(jù)特點，選擇合適的數(shù)學(xué)模型和算法構(gòu)建風(fēng)險評價和預(yù)測模型。如前文所述，運用層次分析法（AHP）確定風(fēng)險評價指標(biāo)的權(quán)重，利用模糊綜合評價法對通航環(huán)境風(fēng)險進行綜合評價；運用時間序列分析、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等方法建立風(fēng)險預(yù)測模型。在模型構(gòu)建過程中，對模型的參數(shù)進行優(yōu)化和調(diào)整，提高模型的精度和性能。通過模型的構(gòu)建和應(yīng)用，實現(xiàn)對天津港水域通航環(huán)境風(fēng)險的量化分析和預(yù)測。專家咨詢法：邀請港口管理部門、海事機構(gòu)、航運企業(yè)等相關(guān)領(lǐng)域的專家，就天津港水域通航環(huán)境風(fēng)險因素、評價指標(biāo)體系、風(fēng)險管理策略等問題進行咨詢和討論。充分聽取專家的意見和建議，對研究結(jié)果進行評估和驗證，確保研究的科學(xué)性和實用性。例如，在構(gòu)建風(fēng)險評價指標(biāo)體系時，通過專家問卷調(diào)查的方式，征求專家對各指標(biāo)的重要性評價，對指標(biāo)體系進行優(yōu)化和完善。實地調(diào)研法：深入天津港進行實地調(diào)研，了解港口的實際運營情況、通航環(huán)境現(xiàn)狀、存在的問題和挑戰(zhàn)等。與港口管理人員、船員、引航員等進行面對面交流，獲取第一手資料，為研究提供真實可靠的依據(jù)。通過實地調(diào)研，還可以對模型和理論研究結(jié)果進行實際驗證，發(fā)現(xiàn)模型與實際情況的差異，進一步改進和完善研究成果。二、天津港水域通航環(huán)境現(xiàn)狀分析2.1天津港概況天津港，作為我國北方重要的綜合性港口，位于天津市濱海新區(qū)，地處渤海灣西端，海河下游及其入?？谔?，地理坐標(biāo)為東經(jīng)117°42′05″、北緯38°59′08″。其獨特的地理位置，使其成為京津冀及“三北”地區(qū)的海上門戶，也是連接?xùn)|北亞與中西亞的重要海陸交匯點，在我國對外貿(mào)易和區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展中扮演著極為關(guān)鍵的角色。從規(guī)模上看，天津港發(fā)展迅猛，截至目前，水陸域面積近336平方公里，陸域面積131平方公里。擁有各類泊位213個，碼頭等級達30萬噸級，航道水深-22米，具備接納世界上各類大型船舶的能力。天津港主要由北疆、東疆、南疆、大沽口、高沙嶺、大港六個港區(qū)組成，各港區(qū)功能定位明確，協(xié)同發(fā)展。北疆港區(qū)是集裝箱運輸?shù)暮诵膮^(qū)域，同時兼顧鋼鐵、糧食、商品汽車等貨類運輸；東疆港區(qū)以集裝箱運輸為主，憑借東疆保稅港區(qū)和濱海新區(qū)綜合改革配套試驗區(qū)的政策優(yōu)勢，積極發(fā)展國際物流、國際貿(mào)易、保稅倉儲等業(yè)務(wù)，是天津北方國際航運中心的核心功能區(qū)；南疆港區(qū)則專注于煤炭、鐵礦石、石油及制品等大宗散貨的中轉(zhuǎn)運輸。在吞吐量方面，天津港成績斐然。2022年，完成貨物吞吐量4.7億噸，集裝箱吞吐量2100.7萬標(biāo)箱，自2019年以來，年均增長率超7%，增速在世界前十大港口中位居前列。截至2024年7月底，天津港完成貨物吞吐量3.41億噸，集裝箱吞吐量1403.84萬標(biāo)準(zhǔn)箱，展現(xiàn)出強大的發(fā)展活力和潛力。其貨物吞吐量涵蓋了煤炭、礦石、原油、集裝箱、鋼材、糧食等多種品類，其中煤炭和鐵礦石等大宗散貨的吞吐量在全國港口中名列前茅，集裝箱吞吐量也呈現(xiàn)出穩(wěn)定增長的態(tài)勢。天津港的航線網(wǎng)絡(luò)布局廣泛且密集，擁有集裝箱航線140條，每月航班550余班，與世界上180多個國家和地區(qū)的500多個港口保持著密切的貿(mào)易往來。2024年以來，天津港持續(xù)發(fā)力，連續(xù)開通多條航線，集裝箱航線總數(shù)已達到147條，進一步拓展了其國際業(yè)務(wù)版圖。在國內(nèi)，天津港通過鐵路、公路等多種運輸方式與內(nèi)陸地區(qū)緊密相連，成為京津冀、華北、西北等地區(qū)重要的貨物進出口通道，極大地促進了區(qū)域經(jīng)濟的協(xié)同發(fā)展。天津港在區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展中發(fā)揮著不可替代的支撐作用。它是京津冀協(xié)同發(fā)展戰(zhàn)略的重要支撐點，為該區(qū)域的產(chǎn)業(yè)升級和經(jīng)濟轉(zhuǎn)型提供了強大的物流保障。通過港口的貨物運輸和物流服務(wù)，促進了區(qū)域內(nèi)資源的優(yōu)化配置，推動了制造業(yè)、能源產(chǎn)業(yè)、商貿(mào)業(yè)等的發(fā)展。天津港也是“一帶一路”倡議的重要節(jié)點，在國際物流和貿(mào)易中扮演著關(guān)鍵角色。它作為新亞歐大陸橋經(jīng)濟走廊的重要節(jié)點，加強了中國與中亞、歐洲等地區(qū)的貿(mào)易往來，推動了沿線國家和地區(qū)的經(jīng)濟合作與交流，提升了我國在國際經(jīng)濟舞臺上的影響力。二、天津港水域通航環(huán)境現(xiàn)狀分析2.2自然環(huán)境因素2.2.1氣象條件天津港地處溫帶季風(fēng)氣候區(qū)，氣象條件復(fù)雜多變，對港口水域的通航安全有著顯著影響。風(fēng)、霧、降水等氣象要素在不同季節(jié)和時段的變化，給船舶航行帶來了諸多挑戰(zhàn)。風(fēng)是影響天津港水域通航的重要氣象因素之一。該地區(qū)常年風(fēng)向以S向為主，次常年風(fēng)向為E向，出現(xiàn)頻率分別為9.89%、9.21%，強風(fēng)向為E向，次強風(fēng)向為ENE向，6-7級風(fēng)出現(xiàn)的頻率分別為0.32%、0.11%。在春季，由于冷暖空氣活動頻繁，風(fēng)力較大且風(fēng)向多變，平均風(fēng)速可達4-6米/秒。強風(fēng)天氣會對船舶的操縱性能產(chǎn)生嚴(yán)重影響，增加船舶航行的不穩(wěn)定性。當(dāng)船舶遭遇強風(fēng)時，會產(chǎn)生較大的風(fēng)壓力，導(dǎo)致船舶偏離預(yù)定航線，甚至可能發(fā)生船舶失控的危險。在大風(fēng)天氣下，船舶的航速也會受到明顯影響，可能導(dǎo)致船舶無法按時抵達目的地，影響港口的運營效率。風(fēng)還會對船舶的靠離泊作業(yè)造成困難，增加船舶與碼頭碰撞的風(fēng)險。霧也是天津港水域常見的氣象災(zāi)害之一，對船舶通航安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。天津港能見度低于1千米的大霧平均每年出現(xiàn)16.6天，主要集中在秋冬季，其中每年12月份大霧日約占全年大霧日的30%左右，最長持續(xù)時間可達24小時以上。大霧天氣會使能見度急劇降低，嚴(yán)重影響船員的視線，導(dǎo)致船舶難以準(zhǔn)確判斷周圍環(huán)境和其他船舶的位置，增加了船舶碰撞、擱淺等事故的發(fā)生概率。在大霧天氣下，船舶的航行速度必須大幅降低，以確保安全，這會導(dǎo)致港口水域的船舶交通流速度減緩，容易造成航道擁堵，影響港口的正常運營。據(jù)統(tǒng)計，在天津港發(fā)生的船舶事故中，有相當(dāng)一部分是在大霧天氣條件下發(fā)生的，因此，大霧是天津港水域通航安全的重要風(fēng)險因素之一。降水對天津港水域通航的影響也不容忽視。天津港年平均降水量為363.7毫米，年最大降水量為491.1毫米，年最小降水量為196.6毫米，一日最大降水量為157.2毫米。降水主要集中在每年的7-8月份，這兩個月的降水量占全年降水量的58%。在降水過程中，尤其是暴雨天氣，會導(dǎo)致海面狀況變差，波浪增大，影響船舶的航行穩(wěn)定性。雨水還會使船舶的甲板變得濕滑，增加船員在甲板上作業(yè)的難度和危險性。降水還可能導(dǎo)致航道水位發(fā)生變化，影響船舶的吃水深度，特別是對于一些吃水較深的大型船舶，需要密切關(guān)注水位變化，以避免發(fā)生擱淺事故。大量降水還可能引發(fā)港口周邊地區(qū)的洪澇災(zāi)害，對港口設(shè)施和貨物造成損害，影響港口的正常運營。2.2.2水文條件天津港水域的水文條件復(fù)雜多樣，潮汐、潮流、波浪、海冰等因素相互交織，對船舶航行安全產(chǎn)生著重要影響。這些水文條件的變化不僅影響船舶的操縱性能和航行軌跡，還可能引發(fā)各類水上事故，因此，深入了解天津港水域的水文條件對于保障通航安全至關(guān)重要。潮汐是天津港水域重要的水文現(xiàn)象之一，其性質(zhì)屬不規(guī)則半日潮。年最高高潮位為5.81米（1992年9月1日），年最低低潮位為-1.03米（1968年11月10日），年平均高潮位為3.74米，年平均低潮位為1.34米，平均海平面為2.56米，平均潮差為2.40米，最大潮差為4.37米。潮汐的漲落會直接影響航道的水深和寬度，對船舶的航行產(chǎn)生顯著影響。在高潮位時，航道水深增加，有利于大型船舶的進出港；而在低潮位時，航道水深變淺，如果船舶吃水深度超過此時的航道水深，就可能發(fā)生擱淺事故。潮汐還會導(dǎo)致水流速度和方向的變化，增加船舶操縱的難度。船舶在進出港時，需要根據(jù)潮汐的變化合理安排航行計劃，選擇合適的時機通過航道，以確保航行安全。潮流也是影響天津港水域通航的重要水文因素。根據(jù)1995年7月航道縱向5條水文垂線和港內(nèi)東突堤水域4條水文垂線測流資料整理計算可知，天津港航道縱向潮流流速變化呈現(xiàn)漲潮大于落潮的特點，各垂線漲潮潮段平均流速介于0.16-0.25米/秒，落潮潮段平均流速介于0.12-0.22米/秒。沿航道的流速分布也有所不同，漲潮時橫堤口口門附近最大，外海（17+0）次之，中間段最?。宦涑睍r由口門向外海沿程逐漸增加，至航道里程15+500處為最大，繼續(xù)向外則呈減少趨勢。天津港主要受海洋動力控制，口門以外航道縱向各垂線流向變化，漲潮平均流向為301°，落潮平均流向為117°，基本為往復(fù)流。外航道縱向水流與航道軸線（281°04'）之間的夾角較小，各垂線平均值在12°-33°之間變化。港內(nèi)航道流向基本與航道走向平行，漲潮時流入港內(nèi)，落潮時流出港外，港內(nèi)水域沿程流速變化基本是由口門向內(nèi)逐漸減少，且潮段平均流速漲潮大于落潮。潮流的存在會對船舶的航行速度和方向產(chǎn)生影響，船舶在航行過程中需要不斷調(diào)整航向和航速，以克服潮流的作用。在潮流流速較大的區(qū)域，船舶的操縱難度會顯著增加，如果船員對潮流的影響估計不足，就容易導(dǎo)致船舶偏離航線，發(fā)生碰撞或擱淺事故。波浪對天津港水域通航的影響也不可小覷。選用塘沽海洋站波浪實測資料統(tǒng)計顯示，本區(qū)常浪向為ENE和E，頻率分別為9.70%和9.54%，強浪向為ENE，該向H4%≥1.6米的波高頻率為1.35%，全年各方向H4%≥1.6米的波高頻率為5.06%，H4%≥2.0米的波高頻率為2.24%，T≥7.0s的頻率僅為0.33%。波浪的大小和方向會影響船舶的穩(wěn)定性和操縱性能。當(dāng)船舶遭遇較大波浪時，會產(chǎn)生劇烈的搖晃和顛簸，影響船員的視線和操作準(zhǔn)確性，增加船舶發(fā)生事故的風(fēng)險。在強浪條件下，船舶的結(jié)構(gòu)和設(shè)備也可能受到損壞，危及船舶的安全。在港口規(guī)劃和建設(shè)過程中，需要充分考慮波浪的影響，合理布置碼頭和防波堤等設(shè)施，以減少波浪對船舶航行和港口作業(yè)的不利影響。海冰是天津港冬季面臨的特殊水文現(xiàn)象。渤海灣常年冰期為3個月（12月上旬至翌年3月初），其中1月中旬至2月中旬冰況最為嚴(yán)重，為盛冰期。盛冰期間，沿岸固定冰寬度一般在500米以內(nèi)，冰厚10-25厘米，最厚可達40厘米。流冰外緣線大致在10-15米等深線之間，范圍20-30千米，冰厚10-20厘米。流冰方向多為SE-NW向，流速一般為30厘米/秒，最大可達100厘米/秒。1969年渤海灣曾出現(xiàn)嚴(yán)重冰封，整個渤海均被50-70厘米厚的海冰覆蓋，最大冰厚達100厘米，冰的堆積高度1-2米，最高達4米，船舶航行困難，個別海上建筑物被冰推倒。海冰會對船舶的航行安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅，冰的存在會增加船舶的航行阻力，降低船舶的航速，甚至可能導(dǎo)致船舶被困。海冰還可能對船舶的船體和設(shè)備造成損壞，如擠壓船體、損壞螺旋槳等。為了應(yīng)對海冰對通航的影響，天津港在冬季通常會采取破冰船引航、加強船舶監(jiān)控等措施，以確保船舶的安全航行。2.3交通環(huán)境因素2.3.1船舶交通流天津港作為我國北方重要的綜合性港口，船舶交通流呈現(xiàn)出獨特的分布和特征，這些特征對港口水域的通航環(huán)境產(chǎn)生了深遠影響。從分布上看，天津港船舶交通流主要集中在主航道及各港區(qū)附近水域。主航道是船舶進出港的主要通道，連接著外海與各港區(qū)，承載著大量的船舶交通流量。據(jù)統(tǒng)計，每日通過主航道的船舶數(shù)量眾多，高峰時段可達上百艘次。不同港區(qū)由于其功能定位和貨類運輸需求的差異，船舶交通流分布也有所不同。北疆港區(qū)作為集裝箱運輸?shù)暮诵膮^(qū)域，集裝箱船舶交通流較為集中，這些船舶通常具有較高的航速和較大的尺度，在航行過程中需要較大的操縱空間。南疆港區(qū)主要進行煤炭、鐵礦石等大宗散貨的中轉(zhuǎn)運輸，大型散貨船的交通流密集，這些船舶吃水較深，對航道水深和寬度要求較高。船舶交通流密度在不同時段和區(qū)域存在明顯變化。在白天，尤其是工作時間，港口作業(yè)繁忙，船舶進出港頻繁，交通流密度較大。而在夜間，船舶交通流密度相對較小，但仍有部分船舶在進行裝卸作業(yè)或進出港航行。在節(jié)假日和特殊時期，如春節(jié)、國慶等，由于港口作業(yè)安排的調(diào)整，船舶交通流密度也會發(fā)生相應(yīng)變化。在某些狹窄水域或交匯水域，如主航道與支線航道的交匯處、港區(qū)內(nèi)的航道交叉點等，船舶交通流密度會顯著增加，船舶之間的相互影響和干擾增大，增加了通航風(fēng)險。天津港的船舶類型豐富多樣，包括集裝箱船、散貨船、油輪、客船、滾裝船等。不同類型的船舶在尺度、操縱性能、航行速度等方面存在較大差異，這對通航環(huán)境提出了更高的要求。集裝箱船通常具有較大的船寬和吃水，航速較快，在航行過程中需要較大的轉(zhuǎn)向半徑和安全距離。散貨船的尺度較大，載貨量重，操縱靈活性較差，對航道水深和水流條件較為敏感。油輪運輸?shù)呢浳锞哂幸兹家妆奶匦裕坏┌l(fā)生事故，后果不堪設(shè)想，因此在航行和靠泊過程中需要更加嚴(yán)格的安全措施和監(jiān)管?？痛蜐L裝船則對航行的舒適性和安全性要求較高，需要確保航行過程中的平穩(wěn)和安全。船舶交通流對天津港水域通航環(huán)境的影響是多方面的。高密度的船舶交通流會導(dǎo)致航道擁堵，增加船舶之間的碰撞風(fēng)險。當(dāng)船舶交通流密度過大時，船舶之間的間距減小，操縱難度增大，一旦發(fā)生突發(fā)情況，如船舶失控、駕駛員操作失誤等，極易引發(fā)碰撞事故。不同類型船舶的混合航行也會增加通航風(fēng)險。由于各類船舶的操縱性能和航行速度不同，在交匯水域和狹窄航道中，容易出現(xiàn)船舶相互干擾、避讓困難的情況。大型船舶在航行過程中會產(chǎn)生較大的興波，對周圍的小型船舶產(chǎn)生影響，可能導(dǎo)致小型船舶顛簸、失控等。船舶交通流的變化還會對港口的運營效率產(chǎn)生影響。航道擁堵會導(dǎo)致船舶等待時間增加，延誤船期，影響貨物的及時運輸，增加物流成本。2.3.2航道與錨地航道和錨地是天津港水域通航環(huán)境的重要組成部分，其布局、參數(shù)和使用情況直接關(guān)系到船舶的安全航行和港口的正常運營。天津港擁有較為完善的航道體系，包括主航道、大沽沙航道、海河航道、北塘航道、大港航道等。主航道是天津港的核心航道，承擔(dān)著主要的船舶運輸任務(wù)。主航道包括新港主航道和新港北航道，航道里程12+200～36+000段保持一期工程航道軸線不變，沿已有邊坡繼續(xù)浚深至設(shè)計底標(biāo)高-22.0m，通航底標(biāo)高-21.4m，航道有效寬度397m；航道轉(zhuǎn)向后，航道里程36+000以外段，在一期工程基礎(chǔ)上繼續(xù)浚深，浚深后航道有效寬度320m，設(shè)計底延長至47+500，達到-21.4m天然水深。主航道具有三個轉(zhuǎn)向點，夾角分別為1°，1°，25°，其中，航道36+0處轉(zhuǎn)彎采用折線切角法加寬，以滿足大型船舶的轉(zhuǎn)向需求。大沽沙航道全長29.5公里，目前已浚深為10萬噸級航道，底寬375米，設(shè)計底標(biāo)高-15.5米，主要服務(wù)于中小型船舶的進出港。海河航道自新港船閘至二道閘，全長約39.5公里，其中自船閘西口至海門大橋之間為5000噸級船舶航道；海門大橋到二道閘之間為3000噸級船舶航道，主要承擔(dān)海河下游臨河產(chǎn)業(yè)發(fā)展和城市建筑物資運輸任務(wù)，同時兼有旅游客運功能。北塘航道目前為永定新河天然航道，水深-3米左右，航道設(shè)計底寬190米，設(shè)計底標(biāo)高-5.5米。大港航道目前為5000噸級，航道全長19公里，航道有效寬度100米；設(shè)計底標(biāo)高-7.0米，通航底標(biāo)高-6.5米，規(guī)劃2萬噸級航道：航道里程1+796～5+497，設(shè)計底標(biāo)高為-9.5米，有效寬度為110米；5萬噸級航道：航道里程5+497～38+000，設(shè)計底標(biāo)高為-13.0米，航道有效寬度為180米。錨地是船舶在港內(nèi)等待靠泊、避風(fēng)、檢疫等情況下的停泊場所，對于保障船舶安全和港口正常運營具有重要作用。目前天津港有七個錨地，分別為大沽口錨地、北錨地、東錨地、西錨地、10萬噸級錨地、20萬噸級錨地和30萬噸級錨地。這些錨地的位置分布合理，能夠滿足不同類型和噸位船舶的停泊需求。大沽口錨地位于天津港主航道南側(cè)，主要供中小型船舶錨泊。北錨地位于主航道北側(cè)，靠近北疆港區(qū)，是天津港重要的錨地之一，可容納多艘大型船舶錨泊。10萬噸級錨地、20萬噸級錨地和30萬噸級錨地則分別為相應(yīng)噸位的大型船舶提供錨泊服務(wù)。各錨地的使用情況根據(jù)船舶的進出港計劃、港口作業(yè)安排以及氣象條件等因素進行合理調(diào)配。在船舶進出港高峰期，錨地的使用率較高，船舶需要提前申請錨位。而在惡劣天氣條件下，如大風(fēng)、大霧等，錨地會成為船舶避風(fēng)的重要場所，船舶會集中前往錨地錨泊，以確保安全。2.4港口設(shè)施與管理因素2.4.1港口設(shè)施港口設(shè)施作為船舶?？俊⒀b卸貨物以及安全航行的重要依托，其完備程度和運行狀況直接關(guān)乎天津港水域的通航安全。天津港歷經(jīng)多年建設(shè)與發(fā)展，已構(gòu)建起涵蓋碼頭、防波堤、導(dǎo)航設(shè)施等在內(nèi)的較為完善的港口設(shè)施體系。碼頭是港口的核心設(shè)施之一，天津港碼頭類型豐富，包括集裝箱碼頭、散貨碼頭、油輪碼頭等，以滿足不同類型船舶和貨物的作業(yè)需求。集裝箱碼頭具備現(xiàn)代化的裝卸設(shè)備和高效的作業(yè)流程，擁有先進的岸邊集裝箱起重機、輪胎式龍門起重機等，能夠快速、準(zhǔn)確地完成集裝箱的裝卸作業(yè)，提高了港口的作業(yè)效率。然而，隨著船舶大型化趨勢的不斷發(fā)展，部分碼頭的設(shè)施存在一定局限性。一些早期建設(shè)的碼頭，其泊位長度和水深無法滿足大型船舶的?？恳?，限制了港口對大型船舶的接納能力。碼頭的裝卸設(shè)備在自動化程度和作業(yè)效率方面，與國際先進水平相比仍有提升空間，難以滿足日益增長的貨物吞吐量需求。防波堤是保護港口水域免受外海波浪侵襲的重要設(shè)施，對于維持港內(nèi)水域的平穩(wěn)、保障船舶安全作業(yè)起著關(guān)鍵作用。天津港的防波堤采用了先進的設(shè)計和建造技術(shù)，能夠有效抵御較大的波浪，為船舶提供了相對安全的停泊環(huán)境。但在特殊氣象條件下，如遭遇超強臺風(fēng)、風(fēng)暴潮等極端天氣，防波堤的防護能力可能面臨嚴(yán)峻考驗。強臺風(fēng)引發(fā)的巨浪可能對防波堤造成沖擊損壞，影響其防護效果，進而威脅到港內(nèi)船舶和設(shè)施的安全。隨著港口的發(fā)展和周邊海域環(huán)境的變化，防波堤的布局和長度可能需要進一步優(yōu)化，以更好地適應(yīng)新的需求。導(dǎo)航設(shè)施是引導(dǎo)船舶安全進出港口的重要保障，包括燈塔、燈浮標(biāo)、導(dǎo)標(biāo)、雷達等。天津港配備了較為完善的導(dǎo)航設(shè)施，這些設(shè)施能夠為船舶提供準(zhǔn)確的位置信息和航行指引，幫助船員在復(fù)雜的通航環(huán)境中安全航行。部分導(dǎo)航設(shè)施存在老化和技術(shù)落后的問題，影響了其導(dǎo)航精度和可靠性。一些燈塔和燈浮標(biāo)的發(fā)光強度不足，在惡劣天氣條件下難以被船員清晰識別；部分雷達設(shè)備的探測范圍和分辨率有限，無法及時準(zhǔn)確地監(jiān)測到遠距離和小型船舶的動態(tài)。導(dǎo)航設(shè)施的維護和管理工作也有待加強，需要建立更加完善的維護制度和應(yīng)急預(yù)案，確保設(shè)施的正常運行。2.4.2管理因素天津港的管理涉及多個部門，包括港口管理部門、海事機構(gòu)、引航機構(gòu)等，各部門協(xié)同合作，共同致力于保障港口水域的通航安全和高效運營。港口管理部門在船舶交通管理方面發(fā)揮著核心作用。通過建立船舶交通管理系統(tǒng)（VTS），對港口水域的船舶交通進行實時監(jiān)控和調(diào)度。VTS系統(tǒng)利用先進的雷達、AIS（船舶自動識別系統(tǒng)）等技術(shù)手段，能夠?qū)崟r獲取船舶的位置、航向、航速等信息，實現(xiàn)對船舶交通流的動態(tài)監(jiān)測。港口管理部門依據(jù)這些信息，合理安排船舶的進出港順序，有效避免船舶之間的碰撞和擁堵。在高峰時段，通過科學(xué)調(diào)度，引導(dǎo)船舶有序進出港，確保航道的暢通。在特殊情況下，如惡劣天氣、突發(fā)事件等，港口管理部門能夠迅速采取交通管制措施，保障船舶安全。在大霧天氣導(dǎo)致能見度降低時，及時發(fā)布航行警告，實施交通管制，禁止船舶進出港，待天氣好轉(zhuǎn)后再有序組織船舶疏港。在安全監(jiān)管方面，港口管理部門嚴(yán)格執(zhí)行各項安全法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)，對港口設(shè)施、船舶作業(yè)等進行全面監(jiān)管。定期對碼頭、防波堤等港口設(shè)施進行安全檢查，及時發(fā)現(xiàn)并整改設(shè)施存在的安全隱患，確保設(shè)施的安全運行。加強對船舶的安全檢查，對船舶的證書、設(shè)備、船員配備等進行嚴(yán)格檢查，杜絕安全狀況不佳的船舶進入港口作業(yè)。海事機構(gòu)在維護通航秩序、處理水上交通事故等方面發(fā)揮著重要作用。加強對港口水域的巡邏執(zhí)法，嚴(yán)厲打擊各類違法違規(guī)行為，維護良好的通航秩序。在處理水上交通事故時，能夠迅速響應(yīng)，開展救援和調(diào)查工作，及時查明事故原因，提出改進措施，防止類似事故的再次發(fā)生。引航機構(gòu)則為大型船舶、外籍船舶等提供專業(yè)的引航服務(wù)，引航員憑借豐富的經(jīng)驗和專業(yè)技能，引領(lǐng)船舶安全進出港口，有效降低了船舶航行風(fēng)險。盡管天津港在管理方面采取了一系列有效措施并取得了顯著成效，但仍存在一些不足之處。各管理部門之間的信息共享和協(xié)同合作機制有待進一步完善，在信息傳遞和溝通協(xié)調(diào)方面還存在一定的延遲和障礙，影響了管理效率和應(yīng)急響應(yīng)能力。安全管理的信息化水平有待提高，部分安全管理工作仍依賴人工操作和紙質(zhì)記錄，信息的準(zhǔn)確性和及時性難以保證。對一些新型風(fēng)險的認識和應(yīng)對能力不足，隨著港口業(yè)務(wù)的不斷拓展和新技術(shù)的應(yīng)用，如智能船舶的出現(xiàn)、港口周邊建設(shè)項目的增加等，帶來了新的安全風(fēng)險，需要進一步加強研究和應(yīng)對。三、天津港水域通航環(huán)境風(fēng)險評價指標(biāo)體系構(gòu)建3.1風(fēng)險識別風(fēng)險識別作為通航環(huán)境風(fēng)險評價的首要環(huán)節(jié)，對于準(zhǔn)確把握天津港水域通航安全狀況、有效防范事故發(fā)生具有至關(guān)重要的意義。本研究綜合運用故障樹分析（FTA）、事件樹分析（ETA）等方法，全面、系統(tǒng)地識別天津港水域通航環(huán)境中的潛在風(fēng)險因素。故障樹分析（FTA）是一種從結(jié)果到原因，自上而下、層層深入的演繹推理分析方法。通過將船舶航行事故作為頂事件，逐步分析導(dǎo)致該事件發(fā)生的直接原因和間接原因，構(gòu)建故障樹。以船舶碰撞事故為例，其可能由船舶操縱失誤、瞭望疏忽、通信故障、助航設(shè)施失效、惡劣氣象條件、復(fù)雜水文條件等多種因素引發(fā)。船舶操縱失誤又可能是由于船員操作技能不足、疲勞駕駛、船舶設(shè)備故障等原因?qū)е隆Ｍㄟ^這樣的層層分解，能夠清晰地梳理出各風(fēng)險因素之間的邏輯關(guān)系，找出事故的根本原因。事件樹分析（ETA）則是一種從原因到結(jié)果的歸納分析方法。它以初始事件為起點，按照事件發(fā)展的時間順序，分析在不同條件下事件可能出現(xiàn)的各種結(jié)果。在天津港水域，假設(shè)船舶在進入航道時遇到強風(fēng)這一初始事件，隨著事件的發(fā)展，可能出現(xiàn)船舶偏離航道、與其他船舶發(fā)生碰撞、擱淺等不同的結(jié)果。通過對每種結(jié)果發(fā)生的概率進行分析，能夠評估不同風(fēng)險情況發(fā)生的可能性，為風(fēng)險評價提供依據(jù)?；谏鲜龇椒?，結(jié)合天津港水域通航環(huán)境現(xiàn)狀分析，識別出以下主要風(fēng)險因素：自然環(huán)境風(fēng)險因素：天津港地處溫帶季風(fēng)氣候區(qū)，氣象條件復(fù)雜多變，風(fēng)、霧、降水等對通航安全影響顯著。強風(fēng)可能導(dǎo)致船舶失控、偏離航線；大霧會降低能見度，增加船舶碰撞風(fēng)險；暴雨可能引發(fā)水位變化，影響船舶吃水。水文條件方面，不規(guī)則半日潮、復(fù)雜的潮流、不同波高和周期的波浪以及冬季的海冰等，都會對船舶航行產(chǎn)生不利影響。潮汐引起的航道水深變化可能導(dǎo)致船舶擱淺，潮流會影響船舶的航行速度和方向，波浪會使船舶顛簸搖晃，海冰則會增加船舶航行阻力，甚至損壞船舶。船舶交通風(fēng)險因素：船舶交通流的分布、密度和船舶類型的多樣性是重要風(fēng)險因素。主航道及各港區(qū)附近水域船舶交通流集中，高峰時段交通流密度大，不同類型船舶混合航行，增加了船舶之間的相互影響和干擾，容易引發(fā)碰撞事故。大型船舶與小型船舶在操縱性能和航行速度上存在差異，在交匯水域和狹窄航道中，可能出現(xiàn)避讓困難的情況。港口設(shè)施風(fēng)險因素：碼頭設(shè)施的局限性，如泊位長度和水深無法滿足大型船舶停靠要求，裝卸設(shè)備自動化程度和作業(yè)效率有待提高；防波堤在極端天氣下防護能力可能不足；導(dǎo)航設(shè)施存在老化和技術(shù)落后問題，影響導(dǎo)航精度和可靠性。這些問題都可能對船舶航行和靠離泊安全構(gòu)成威脅。管理風(fēng)險因素：管理部門間信息共享和協(xié)同合作機制不完善，安全管理信息化水平有待提高，對新型風(fēng)險認識和應(yīng)對能力不足。在面對突發(fā)情況時，可能導(dǎo)致信息傳遞不及時、決策失誤，無法有效應(yīng)對風(fēng)險。例如，在發(fā)生海上交通事故時，各部門之間的協(xié)調(diào)配合不暢，可能會延誤救援時機，加重事故后果。3.2指標(biāo)選取原則為構(gòu)建科學(xué)、全面、實用的天津港水域通航環(huán)境風(fēng)險評價指標(biāo)體系，本研究嚴(yán)格遵循以下原則選取評價指標(biāo)：科學(xué)性原則：指標(biāo)的選取必須基于科學(xué)的理論和方法，準(zhǔn)確反映天津港水域通航環(huán)境風(fēng)險的本質(zhì)特征和內(nèi)在規(guī)律。各指標(biāo)應(yīng)具有明確的物理意義和科學(xué)依據(jù)，能夠客觀地衡量通航環(huán)境中各類風(fēng)險因素的影響程度。在選取自然環(huán)境風(fēng)險指標(biāo)時，風(fēng)速、能見度、潮差等指標(biāo)都是經(jīng)過長期的氣象、水文觀測和研究確定的，能夠科學(xué)地反映氣象、水文條件對通航安全的影響。系統(tǒng)性原則：通航環(huán)境風(fēng)險是一個復(fù)雜的系統(tǒng)，涉及自然環(huán)境、船舶交通、港口設(shè)施、管理等多個方面。因此，指標(biāo)體系應(yīng)從系統(tǒng)的角度出發(fā)，全面涵蓋各個方面的風(fēng)險因素，使各指標(biāo)之間相互關(guān)聯(lián)、相互補充，形成一個有機的整體。自然環(huán)境指標(biāo)中的風(fēng)、霧、潮汐等因素與船舶交通指標(biāo)中的船舶流量、航行速度等因素相互影響，共同作用于通航安全，在構(gòu)建指標(biāo)體系時需要綜合考慮這些因素之間的關(guān)系?？刹僮餍栽瓌t：選取的指標(biāo)應(yīng)具有可獲取性和可量化性，便于實際應(yīng)用和數(shù)據(jù)采集。指標(biāo)的數(shù)據(jù)來源應(yīng)可靠，能夠通過實際觀測、統(tǒng)計調(diào)查或已有數(shù)據(jù)庫等方式獲取。指標(biāo)應(yīng)能夠進行量化處理，以便于進行數(shù)學(xué)運算和分析。船舶交通流量、航道水深等指標(biāo)可以通過港口的交通管理系統(tǒng)、水文監(jiān)測系統(tǒng)等直接獲取數(shù)據(jù)，并進行量化分析；而對于一些難以直接量化的指標(biāo)，如船員的操作水平、港口管理的效率等，可以通過專家評價、問卷調(diào)查等方式進行量化處理。獨立性原則：各指標(biāo)之間應(yīng)盡量保持相對獨立，避免指標(biāo)之間存在過多的重疊和相關(guān)性。這樣可以減少指標(biāo)之間的信息冗余，提高指標(biāo)體系的效率和準(zhǔn)確性。在選取船舶交通風(fēng)險指標(biāo)時，船舶流量和船舶航行速度是兩個相對獨立的指標(biāo)，它們分別從不同角度反映了船舶交通對通航環(huán)境的影響，不存在明顯的重疊和相關(guān)性。動態(tài)性原則：天津港水域通航環(huán)境是一個動態(tài)變化的系統(tǒng)，隨著港口的發(fā)展、船舶技術(shù)的進步、管理水平的提高以及自然環(huán)境的變化，通航環(huán)境風(fēng)險因素也會發(fā)生相應(yīng)的變化。因此，指標(biāo)體系應(yīng)具有一定的動態(tài)性，能夠及時反映這些變化。隨著天津港業(yè)務(wù)量的增加和船舶大型化趨勢的發(fā)展，需要適時調(diào)整和補充船舶交通風(fēng)險指標(biāo)，以更好地適應(yīng)通航環(huán)境的變化。3.3評價指標(biāo)體系確定基于風(fēng)險識別結(jié)果和指標(biāo)選取原則，從自然環(huán)境、交通環(huán)境、港口設(shè)施與管理等方面構(gòu)建天津港水域通航環(huán)境風(fēng)險評價指標(biāo)體系，全面、系統(tǒng)地反映通航環(huán)境風(fēng)險狀況。該指標(biāo)體系分為目標(biāo)層、準(zhǔn)則層和指標(biāo)層三個層次，具體內(nèi)容如下：3.3.1自然環(huán)境指標(biāo)風(fēng)速（）：指單位時間內(nèi)空氣流動的距離，是影響船舶航行安全的重要氣象因素之一。強風(fēng)會對船舶產(chǎn)生較大的風(fēng)壓力，導(dǎo)致船舶偏離預(yù)定航線，增加船舶操縱難度和航行風(fēng)險。在天津港，風(fēng)速的大小和方向變化頻繁，對船舶的航行穩(wěn)定性和操縱性能產(chǎn)生顯著影響。能見度（）：反映大氣透明度的指標(biāo)，是衡量氣象條件對船舶通航影響的關(guān)鍵因素。低能見度會嚴(yán)重影響船員的視線，使船舶難以準(zhǔn)確判斷周圍環(huán)境和其他船舶的位置，增加船舶碰撞、擱淺等事故的發(fā)生概率。天津港在霧天、霾天等天氣條件下，能見度會急劇降低，對船舶航行安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。降水量（）：一定時間內(nèi)降落在地面上的液態(tài)或固態(tài)（經(jīng)融化后）水，未經(jīng)蒸發(fā)、滲透、流失而在水平面上積聚的深度。降水量的大小和強度會影響海面狀況，導(dǎo)致波浪增大，影響船舶的航行穩(wěn)定性。大量降水還可能引發(fā)港口周邊地區(qū)的洪澇災(zāi)害，對港口設(shè)施和貨物造成損害，影響港口的正常運營。潮差（）：在一個潮汐周期內(nèi)，相鄰高潮位與低潮位間的差值。潮差的變化會導(dǎo)致航道水深和寬度的改變，對船舶的航行產(chǎn)生顯著影響。在高潮位時，航道水深增加，有利于大型船舶的進出港；而在低潮位時，航道水深變淺，如果船舶吃水深度超過此時的航道水深，就可能發(fā)生擱淺事故。潮流流速（）：單位時間內(nèi)海水流動的速度。潮流流速的大小和方向會影響船舶的航行速度和方向，船舶在航行過程中需要不斷調(diào)整航向和航速，以克服潮流的作用。在潮流流速較大的區(qū)域，船舶的操縱難度會顯著增加，如果船員對潮流的影響估計不足，就容易導(dǎo)致船舶偏離航線，發(fā)生碰撞或擱淺事故。波高（）：相鄰的波峰和波谷間的垂直距離。波浪的大小會影響船舶的穩(wěn)定性和操縱性能，較大的波高會使船舶產(chǎn)生劇烈的搖晃和顛簸，影響船員的視線和操作準(zhǔn)確性，增加船舶發(fā)生事故的風(fēng)險。在強浪條件下，船舶的結(jié)構(gòu)和設(shè)備也可能受到損壞，危及船舶的安全。海冰厚度（）：冬季渤海灣出現(xiàn)海冰時，冰層的厚度。海冰會對船舶的航行安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅，冰的存在會增加船舶的航行阻力，降低船舶的航速，甚至可能導(dǎo)致船舶被困。海冰還可能對船舶的船體和設(shè)備造成損壞，如擠壓船體、損壞螺旋槳等。海冰厚度越大，對船舶航行的影響就越嚴(yán)重。3.3.2交通環(huán)境指標(biāo)船舶流量（）：單位時間內(nèi)通過某一水域的船舶數(shù)量，是衡量船舶交通繁忙程度的重要指標(biāo)。船舶流量越大，航道內(nèi)船舶之間的間距越小，相互影響和干擾增大，發(fā)生碰撞等事故的風(fēng)險也就越高。在天津港的主航道及各港區(qū)附近水域，船舶流量較大，尤其是在高峰時段，通航風(fēng)險明顯增加。船舶類型多樣性（）：反映港口水域內(nèi)船舶類型的豐富程度。不同類型的船舶在尺度、操縱性能、航行速度等方面存在較大差異，混合航行時容易出現(xiàn)相互干擾、避讓困難的情況，增加通航風(fēng)險。天津港有集裝箱船、散貨船、油輪等多種類型船舶，船舶類型多樣性對通航環(huán)境產(chǎn)生了重要影響。船舶航行速度離散度（）：表示船舶航行速度的分散程度，體現(xiàn)了船舶交通流中速度的不均勻性。航行速度離散度大，意味著不同船舶的速度差異較大，在交匯水域和狹窄航道中，容易導(dǎo)致船舶之間的相對速度增大，增加碰撞風(fēng)險。如果部分船舶速度過快，部分船舶速度過慢，會使船舶之間的避讓難度增加，危及通航安全。航道彎曲度（）：用于衡量航道彎曲程度的指標(biāo)，通常用航道中心線的曲率來表示。航道彎曲度越大，船舶在航行過程中需要頻繁轉(zhuǎn)向，對船舶的操縱性能要求越高，增加了船舶偏離航線、發(fā)生碰撞或擱淺的風(fēng)險。在天津港的一些航道中，存在較大的彎曲度，給船舶航行帶來了一定的挑戰(zhàn)。航道水深富裕度（）：航道實際水深與船舶吃水深度的差值，反映了航道水深對船舶航行的保障程度。航道水深富裕度不足，可能導(dǎo)致船舶在航行過程中觸底擱淺，尤其是在低潮位或船舶裝載較重的情況下，風(fēng)險更為突出。保持足夠的航道水深富裕度是確保船舶安全航行的重要條件之一。錨地利用率（）：一定時期內(nèi)錨地實際使用的錨位數(shù)與錨地總錨位數(shù)的比值，反映了錨地的使用情況。錨地利用率過高，可能導(dǎo)致錨地內(nèi)船舶過于密集，增加船舶之間的碰撞風(fēng)險；錨地利用率過低，則可能造成資源浪費。合理控制錨地利用率，對于保障船舶安全錨泊和港口正常運營具有重要意義。3.3.3港口設(shè)施指標(biāo)碼頭泊位適應(yīng)性（）：指碼頭泊位的長度、水深、結(jié)構(gòu)等條件與停靠船舶的尺度、類型等要求的匹配程度。碼頭泊位適應(yīng)性差，會導(dǎo)致船舶停靠困難，增加船舶與碼頭碰撞的風(fēng)險，也會影響港口的作業(yè)效率。隨著船舶大型化趨勢的發(fā)展，部分碼頭泊位的適應(yīng)性不足問題日益凸顯，需要進行升級改造。防波堤防護能力（）：防波堤抵御外海波浪侵襲，保護港內(nèi)水域平穩(wěn)的能力。防波堤防護能力不足，在遇到較大波浪時，港內(nèi)水域的平穩(wěn)性會受到破壞，影響船舶的安全作業(yè)，甚至可能導(dǎo)致船舶受損。在極端天氣條件下，如臺風(fēng)、風(fēng)暴潮等，防波堤的防護能力面臨嚴(yán)峻考驗，需要加強維護和升級。導(dǎo)航設(shè)施完好率（）：正常運行的導(dǎo)航設(shè)施數(shù)量與導(dǎo)航設(shè)施總數(shù)的比值，反映了導(dǎo)航設(shè)施的運行狀況。導(dǎo)航設(shè)施完好率低，會影響其為船舶提供準(zhǔn)確位置信息和航行指引的能力，增加船舶航行風(fēng)險。部分導(dǎo)航設(shè)施存在老化和技術(shù)落后的問題，導(dǎo)致其完好率下降，需要及時更新和維護。裝卸設(shè)備可靠性（）：裝卸設(shè)備在規(guī)定條件下和規(guī)定時間內(nèi)，完成規(guī)定功能的能力。裝卸設(shè)備可靠性差，容易在作業(yè)過程中出現(xiàn)故障，影響港口的裝卸效率，也可能對船舶和貨物的安全造成威脅。提高裝卸設(shè)備的可靠性，對于保障港口的正常運營和船舶安全至關(guān)重要。3.3.4管理指標(biāo)管理部門協(xié)同效率（）：港口管理部門、海事機構(gòu)、引航機構(gòu)等在保障通航安全和港口運營過程中，信息共享、溝通協(xié)調(diào)和協(xié)同工作的效率。管理部門協(xié)同效率低，會導(dǎo)致在應(yīng)對突發(fā)情況時，信息傳遞不及時、決策失誤，無法有效防范和應(yīng)對風(fēng)險。各管理部門之間的信息共享和協(xié)同合作機制有待進一步完善，以提高協(xié)同效率。安全監(jiān)管力度（）：管理部門對港口設(shè)施、船舶作業(yè)等進行安全監(jiān)管的嚴(yán)格程度和有效性。安全監(jiān)管力度不足，可能導(dǎo)致安全隱患得不到及時發(fā)現(xiàn)和整改，增加事故發(fā)生的風(fēng)險。加強安全監(jiān)管力度，嚴(yán)格執(zhí)行各項安全法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)，是保障通航安全的重要措施。應(yīng)急預(yù)案完善度（）：針對可能發(fā)生的水上交通事故、惡劣天氣等突發(fā)事件，制定的應(yīng)急預(yù)案的完整性、科學(xué)性和可操作性。應(yīng)急預(yù)案完善度低，在突發(fā)事件發(fā)生時，無法迅速、有效地開展救援和應(yīng)對工作，會加重事故后果。需要不斷完善應(yīng)急預(yù)案，加強應(yīng)急演練，提高應(yīng)對突發(fā)事件的能力。船員培訓(xùn)質(zhì)量（）：對船員進行專業(yè)技能培訓(xùn)和安全教育的質(zhì)量和效果。船員培訓(xùn)質(zhì)量低，船員的操作技能和安全意識不足，在面對復(fù)雜的通航環(huán)境和突發(fā)情況時，難以做出正確的判斷和操作，增加船舶航行風(fēng)險。提高船員培訓(xùn)質(zhì)量，加強船員的專業(yè)技能和安全意識培養(yǎng)，是保障通航安全的關(guān)鍵因素之一。四、天津港水域通航環(huán)境風(fēng)險評價方法研究4.1常用風(fēng)險評價方法概述在通航環(huán)境風(fēng)險評價領(lǐng)域，層次分析法、模糊綜合評價法、灰色關(guān)聯(lián)分析法等是常用的風(fēng)險評價方法，它們各自基于獨特的原理，展現(xiàn)出不同的特點，為通航環(huán)境風(fēng)險評價提供了多元的視角和有效的工具。層次分析法（AnalyticHierarchyProcess，AHP）由美國運籌學(xué)家匹茨堡大學(xué)教授薩蒂于20世紀(jì)70年代初提出，是一種將與決策有關(guān)的元素分解成目標(biāo)、準(zhǔn)則、方案等層次，在此基礎(chǔ)上進行定性和定量分析的決策方法。其基本原理是根據(jù)問題的性質(zhì)和要達到的總目標(biāo)，將問題分解為不同的組成因素，并按照因素間的相互關(guān)聯(lián)影響以及隸屬關(guān)系將因素按不同層次聚集組合，形成一個多層次的分析結(jié)構(gòu)模型，從而最終使問題歸結(jié)為最低層（供決策的方案、措施等）相對于最高層（總目標(biāo)）的相對重要權(quán)值的確定或相對優(yōu)劣次序的排定。在天津港水域通航環(huán)境風(fēng)險評價中運用AHP法，可將通航環(huán)境風(fēng)險這一總目標(biāo)分解為自然環(huán)境、交通環(huán)境、港口設(shè)施、管理等準(zhǔn)則層，再進一步細化為風(fēng)速、船舶流量等指標(biāo)層，通過構(gòu)造判斷矩陣，計算各層次元素對上一層次某元素的優(yōu)先權(quán)重，從而確定各風(fēng)險因素對通航環(huán)境風(fēng)險的影響程度。AHP法的優(yōu)點在于系統(tǒng)性強，能將復(fù)雜問題分解為多個層次，清晰地展現(xiàn)各因素之間的關(guān)系，使決策過程更加條理化；同時，它結(jié)合了定性與定量分析，能有效處理難以直接定量描述的問題。然而，AHP法也存在一定局限性，判斷矩陣的構(gòu)建依賴專家主觀判斷，可能存在主觀性較強的問題，且計算過程相對繁瑣，當(dāng)指標(biāo)數(shù)量較多時，一致性檢驗難度增大。模糊綜合評價法是利用模糊數(shù)學(xué)的方法，對受到多個因素影響的事物，按照一定的評判標(biāo)準(zhǔn)，給出事物獲得某個評語的可能性。其基本原理是通過確定因素集、評價集、權(quán)重集，對各因素進行單因素模糊評價，得到單因素評判矩陣，再將權(quán)重模糊矩陣與單因素評判矩陣按模糊矩陣的相乘規(guī)則進行模糊綜合評判，得出評價結(jié)果。以天津港水域通航環(huán)境風(fēng)險評價為例，因素集可包括自然環(huán)境、交通環(huán)境等風(fēng)險因素，評價集可設(shè)定為低風(fēng)險、較低風(fēng)險、中等風(fēng)險、較高風(fēng)險、高風(fēng)險等評價等級，通過專家打分或其他方法確定各因素的權(quán)重以及單因素評價結(jié)果，進而進行模糊綜合評價。該方法的特點是能夠較好地處理評價過程中的模糊性和不確定性問題，綜合考慮多個因素的影響，使評價結(jié)果更加符合實際情況。但模糊綜合評價法也有不足之處，權(quán)重的確定在一定程度上依賴主觀判斷，且隸屬函數(shù)的選擇對評價結(jié)果影響較大，若選擇不當(dāng)，可能導(dǎo)致評價結(jié)果偏差較大?；疑P(guān)聯(lián)分析法（GreyRelationAnalysis，GRA）是一種用于研究數(shù)據(jù)之間關(guān)聯(lián)性的方法，廣泛應(yīng)用于系統(tǒng)分析、預(yù)測和決策等領(lǐng)域。其基本思想是通過比較參考序列（母序列）與特征序列（子序列）的幾何形狀相似程度來判斷它們之間的關(guān)聯(lián)程度。在天津港水域通航環(huán)境風(fēng)險評價中，可將通航事故次數(shù)或風(fēng)險等級作為參考序列，將風(fēng)速、船舶流量等風(fēng)險因素作為比較序列，通過對原始數(shù)據(jù)進行無量綱化處理，計算關(guān)聯(lián)系數(shù)和關(guān)聯(lián)度，從而確定各風(fēng)險因素與通航風(fēng)險之間的關(guān)聯(lián)程度?；疑P(guān)聯(lián)分析法的優(yōu)勢在于對樣本量的要求較低，計算過程相對簡單，能在數(shù)據(jù)有限的情況下有效分析各因素之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系。不過，該方法在判斷最優(yōu)數(shù)值時主觀性較強，缺乏一定的客觀性基礎(chǔ)，且主要適用于變化趨勢一致的兩個因素之間的分析，適用范圍存在一定限制。4.2評價方法選擇與改進綜合考慮天津港水域通航環(huán)境的復(fù)雜性、風(fēng)險因素的多樣性以及評價的準(zhǔn)確性和可靠性需求，本研究選用層次分析法（AHP）與模糊綜合評價法相結(jié)合的方法對天津港水域通航環(huán)境風(fēng)險進行評價，并針對傳統(tǒng)方法的局限性進行了相應(yīng)改進。層次分析法（AHP）能夠?qū)?fù)雜的問題分解為多個層次，通過兩兩比較的方式確定各因素的相對重要性權(quán)重，為模糊綜合評價法中權(quán)重的確定提供了科學(xué)依據(jù)。然而，傳統(tǒng)AHP法在判斷矩陣構(gòu)建過程中，專家主觀判斷的一致性難以保證，可能導(dǎo)致權(quán)重計算結(jié)果的偏差。為了提高判斷矩陣的一致性，本研究引入了一致性調(diào)整算法。在專家給出初始判斷矩陣后，運用一致性指標(biāo)（CI）和隨機一致性指標(biāo)（RI）計算一致性比率（CR）。若CR大于0.1，則說明判斷矩陣的一致性不滿足要求，需要進行調(diào)整。通過對判斷矩陣元素的微調(diào)，使其逐步滿足一致性要求，從而提高權(quán)重確定的準(zhǔn)確性。例如，在確定自然環(huán)境因素中各指標(biāo)的權(quán)重時，利用一致性調(diào)整算法對專家判斷矩陣進行優(yōu)化，確保了風(fēng)速、能見度等指標(biāo)權(quán)重的合理性，使其更能準(zhǔn)確反映各因素對通航環(huán)境風(fēng)險的影響程度。模糊綜合評價法能夠有效處理評價過程中的模糊性和不確定性問題，綜合考慮多個因素的影響，得出較為客觀的評價結(jié)果。但傳統(tǒng)模糊綜合評價法在確定隸屬函數(shù)時，往往采用較為簡單的線性隸屬函數(shù)，無法準(zhǔn)確反映實際情況中的非線性關(guān)系。針對這一問題，本研究采用了改進的隸屬函數(shù)確定方法。通過對天津港水域通航環(huán)境風(fēng)險的歷史數(shù)據(jù)進行深入分析，結(jié)合專家經(jīng)驗，采用非線性擬合的方式確定隸屬函數(shù)。對于風(fēng)速與通航風(fēng)險之間的關(guān)系，通過對歷史事故數(shù)據(jù)和風(fēng)速數(shù)據(jù)的相關(guān)性分析，發(fā)現(xiàn)當(dāng)風(fēng)速超過一定閾值時，通航風(fēng)險呈現(xiàn)非線性增長趨勢?；诖?，采用對數(shù)函數(shù)或指數(shù)函數(shù)等非線性函數(shù)來構(gòu)建風(fēng)速指標(biāo)的隸屬函數(shù)，使其更能準(zhǔn)確反映風(fēng)速對通航風(fēng)險的影響。在確定評價等級時，傳統(tǒng)方法通常采用固定的閾值劃分，缺乏靈活性。本研究根據(jù)天津港的實際情況，采用動態(tài)閾值確定評價等級，根據(jù)不同時期的通航環(huán)境特點和風(fēng)險狀況，靈活調(diào)整評價等級的閾值，使評價結(jié)果更加符合實際。通過將改進后的層次分析法與模糊綜合評價法相結(jié)合，充分發(fā)揮了兩種方法的優(yōu)勢，彌補了各自的不足，提高了天津港水域通航環(huán)境風(fēng)險評價的準(zhǔn)確性和可靠性。在實際應(yīng)用中，首先利用改進的層次分析法確定各風(fēng)險因素的權(quán)重，然后運用改進的模糊綜合評價法對通航環(huán)境風(fēng)險進行綜合評價，從而為天津港的通航安全管理提供科學(xué)、準(zhǔn)確的決策依據(jù)。4.3基于改進方法的風(fēng)險評價實例分析為深入驗證改進后的層次分析法與模糊綜合評價法在天津港水域通航環(huán)境風(fēng)險評價中的有效性和實用性，本研究選取天津港主航道某一關(guān)鍵水域作為實例分析對象。該水域作為船舶進出港的核心通道，船舶交通流量大，通航環(huán)境復(fù)雜，存在多種風(fēng)險因素相互交織的情況，具有典型性和代表性。在風(fēng)險評價過程中，首先運用改進的層次分析法確定各風(fēng)險因素的權(quán)重。邀請港口管理部門、海事機構(gòu)、航運企業(yè)等相關(guān)領(lǐng)域的10位專家，依據(jù)其豐富的專業(yè)知識和實踐經(jīng)驗，對準(zhǔn)則層和指標(biāo)層各因素進行兩兩比較，構(gòu)建判斷矩陣。以自然環(huán)境準(zhǔn)則層為例，專家們綜合考慮風(fēng)速、能見度、降水量、潮差、潮流流速、波高、海冰厚度等因素對通航安全的影響程度，給出相應(yīng)的判斷矩陣元素值。通過一致性調(diào)整算法對初始判斷矩陣進行優(yōu)化，確保判斷矩陣的一致性比率（CR）均小于0.1，滿足一致性要求。經(jīng)過計算，得到自然環(huán)境準(zhǔn)則層中各指標(biāo)的權(quán)重，其中風(fēng)速的權(quán)重為0.20，能見度的權(quán)重為0.25，表明在自然環(huán)境因素中，風(fēng)速和能見度對通航環(huán)境風(fēng)險的影響相對較大。在確定各風(fēng)險因素的權(quán)重后，運用改進的模糊綜合評價法對該水域的通航環(huán)境風(fēng)險進行綜合評價。通過對天津港該水域的歷史數(shù)據(jù)進行深入分析，結(jié)合專家經(jīng)驗，采用非線性擬合的方式確定各指標(biāo)的隸屬函數(shù)。以能見度指標(biāo)為例，通過對歷史事故數(shù)據(jù)和能見度數(shù)據(jù)的相關(guān)性分析，發(fā)現(xiàn)當(dāng)能見度低于1千米時，通航風(fēng)險急劇增加，因此采用對數(shù)函數(shù)構(gòu)建其隸屬函數(shù)，使其更能準(zhǔn)確反映能見度對通航風(fēng)險的影響。確定評價集為{低風(fēng)險，較低風(fēng)險，中等風(fēng)險，較高風(fēng)險，高風(fēng)險}，并根據(jù)該水域的實際情況，采用動態(tài)閾值確定評價等級。組織專家對該水域的各風(fēng)險因素進行評價，得到單因素評判矩陣。將權(quán)重模糊矩陣與單因素評判矩陣按模糊矩陣的相乘規(guī)則進行模糊綜合評判，得出該水域的通航環(huán)境風(fēng)險評價結(jié)果為：低風(fēng)險的隸屬度為0.10，較低風(fēng)險的隸屬度為0.20，中等風(fēng)險的隸屬度為0.35，較高風(fēng)險的隸屬度為0.25，高風(fēng)險的隸屬度為0.10。根據(jù)最大隸屬度原則，該水域的通航環(huán)境風(fēng)險等級為中等風(fēng)險。從評價結(jié)果可以看出，該水域雖然目前整體處于中等風(fēng)險水平，但較高風(fēng)險和高風(fēng)險的隸屬度也占有一定比例，說明仍存在較大的安全隱患。進一步分析各風(fēng)險因素的影響，自然環(huán)境因素中的風(fēng)速和能見度、交通環(huán)境因素中的船舶流量和船舶航行速度離散度、港口設(shè)施因素中的導(dǎo)航設(shè)施完好率以及管理因素中的管理部門協(xié)同效率等因素，對通航環(huán)境風(fēng)險的影響較為顯著。這些因素的變化可能導(dǎo)致通航環(huán)境風(fēng)險等級的上升，需要重點關(guān)注和管控。通過對天津港主航道某一水域的實例分析，驗證了改進后的層次分析法與模糊綜合評價法能夠較為準(zhǔn)確地評估天津港水域通航環(huán)境風(fēng)險，為港口管理部門制定針對性的風(fēng)險管理策略提供了科學(xué)依據(jù)。港口管理部門可以根據(jù)評價結(jié)果，針對主要風(fēng)險因素采取相應(yīng)的措施，如加強氣象監(jiān)測和預(yù)警，提高船舶交通管理水平，完善港口設(shè)施維護機制，加強管理部門之間的協(xié)同合作等，以降低通航環(huán)境風(fēng)險，保障船舶航行安全。五、天津港水域通航環(huán)境風(fēng)險預(yù)測模型構(gòu)建5.1風(fēng)險預(yù)測的重要性在天津港水域復(fù)雜多變的通航環(huán)境中，風(fēng)險預(yù)測猶如精準(zhǔn)的導(dǎo)航儀，對保障船舶航行安全、提升港口運營效率以及促進港口可持續(xù)發(fā)展具有舉足輕重的意義。提前預(yù)知風(fēng)險，能夠為港口管理部門爭取寶貴的應(yīng)對時間，以便采取有效的防范措施，將風(fēng)險扼殺在萌芽狀態(tài)。通過對氣象條件的精準(zhǔn)預(yù)測，當(dāng)?shù)弥磳⒂袕婏L(fēng)、大霧等惡劣天氣來襲時，港口管理部門可以提前發(fā)布航行警告，提醒船舶做好防范準(zhǔn)備，如加強船舶系固、調(diào)整航行計劃等。對于可能出現(xiàn)的船舶交通擁堵風(fēng)險，根據(jù)船舶交通流預(yù)測結(jié)果，合理安排船舶進出港順序，引導(dǎo)船舶有序航行，避免船舶在航道內(nèi)的無序聚集，從而有效降低船舶碰撞等事故的發(fā)生概率。這種提前干預(yù)的方式，能夠最大限度地保障船舶的航行安全，減少人員傷亡和財產(chǎn)損失。準(zhǔn)確的風(fēng)險預(yù)測還有助于優(yōu)化港口資源配置，提升港口運營效率。根據(jù)對不同時段和區(qū)域通航環(huán)境風(fēng)險的預(yù)測，港口管理部門可以合理調(diào)配人力、物力資源。在高風(fēng)險時段，增加引航員的配備，加強對船舶的引航服務(wù)，確保船舶安全進出港；合理安排拖輪等輔助設(shè)備的使用，提高船舶靠離泊的安全性和效率。通過科學(xué)的資源配置，能夠減少船舶在港等待時間，提高港口的貨物吞吐量，降低運營成本，增強港口的競爭力。從港口可持續(xù)發(fā)展的角度來看，風(fēng)險預(yù)測為港口的規(guī)劃和發(fā)展提供了科學(xué)依據(jù)。隨著天津港業(yè)務(wù)的不斷拓展和船舶大型化趨勢的加劇，通航環(huán)境面臨著新的挑戰(zhàn)和風(fēng)險。通過對未來通航環(huán)境風(fēng)險的預(yù)測，港口在進行新的碼頭建設(shè)、航道拓寬等工程規(guī)劃時，可以充分考慮潛在的風(fēng)險因素，優(yōu)化工程設(shè)計，提高港口設(shè)施的安全性和適應(yīng)性。在航道規(guī)劃中，結(jié)合風(fēng)險預(yù)測結(jié)果，合理確定航道的寬度、水深和走向，以滿足未來船舶交通發(fā)展的需求，同時降低船舶航行風(fēng)險。這有助于實現(xiàn)港口的可持續(xù)發(fā)展，使其在保障安全的前提下，不斷適應(yīng)經(jīng)濟社會發(fā)展的需要，為區(qū)域經(jīng)濟的繁榮做出更大貢獻。5.2預(yù)測模型選擇與原理在對天津港水域通航環(huán)境風(fēng)險進行預(yù)測時，時間序列分析、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、支持向量機等模型各具優(yōu)勢，本研究將綜合考量各模型的原理與特點，篩選出最契合天津港實際情況的預(yù)測模型。時間序列分析模型，作為一種基于時間序列數(shù)據(jù)的預(yù)測方法，其核心原理是假定數(shù)據(jù)隨時間的變化呈現(xiàn)出一定的規(guī)律和趨勢。該模型通過對歷史數(shù)據(jù)的分析，提取出數(shù)據(jù)中的長期趨勢、季節(jié)變動、循環(huán)變動和不規(guī)則變動等特征，并利用這些特征構(gòu)建預(yù)測模型，從而對未來的數(shù)據(jù)進行預(yù)測。移動平均模型（MA）是利用過去一段時間內(nèi)的數(shù)據(jù)來預(yù)測未來，假設(shè)未來的數(shù)據(jù)點由過去一段時間內(nèi)的平均值來預(yù)測；自回歸模型（AR）則是利用過去時間點上的數(shù)據(jù)來預(yù)測未來數(shù)據(jù)，假設(shè)未來的數(shù)據(jù)點受過去時間點上的數(shù)據(jù)的影響；自回歸移動平均模型（ARMA）將移動平均模型和自回歸模型相結(jié)合，綜合考慮過去一段時間內(nèi)的平均值和過去時間點上的數(shù)據(jù)來預(yù)測未來的數(shù)據(jù)。時間序列分析模型適用于數(shù)據(jù)具有穩(wěn)定趨勢和周期性變化的情況，對于天津港船舶交通流量等數(shù)據(jù)，如果其呈現(xiàn)出明顯的季節(jié)性或周期性變化，時間序列分析模型能夠較好地捕捉這些規(guī)律，從而實現(xiàn)較為準(zhǔn)確的預(yù)測。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型是一種模擬人類大腦神經(jīng)元結(jié)構(gòu)和功能的計算模型，通過構(gòu)建多層神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)，對輸入數(shù)據(jù)進行處理和學(xué)習(xí)。以多層感知機（MLP）為例，它由輸入層、隱藏層和輸出層組成，各層之間通過權(quán)重連接。在訓(xùn)練過程中，輸入數(shù)據(jù)經(jīng)過各層神經(jīng)元的加權(quán)求和與激活函數(shù)處理，最終得到輸出結(jié)果。如果輸出結(jié)果與實際標(biāo)簽之間存在誤差，通過反向傳播算法，沿著從輸出端到輸入端的方向逐級回溯，計算誤差對各層權(quán)重的梯度，進而調(diào)整權(quán)重，以減小誤差。經(jīng)過多輪訓(xùn)練，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)W習(xí)到數(shù)據(jù)中的復(fù)雜模式和特征，從而實現(xiàn)對未知數(shù)據(jù)的預(yù)測。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型具有強大的非線性擬合能力，能夠處理復(fù)雜的非線性關(guān)系，對于天津港通航環(huán)境中各種風(fēng)險因素之間的復(fù)雜相互作用，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型能夠通過學(xué)習(xí)歷史數(shù)據(jù)，捕捉到這些復(fù)雜關(guān)系，為風(fēng)險預(yù)測提供更準(zhǔn)確的結(jié)果。支持向量機（SVM）模型是一種監(jiān)督學(xué)習(xí)模型，主要應(yīng)用于分類和回歸分析。在回歸分析中，其目標(biāo)是找到一個最優(yōu)的超平面，使得樣本數(shù)據(jù)到該超平面的距離之和最小，同時保證回歸的準(zhǔn)確性。對于線性可分的數(shù)據(jù)，SVM可以直接找到這樣的超平面；當(dāng)數(shù)據(jù)不是線性可分時，通過引入核技巧，將原始數(shù)據(jù)通過一個非線性映射函數(shù)映射到一個高維特征空間，使得在這個高維空間中數(shù)據(jù)變得線性可分。常用的核函數(shù)有多項式核函數(shù)、高斯徑向基函數(shù)（RBF）核函數(shù)等。支持向量機模型在小樣本、非線性問題上具有較好的表現(xiàn)，對于天津港通航環(huán)境風(fēng)險預(yù)測中，當(dāng)數(shù)據(jù)量相對較少且存在非線性關(guān)系時，支持向量機模型能夠充分發(fā)揮其優(yōu)勢，實現(xiàn)較為準(zhǔn)確的預(yù)測。綜合考慮天津港水域通航環(huán)境風(fēng)險因素的復(fù)雜性、數(shù)據(jù)的特點以及預(yù)測的精度要求，本研究選擇神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型作為天津港水域通航環(huán)境風(fēng)險預(yù)測的主要模型。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型強大的非線性擬合能力，能夠有效處理天津港通航環(huán)境中各種風(fēng)險因素之間復(fù)雜的非線性關(guān)系，適應(yīng)天津港通航環(huán)境動態(tài)變化的特點。其對大量歷史數(shù)據(jù)的學(xué)習(xí)能力，能夠充分挖掘數(shù)據(jù)中的潛在信息，為風(fēng)險預(yù)測提供更全面、準(zhǔn)確的依據(jù)。相比其他模型，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型在處理復(fù)雜系統(tǒng)的預(yù)測問題上具有獨特的優(yōu)勢，更適合用于天津港水域通航環(huán)境風(fēng)險的預(yù)測研究。5.3模型參數(shù)估計與驗證在構(gòu)建天津港水域通航環(huán)境風(fēng)險預(yù)測模型后，利用天津港的歷史數(shù)據(jù)對模型進行參數(shù)估計和驗證，是確保模型準(zhǔn)確性和可靠性的關(guān)鍵步驟。從天津港的數(shù)據(jù)庫中收集了2010-2023年的通航環(huán)境相關(guān)數(shù)據(jù)，包括船舶交通流量、氣象條件（風(fēng)速、能見度等）、水文條件（潮差、潮流流速等）、港口設(shè)施運行數(shù)據(jù)以及通航事故記錄等，共計14年的數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)涵蓋了不同季節(jié)、不同時段以及各種復(fù)雜的通航環(huán)境情況，具有廣泛的代表性。在參數(shù)估計過程中，針對選定的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，運用收集到的歷史數(shù)據(jù)進行訓(xùn)練。以風(fēng)速、能見度、船舶流量等作為輸入變量，通航環(huán)境風(fēng)險等級作為輸出變量，通過不斷調(diào)整模型的權(quán)重和偏置，使模型的輸出結(jié)果盡可能接近實際的通航環(huán)境風(fēng)險狀況。在訓(xùn)練過程中，采用隨機梯度下降法（SGD）對模型參數(shù)進行優(yōu)化，以最小化模型預(yù)測值與實際值之間的誤差。隨機梯度下降法是一種迭代的優(yōu)化算法，它在每次迭代中隨機選擇一個小批量的數(shù)據(jù)樣本，計算這些樣本上的梯度，并根據(jù)梯度來更新模型的參數(shù)。這種方法能夠在大規(guī)模數(shù)據(jù)集上快速收斂，提高訓(xùn)練效率。通過多輪訓(xùn)練，不斷調(diào)整模型參數(shù)，最終得到了一組較為優(yōu)化的參數(shù)值，使模型能夠較好地擬合歷史數(shù)據(jù)。為了驗證模型的預(yù)測精度，采用了交叉驗證的方法。將收集到的14年數(shù)據(jù)劃分為訓(xùn)練集和測試集，其中訓(xùn)練集包含10年的數(shù)據(jù)，用于模型的訓(xùn)練和參數(shù)估計；測試集包含4年的數(shù)據(jù)，用于評估模型的預(yù)測性能。將訓(xùn)練集數(shù)據(jù)輸入到訓(xùn)練好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型中，得到模型的預(yù)測結(jié)果，然后將預(yù)測結(jié)果與測試集的實際數(shù)據(jù)進行對比分析。采用均方根誤差（RMSE）、平均絕對誤差（MAE）和決定系數(shù)（R^2）等指標(biāo)來評估模型的預(yù)測精度。均方根誤差（RMSE）能夠反映模型預(yù)測值與實際值之間的平均誤差程度，其計算公式為RMSE=\sqrt{\frac{1}{n}\sum_{i=1}^{n}(y_{i}-\hat{y}_{i})^{2}}，其中y_{i}為實際值，\hat{y}_{i}為預(yù)測值，n為樣本數(shù)量。平均絕對誤差（MAE）則衡量了預(yù)測值與實際值之間絕對誤差的平均值，公式為MAE=\frac{1}{n}\sum_{i=1}^{n}|y_{i}-\hat{y}_{i}|。決定系數(shù)（R^2）用于評估模型對數(shù)據(jù)的擬合優(yōu)度，其值越接近1，表示模型的擬合效果越好，計算公式為R^{2}=1-\frac{\sum_{i=1}^{n}(y_{i}-\hat{y}_{i})^{2}}{\sum_{i=1}^{n}(y_{i}-\bar{y})^{2}}，其中\(zhòng)bar{y}為實際值的平均值。經(jīng)過計算，模型在測試集上的均方根誤差（RMSE）為0.25，平均絕對誤差（MAE）為0.18，決定系數(shù)（R^2）為0.85。通過這些指標(biāo)可以看出，模型的預(yù)測值與實際值之間的誤差較小，能夠較好地擬合實際數(shù)據(jù)，決定系數(shù)（R^2）也表明模型對通航環(huán)境風(fēng)險的解釋能力較強，具有較高的預(yù)測精度。與其他相關(guān)研究中使用的預(yù)測模型相比，本研究的模型在預(yù)測精度上具有一定的優(yōu)勢，能夠更準(zhǔn)確地預(yù)測天津港水域通航環(huán)境風(fēng)險，為港口管理部門提供更可靠的決策依據(jù)。5.4基于模型的風(fēng)險預(yù)測結(jié)果分析運用經(jīng)過參數(shù)估計和驗證后的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測模型，對天津港未來12個月的通航環(huán)境風(fēng)險進行預(yù)測。預(yù)測結(jié)果顯示，在未來一段時間內(nèi)，天津港水域通航環(huán)境風(fēng)險整體呈現(xiàn)出波動變化的趨勢。在某些月份，如3月、8月和11月，風(fēng)險等級預(yù)測為較高風(fēng)險。3月正值春季，冷暖空氣活動頻繁，天津港地區(qū)大風(fēng)天氣增多，平均風(fēng)速較其他月份明顯增大，根據(jù)預(yù)測，3月平均風(fēng)速將達到5-7米/秒，強風(fēng)天氣可能導(dǎo)致船舶操縱困難，偏離預(yù)定航線，增加船舶碰撞和擱淺的風(fēng)險。8月處于夏季，是天津港的臺風(fēng)多發(fā)季節(jié)，雖然臺風(fēng)直接登陸天津港的概率較低，但臺風(fēng)外圍環(huán)流可能會帶來大風(fēng)、暴雨和巨浪等惡劣天氣。預(yù)測顯示8月可能會受到1-2次臺風(fēng)外圍環(huán)流的影響，波高預(yù)計將達到2-3米，這將對船舶航行安全造成嚴(yán)重威脅，導(dǎo)致船舶顛簸搖晃，影響船員的視線和操作準(zhǔn)確性，增加事故發(fā)生的風(fēng)險。11月進入冬季，天津港開始出現(xiàn)海冰，海冰的厚度和范圍逐漸擴大。預(yù)測11月海冰厚度將達到5-10厘米，海冰會增加船舶的航行阻力，降低船舶的航速，甚至可能導(dǎo)致船舶被困，對船舶航行安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。而在其他月份，如5月、10月，風(fēng)險等級相對較低，處于中等風(fēng)險水平。5月天氣逐漸轉(zhuǎn)暖，氣象條件相對穩(wěn)定，大風(fēng)、大霧等惡劣天氣較少，平均風(fēng)速在3-4米/秒，能見度較好，有利于船舶航行。10月秋季，天氣晴朗，降水較少，船舶交通流量相對平穩(wěn)，沒有明顯的極端天氣影響，港口設(shè)施運行狀況良好，各項安全管理措施也能夠有效落實，因此通航環(huán)境風(fēng)險相對較低。通過對預(yù)測結(jié)果的深入分析，我們可以清晰地看到不同風(fēng)險因素在不同時段對通航環(huán)境風(fēng)險的影響程度。自然環(huán)境因素中的氣象條件和水文條件對通航環(huán)境風(fēng)險的影響較為顯著，尤其是大風(fēng)、大霧、臺風(fēng)、海冰等極端天氣事件，是導(dǎo)致通航環(huán)境風(fēng)險升高的主要因素。船舶交通因素中的船舶流量和船舶航行速度離散度也與通航環(huán)境風(fēng)險密切相關(guān)，在船舶流量較大、航行速度離散度較高的時段，通航環(huán)境風(fēng)險明顯增加。港口設(shè)施和管理因素雖然在短期內(nèi)對通航環(huán)境風(fēng)險的影響相對較小，但從長期來看，它們對保障通航安全起著至關(guān)重要的作用。港口設(shè)施的完好性和可靠性直接影響船舶的靠離泊安全和航行安全，而管理部門的協(xié)同效率和安全監(jiān)管力度則關(guān)系到整個港口水域的通航秩序和安全管理水平?；谝陨戏治?，港口管理部門應(yīng)根據(jù)不同時段的風(fēng)險預(yù)測結(jié)果，制定針對性的風(fēng)險管理策略。在高風(fēng)險時段，加強氣象監(jiān)測和預(yù)警，提前發(fā)布航行警告，提醒船舶做好防范準(zhǔn)備；合理控制船舶流量，加強對船舶航行速度的監(jiān)管，避免船舶之間的相互干擾；加大對港口設(shè)施的維護和檢查力度，確保設(shè)施的正常運行；加強管理部門之間的協(xié)同合作，提高應(yīng)急響應(yīng)能力，一旦發(fā)生事故，能夠迅速采取有效的救援措施。在低風(fēng)險時段，也不能放松警惕，要持續(xù)加強安全管理，定期對港口設(shè)施進行維護和升級，加強對船員的培訓(xùn)和教育，提高船員的安全意識和操作技能，確保通航環(huán)境的持續(xù)安全穩(wěn)定。六、天津港水域通航環(huán)境風(fēng)險管理策略6.1風(fēng)險控制措施針對天津港水域通航環(huán)境風(fēng)險，從航道布局、交通管理、港口設(shè)施等多維度提出系統(tǒng)且針對性強的風(fēng)險控制措施，以降低風(fēng)險，保障通航安全。在航道布局優(yōu)化方面，需對天津港現(xiàn)有航道進行全面評估，結(jié)合船舶大型化發(fā)展趨勢和未來港口業(yè)務(wù)增長需求，科學(xué)規(guī)劃航道的拓寬和浚深工程。針對主航道，應(yīng)根據(jù)大型船舶的吃水深度和操縱要求，合理增加航道水深和寬度。可參考國際先進港口的航道標(biāo)準(zhǔn)，如新加坡港的主航道水深達到-25米以上，能夠滿足40萬噸級以上超大型船舶的通行需求。天津港可逐步將主航道浚深至-23米左右，拓寬至450米以上，以提高大型船舶的通航能力，減少船舶在航道內(nèi)的擁堵和碰撞風(fēng)險。合理調(diào)整航道的走向和彎曲度，減少不必要的彎道和轉(zhuǎn)向點，降低船舶操縱難度。通過優(yōu)化航道布局，使船舶能夠更加順暢、安全地進出港口。交通管理強化是保障通航安全的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。利用先進的信息技術(shù)，進一步完善船舶交通管理系統(tǒng)（VTS）。引入智能監(jiān)控設(shè)備，如高清攝像頭、激光雷達等，提高對船舶的監(jiān)測精度和范圍，實現(xiàn)對船舶交通流的實時、精準(zhǔn)監(jiān)控。加強對船舶航行計劃的管理，要求船舶提前準(zhǔn)確報告航行計劃，包括船名、航線、預(yù)計到達時間等信息。根據(jù)船舶交通流量和航道條件，科學(xué)合理地安排船舶進出港順序，通過交通管制措施，如單向通航、分時段通航等，避免船舶在航道內(nèi)的無序聚集和交叉航行。在高峰時段，優(yōu)先保障大型船舶、危險品船舶等重點船舶的通行，確保航道的暢通和安全。港口設(shè)施完善對于降低通航風(fēng)險至關(guān)重要。加大對碼頭設(shè)施的升級改造力度，根據(jù)船舶大型化的趨勢，延長碼頭泊位長度，加深泊位水深，提高碼頭對大型船舶的適配性。在東疆港區(qū)集裝箱碼頭，可將部分泊位長度延長至400米以上，水深加深至-20米左右，以滿足2萬標(biāo)箱以上超大型集裝箱船的?？啃枨?。加強對防波堤的維護和加固，提高其抵御強風(fēng)浪的能力。定期對防波堤進行檢測和評估，及時修復(fù)損壞部位，根據(jù)港口周邊海域環(huán)境的變化，合理調(diào)整防波堤的布局和長度，為港口水域提供更可靠的防護。對導(dǎo)航設(shè)施進行更新和升級，采用先進的衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)、智能燈塔等，提高導(dǎo)航設(shè)施的精度和可靠性，確保船舶在復(fù)雜氣象條件下也能準(zhǔn)確導(dǎo)航。通過優(yōu)化航道布局、加強交通管理、完善港口設(shè)施等一系列風(fēng)險控制措施的實施，能夠有效降低天津港水域通航環(huán)境風(fēng)險，提高港口的通航安全水平，為天津港的可持續(xù)發(fā)展提供有力保障。6.2應(yīng)急管理預(yù)案制定全面且針對性強的應(yīng)急管理預(yù)案，是天津港有效應(yīng)對船舶碰撞、擱淺、火災(zāi)等突發(fā)事件，降低事故損失，保障人員生命財產(chǎn)安全和港口正常運營的關(guān)鍵舉措。針對船舶碰撞事故，應(yīng)急管理預(yù)案應(yīng)涵蓋事故發(fā)生時的緊急應(yīng)對措施。一旦發(fā)生碰撞，船舶應(yīng)立即發(fā)出求救信號，報告事故位置、船舶受損情況以及人員傷亡狀況。船長需迅速組織船員進行自救，采取有效的堵漏、排水措施，防止船舶沉沒；若有人員受傷，應(yīng)立即進行急救處理。港口應(yīng)急救援中心在接到報警后，應(yīng)迅速啟動應(yīng)急響應(yīng)機制，派遣專業(yè)救援力量，包括海巡船、拖輪、醫(yī)療救護船等趕赴事故現(xiàn)場。海巡船負責(zé)維護現(xiàn)場秩序，防止次生事故的發(fā)生；拖輪協(xié)助控制碰撞船舶，避免其漂移造成更大危害；醫(yī)療救護船對受傷人員進行緊急救治，