水位变化下长江中游船舶搁浅风险计算研究开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

长江作为世界上少有的季节性大型河流，受季节性因素以及通航枢纽下泄流量等诸多因素的综合影响，航道的水位变化明显，对船舶的通航影响显著。尤其是在每年的枯水期，长江水位的下降，中游航道水深不足，船舶容易搁浅。一般来说，最低通航水位的合理设计和严格遵守基本上能避免船舶的搁浅事故。但是一方面由于水位受环境变化的影响很大，增加了合理设计最低通航水位的难度；另一方面人们没有充分认识到船舶搁浅的风险，在利益的驱使下让船舶超吃水，最终导致船舶搁浅事故的发生。

船舶搁浅逐渐成为主要的水上交通事故之一。它是指船舶与水底的物体意外接触，使船舶停在水深小于其吃水处，船体不能进退浮动而无法脱离之状态。船舶搁浅风险分析早已不是航运领域的一个新主题，相关的研究也非常多。通常采用的方法有：（1）故障树方法(FTA，Fault Tree Analysis)：FTA以船舶的搁浅事件作为顶事件,以基本的子结构系统失效作为底事件,当得到底事件的发生概率后,通过“或”和“与”的关系,得到顶事件的发生概率。Amrozowicz将船舶搁浅事故分为动力性搁浅和漂移性搁浅,分别建立故障树,确定失效概率；金辉利用FTA全面系统地分析了船舶搁浅事故的影响因素,但无法定量计算出船舶的搁浅风险。（2）贝叶斯方法：Kite-Powell根据统计学中的贝叶斯方法提出了船舶搁浅的风险模型,可以预测船舶搁浅的风险和相应的经济损失、货物损失和环境的破坏。这一模型试图估计变量X的一个具体值x下A的条件概率(A定义为导致搁浅事故的事件)，；胡中凯等则在事故树分析船舶搁浅事故成因的基础上，运用贝叶斯网络计算得到了船舶的搁浅概率。（3）概率模型: 大多数的分析船舶搁浅概率的模型是以Fujii和Macduff在该领域的研究为基础，他们利用即将搁浅的概念计算给定条件下也即因果关系概率下的搁浅事故发生的数目或概率。即将搁浅是指船舶如不采取规避措施或自然条件不发生改变，那么它们将要搁浅；陈婷婷等利用灰色模糊集理论，反映出船舶搁浅概率的可能性与不确定性；任亚磊等从影响吃水的因素出发，使用蒙特卡洛（Monte Carlo）方法仿真出船舶搁浅概率；Arsham Mazaheri等利用船舶交通和航道复杂度评估了船舶的搁浅概率；N.M. Quy等将首次穿越理论引入的船舶搁浅的概率模型中，但没有通过实例验证其适用性。

通过对前人的研究成果总结，发现搁浅风险分析的发展趋势主要有以下几个方面：（1）船舶碰撞和搁浅的模糊概率计算；（2）船舶碰撞和搁浅的人因可靠性分析；（3）风险容忍度的确定。本研究主要涉及第一个方面的内容，建立搁浅概率模型实现对搁浅风险的定量计算。从前人的研究成果来看，大多数研究是从整体角度或从船舶的搁浅现象出发，发表了有关船舶搁浅分析的总体看法。但是，值得注意的是船舶搁浅分析中的影响因素与研究区域的交通条件、自然条件紧密相关，因此无法推广到所有地区。另外，由于交通环境和自然环境随时间的变化，船舶的搁浅分析应该是一个适应新的风险因子的动态过程。因此，本研究将以现有的船舶搁浅模型为基础，结合长江中游的通航条件，重点考虑水位变化对通航安全的影响，运用随机结构动力学中的首次穿越失效理论，构建适用于长江中游的搁浅数学物理模型，定量计算船舶的搁浅风险。同时，比较分析不同水位下的搁浅风险，为最低通航水位的设计提供一定的参考。

2. 研究的基本内容与方案

2.1研究内容

长江中游地区是整个长江黄金水道的咽喉地段，是重要的交通枢纽域，但中游航道弯曲段多、浅滩随处可见、沿线各河段河形和河床边界条件不同，使得中游通航环境复杂多变，通航条件十分有限。尤其是在长江沿线全面进入枯水期后，受水位下降的影响，中游航道通航水深不足，容易导致船舶搁浅，进而引发堵航事件。合理的设计最低通航水位能有效降低船舶搁浅事故发生的风险。由于通航水位易受环境变化的影响，增加了合理设计最低通航水位的难度；同时少数船舶受利益的驱使而超载超吃水航行，增加了船舶搁浅事故发生的风险。本研究拟结合船舶搁浅模型的和水位预报模型，对不同水位下的船舶搁浅风险进行分析，可以从源头上避免船舶搁浅事故发生的风险，同时也能验证设计最低通航水位的合理性。航道管理部门可根据最低通航水位及时疏浚航道，保障枯水期船舶的通航安全；船舶管理人员也可根据航道的实际水深情况，合理装载，确保船舶正常吃水。

2.2研究目标

以现有的船舶搁浅模型为基础，结合长江中游的通航条件，重点考虑水位变化对通航安全的影响，运用随机结构动力学中的首次穿越失效理论，构建适用于长江中游的搁浅数学物理模型，实现对搁浅风险的定量计算。同时，比较分析不同水位下的搁浅风险，为最低通航水位的设计提供一定的参考。

3. 研究计划与安排

2016-01-09~2016-01-22：确定毕业设计选题；2016-01-23~2016-03-26：提交开题报告；2016-03-26~2016-06-02：提交论文；2016-06-11~2016-06-21：毕业答辩。

4. 参考文献（12篇以上）

[1] 金辉.基于fta的大辽河水域船舶搁浅事故分析及对策研究[d].大连海事大学, 2009.

[2] 胡中凯,尹群,刘海燕.基于贝叶斯网络方法对船舶搁浅概率的研究[j].舰船科学技术, 2010 (2): 23-26.

[3] 陈婷婷,施朝健,雷琴.基于灰色模糊集理论的船舶搁浅概率分析[j].安全与环境学报, 2015, 4: 005.

[4] 任亚磊,牟军敏,李亚军,等.进港航道中船舶搁浅概率的蒙特卡洛仿真[j]. 船舶力学, 2014, 18(5): 532-539.