CC BY
155
УДК: 656.61.052:629.12.014.9
ОБЕСПЕЧЕНИЕ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ПЛАВАНИИ СУДОВ ПОД МОСТАМИ (НА ПРИМЕРЕ КЕРЧЕНСКОГО ПРОЛИВА)
Попов А.Н., к.т.н., доцент кафедры «Технические средства судовождения», ФГБОУВО «ГМУ им. адмирала Ф.Ф. Ушакова» Скороходов С.В., к.т.н., доцент кафедры «Судовождение», ФГБОУ ВО «ГМУ им. адмирала Ф.Ф. Ушакова»
Троеглазов А.П., к.т.н., капитан
Цель работы - прогнозирование потенциальных рисков судоходства с вводом в эксплуатацию Крымского моста. В статье предлагается использовать элементы формальной оценки безопасности (ФОБ) для оценки вероятности и последствий опасных ситуаций. Выполнен статистический анализ столкновений судов с мостами. В работе приведены результаты расчетов плавания судна типа «Волгонефть» с учетом воздействия внешних факторов. Новизна заключается в формировании новых подходов к оценке безопасности плавания судов под мостами и внедрении элементов e-navigation для контроля процесса плавания на акватории Керченского пролива. Внедрение в практику судовождения предлагаемых методов позволит обозначить «узкие места» для их купирования в период навигации.
Ключевые слова: Керченский пролив, столкновение судно-мост, риск, маневрирование, безопасность, е-navigation.
THE SAFETY OF SHIPS DURING THE PROCEEDING UNDER BRIDGES (ON THE
EXAMPLE OF THE KERCH STRAIT)
Popov А., Ph.D, associate professor of TMN chair, FSEIHE «Admiral Ushakov Maritime State University» Skorokhodov S., Ph.D, associate professor of the Navigation chair, FSEI HE «Admiral Ushakov Maritime State University»
Troeglazov А., Ph.D, Captain
The goal is forecasting the potential risks of navigation with the commissioning of the Crimea bridge. The article proposes to use the elements of a formal safety assessment (FSA) for assessing the probability and consequences of hazardous situations. The statistical analysis of ship-bridge collision is also presented. The paper presents the calculations results of the Volgoneft type vessel sailing, taking into account the influence of external factors. The novelty lies in the formation of new approaches to assessing the safety sailing of the ships under the bridges and inculcation of e-navigation elements to control the navigation in the Kerch strait's. Introduction of the proposed methods into navigation practice will allow to identify weak points to avoiding them during the navigation.
Keywords: Kerch strait, ship-bridge collision, risk, safety, е-navigation.
Обеспечение безопасности мореплавания в районе Керченского пролива является одной из важных задач всей системы судоходства. В этой связи необходимо расставить приоритеты по определению потенциальных рисков при плавании судов в судоходной зоне Крымского моста (рис. 1) [10].
Рис.1. Технический чертеж моста
Международная морская организация (ММО/IMO) в 1997 году разработала Временное руководство по формальной оценке безопасности (ФОБ/FSA), которое позволяет рассматривать потенциальные риски до их возникновения. Навигационная безопасность непосредственно связана со сложностью условий плавания судов в портовых водах и на подходах к ним и зависит главным образом от качества управления судном на всех участках маршрута. Классификация рисков, связанных со структурой порта и портовых вод, может быть произведена на основе Концепции безопасного порта (рис. 2). Так как в работе исследуются вопросы, связанные с плаванием судна в судоходной зоне Крымского моста акцент сделан на оценке рисков, входящих в компонент «безопасный фарватер», а именно: оценка безопасного прохода под мостом, оценка ширины полосы движения и оценка запаса воды под килем [3]. В соответствии с статистическими данными центра управления движением судов портов Керчь и Кавказ наиболее ожидаемыми участниками движения являются нефтеналивные суда типа «Волгонефть», данные которых используются в расчетах.
Рис.2. Концепция безопасного порта Для оценки риска можно использовать выражение:
R —Y P.C.
/ I I I
i=1
P i - (i = 1,2,..., n)
где - вероятность -ои аварии во время v ' ;
C
n
последствия i -оИ аварии в данное время;
(1)
- количество возможных аварии.
Используя элементы ФОБ [12] определим безопасность и оценим риски маневрирования судна типа «Волгонефть» в судоходноИ зоне моста.
Оценка безопасного прохождения под мостом (критерии высота) заключается в определении air draft clearance (ADC) в соответствии с выражением:
где
d
km
- высота сооружения (моста), м;
вертикальное расстояние от киля до оконечности мачты, м;
- осадка статическая, м.
Оценка ширины полосы движения (проводки) судна (критерий ширина) складывается из двух составляющих, геометрической и маневренной полосы:
Впп -ВГ+2ВМ =16,5 + 2*10,9 = 38,3(jw)
(3)
B
где
вг
II
- ширина полосы проводки судна, м;
В
- геометрическая ширина, м;
м
- ширина маневренной полосы, м.
Оценка безопасного прохода под мостом, с учетом главной особенности Керченского пролива - мелководья (критерий глубина), обязательно должна включать расчет запаса глубины под килем. Первым и основным критерием безопасности плавания на мелководье является безопасная глубина, или запас глубины под килем, который зависит от точности промера, колебаний уровня воды, навигационных и гидрометеорологических условий плавания, посадки, режима движения судна и на основании анализа исследований определяется следующими составляющими:
Z — Zо + Zi + Z2 + Z3
где
- суммарный запас глубины, м;
0 - запас глубины на крен судна, возникающий от ветра и гидродинамических сил, обусловленных изменением курса судна, м;
Z,
1 - минимальный навигационный запас глубины, обеспечивающий проход судна на тихой воде с самой малой скоростью, м;
h
С
22
2 - запас глубины на погружение оконечностей судна при волнении, м; - скоростной запас, учитывающий проседание судна при движении, м. Расчетный запас глубины под килем на требуемый момент времени / в заданной точке (ф' ^' /) определяется по формуле:
икс (рД,Т) = Н0(рД,/)-Т (рД,/ )
?
Н0((р,Л,0 „ „
где - расчетная глубина в данной точке на требуемый момент времени, м;
Т( <р,М „ . „
- расчетная динамическая осадка в данной точке на требуемый момент времени, м.
Т(Ф,Я,/) = Т8Т + 2, (б)
Запас глубины на крен судна определяется его шириной, креном, возникающим от ветра, и гидродинамических сил, обусловленных изменением курса:
г0 = ^т(в+вд)
1 , (7)
о
где - статический угол крена судна от действия ветра, град; 0
'> - динамический угол крена судна на повороте, град. (табл. 2)
Таблица 2 - Значения динамического угла крена
Тип судна Скорость, узл.
4 6 8 10 12
«Волгонефть» 0,03 0,06 0,11 0,18 0,26
Исследования показывают, что в отечественных нормативных документах предлагались разные методы вычисления значений минимального навигационного запаса [5]. Наиболее рациональной является его зависимость от плотности грунта в долях осадки судна, т.е.:
аТ, (8)
а
где 1 - коэффициент пропорциональности, который определяется по таблице 3.
Таблица 3 -Значение коэффициента навигационного запаса глубины
Род грунта в слое толщиной 0,5 м Фарватеры, я, Акватории, я,
1. Ил 0,041 0,031
2. Наносной плотный (ракушка, гравий) 0,05 0,04
3. Слежавшийся плотный (песок, глина, галька) 0,06 0,05
4.Скальный (валуны сцементированные) 0,07 0,06
В Керченском проливе грунт - ил, песок, ракушка. Поэтому минимальный навигационный запас будет составлять 0,05 осадки судна [6, 11]. В результате теоретических и модельных исследований в опытных бассейнах получены данные учета волнового запаса в функции от длины судна, высоты волны 3% обеспеченности и ее курсового угла (0 ё 90°). По этим данным в табл.4 приведены значения волнового запаса глубины для судов типа «Волгонефть» при предельных значениях курсового угла волны (0 - вверху, 90° - внизу).
Таблица 4 -Значения волнового запаса глубины
Тип судна К Высота волн, , м 1 2 3
Скорость, ^ , уз. 4 6 8 4 6 8 4 6 8
«Волгонефть» 0,07 0,14 0,07 0,13 0,07 0,13 0,13 0,26 0,13 0,25 0,13 0,25 0,17 0,30 0,16 0,29 0,16 0,29
Для определения скоростного запаса глубины в работах исследуются различные методы, из которых наиболее применимыми для судов, проходящих Керченским проливом, могут быть выражения Н.Ф.Соларева по методике В.Г.Павленко:
2 = aV1/2g
где ^ - числовой коэффициент, который определяется следующим образом:
я = 0,04[16,5-(1/£)У77Яэ
н,н н
где э - глубина и эквивалентная глубина судового хода, м, а для определения э используется выражение:
Нэ - Н[\ ± 0,08(уг / Г)"0,6V, / V]2
(9)
(10)
(11)
V
где 1 - скорость течения, м/с. Суммарный запас глубины под килем для судов типа «Волгонефть»
с учетом всех составляющих, следующих со скоростями 4, 6, 8 уз., при курсовом угле ветра 900 со скоростью 12 м/с и высотах волнения 1, 2, 3 м, приведены в табл.5.
Таблица 5 - Суммарный запас глубины на мелководье
h„, м 1 2 3
У,узл 4 6 8 4 6 8 4 6 8
Z 0,38 0,41 0,57 0,54 0,57 0,66 0,58 0,67 0,72
Отсюда определим запас глубины под килем при плавании под мостом:
иКС = 10 - (3,5+1) = 5,5(ти)
(12)
В соответствии с результатами расчетов судно типа «Волгонефть» имеет более чем 50% запас при плавании в судоходной зоне Крымского моста по критериям: высота, ширина и глубина [4], поэтому вероятность опасного события может быть определена как мало вероятное (табл.6).
Таблица 6 - Оценка вероятности опасного события
Количественная оценка Вероятность опасного события
5 очень вероятно
4 вполне вероятно
3 вероятно
2 мало вероятно
1 практически невозможно
Вместе с тем последствия такой «мало вероятной аварии» могут быть катастрофическими (табл. 7, рис. 3). Наиболее серьезные аварии связанные с столкновением судно-мост отражены в статистических данных, представленных в таблице 6 [2].
Таблица 7 - Количество погибших в результате столкновения судно-мост (1960-2017)
Название моста/Страна Год аварии Кол-во погибших
Severn River Railway/Великобритания 1960 5
Lake Ponchartain, США 1964 6
Sidney Lanier, США 1972 10
Lake Ponchartain, США 1974 3
Tasman, Aвстралия 1975 15
Pass Manchac, США 1976 1
Tjorn, Швеция 1980 8
Sunshine Skyway, США 1980 35
Lorraine Pipeline, Франция 1982 7
Sentosa Aerial Tramway, China 1983 7
Ульяновский железнодорожный, РФ 1983 176
Claiborn Avenue, США 1993 1
CSX/Amtrak Railroad, США 1993 47
Port Isabel, США 2001 8
Webber-Falls, США 2002 12
West Bridge, Дания 2005 1
Троицкий, РФ 2005 -
Технологический (Крымский), РФ 2016 -
Ломоносова, РФ 2017 -
-♦- Smells
lmlnS у
#-Г » / в _
•г ■ в ш тя • " - " " в * в в
1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000
Рис.3. Статистика аварийности при столкновении судно-мост (serious- серьезная авария, >1mln$- ущерб более млн. долларов)
Для минимизации рисков и последствий нештатной ситуации предлагается сформировать «интеллектуальную» акваторию в районе судоходной зоны Крымского моста. В качестве базовой концепции предлагается использовать зарубежный и отечественный опыт реализации стратегии e-navigation (е-Н) в прибрежной зоне и районах действия СУДС [8].
Можно отметить следующие основные причины аварийности при плавании в судоходной зоне мостов:
- недостаточная подготовка судоводителей к работе в особых ситуациях;
- техническая изношенность судов (суда типа «Волгонефть»);
- оснащение судов устаревшими навигационными приборами и системами;
-недостаточная оснащенность фарватеров навигационными знаками и навигационным оборудованием;
- изменение гидрометерологических и гидрологических факторов [1].
Для купирования вышеуказанных «узких мест» при плавании в судоходной зоне моста предлагается использовать не только пассивные конструктивные элементы защиты моста (искусственные островки, отбойники, палы), но и рассмотреть возможность использования активных элементов контроля в виде электронной системы определения и предупреждения столкновения судно-мост с использованием технологии дополненной реальности (ДР).
Действующая практика лоцманского обеспечения в узкостях и на подходах портов, на их акваториях до настоящего времени базируется на системе визуальных СНО, которые в данном варианте должны быть не только на воде и суше, но на конструкции моста. Поэтому важно иметь возможность контроля местоположения судна относительно оси фарватера не только в режиме реального времени, но и в аутентичном виде за счет совмещения реальной и дополненной картины района плавания. Использование современных радионавигационных систем и ЭКНИС открывает широкие возможности для внедрения новых подходов к обеспечению безопасности мореплавания с использованием виртуальных СНО (ВСНО). МАМС отмечает, что использование ВСНО является дополнительным мероприятием и недолжно приводить к замене или снижению количества реальных знаков [7]. ВСНО рекомендуется использовать только там, где установка физических объектов затруднена по каким-либо причинам, а также для обозначения аварий судов, других временно возникших опасностей или изменений на фарватере.
Для районов с преобладающим действием ветра, ограниченной видимостью и ледоходом (Керченский пролив) вероятность отсутствия СНО на штатном месте высока, поэтому использование ВСНО является просто необходимым. Использование технологии ДР позволяет судоводителю визуализировать информацию технических средств судовождения в рабочей зоне перехода, не отвлекаясь от контроля реальной навигационной обстановки (рис.4) [9].
Рис.4. Интерфейс пользователя e-navigation
Такой подход позволит не только оценить риски судоходства в судоходной зоне Крымского моста, но и ввести дополнительные активные элементы контроля на акватории всего Керченского пролива.
Литература:
1. Зайков В.И., Колосов М.А. Повышение безопасности при движении судов под мостами // Транспорт Российской Федерации, 2006, №5.
2. Gucma L. Method of ship-bridge collision safety evaluation // R&RATA, 2009, №2.
3. Песков Ю.А. Руководство по «организации мостика» для судов: Учебное пособие, Том 2. - Новороссийск.: НГМА, 2002.
4. Отчет о хоздоговорной научно-исследовательской работе. Разработка системы тренажерной подготовки лоцманов и судоводительского состава судов по проходу Керченского пролива. Исследование условий судоходства в Керченском проливе. Рук. Васьков А.С. - Новороссийск.: НГМА, 2003.
5. Ольшамовский С.Б. Повышение безопасности мореплавания (научные исследования).- Новороссийск.: НГМА, 1998.
6. Лоция Азовского моря. № 1243. - СПб.: ГУНиО МО, 2007.
7. IALA Recommendation O-143 On Virtual Aids to Navigation. Edition I. France, 2010.
8. URL:http://www.iala-aism.org/products/e-navigation/
9. URL:http://www.easymarine.it/
10. URL:http://gpsm.ru/
11. Лоция Черного моря №1244 - СПб.: ГУНиО МО, 2008.
12. Руководство по формальной оценке безопасности (ФОБ) для использования в процессе принятия решений в ИМО. MSC/Circ.1023-MEPC/Circ.392 с поправками (на русском и английском языках), - СПб.: ЗАО "ЦНИИМФ", 2011.
