方明豹，田琨，王仙红
国核浙能核能有限公司 浙江 杭州 310012
摘要：随着滨海核电厂址的开发利用日趋饱和，选取海岛作为核电厂址成为一种新思路。本文以海岛核电厂址跨海大桥桥区水域通航安全为研究对象，系统分析了影响桥区通航安全的风险因素，对桥区水域通航安全风险进行识别与评价，并提出相应的防控建议。
关键词：海岛核电；跨海大桥；桥区水域；通航安全；风险及防控
引 言
全球能源十分缺乏，为了响应节能、环保、减排、碳中和，世界各国都在大力发展清洁电源，其中核电是中国今后电源结构调整的主攻方向。目前，本文所及海岛核电厂址被列为国家重点能源工程项目和“十四五”开工备选厂址。利用离岸海岛开发核电项目是拓展核电厂址及有效利用海岛资源的积极创新，可充分发挥厂址所在区域独特资源条件，是实现国家能源安全、调整能源结构，满足碳排放总量控制，建设清洁能源基地的重要手段。本厂址离岸3.5公里，为无居民海岛，与大陆侧通过跨海大桥连接。本文系统分析影响桥区通航安全的风险因素，对桥区水域通航安全风险进行识别与评价，并提出相应的防控建议，有利于所在水域的船舶通航安全和科学管理。
一、跨海大桥桥区水域通航环境分析
1. 自然环境分析
1.1气象
本项目厂址属于亚热带季风气候，受海洋性气候影响明显，气候温和，四季分明，雨量充沛，光照适宜，无霜期长。全年常风向为东北风，6级以上大风天数为15.4天，主要出现在台风影响期。
1.2水文
本海域为正规半日潮海区，潮差较大，平均潮差3.52m。设计高水位2.83m（基面为1985国家高程一期，下同），设计低水位-2.01m，极端高水位4.31m（50年一遇极值高水位），极端低水位:-3.23m（50年一遇极值低水位），100年一遇高水位4.50m，300年一遇高水位4.79m。根据设计规范[1]的要求，设计基准洪水位主要考虑天文高潮位、海平面上升的影响、可能最大风暴潮增水、台风浪的影响等因素，同时从安全和保守起见，选取不同路径中各计算要素最大值参与组合，厂址处的设计基准洪水位为11.25m[2]。海区常浪向为E-SE向，强浪向为SE-SSE向，平均有效波高Hs为0.92m，最大波高Hmax为6.46m；Ta平均为4.4s，最大值为9.5s[3]。
1.3地质
参照GB18306-2015国标《中国地震动参数区划图》中的《中国地震动峰值加速度区划图》划分，北以安吉—桐庐—诸暨—象山一线，南至龙泉—丽水—文成—永嘉为界，其地震动峰值加速度为0.05g分区，对比地震基本烈度值为VI级，离本厂址区块约50km范围以远；其他范围的地震动峰值加速度为0.05g分区，对比地震基本烈度值均为VI级，厂址相邻地块100km范围属于该区内。结合其他相关资料，厂址区的地震活动条件是：地震强度与频度均较低，新构造运动在现代处于相对稳定阶段。
2. 港口环境分析
2.1 港口概况
厂址所在区域港口总体规划（2017-2030年）明确了港口功能定位，需形成“一港六区十港点”空间格局。按照“突出重点、层次分明”原则，考虑港区发展条件、产业规划和在主要运输系统中定位，形成核心港区、重要港区，统筹港区和其它港点的分层次布局。
2.2 航路、水道、航道概况
2.2.1. 工程附近沿海航路
工程附近有四条航路，分别是外航路、东航路、西航路和沿岸小型船舶习惯性航路。
外航路位于厂址东侧外海，海域开阔，航路顺直，转向点少，水深不受限，可满足各类船舶全潮通航。东航路位于厂址东侧，靠近厂址，该航路是5 000～50 000吨级船舶过境的常用航路，船舶通航密度较大，航路距岸适中，比较顺直，转向点少，水深和通航净空高度不受限制，助航导航设施完备，关键航段水道水深条件和宽度均可满足10万吨以下船舶的安全通行。西航路通常为5 000吨级及以下船舶前往或过境沿海诸港的常用航路，该航路距岸近，助航导航设施完备，以中、小型船舶为主，船舶通航密度很大，西航路曲折，转向多，航路交叉多，可航水域相对狭窄，水流情况复杂，且途经周边核心港区，交会船多，避让频繁，操船难度较大。沿海小型船舶习惯性航路道距岸较近，水深较浅，可满足500吨级以下小型船舶的通航。
2.2.2. 工程附近水道
工程附近有三个航行水道：外钓浜水道、中钓浜水道和小钓浜水道。大钓浜水道海图最浅水深6.7m，最窄处约1200m，为近岸中小型船舶航行的南北通道，水道内潮流中等，水道北口有沉船，附近有渔港，鱼汛期渔船出没，航行环境较复杂。中钓浜水道5m等深线通航宽度约320m，为近岸小型船舶航行的南北通道，水道内潮流中等，两侧有浅滩，北口有危险沉船，鱼汛期渔船经常出没，航行环境较复杂。小钓浜水道临国家一级渔港，港内停泊大量渔船，渔船主要经小钓浜水道进出。
2.3 锚地概况
厂址附近锚地主要有温岭粗砂头港鲜泥海产品发运锚地、温岭礁山引航检疫锚地、石塘危险品临时候潮锚地和礁山港外临时锚地，另规划有龙门小型船舶候潮锚地、龙门大型船舶候潮锚地、龙门牛山锚地等3个锚地。
3. 交通环境分析
3.1 交通流统计分析
该水域船舶交通流分布较为密集，不同季节船舶总流量差异比较大。外钓浜水道全年平均船舶流量83艘次/天，除去渔船后11艘次/天；中钓浜水道全年平均船舶流量151艘次/天，除去渔船后33.1艘次/天；小钓浜水道基本为渔船航行，普通船舶1-2艘次/天。
根据现有交通流统计筛选分析，当前通过大钓浜水道的船舶之中超过99%船舶为5000吨级及以下船舶，通过中钓浜水道的船舶之中超过99%船舶为3000吨级及以下船舶。
大钓浜水道以船长60m以下及60-100m船舶为主，100-120m偶有通过，120-170m船舶20天仅出现1-2次；中钓浜水道以船长60m以下船舶为主，60-100m船舶偶有通过，100-120m船舶7月仅观察到2艘次；小水道基本为进出渔港的船长60m以下渔船，渔汛期船舶流量较大。
3.2 航迹带统计分析
大钓浜水道90%船舶航迹带宽度在鱼汛期425m~480m，且冬季航迹带更加分散，渔汛期与休渔期的船舶航迹带宽度分布存在一定差异。中钓浜水道90%船舶航迹带宽度168m-195m，且该断面航行船舶的轨迹相对比较集中、固定，基本没有明显的季节性变化。
二、跨海大桥桥区通航风险评价
1. 风险识别
通航实际是由多种因素构成的复杂系统，是人—船—环境—管理的有机组合。环境包括自然条件、航行状况以及水域设施状况等。下面就桥区水域环境、交通管理等方面对通航安全的影响进行风险分析与评估。
1.1影响因子危险度评价标准
影响因子危险度分为五级，如表1.所示。
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表1. 影响因子危险度评价标准
1.2 自然条件对通航安全影响的风险评估
（1）能见度的风险评估
能见度不良时对船舶的交通安全和交通效率的影响很大。其中雾是影响海面能见距离的首要因素，当发生浓雾时能见度十分恶劣，给航行安全带来很大威胁，既使备有雷达等现代化导航仪器，仍有偏航、搁浅或碰撞的危险。据统计，在气象原因引起的海难中，由雾引起的事故占31.4%，是台风事故的2倍。工程水域年平均雾日数为52.1d，能见度对通航安全的影响程度评价为“高度危险”。
（2）风况的风险评估
本区域主导风向为N、NNE、NE，历年平均大风日数为15.4天，本工程所在地区风对通航安全的影响程度为“较低”。
（3）水流条件的风险评估
本工程附近水域海流总体较弱，但风生流影响明显，根据潮流有关资料，各测站最大可能流速在0.3~0.8m/s，水流对通航安全的影响为“较低”。
（4）波浪条件的风险评估
本工程海域相对开敞且受风影响明显，波浪较高，本工程所在地区波浪对通航安全的影响程度为“较高”。
1.3 通航环境条件对通航安全影响的风险评估
（1）对附近航线的风险评估
本工程大桥选址距离龙门港区航道约3nmile，距离浙江沿海西航路超过5nmile，且大桥选址位于大钓浜、中钓浜水道内，不会影响习惯航路，本工程与附近航线距离的总体评价为“一般”。
（2）对渔港的风险评估
本工程附近存在渔港，桥址距离渔港最近距离小于2km，本项总体风险程度评价为“较高”。
1.4船泊交通量对通航安全影响的风险评估
交通量是指单位时间内通过水域中某一地点的所有船舶的数目（艘次），它是表征一个水域（特别是水道）海上交通实况的最基本的量。它的大小直接反映一个水域船舶交通规模和繁忙程度，并在一定程度上反映该水域船舶交通的拥挤和危险程度，较直观地表征航道水域船舶航行的危险状况，对船舶的安全航行和交通效率影响很大。
本工程附近交通流量主要为沿海习惯航路的船舶和进出渔港船舶，包含渔船等在内的所有船舶交通流量大钓浜水道约82艘次/天，中钓浜水道约为151艘/天；除去渔船后大钓浜水道约11艘次/天，中钓浜水道约为33艘/天。综合评价交通量的风险程度为“较高”。
2. 风险评价
运用模糊综合评价进行航道风险评价，模糊综合评价是对受多种因素影响的事物做出全面评价的一种十分有效的多因素决策方法，其特点是评价结果不是绝对地肯定或否定，而是以一个模糊集合来表示。模糊综合评价的基本方法是从所评判的事物中选出几个所要考虑的因素，综合考虑该事物关于各个因素的影响建立起评价指标体系，根据实际评价的需要确定各指标因素的评价标准，确定各指标因素的隶属函数并进行单因素评价。然后按照各个因素的不同权重，应用模糊变换原理、模糊识别的方法和相应的隶属原则，建立综合评价的数学模型，依此数学模型实现对研究对象的综合评价工作。
2.1 评价指标因素集
根据上节确定的港口航道水域环境影响船舶航行安全的各种因素，选取能见度、风、水流、波浪、附近航线、渔港、交通量、航道弯曲状况为航道水域环境评价指标因素，评价因素集为：
U={u1，u2，u3，u4，u5，u6，u7，u8}
={能见度、标准风天数、水流、波浪、附近航线距离、渔港距离、交通量}
各种影响因子的风险矩阵如表2.所示。
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2.2 抉择等级集和因素权重集
评价决择等级评语集为：V={ v1，v2，v3， v4，v5}={低、较低、一般、较高、高}；结合相关研究成果，确定因素权重集为：A={a1，a2，a3，a4，a5，a6，a7，a8 }
={0.16，0.15，0.1，0.047，0.16，0.1，0.183, 0.1}。
2.3 隶属函数的确定
根据表1. 结论，采用升半梯形、降半梯形、和梯形分布的隶属函数类型，确定对各评价指标对于危险度的隶属函数：
2.4 模糊综合评价
根据所确定的各评价指标的隶属度函数，将各评价指标值代入计算出各评价指标的隶属度向量，并由各评价指标隶属度向量构成每个航道的隶属度矩阵即模糊评价矩阵，如下：
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对评价航道风险的5个等级分别用1、2、3、4、5进行赋值，即数值1表示风险低，数值2表示风险较低，数值3表示风险为中等，数值4表示风险较高，数值5表示风险高。然后用加权求和的方法通过下式计算整个港口航道水域的风险情况：
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总体而言，本工程水域的整体通航风险程度为“一般偏低”，属于可以接受的风险范畴。
三、跨海大桥桥区水域风险防控建议
跨海大桥建成后，各类船舶只能由大桥通航孔通过桥区水域，因此在一定程度上改变桥区水域的通航环境。受船舶操纵性能、大桥建筑物以及水文气象等自然条件的影响，船舶在桥区水域航行时存在撞击大桥的风险，为保证大桥以及通航船舶的安全，需要制定和实施维护桥区水域通航秩序和安全的技术方案，包括设定桥区水域、设置助航标志、制定和实施桥区通过航管理规定以及对桥区水域通航实施必要的监控等。
1. 桥区水域设置
根据大桥通航孔设计、航道条件、附近岛礁、航标布设等因素，结合其他相关情况综合考虑，对于大钓浜和中钓浜水域，按照大桥两侧距桥轴线各大约1200m各点连线之间的水域设定为桥区水域。小钓浜水道考虑到主要为小型渔船进出，北侧水域按照距桥轴线大约500~600m，南侧距桥轴线250~300m。桥区水域内包括桥区通航水域、桥区禁航水域二部分，分别与施工期桥区水域的桥区通航水域、大桥施工水域相对应。
2. 防撞设施设置
通航孔主桥墩采用钢套箱消能式防撞；非通航孔辅助桥墩、过渡桥墩和需要防护措施的引桥桥墩采用拦截式防撞。
根据通航等级，大钓浜通航孔按5000t级船舶的撞击力考虑设计船舶冲撞力，中钓浜通航孔按3000t级船舶的撞击力考虑设计船舶冲撞力，小钓浜通航孔按1000t级船舶的撞击力考虑，非通航孔可按照300t级渔船的撞击力考虑。
3. 航标设置
在大桥通航孔处设置无线电航标（如AIS应答器和雷达应答器等）、中央标志、左侧标志、右侧标志，禁航标志、桥墩警示标志，其中桥墩警示标志设置在通航桥孔桥墩或桥墩的防撞设施上，在非通航桥孔桥墩设置泛光灯，起到示位、警告危险、指示交通等作用，从而保障桥梁和船舶航行。
在桥区水域水上设置侧面标志和禁航标志等助航标志，用以标示桥区通航水域航道两侧边界线和桥区禁航水域范围，以引导船舶航行，及时修正风流压和船位偏差，避开禁航水域。
4. 技术措施保障
研究制定桥区通航安全管理规定，对桥区通航水域、禁航水域、限航和适航的船舶、船舶通过桥区的通航方案、航行、停泊、作业行为等进行规范；保证通过桥区船舶的适航状态，
应对舵、锚、主机、辅机、航行信号、船队系缆及拖带设备等主要的航行、机电设备进行严格检查，并对主机进行操控测试，使之处于良好的安全技术状态，并备车、备锚航行；建设大桥智慧管控平台，以“标准化、专业化、精细化”管理理念，以“集成化、数字化、智能化”技术手段，同步建设大桥智慧化管控平台。通过平台，实时自动监控桥面及水域通行情况，实现“用数据巡查”；掌握桥梁各系统全面工作状态，实现“用数据管理”；根据气象、水文及结构安全等信息，制定桥梁应急策略，实现“用数据决策”；设置大桥水域VTS系统；
对大桥上下游通航水域和桥墩附近进行桥区水文观测，掌握各种涨、落潮流条件下桥区通航水域水流流态的变化和通航孔范围内桥墩紊流区的大小和变化情况；定期对桥区水域的水深，特别是桥区通航水域的水深扫测；定期更新航海资料和发布桥区有关航海通（警）告；采取有效措施防止船舶穿越非通航孔。
5. 管理水平提升
根据有关通航安全管理规定，明确所有人、经营人、管理人管理责任：在桥区通航水域，所有船舶应遵守桥区水域的相关安全管理规定，了解最大吃水限制和掌握准确的潮汐资料，确定船舶是否能够进入，同时，确保船舶设备处于良好和正确使用状态，航速、间距、抛锚等符合有关规定。在桥区禁航水域，除公务船、救助船、航标船和经批准的维修船外，禁止船舶从非通航孔通过桥区，任何其他船舶未经海事机构同意不得进入桥区禁航水域。
在受台风影响期间，遇有大量渔船回港避风，需要通过桥区水域时，桥区水域可根据情况实施单向通航的桥区交通管制。在渔汛期，尽量实施渔船与商船错峰进出港的交通流组织方法。在能见度不良条件下，船舶应严格遵守航行规定，严禁视程小于1000m时冒雾航行，保证航标设备正常工作，适当减速，谨慎驾驶，按规定鸣放雾号。
大桥工程建设施工和营运维护期间，可能会发生作业人员伤亡或落水；火灾爆炸、船舶碰撞、船舶失控、船舶沉没、船体破损漏水、水上事故导致重大环境污染、核泄露等事故和紧急情况，相关单位需建立各种事故和紧急情况下的应急预案，制定紧急情况的应急部署，落实有关负责部门和人员，并建立相应的应变演习制度，以提高事故和紧急情况下的应变反应能力和迅速有效地应对各种事故和紧急情况。一旦发生相应的事故或紧急情况，一方面应立即发出相关警报，向有关方面报告；另一方面，应立即开展相应的应急行动，积极协作，有效地开展组织和配合，根据当时的实际情况，应用一切有效的手段、方法和设备对事故进行有效的控制和施救自救工作，力求尽快消除事故，以减小事故造成的损失和影响。
四、结语
项目水道水域航行船舶主要为渔船和沿海航行小型船舶，建设单位应根据交通流分布和水域实际条件合理开展桥梁布置、通航净空、防撞、航道、助航标志等设计，保证通航安全。
参考文献
[1] 国家核安全局. HAD101/09滨海核电厂厂址设计基准洪水的确定[S]. 北京：中国法制出版社，1990.
[2] 方明豹. 海岛核电厂址设计基准洪水位和防灾减灾研究[J].海洋学研究，2021,1
[3] 国家自然资源部第二海洋研究所. 浙江海岛核电项目可研阶段厂址海洋水文分析报告水文测量报告.[D].2018.1