Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Состояние проблемы и постановка задачи 6
1.1. Общее существо проблемы 6
1.2. Проблема транзита Российских грузов 7
1.3. Краткий обзор строящихся портов в Финском заливе 9
1.4. Развитие Санкт-Петербургского транспортного узла (Большой порт Санкт-Петербург) 11
1.5.Навигационные особенности движения судов в морском порту Большой порт Санкт-Петербург 20
1.6.Дополнительные обстоятельства, влияющие на навигационную безопасность движения судов на вход и выход из порта Большой Санкт-Петербург 23
1.7.Состояние вопроса и постановка проблемы диссертации .26
Глава 2. Новый подход к оценке безопасности мореплавания при подходах к портам. Определение безопасной ширины канала 31
2.1. Принцип минимально необходимого или равного объема для обеспечения безопасности мореплавания 31
2.2. Расчет параметров реверса судна оборудованного винтом фиксированного и регулируемого шага для использования в формуле (2) 40
2.3.Определение необходимой ширины канала и уровня точности навигационного оборудования в зависимости от ширины канала и организации движения судов 51
2.4.Определение безопасной ширины канала с учетом гидродинамического взаимодействия судов 55
2.5.Учет точности определения места расходящихся судов при определении безопасной ширины канала 87
Глава 3. Использование принципа минимального или равного объема для решения других задач обеспечения безопасного движения судов по каналу или фарватеру 91
3.1.Использование принципа минимального или равного объема для определения уровня навигационного оборудования, необходимого для обеспечения безопасного прохода судов по каналу или фарватеру 91
3.2. Комплексная оценка точности определения места судна при движении по каналу и/или фарватеру при использовании судовых и береговых навигационных средств 97
3.3. Использование принципа минимального или равного объема для оценки безопасности движения судов на мелководном фарватере 107
3.3.1.0 необходимом профиле глубин для избежания проседания судов при движении по каналу и/или фарватеру 107
3.3.2.Практические методы использования принцица минимального или равного объема при учете проседания судна движущегося по каналу и/или фарватеру 117
Глава 4. Предложения по системе обеспечения безопасности судоходства на территории Санкт-Петербургского морского порта и прилегающих акваториях 130
4.1.Необходимая структура и основные элементы управления безопасным движением судов по каналам и фарватерам порта Санкт-Петербург 130
4.2. Современные технологии, используемые МАЛ Санкт-Петербурга при обеспечении безопасности и эффективности работы судов 135
4.3.Основные направления развития Морского порта Санкт-Петербург с целью повышения безопасности судоходства 142
4.3.1.Трудности, которые необходимо преодолеть для развития судоходства в порту Санкт-Петербург в зимний период 142
4.3.2.Развитие перевалки нефтепродуктов на Большом Кронштадтском рейде (БКР) и других перспективных районах 142
4.4. О необходимости сооружения второго канала для движения судов в порт Санкт-Петербург 145
Глава 5. Перспективы использования принципа равного или минимального объема для решения приоритетных задач обеспечения эффективности и безопасности работы судов в заданном регионе 148
5.1. Использование принципа минимального или равного объема для решения комплексных задач безопасности мореплавания 148
5.2.Использование принципа равного объема затрат для обоснования использования исключительных портовых тарифов в порт Санкт-Петербург для грузов, следующих до порта другими видами транспорта (в частности, железнодорожным транспортом) 154
Выводы 164
Литература 167
Приложение 177
- Краткий обзор строящихся портов в Финском заливе
- Расчет параметров реверса судна оборудованного винтом фиксированного и регулируемого шага для использования в формуле (2)
- Комплексная оценка точности определения места судна при движении по каналу и/или фарватеру при использовании судовых и береговых навигационных средств
- Современные технологии, используемые МАЛ Санкт-Петербурга при обеспечении безопасности и эффективности работы судов
Введение к работе
Для всех видов транспорта безопасность эксплуатации транспортных средств является обязательным условием, характеризующим транспорт и отличающим его от многих других сфер деятельности.
В наибольшей степени условие обеспечения безопасности относится к морскому судоходству. В морском судоходстве ко всем причинам, объединяющим транспортные средства применительно к обеспечению их безопасности необходимо прибавить сложное воздействие гидрометеорологических факторов на судно, влияние ограничений каналов и фарватеров, навигационные условия и др. Из всех причин аварийных случаев и аварий на судах наибольшее количество относится к навигационным авариям при подходах судов к портам или в акваториях портов. В настоящее время проблема обеспечения безопасности судов в акватории Финского залива и, особенно, при подходе к Большому порту Санкт-Петербург стала особенно актуальной. Динамичное развитие Большого порта Санкт-Петербург, строительство новых морских портов в Финском заливе, активизация деятельности руководства Морского порта Санкт-Петербург и Морской администрации этого порта обусловили существенное увеличение грузопотоков и значительное повышение интенсивности судоходства и судозаходов в Санкт-Петербургский порт.
Ввод в строй новых терминалов в строящихся портах в Финском заливе обострит проблему с обеспечением безопасности мореплавания в этом регионе. Проблема усугубляется тем, что подходные каналы и фарватеры к порту Санкт-Петербург не удовлетворяют существующим требованиям по условиям обеспечения безопасности применительно к сложившейся ситуации и особенно ее перспективе.
Построенный 1896 году Санкт-Петербургский Морской канал практически не перестраивался и на современном этапе не может обеспечивать потребности Санкт-Петербурга.
В Главе 1 диссертационной работы содержится обобщение данных о состоянии и перспективах развития Большого порта Санкт-Петербург, строящихся морских портов в Финском заливе, приведены сведения о навигационных особенностях подходных фарватеров и Морского канала сформулированы проблемы, которые необходимо решить для обеспечения безопасности движения судов к порту и в акватории порта Санкт-Петербург. На основе анализа состояния проблемы и научных исследований, выполненных ранее для ее обеспечения, сформулированы задачи, решение которых необходимо для обеспечения безопасности судов, следующих по фарватерам и каналам в порты Финского залива и в Санкт-Петербург.
В последующих Главах работы на основе предложенного принципа минимального или равного объема обеспечения безопасности мореплавания решаются поставленные задачи. В их числе решены следующие задачи: разработка численных методов определения минимально необходимой для обеспечения безопасности мореплавания ширины морского канала, разработка методов определения минимальной точности навигационного оборудования для обеспечения безопасности судов, движущихся по каналу, разработка методов определения безопасной глубины и неравномерности глубин канала или фарватера для избежания проседания судна, разработка системы управления безопасным движением судов на акватории Большого порта Санкт-Петербург и другие.
В работе показано, что помимо решенных в ней конкретных задач, предложенный принцип равного или минимального объема может быть эффективно использован для решения актуальных комплексных задач по обеспечению безопасности судов в любом другом регионе.
Краткий обзор строящихся портов в Финском заливе
В соответствии с Концепцией Государственной транспортной политики Российской Федерации, одобренной Постановлением Правительства Российской Федерации от 08.09.97 № 1143 одной из первоочередных задач для восстановления роли морского транспорта России и обеспечения внешнеэкономических связей на Балтике признана необходимость строительства новых портов и перегрузочных комплексов для перевалки нефти, нефтепродуктов, угля и других грузов.
Комиссией Правительства РФ по Федеральной программе развития портового комплекса в Финском заливе была рассмотрена Генеральная схема транспортно-технологических портовых комплексов в Финском заливе и подтверждено размещение четырех новых портов, в частности: - сухогрузного порта в Лужской губе с перспективным грузооборотом до 35 млн.тонн в год; - наливного порта нефтепродуктов в бухте Батарейная с перспективным грузооборотом до 15 млн.тонн в год; - специализированного порта для перегрузки нефти и нефтепродуктов в районе в г. Приморске с перспективным грузооборотом 45 млн.тонн в год; - Балтийской трубопроводной системы (БТС в порт Приморск) Все вышеуказанные 4 портовых объекта зафиксированы в протоколе заседания Правительственной комиссии по строительству транспортно-технологического портового комплекса в Финском заливе № 2 от 07.09.94 г. Генеральная схема транспортно-технологических портовых комплексов в Финском заливе утверждена Минтрансом России 21.09.94 г.
Естественно, что ввод в строй четырех новых портов существенно увеличит число судозаходов в ограниченную по площади акваторию региона, повысит тем самым интенсивность судоходства и требует повышенного внимания к обеспечению безопасности мореплавания.
Для научного решения проблемы безопасности кратко рассмотрим основные особенности строящихся транспортно-технологических комплексов.
Морской торговый порт в Лужской губе Строительство комплекса осуществляется компанией «Усть-Луга» по указу Президента РФ от 06.06.97 г. № 1513 «Об обеспечении транзита грузов через прибрежные территории Финского залива». Глубина причальной акватории и подходного канала длиной 2 км и шириной 100м составляет 14м. Предполагается, что порт «Усть-Луга» будет обрабатывать суда до 75 тыс. т дедвейта.
В первую очередь в 2001 году должен быть введен пусковой комплекс угольного терминала с грузооборотом 1 млн. тонн в год. При полном развитии грузооборот терминала составит 8 млн.тонн в год. К 2010 году грузооборот всего порта «Усть-Луга» возрастет до 20-30 млн.тонн в год.
Портовый комплекс в бухте «Батарейная» Порт рассчитан на перевалку 15 млн.тонн светлых и темных нефтепродуктов в год. Первая очередь должна обеспечить перевалку 7,5 млн. тонн нефтепродуктов в год. К 2005 году увеличение мощности должно составить 15,0 млн.тонн в год.
Транспортировку нефтепродуктов из предприятия «Киришинефтеоргсинтез» планируется осуществлять через построечный нефтепродуктопровод от Киришей до портового комплекса. Проектная стоимость нефтепродуктопровода ПО млн. долларов США. Основной инвестор строительства «Сургутнефтегаз».
Портовый комплекс в г. Приморск и Балтийская трубопроводная система (БТС) Портовый комплекс в г. Приморск предусмотрен для экспорта нефти, нефтепродуктов, сжиженных газов и генеральных грузов.
Строительство портового комплекса предусматривается отдельными специализированными терминалами. Расчетная мощность порта 45 млн.тонн в год. В первый этап строительства входит сооружение нефтяных терминалов и трубопровода от Киришей до Приморска.
Мощность порта на 1 этапе - 12 млн. тонн нефти в год. Стоимость строительства 1 этапа - 460 млн. долларов США. На втором этапе мощность порта составит 18 млн. тонн. Полная проектная мощность нефтяных терминалов - 29 млн.тонн.
БТС создана на основании Постановления Правительства от 16.10.97 г. № 1325. Предполагается поэтапная реализация проекта. 1 этап - новое экспортное направление мощности. 12 млн. тонн в год за счет использования существующих магистральных трубопроводов и расширения нефтепровода Ярослав-Кириши, а также строительство нового трубопровода Кириши-Приморск. Протяженность новых трубопроводов -450 км. II этап - увеличение пропускной способности нефтепроводов при увеличении объемов нефти свыше 12 млн. тонн. В перспективе до 2010 года грузооборот по железной дороге возрастет до 16,0 млн. тонн в год.
В морском торговом порту Санкт-Петербург погрузо-разгрузочные работы осуществляет 21 стивидорная компания, в том числе 7 крупнейших стивидорных компаний: ЗАО «Перетико», ЗАО «Вторая стивидорная компания», ЗАО «Первый контейнерный терминал», ЗАО «Четвертая стивидорная компания», ЗАО «Нева-Металл», ЗАО «Стивидорная лесная компания», ЗАО «Петербургский нефтяной терминал». Удельный вес стивидорных компаний в грузообороте ОАО «Порт Санкт-Петербург» виден из рис.3.
В совокупности с ОАО «Морской порт Санкт-Петербург» дочерние компании образуют «Большой порт Санкт-Петербург». Грузооборот только ОАО «Морской порт Санкт-Петербург» составляет в 1998 г. 10 210,3 тыс. тон, в 1999 г. - 14214,9 тыс.тонн (прирост 139%). Объем грузопереработки ОАО «Морской порт Санкт-Петербург» совместно с дочерними и зависимыми предприятиями за 1999 г. составил 20 583 тыс. тонн.
Грузооборот Большого порта Санкт-Петербург составляет в 1998 г. 21 450,9 тыс. тонн, в 1999 г. - 28 172,6 тыс. тонн (прирост 131 %). Для наглядности грузооборот порта Санкт-Петербург за 1998-1999 годы представлен на рис.4.
Расчет параметров реверса судна оборудованного винтом фиксированного и регулируемого шага для использования в формуле (2)
Обычное торможение любого судна при использовании реверса происходит по криволинейной траектории. При определении безопасной дистанции между судами в соответствии с формулой (2) следует иметь определенный запас в сторону увеличения St по сравнению с реальным выбегом судна при торможении с использованием реверса, что позволит скомпенсировать возможные ошибки в определении его параметров. Поэтому при осуществлении расчетов по формуле (2) целесообразнее использовать упрощенные методы определения параметров торможения, которые предполагают, что движение судна при реверсе происходит прямолинейно. Эти методы дают завышенные результаты по сравнению с реальным выбегом судна [34], что обеспечивает необходимый запас в определении St в использовании формулы (2). Ниже предлагается такая схема расчета, обобщенная, основанная на исследованиях [3],[5],[69] и др. применительно к судам, оборудованным винтами фиксированного шага (ВФШ) и винтами регулируемого шага (ВРШ). Торможение судна оборудованного ВФШ начинается после прекращения подачи топлива в двигатель, которое осуществляет система дистанционного автоматического управления двигателем (ДАУ) или закрытия стопорного клапана турбины, Его можно очень условно разделить на два основных периода. В первом периоде набегающий на гребной винт поток вращает винт и двигатель, связанный с ним, поддерживая равновесие между моментом на винте, работающем в режиме гидротурбины и моментом трения валопровода и двигателя.
В этом режиме отрицательная тяга винта сохраняет примерно постоянное значение Ре 0. Скорость движения судна и пройденный путь в этом периоде можно определить по приближенным формулам VH - скорость судна до начала маневра, м/с V - текущее значение скорости, м/с Vo - скорость полного переднего хода, м/с Ro - сопротивление корпуса судна на скорости V0, м/с t - время от начала маневра, с Ре - тяга винта, кН ml=m(l+kl 1)-масса судна с учетом присоединенных масс, т kl 1- коэффициент присоединенных масс S- расстояние, пройденное за время t после маневра, м По данным исследований [27], [28] сопротивление свободно вращающегося и затормаживающегося винта в первом периоде свободного торможения может составлять приблизительно 0,l-0,2Ro. По мере уменьшения скорости судна частота вращения винта в режиме гидротурбины уменьшается и на скорости, близкой к V={0,5-0,7}V0 , винт останавливается. Продолжительность первого периода (при VH {0,5-0,7} V0) Расстояние, пройденное в первом периоде, может быть определено по формуле (4) для V=0,6 V0. Во втором периоде приближенно можно считать, что сопротивление застопоренного винта RB уменьшается пропорционально V2 и может учитываться в долях от сопротивления корпуса R. Во втором периоде + (1 + к) Судоводителю следует учитывать, что на отдельных типах ДАУ возможна экстренная подача контрвоздуха, которая осуществляется с мостика либо непосредственно из машинного отделения. В этом случае возможно возникновение аварийного случая при подаче контрвоздуха на стадии движении поршня вниз, что приводит к разгону двигателя с его интенсивным охлаждением.
Результатом ранней подачи контрвоздуха может стать аварийная остановка двигателя. Расчет параметров аварийного торможения судна с ВФШ следует производить по формулам (7), (8), где к=0,4, при этом конечную скорость в формуле (8) принять V=0,1 VH. Активное торможение судов с дизельной установкой в режиме экстренного торможения может рассчитываться в один период по формулам (3) и (4). При этом упор равняется где Рзх- максимальная тяга винта на заднем ходу, кН В режиме обычного активного торможения (реверса) пуск контрвоздуха для полной остановки двигателя и начало его запуска на задний ход производится при частоте вращения винта, снизившейся до 20-30% от номинальной (примерно 30-40 оборотов в минуту для среднеоборотных двигателей). Это приблизительно соответствует скорости хода судна V= {0,5-0,7}V0. Расчет обычного активного торможения приближенно можно производить в два периода. В первом периоде, от отсечки топлива до подачи контрвоздуха, происходит свободное торможение судна с вращающимся винтом, и расчет ведется по формулам (3), (4) и (12) до Vi=0,6 Vo . В этом случае, следует принять, что Ре=0,2 Ro. Во втором периоде от подачи контрвоздуха до остановки судна расчет следует производить по формулам (9) и (10), в которые подставляется Ре = 0,55РЗХ и VH=Vi. Если торможение осуществляется с малого или самого малого хода, то нормальное активное торможение совпадает с экстренным торможением, и расчет ведется в один период. Продолжительность второго периода
Комплексная оценка точности определения места судна при движении по каналу и/или фарватеру при использовании судовых и береговых навигационных средств
При движении по каналу и/или фарватеру определение места судна (ОМС) может производиться с помощью различных навигационных систем и контролироваться с помощью береговых радиолокационных станций (БРЛС) и других систем навигации.
В качестве навигационных ориентиров для ОМС могут использоваться: створные знаки, буи и вехи, ограждающие фарватер, судовые радиолокационные станции (РЛС), глобальные системы определения места судна и их дифференциальные подсистемы (GPS), береговые радиолокационные станции, работающие в высокоточном диапазоне (БРЛС), позволяющие осуществлять внешний контроль и управление движением судов.
Использование для определения места судна всех систем навигации, имеющихся в данном районе, включая контроль и управление со стороны БРЛС, ставят вопрос о комплексной оценке точности ОМС судна и необходимых мероприятиях, которые необходимо осуществить для того, чтобы она была повышена.
Створные знаки на каналах Большого порта Санкт-Петербург наиболее часто используются на извилистых участках фарватеров с частыми поворотами на новый курс. Участки, на которых расположены створные знаки, могут быть относительно небольшими по длине. Например, при проходе Большого Кронштадтского рейда отдельные участки канала на определенном курсе не превышают по длине 8 кбт. При этом, с учетом скорости прохода судном канала именно на створные знаки в наибольшей степени полагается судоводитель при переходе на новый курс.
Будем оценивать ошибку ОМС в поперечном направлении при определении по створному знаку по следующей зависимости, которая следует из Рис.41
Определение ошибки ОМС в поперечном направлении при использовании створного знака
Буи и вехи являются важными навигационными ориентирами при следовании по каналу и/или фарватеру и определении положения судна относительно канала, а также при переходе на новый курс.
На Санкт-Петербургском Морском канале установлено около 30 буев и знаков. Оценку точности следующей зависимости ОМС по бую можно производить по где
M - средняя квадратическая погрешность обсервованной точки; ml - ошибка измерения навигационного параметра по пеленгу, ml - ошибка измерения навигационного параметра по дистанции, gl,g2 - модули градиентов пеленга и расстояния.
В ошибки соответствующих измерений должны входить погрешности положения самого буя или вехи. в) Глобальная навигационная система (GPS).
Глобальная позиционная система обеспечивает постоянный контроль местоположения судна или любого другого объектами, снабженного соответствующими приемниками. Дифференциальная часть этой подсистемы требует на свою работу определенного времени, в течение которого происходит необходимое уточнение параметров. Результирующая точность ОМС может достигать 3-5м, однако, требуется дополнительное время на прокладку результатов, анализ положения судна и принятие решения. г) Судовая радиолокационная станция.
Определение места судна с использованием судовой радиолокационной станции (РЛС) может осуществляться для контроля положения судна по длине канала. Относительно невысокая точность для определения места в канале и сравнительно большие затраты времени на определение места судна не позволяют полноценно использовать этот способ ОМС для более точного контроля положения судна на канале.
Оценка точности ОМС при определении по РЛС может быть произведена в соответствии с зависимостью (46) при соответствующем изменении исходных параметров, входящих в эту формулу в соответствии с инструментальными погрешностями РЛС и дистанцией до ориентира.
Современные технологии, используемые МАЛ Санкт-Петербурга при обеспечении безопасности и эффективности работы судов
Для решения основных проблем обеспечения безопасности судоходства в порту Большой Санкт-Петербург с 1995 по 1999 год внедрены следующие системы обеспечения безопасности судоходства на базе современных информационных технологий. Перечень основных систем обеспечения безопасности мореплавания, внедренных в порту Санкт-Петербург. А) Оленин. Основные задачи: 1. Обеспечение безопасности мореплавания на Морском канале порта Санкт-Петербург с помощью комплекса радиолокационных станций. 2. Контроль за движением судов по каналу. 3. Выдача рекомендаций для обеспечения безопасного прохода. 1. Выполнение обязанностей МАП СПб, связанных с посещением порта судами 2. Выполнение задачи ИГН и их связь с системой СКАП. 3. Оперативные задачи СКАП. 3.1. Задачи определения начала движения судов. 3.2. Планирование движения судов в канале. 3.3. Оперативное планирование начала движения судов в канале. 3.4. Контроль за движением судов. 3.5. Контроль нахождения судов в порту, подготовка к выходу, контроль требований конвенций. 3.6. Регистрация приходов-отходов судов. 3.7. Проверка российских судов. 3.8. Проверка иностранных судов. 3.9. Подготовка первичных документов по выставлению портовых сборов. движения и 4. Контроль за безопасностью с использованием электронных навигационных карт. Интерфейс картографического модуля Системы dKPort. 1. Определение положения судов с повышенной точностью. 2. Контроль движения судов в зоне А2 порта СПб. 3. Взаимодействие с системой DKPort. 4. Обеспечение производства дноуглубительных и промерных работ с использованием контроля мест промера по dGPS. 1. Контроль государства порта за иностранными судами на соответствие международным конвенциям. 2. Взаимодействие систем Serinak (Санмало, Франция) и системы СКАП. Электронный журнал Системы СКАП по проверки иностранных судов в рамках MOU (Maritime organization of understanding). E) Дипломно-паспортная система. Основные задачи. 1. Паспортный отдел 1.1. Автоматизация процесса выписки паспортов 1.2. Автоматизация процесса прописки по судну
Дипломный отдел 2.1. Возможность автоматизации процесса выписки дипломов. 2.2. Организация новых форм дипломов в соответствии с конвенционными требованиями. 2.3. Автоматизация процесса выписки и контроля за рабочими дипломами моряков. Ж) Система порта регистрации флота, і Основные задачи. Автоматизация процесса регистрации флота. 3)Перспективы развития систем обеспечения безопасности и эффективности работы Морского порта Санкт-Петербург. 1 .Установление взаимодействие между всеми системами. 2. Создание единой информационной сети объединяющей все службы обеспечения безопасности и эффективности работы порта. И)Дополнительные мероприятия по обеспечению безопасности мореплавания, реализуемые МАП Санкт-Петербурга. 1. Издание и корректура Обязательных постановлений Морской администрации порта Санкт-Петербург. 2. Контроль за безопасностью всех подходов к порту. 2.1. Проведение регулярных дноуглубительных работ на каналах и фарватерах. 2.2. Обеспечение промеров глубин всех водных коммуникаций и создание специальной базы данных. 2.3. Расстановка и контроль навигационного ограждения каналов и фарватеров. 2.4. Заказ научных работ по оценке безопасного прохода судов по морским коммуникациям и путям их развития. 3. Строительство новых причалов для крупных пассажирских судов и других судов. 4. Обсечение безопасности стоянки судов в порту. 5. Обеспечение безопасности и сохранности сооружений на территории и акватории порта.
