方利鹤，车军

（1.连云港港30万吨级航道建设指挥部，江苏 连云港 222042；2.中交上海航道勘察设计研究院有限公司，上海 200120）

0 引言

锚地是港口生产运营服务系统中的重要组成部分。一般情况下，锚位数与船舶到港规律、泊位数量、码头装卸效率、船舶在港装卸服务时间等因素有关，可采用排队论模型计算[1]。但是如果受港口进港航道条件限制，设计船型需要候潮进港时，锚位数不仅要满足船舶待泊对锚泊的需求，而且要满足船舶候潮进港对锚泊的需求。本文以连云港港30万吨级锚位数计算为例，提出并探讨候潮进港条件下的锚位数确定方法，可供同类工程所借鉴。

1 现行锚位数确定方法及其适用条件分析

1.1 现行锚位数确定方法

一般情况下，港口交管中心安排锚位和港口调度安排泊位通常采用先来先服务（FIFO）原则[2-4]，即若无泊位可用，港口调度一般要求船舶先在相应吨级的锚地抛锚待泊。因此按照船舶—锚地—泊位过程进行调度操作，可运用排队论方法将待泊的到港船舶视为一个服务队列，将港口泊位则作为多个服务窗口，将锚地视作排队容器。这样，船舶—锚地—泊位的港口随机服务系统就转换为一个多服务窗等待制的排队模型[5]。

在港口随机服务系统中，船舶到港规律一般遵循泊松分布，而装卸服务时间则主要遵循负指数分布或K阶爱尔兰分布，待泊锚地的锚位数量可采用M/M/S排队模型进行确定[1]，即在港有n艘船（包括港内和锚地）的状态概率函数如下：

式中：λ为平均每天到达的船舶艘数；1/μ为平均每条船占用泊位的天数；a为平均每天被利用的泊位数；Qn表示在港出现n艘船的保证率。锚位数可以根据港口的重要性，按在港船舶保证率90%～95%相应推算[6]，用 A1代表待泊锚位数，则 A1＝n－S。

1.2 适用条件分析

上述运用M/M/S排队模型计算待泊锚位数量的方法（式（1））主要考虑了船舶到港规律、泊位数量和装卸作业效率因素，计算结果属于待泊锚位数（单纯从待泊需求考虑），并未考虑候潮进港因素的影响，因此总体上适用于不需要候潮进港的船舶锚位数计算。

2 候潮进港条件下锚位数确定方法

大多数沿海港口进港航道的天然水深不足以满足设计船型全潮通航，通常需根据设计船型满载吃水对航道进行疏浚，并采用候潮进港方式（乘较高潮位进港），特别是对于浅段较长的航道。

以连云港港30万吨级航道为例，该航道建设规模满足30万吨级散货船、油船乘潮单线乘潮通航，对于设计船型而言属于候潮进港航道，或称之为“存在乘潮进港时间窗口的受限航道”[7]。

根据航道总体设计，30万吨级船舶单向通航乘潮历时4 h，因此到港的30万吨级船舶一旦错过当前潮次的高潮时段乘潮进港窗口，就必须等待下一个潮次高潮前2 h的通航窗口乘潮进港。根据连云港港潮汐周期规律，30万吨级船舶相邻两个通航时间窗口间隔长达12.43 h，因此从控制船舶运营成本角度，到港的30万吨级船舶需要在当前潮次通航时间窗口前抵达连云港港外，等待乘潮进港窗口开放后进港。在此过程中，即便港内30万吨级泊位处于空闲状态，30万吨级船舶也无法直接进港，必须先进入锚地候潮等待航道通航窗口的到来，并由此产生了额外的锚地使用需求，即候潮锚泊需求。

根据到港船舶的时间性分析，船舶随机到港随机过程一般均服从泊松分布。即t时间段内，港口到达n艘船舶的概率为：

式中：Pn为t时段内n艘船舶到港概率；λ为平均到港船舶数，艘次/d。

候潮锚泊需求取决于相邻通航时间窗口内需要候潮进港的设计船舶到港数量。同样，可以根据港口的重要性，按到港船舶保证率90%～95%相应推算候潮进港的锚位数A2。

因此，候潮进港条件下锚位数应当同时满足待泊锚位需要和候潮锚位需要。在计算待泊锚位数和候潮锚位数时，从计算简便和结果偏安全考虑，可认为到港船舶规律相同（均服从泊松分布），船舶到港（在港）保证率相同（90%～95%），则候潮进港条件下锚位数可取待泊锚位数与候潮进港锚位数之和，即：

3 连云港港30万吨级船舶锚位数确定

3.1 30万吨级到港船舶数量

根据连云港港30万吨级航道二期工程初步设计文件关于港口吞吐量预测结论，2020年、2030年连云港区吞吐量分别为25 000万t、30 000万t，其中铁矿石进口量分别为5 000万t、5 200万t；2020年、2030年徐圩港区吞吐量分别为8 500万t、15 000万t，其中原油进口量分别为2 800万t、5 800万t，铁矿石进口量2030年为2 000万t。

连云港港30万吨级航道通航的30万吨级船型为运输外贸进口铁矿石的30万吨级散货船和运输外贸进口原油的30万吨级油船。结合连云港区、徐圩港区2020年、2030年铁矿石、原油的流量、流向预测结论，30万吨级散货船、原油船到港数量可采用式（4）计算。

式中：N为船舶通过量；T为分货类货运量；DWT为不同吨级船舶载重吨；α为不同吨级船舶承运货运的比例；β为船舶实载率。

经计算，连云港港30万吨级航道2020年、2030年30万吨级船舶到港数分别为136艘次、248艘次，具体计算结果见表1。

表1 连云港港30万吨级船舶到港数量测算结果Table 1 Calculation results of the quantity of 300 000-ton shipsarriving in Lianyungang Port

3.2 30万吨级船舶锚位数计算

1）待泊锚位需求计算

根据《连云港港总体规划》、《连云港港徐圩港区总体规划》对30万吨级散货、原油泊位规划以及“十三五”期30万吨级码头泊位建设计划，2020年连云港区、徐圩港区30万吨级散货泊位数应达到2个、原油泊位2个；2030年30万吨级散货泊位、原油泊位应分别达到2个、4个。

考虑到船舶到港的不确定性，30万吨级散货船、原油船到港数量2020年分别为0.19艘次/d、0.35艘次/d，2030年分别为0.20艘次/d、0.71艘次/d。30万吨级船舶占用泊位的天数参照目前连云港区25万～30万吨级散货船实际在港时间进行确定。根据全国沿海港口布局规划，连云港港规划为长三角地区外贸铁矿石进口和原油接卸枢纽港，港口在铁矿石、原油等大宗散货和能源运输系统中具有较高地位，因此在港船舶保证率按不小于95%确定，利用M/N/S模型（式（1））计算在港船舶数量，并结合泊位数量确定待泊锚位数。计算可得，2020年30万吨级散货船待泊锚位数0.8个、30万吨级原油船待泊锚位数0个；2030年连云港港30万吨级散货船待泊锚位数2.5个、30万吨级原油船待泊锚位数3.6个，具体计算结果见表2。

表2 连云港港30万吨级船舶待泊锚位需求计算结果Table 2 Calculation results of the number of the lying anchor for 300 000-ton ship in Lianyungang Port

2）候潮锚位需求计算

连云港港潮汐周期为12.43 h，30万吨级到港船舶服从泊松分布。同样在保证率95%情况下，计算乘潮通航窗口之间30万吨级船舶到港船舶数，并确定候潮锚位需求数量。采用式（2）计算可得，2020年30万吨级散货船候潮锚位数0.78个、30万吨级原油船候潮锚位数0.99个；2030年连云港港30万吨级散货船候潮锚位数0.97个、30万吨级原油船候潮锚位数1.88个，具体计算结果见表3。

表3 连云港港30万吨级船舶候潮锚位需求计算结果Table 3 Calculation results of the number of the awaiting-tideanchor for 300 000-ton ship in Lianyungang Port

3）30万吨级船舶锚位数确定

根据式（3），30万吨级散货船、油船在港锚位数为待泊锚位数与候潮锚位数之和。经计算，2020年连云港港30万吨级散货船锚位数为2个，30万吨级原油船锚位数为1个；2030年连云港港30万吨级散货船锚位数为4个，30万吨级原油船锚位数为6个，具体船舶锚位需求数计算结果见表4。

表4 连云港港30万吨级船舶锚位需求数计算结果Table 4 Calculation results of thenumber of anchor for 300 000-ton ship in Lianyungang Port

从表4计算结果中可以得出：

1） 由于连云港港30万吨级航道对于设计船型而言需要候潮进港，因此30万吨级船舶锚位需求确实存在待泊锚位和候潮锚位两种需求，锚地容量计算时应考虑船舶候潮进港因素带来的影响。

2） 按式（1）计算表明，2020年在2个30万吨级原油泊位支持下，30万吨级原油船并不需要待泊锚位，但按照船舶到港规律以及30万吨级原油船候潮进港的特点，仍需要1个候潮锚位，此时锚位需求是由候潮锚位决定。这一结果说明单纯计算待泊锚位是不能直接覆盖或替代候潮进港锚位需求。

4 结语

候潮进港条件下锚位数应当同时满足待泊锚位需要和候潮锚位需要。

1）在计算待泊锚位数量和候潮锚位数量时，从计算简便和结果偏安全考虑，可认为到港船舶规律相同（均服从泊松分布），船舶到港（在港）保证率相同（90%～95%），则候潮进港条件下锚位数量可取待泊锚位数与候潮锚位数之和。

2）采用上述方法，经计算，2020年连云港港30万吨级散货船锚位数为2个，30万吨级原油船锚位数为1个；2030年连云港港30万吨级散货船锚位数为4个，30万吨级原油船锚位数为6个。

3）如果近岸深水资源有限，候潮锚泊问题突出，可以考虑采取以下措施，以合理减少候潮锚位数：

①在实际运输和港口运行过程中，可结合通航时间窗口分布，进行船舶调度，更好地安排船期和到港时间，缩短候潮锚泊时间，从而减少候潮锚位数。

②考虑到船舶进港涉及船舶到港规律、候潮与通航时间窗口、泊位数量、码头装卸效率、船舶在港装卸服务时间等多个随机变量，可建立锚地—候潮航道—码头的一体化通航组织仿真模型[8]，运用仿真技术，联合考虑待泊锚位需求和候潮锚位需求，复核和优化锚位数量。