漁船傾覆事故原因分析及對策研究

李曉松,李笑晨,孔憲衛

(交通運輸部天津水運工程科學研究所 港口水工建筑技術國家工程研究中心,天津 300456)

漁船作為施工“交通船”,在工程施工過程中發揮著不可替代的作用,而漁船事故的發生嚴重威脅船舶、船員的生命財產安全,因此,研究漁船事故發生的原因,并提出科學的防范措施,顯得尤為重要[1-2]。

截至2019年底,中國漁業船舶數量已達到73.12萬艘,其中機動漁船占比較大,約46.83萬艘,非機動漁船26.29萬艘,漁業人口和漁業從業人員達1 828.2萬人。但由于海上交通條件、船舶硬件設施等因素的影響,漁業船舶在海上因突發狀況造成財產和人身損害的事故不斷發生。通過對某省2015年—2020年180起漁業船舶水上事故統計數據分析可知,漁船事故類型主要包括碰撞、火災、傾覆、觸損、機損、風災、其他等7類,其中傾覆事故造成船毀人亡的重大損失相對較多。將漁業船舶海上事故成因分別總結為4個方面,分別是不良的作業環境、漁業船舶管理制度的缺陷、船東和船員的不安全操作及船舶本身存在風險,其中不良的作業環境對漁船的安全影響最大[3-4]。

目前,國內外對運輸船沉船事故研究較多,祝元勝[5]分析了水泥船發生傾覆的原因,提出散裝水泥船建造及管理的改進措施。王建軍等[6]通過對貨輪沉船事故原因的調查研究,分析了船舶管理不當可能是導致潛在缺陷的原因;李中鵬等[7]對韓國“世越”號客輪沉船事故進行調查,分析了船舶潛在隱患,推測了人為因素、舵設備故障、觸礁是事故發生幾種可能原因;張寶剛等[8]通過對運砂船傾覆事故進行深入分析,從船舶、船公司、管理部門3個層面提出相應的預防措施。本文通過對某漁船傾覆事故的調查研究,對事故發生時的船舶載重、船舶穩性、風壓力進行了理論計算,利用船舶操縱模擬器進行了仿真驗證,并針對事故原因提出了科學的防范措施和建議。

1 事故概述

1.1 事故發生過程

2019年8月16日18時左右,某漁船載運食物和施工人員,從焦炭碼頭駛往施工船,途中遭遇強對流突風天氣,船舶發生傾覆,事故造成9人死亡。船舶基本資料見表1,船舶傾覆過程見圖1,AIS軌跡見圖2。

表1 船舶基本資料Tab.1 Basic information of ship

圖1 船舶傾覆過程示意圖Fig.1 Diagram of capsizing process

圖2 船舶AIS軌跡圖Fig.2 AIS trajectory of the ship

1.2 事發水文氣象條件

(1)事發前后氣象情況。在港區氣象衛星、天氣雷達、地面自動氣象觀測數據的基礎上,結合事故周邊“通旭”輪風力記錄數據(見圖3),對事發水域天氣系統進行了分析還原,17：21時至17：37時,某漁船輪從焦炭碼頭出發,風力總體不大,瞬時極大風速最大為9.9 m/s(風力5級);17：37時,船舶從北側西岸出發,此時風力維持在5級及以下;17：53時,受到超級單體風暴影響,風力開始急劇增大,風力達到10級,同時伴有暴雨和冰雹;17：53時至18：03時,風力持續增大,瞬時極大風速達48.1 m/s(風力15級)。

圖3 “通旭”輪測風儀風力數據走勢圖Fig.3 Chart of wind trend from Tongxu vessel

(2)事發前后波浪情況。經向事發水域周圍船舶調查,某漁船輪開航時(17：37時)海面風力較弱,且港池水域有一定的遮蔽條件,海面浪高在0.5 m以下,屬于正常海況;傾覆事件發生時(18：03時)海面有強風并伴有暴雨和冰雹,能見度極低,周圍船舶無法準確判斷波浪情況,但事發地海圖水深在10 m以上,推測在短時的強風作用下也會造成波浪加劇,強風伴隨著加劇的波浪,對船舶航行安全造成疊加影響。

(3)事發前后水文情況。根據《2019年潮汐表》(東海海區)資料(見圖4),2019年8月16日港區12：53時的低潮高為159 cm,18：05時的高潮高為453 cm,事發時段為當日最高潮,處于高平潮時段,無漲落潮流。

圖4 事故位置潮汐曲線圖Fig.4 Tidal curve of Shijiu Port area from Rizhao Port

1.3 事發港區通航環境

(1)事發水域情況。根據事故位置實測海圖,事發海域海圖水深在10.3 m以上,附近未發現淺點、礙航物等。

(2)港區通航情況。事故發生時附近的船舶位置如圖5所示,事發時南作業港區附近共有9艘船舶。① “津航浚 405”船在南二突堤堤頭港池錨泊,“通旭”船在焦炭碼頭北側停泊維修;②“長安門”、“鑫華泰”、“中建半潛駁6”在焦炭碼頭停泊;③ “瑞鵬”輪在焦炭碼頭南8泊位進行裝卸作業;④“中交通運1”、“日港拖26”2艘拖輪在協助“億通”輪靠泊南5#泊位。

圖5 事件發生前后周邊船舶位置Fig.5 Location of surrounding vessels in the incident

2 事故原因分析

2.1 船舶載重量情況分析

(1)載運人員、物資情況。經現場調查及資料分析可知,船舶共載員9人(人均體重按85 kg計,總重約765 kg),載運物資包括伙食補給和其他物品約620 kg、船員行李物品約10 kg,此外還有該船自帶的燃油約2 500 kg、淡水約1 000 kg。船上燃油、淡水、載運物品和船上人員的總重量約為4.9 t。

(2)船舶載重情況分析。根據船舶證書上相關參數和現場船舶尺度的測量數據,同時參考了港區2艘相似船舶的參數(見表2),推算出某漁船的空船重量約為32 t。用NAPA軟件建立了某漁船的模型[9](見圖6),在設計吃水(d=1.3 m)時的排水量為65.7 t,可得出船舶載重量約為65.7-32=33.7 t。事發時船舶載重量約為4.9 t,遠小于某漁船的載重能力,不存在超載現象。

表2 參考船舶相關資料Tab.2 Related information of refer ship

圖6 “某漁船”輪建模模型Fig.6 Modeling mode of accident ship

2.2 船舶穩性分析

(1)船舶穩性要求。

根據《國內海洋漁船法定檢驗技術規則2019》中船舶完整穩性的要求[10],①V.GM0.35：經自由液面修正后的初重穩距GM0應不小于0.35 m;②V.GZ0.15：當橫傾角等于或大于30°時,復原力臂GZ應至少為0.15 m;③V.MAXGZ25：最大復原力臂(GZ)對應的橫傾角應大于或等于25°。

上述穩定要求中：GM0為初重穩距,是指船舶正浮或小角度傾斜時橫穩心與重心之間的垂向距離;GZ為復原力臂,也稱穩性力臂,即重力和浮力作用線之間的距離。

(2)船舶穩性分析。根據漁船模型計算分析,在載重4.9 t的情況下,計算所得的初重穩距與復原力臂曲線特性衡準值都滿足規范要求。具體如表3和圖7、圖8所示。

表3 某漁船輪穩性計算結果Tab.3 Stability calculation results of accident ship

圖7 某漁船輪性能模型Fig.7 Performance model of accident ship

圖8 船舶復原力臂曲線Fig.8 Recovery arm curve of the ship

2.3 船舶風壓力計算

(1)相關要求。

依據《漁業船舶法定檢驗規則》(船長大于或等于12 m國內海洋漁業船舶2017)及航海其他相關經驗公式[11-13],當船舶的最小傾覆力矩(或傾覆力臂)>風壓力矩(或風壓力臂)時,船舶處于穩定平衡狀況,反之則處于不穩定平衡狀態或隨機平衡狀態。

(2)風壓計算。

①風力計算。作用在船舶水線以上部分的風力,計算公式如下

(1)

式中：Fw為風力,N;Cs為形狀系數,取值1;Ch為高度系數,取值1;Ai為受風構件的正投影面積,m2,取值52.2 m2;Vw為風速,m/s。

②風壓力矩計算。作用在船舶水線以上部分的風壓力矩,計算公式如下

Mf=Fw×If

(2)

式中：Mf為風壓傾覆力矩,Nm;Fw為風力,N;If為風壓力臂,m,取值2 m。

③船舶傾覆力矩。船舶傾覆力矩的計算公式如下

Mq=△×Iq

(3)

式中：Mq為船舶傾覆力矩,Nm;△為船舶浮力,N,與船舶最小傾覆力一致,取值249 100 N;Iq為傾覆力臂,m,取值0.21 m。

表4對不同風力情況下風壓力及力矩進行了計算,按事發水域附近船舶實測最大風力48.1 m/s計算,風可能對船舶作用的最大風壓傾覆力矩為148 064 N·m,而船舶自身抵抗外力矩的傾覆力矩為52 311 N·m,當時的風壓傾覆力矩遠大于船舶的傾覆力矩,因而可能會因風壓作用直接造成船舶傾覆。

表4 某漁船風壓力計算Tab.4 Wind pressure of accident ship

2.4 船舶仿真模擬驗證

(1)試驗船型建模。本文采用MMG分離型數學模型方法建立船舶操縱運動的數學模型[14-15],船舶操縱運動方程如下

(4)

式中：m為船舶質量,可由m=ρs得到,ρs為海水密度,取1 025 kg/m3;為船舶的排水體積;u為x方向的絕對速度,v為y方向的絕對速度,r為垂直水平面的角速度;P和R分別為動力定位船舶所裝備的推進器和舵產生的主動力及力矩;xG、yG、zG分別為船舶重心在隨船坐標系的位置;Ixx、Iyy、Izz、Ixy、Iyx、Ixz、Izx、Iyz、Izy為轉動慣量;XΣ、YΣ、ZΣ、KΣ、MΣ、NΣ為作用于船體上的所有力和力矩。試驗中建立了漁船三維模型(見圖9)。

圖9 漁船三維模型Fig.9 Three dimensional model of fishing boat modeling

(2)試驗船型測試。本試驗對不同風力情況下漁船的橫傾角進行了數值計算,計算結果如圖10所示。試驗中風力等級由6級逐級遞增,風力在8級及以下時,橫傾角基本在5°以內;風力達到9級時,最大橫傾角達到16°,此時船舶自身抵抗外力矩勉強可以克服;在出現10級風力時,橫傾角達到20°,船舶橫傾角接近船舶如水角度22.5°;出現12級風力時,短時間內橫傾角超過25°,船舶傾覆,在遭遇15級風時,船舶瞬間傾覆。

圖10 不同風力情況下漁船橫傾角變化過程Fig.10 Analysis on the heeling angle of fishing boat under different wind conditions

3 對策及相關建議

(1)加強對施工水域自然環境的掌握,對施工期內的風、流、浪、流、潮位加強監測、分析、預報,根據環境條件,進一步完善突發氣象條件下的應對措施。

(2)加強與氣象部門的合作,施工水域可增設氣象監測監控設備,提高施工水域氣象監測精度,提升突發極端惡劣天氣預警的及時性、準確性。

(3)本次船舶傾覆事件,暴露出部分交通船存在抵抗風浪能力不足的安全風險,建議研究制定交通船作為施工輔助船舶的準入標準。

(4)目前,對于涉水施工企業工程船舶所必須的通勤、補給用交通船舶尚未有專門的規定,施工單位很難準確把握交通船舶的選用原則,建議研究制定行業認可的交通船選用標準或規程。

(5)加強技術攻關,從提升船舶穩性、抗沉性、儲備浮力角度推進新型交通船的設計、改造技術。

(6)工程施工中各單位、各船舶要進一步提高有關人員安全風險辨識能力,加強各單位、各施工船舶間的溝通協調,保障施工及人員安全。

4 結論

本文通過對某漁船傾覆事故的調查研究,還原了事故發生的過程,提出了科學的防范措施和建議。

(1)目前,國內外對運輸船沉船事故研究較多,對漁船研究相對較小,原因分析主要采用現場調查的方法進行,本文利用理論計算的方法分析了漁船沉沒時的載態、穩性和風壓力矩,并用船舶模擬器進行仿真驗證,表明該漁船在出現12級及以上大風時會出現傾覆的事故。

(2)通過研究可知,某漁船未超載,穩性符合航行安全要求,發生事故的主要原因為該船突遭極端大風,因風壓產生的傾覆力矩遠超船舶的抗傾覆力矩,造成船舶傾覆。