冰期航标配布规范研究思路

韩孟强

摘要：受大风、寒潮、冰冻气候的影响，冬季气候变化无常、极端恶劣气候时有发生，是海上事故的高发期，航标管理部门保证水上安全形势稳定的压力巨大。本文根据北方海区航标管理现状，评估了北方海区冰期航标管理的经验，结合北方海区冬季冰况特点，对如何做好冰冻港口冰期航标配布工作进行了分析。

关键词：冰期 冻结 流冰 保障 配布

1 背景介绍

港航部门对于冰期港口助航服务质量的需求将不断提高，这对做好冰期航标管理工作提出了前所未有的挑战，解决好“冰冻期航标保障”这一难题已经成为历史赋予北方海区航标人的使命。航标工作者需努力探寻破解难题的规律，从根本上提高冰期助航服务水平，改善港口冬季的通航环境，保障冰期水上货运通道的畅通和水上安全形势的稳定，为区域的经济发展做出应有的贡献，为建设“畅通高效、安全绿色”的交通运输体系提供坚强的航标保障。

海冰通过挤压、撞击、冻结附着，以及摩擦等破坏方式使浮标损毁，导致水上标志在冬季不能提供有效的助航服务。航标助航效能的好坏关系到港口能否正常运营，船舶能否安全航行，电煤、石油、外贸货物等战略物资水上运输通道能否畅通，并进一步影响水上安全形势的稳定和电厂的正常发电等民生民计问题。此外，随着我国经济的发展，冰冻港口冬季通航时间的长短，直接影响着当地航运经济的发展，冬季的助航服务的好坏已经越来越成为制约冰冻港口发展的瓶颈。如何有效化解冬季航标效能的降低和航标用户对助航服务需求的增加这一矛盾是航标管理人员必须面对的课题。同时，如何减少流冰对水上航标带来的损害，降低经济损失，也是航标管理人员必须考虑的问题。

2 北方海区冰况研究

2.1海冰概况

地球上各大洋海水平均盐度为34.48‰，海水的冰点在-1.9℃左右。渤海及黄海北部地区恰好是北半球冰圈的最南端。每年冰期通常在11月底到次年2月底。其中1月至2月上旬，冰情较重，称“盛冰期”。

2010年初，由于受寒潮影响，黄渤海水域海上冰情快速发展，为近30年来同期最严重的一次。1月23日，渤海51%的海域被冰层覆盖，达到入冬以来最大值。历史上渤海的严重冰封现象还发生过3次：1936年、1947年和1969年。重冰年时渤海除海区中央及渤海海峡外，几乎全被海冰覆盖。辽东湾绝大部分海域被封冻，几千吨的海轮都无法通行。该湾南部湾口处有大量的浮冰块，冰块大小不一，小则几平方米，大则达几十平方公里。除湾口附近冰厚8～20cm外，湾内冰厚30～100cm米，最厚达2.5m。

2.2海冰成因分析

由于寒潮侵袭造成的长时间持续低温是我国近海海冰生成的主要原因，海冰形成后，伴随着天气回暖，气温和水温上升，海冰也逐渐融解消失。因此，我国的海冰都是当年度生消的，无“二冬冰”及“多年冰”。其中，辽东湾被称为海冰“重灾区”。专家认为主要有以下几点原因：一是低温天气造成的，并多次出现历史性的低温。二是辽东湾结构特点决定的，这里海滩较浅，易结冰；同时辽东湾盘锦海域恰好是辽河入海口，海水比重较小，更易结冰。

整个黄渤海地区，辽东湾冰期最长，冰情也最严重，渤海湾次之，莱州湾最轻。 冬季黄渤海地区最常出现的冰情状况是常冰年。辽东湾位于渤海北部（39°20N 以北），是我国冬季冰情最严重的海域，冰期之长，也居中国结冰各海域第一位。

3海冰对航标管理工作的影响

3.1对航标效能的影响

浮冰会随潮水来回移动，将浮标压没到水中，并可能损毁其上层结构和灯器。海面溅浪在浮标的上层结构积累冻结，浮标上部加重，造成大的倾斜角，使其浸没在水中，并可能损毁其上层结构和灯器。浮冰挤压、冻结浮标，浮标随冰移动拖曳离位，并可能造成浮标沉没、漂失。灯桩等陆地标志，受大雪和大雾天气的影响，灯光射程受限，标志被大雪覆盖在白色的背景中难于识别。目视效果明显下降。由于冬季相對干燥，无线电波的传播受到影响，无线电航标的作用距离和信息接收率相对其他季节有一定下降。但其助航效果没有明显变化，不影响在冬季的使用。

3.2 对航标作业风险的影响

航标作业要求高精度、高稳定性，而海上浮冰使航行船舶操控性降低，造成水上航标巡检、维护、更换作业风险明显增大。在低温状态下从事高强度的航标作业工作，需要作业人员佩戴沉重的作业装具，这必然会影响到作业人员的灵活性和机动性。此外，海水冻结附着在浮标上，作业甲板上，使其表面十分光滑，使得冰冻期航标作业存在较大的防冻防滑风险。

4冰期航标保障能力现状分析

受海冰影响，常规浮标不能在冰期使用。在冰期到来前把港口浮标吊到岸上或换成冰期标志，待冰期结束后再抛设或更换。北方海区目前冬季水上助航标志主要采用杆形浮标、冰标和活节式灯桩标示冰区航道。

4.1 杆形浮标

杆形浮标是由中部带有锥形浮室的钢管做成，用锚链同沉石相连接，这种冰标的优点有：（1）结构简单、成本低廉；（2）在流冰或船舶挤压靠近时，可以在较小的外力作用下，在回旋范围内较好的避让冲击力。缺点有：（1）杆形浮标剩余浮力小，校正力矩弱，在冰情较轻的情况下就会被浮冰覆盖，待流冰过后再浮出水面，可被观测时间短；（2）目标小，目视效果不好；（3）没有安装灯器，不发光，不能为船舶夜航提供助航信息。

目前，杆形浮标是北方海区冰期生存能力最强的冰标，在辽东湾北部有少量使用。虽然杆形浮标标在冰区生存能力最强，但是由于其没有灯器，不能提供夜间助航服务，为保障冰期海上助航质量，建议逐步取消不发光杆形浮标的使用。

4.2冰标

目前使用的冰标是中部带有锥形浮室、顶部安装灯器的钢质浮标，这种冰标具有同杆形浮标一样的优点：（1）结构简单、成本也较低；（2）在流冰或船舶挤压靠近时，可以在较小的外力作用下，在回旋范围内较好的避让冲击力。同时，与杆形浮标相比，具有以下优点：（1）比杆形浮标剩余浮力略大，校正力矩略强，在冰情稍重的情况下才会被浮冰覆盖，待流冰过后再浮出水面，可被观测时间比杆形浮标长，但低于活节式灯桩；（2）安装了灯器，可以在夜间提供助航信息。缺点有：（1）补给作业困难；（2）相对于杆形浮标更容易因浮冰摩擦、挤压等而损毁或移位。

在冰情较重的海域，优先采用发光冰标。由于冰标具有较好的抗冰性，能够在夜间提供助航信息，且失常损毁后对船舶造成的安全风险小，所以建议在冰情较重海域采用发光冰标。

4.3活节式灯桩

活节式灯桩由用活节同沉石连接的带有水下圆柱形浮室的长钢管组成，该冰标具有以下优点：（1）标示位置更为准确；（2）可以较容易的进行补给检查作业；（3）标志上安装灯器，可在夜间提供助航信息；（4）具有一定的抗冰性能，在冰情偏轻时可以正常工作。但是，活节式灯桩同时也存在以下几方面的缺点：（1）通用性差，一座标志只适合一个固定范围内的水深；（2）重量和体积较大，失常时起吊更换作业困难，对作业设施要求高；（3）冰情偏重时会使活节灯桩歪斜于水面上，海水在灯罩上附着冻结，影响灯器发光效能；（4）在冰情严重时，受到坚冰长期持续摩擦、挤压、撞击等而发生损毁，受大面积流冰冻结裹挟等原因而移位；（5）受浮冰等因素影响，冬季船舶容易偏离航道，由于活节式灯桩不会产生大的旋转半径，避让冲击力的能力差，相对于杆形浮标和发光冰标更容易被撞损毁；（6）活节式灯桩体积较大，被撞沉后易成为水下碍航物，对船舶航行构成较大安全隐患。

在冰情较轻的海域，建议优先选用活节式灯桩。活节式灯桩可在较轻冰情下不倒伏，保持正常工作，能够为船舶提供准确的、昼夜的助航服务。由于渤海大多数港口冬季冰情都较严重，并且极端恶劣气候时有发生，活节式灯桩的应用也存在着很大的局限性，并且失常损毁后存在较大的通航风险，所以不倾向推广使用活节式灯桩。

5 冰冻期航标配布研究

5.1 做好对外服务的需求

在冰情严重的辽东湾水域及黄海北部，包括营口港、锦州港、庄河港等港口，除个别港区封港外，多数港口依然通航。虽然冬季船舶流量有所降低，但冬季航线对区域和港口发展的重要程度明显上升。受冰雪影响，该水域船舶冬季航行的参照物明显减少，船舶对空间感、位置感的确认需求明显上升，对于航道入口、转向点、危险物、防波堤头、航道轴线等关键位置标识的需求明显上升。应重点为这些位置提供效能好、稳定性强、手段多样的助航服务。

在冰情较为严重的渤海湾水域，包括秦皇岛港、唐山港、天津港、黄骅港等港口，冬季正常通航，船舶流量甚至略有上升。应根据具体情况，尽量提供与其他季节一致的助航服务，让船舶进出港口没有陌生感，以利保障安全航行。

在冰情较轻的莱州湾水域，包括东营港、潍坊港、莱州港等港口，应视冰情选择换标的范围，最大限度减少冰标带来的冬季航标效能的降低。

5.2 提高管理水平的需求

本着为国家公共财产高度负责的态度，航标管理人员需主动作为，贯彻安全第一、兼顾效率、以人为本的管理理念，尽量减少可避免、可控制的损失。提高作业效率、降低作业风险、降低一线人员劳动强度。

同时应完善管理机制，提高管理能力和水平。建立信息畅通、责任明确、反应及时、措施有力的冰期航标管理机制。

6提高冰期航标效能对策分析

6.1冰期浮标设置，应遵循宜单不宜双原则

冰区浮标不宜成对设置，即使在航道分叉交汇处等复杂水域，如无法避免在航道两侧布设浮标，也应避开双侧成对的浮标布设方案，可以考虑大交错角设置。主要考虑在浮标被流冰覆盖，无法提供助航能力的特定情况下，便于船舶掌握、控制偏向未设标一侧的航道水域航行，可降低碰撞航标的概率；如采取双侧布标，则在浮标无法提供助航能力的情况下，船舶无论偏向航道任何一侧，都可能碰撞航标，加大了航标被撞损坏的几率。另外，航道的航标布设均是按可通航最大尺度设置，而实际通航的绝大多数船舶不是此类船舶，船舶吃水相对较浅，在非限于吃水的水域可自由在航道上下线，在不可观察浮标的情况下，航标被撞的几率将极大增加。所以，建议设置船舶上下线航道对侧的单侧浮标。

6.2冰期浮标设置，应遵循宜少不宜多原则

在通常情况下，航标配布应最大限度的优化航标助航效能，为船舶提供高效优质的航海保障服务。但是，由于冰期特点，浮标可能因浮冰碰撞、挤压等而损毁，或被流冰覆盖，造成可观测助航时间有限，因此必须重视损毁后和不可观测时间助航设施对船舶航行带来的安全风险，建议：冰期航标配布应按航标配布基本原则，以满足船舶冰期航行的最低助航需求為目的，尽量减少非重要航标设置。此外，根据潮流、冰况以及航道等实际情况，考虑到浮冰会增加船舶的操纵难度和驶出航道的次数，以及非限于吃水船舶主动驶入和驶离航道的次数，因此为保障航行安全，避免在浮标因被流冰覆盖而不可视情况下与船舶碰撞并对船舶造成的伤害，应尽量减少航标设置，仅在航道关键点、转向点等位置设置航标，以满足船舶航行的最低助航需求，同时最大限度地让出更宽阔水域供船舶航行，降低船舶穿越航道或在航道上下线时与浮标碰撞的概率。

6.3因地制宜设计冬季浮标配布方案

根据区域冰情，进行分类管理，科学布标。根据冰情和以往管理经验，在冰情最为严重的营口老港区、鲅鱼圈钢铁作业区，由于港方停止生产封港，撤除全部水上标志。

在冰情严重的营口港鲅鱼圈港区、仙人岛港区、锦州港、葫芦岛港等港口，将灯浮标全部撤除，在航道单侧、重要转向点大间距布设抗冰性较强的冰期浮标，以降低海冰对水上航标的损害，满足港口冬季生产作业的基本需求。

在冰情较严重的秦皇岛港、唐山港、天津港、黄骅港、庄河港、莱州港及潍坊港，采取水上标志数量不变、全部更换为冰期浮标的布标方案，尽全力满足港口生产作业的需求。

6.4合理使用冬季标种和器材

根据不同标志特点，合理搭配使用不同类型航标。目前我局主要使用的冰期水上标志包括：活节式灯桩、冰标、杆型浮标。在冰情较轻的海域，优先选用活节式灯桩；在冰情较重的海域，大量使用冰标；在冰情最为严重的海域使用杆形浮标；在个别关键位置使用进口冰标。

在合理使用标种的同时，加大浮标配置，增强标志效能。为增强水上标志的抗冰性，我局在冰情最严重的营口航标处辖区，采用铸铁沉石，加大沉石重量，使用新型防冰罩，增强灯器抗冰性，降低流冰对标志的损害，保证水上标志的位置稳定，灯器发光正常，增强水上标志在冰期的助航效能。

7 结束语

北方海区港口建设运营、安全监管和航海保障服务工作实际对冰期航标配布提出了新的需求，但目前国际、国内关于航标配布的标准和理念对于冰冻港口冰冻期的航标配布指导意义并不理想，应该加大科技创新力度，用于指导我国北方海区各冰冻港口冰冻期的航标配布工作，以进一步提高冰冻期航标助航效能，降低海冰灾害带来的航标损失。

参考文献：

[1] 郭建国，王英志.港口水域航标配布的综合评判[D].大连海事大学，2000.

[2] 赵俊刚.基于GIS的航标配布优化系统关键技术研究[D].武汉理工大学，2003.