液化天然气码头选址于航道纵深处的通航影响

马晓雪，张哲，冯敏，阚冬杰

（1.交通运输部天津水运工程科学研究所，天津 300456；2.天津水运工程勘察设计院有限公司，天津 300456）

0 引言

据国家统计局和海关总署数据，2020年中国进口的1 405亿m3天然气中，进口液化天然气（简称LNG）超过进口管道气，占进口气的66.1%。从LNG的接收能力来看，中国已建成接收站22座，接收能力约9 910万t/a[1]。目前，我国接收站主要分布于东部沿海，但较为分散，集约化规划程度较低，且因LNG船舶进出港实施交通管制等措施，LNG接收站的选址直接影响港区的运营及LNG的接收能力。而作为接收站配套的码头工程，基于港口岸线、自然条件及通航管控等影响因素的增多，其选址的特殊性及重要性逐渐成为国内外学者研究的重点。

已有的相关文献中，麻亚东等[2]分析了LNG接收站与大型港口兼容性问题；周娜等[3]对LNG码头选址的原则及评价体系进行了研究；房卓等[4]提出了环渤海地区LNG码头布局和选址思路；众多学者[5-7]基于工程实例对LNG码头选址、平面布置及通航影响进行分析。综上，LNG码头要综合航道规划及通航环境条件，选址于对通航条件影响小、与港口兼容性高的位置。但已有研究中较少涉及天然气码头选址于航道纵深位置的研究工作。

现行规范要求海港液化天然气码头不宜布设在进出港航道较长或船舶密度较大的港址，当无其他选择时，应进行专项评估[8]。本文结合龙口港区LNG接收站规划实例，基于仿真结果，科学评估位于规划航道纵深位置的码头选址对近中、远期港口整体运营的影响，并与规划于航道口门处的LNG码头进行对比，多角度分析码头选址的可行性及合理性。

1 项目背景

《环渤海地区液化天然气码头重点布局方案（2022年）》[9]提出在烟台龙口港区新增2个LNG泊位。根据龙口港总体规划，港区划分为东、西和南作业区，航道形成“一主三支”布局。规划进港主航道为15万吨级；北支航道外段西移，以避让西作业区西侧泊位的回旋水域；开辟中支航道通往东港池，以实现LNG船舶和客滚、集装箱船舶的分道通航；规划南支航道为10万吨级，兼顾10万m3LEG船舶通航。规划港区及航路见图1。

图1 规划港区及航路Fig.1 Planned port area and shipping route

港区共规划2个LNG泊位，选址A位于东作业区东突堤西南侧，选址B位于西作业区西端（见图1），均为26.6万m3接卸泊位。从位置分析，选址A位于北支航道纵深处，LNG船进出港航行占用航道时间较长。选址B位于北支航道口门处，占用航道时间较短。作为山东半岛西侧沿海重点开发的港区，随着未来港区的逐步完善，LNG船舶进出港对港区运营存在的潜在影响可能会较大。

本文基于2种港区发展规模进行研究分析：1）近、中期发展规模：规划港口岸线部分开发；2）远期：规划港口岸线全部开发并投入使用。结合国内发展现状及实际需求，1个LNG泊位近、中期设计通过能力500万～550万t，远期设计通过能力提高至600万～650万t[10]。

2 船舶进出港参数及泊位情况

1）港区规模及到港艘次。根据已批复的龙口港规划，规划龙口港区码头岸线总长16.6 km，陆域总面积17.7 km2，可形成各类码头泊位50个，预测2035年龙口港区总吞吐量将达到12 500万t。预计LNG船舶到港艘次见表1，其余生产性船舶到港艘次见表2。

表1预测LNG船舶到港艘次Table 1 Prediction of arrivals of LNG ships

表2 主要规划指标表Table 2 Main planning indicators

2）LNG船舶通航规则。结合我国沿海港口实际管理规定，①LNG船实行单向通航管制且禁止夜航；于提前1 h清空对向航道交通流，等待LNG船舶进出港；③LNG船由主航道进入北支航道后，中支及南支航道方可允许船舶进入航道出港；④LNG移动安全区：LNG船前1.5 n mile，后0.5 n mile，左右150 m的区域，除护航、警戒等辅助船舶外其他任何船舶不得进入。

3）船舶到港规律。①货船，充分借鉴我国沿海相关规模化港口的到港规律，假定船舶日到港时间服从指数分布3，…），船舶生成按照到港船舶比例随机生成。于LNG船舶，北方沿海LNG船到港具有明显的季节不均衡性，主要集中在冬季（供暖季节）到港，集中到港量约为全年的50%。③客滚船，为旅顺至龙口间定点班轮，每天4个往返航班。

4）航道通航时间。通过近几年的通航情况分析，通航时间主要受强风、强冰、大雾、大浪等气象环境影响，每年正常通航天数为319 d。

5）船舶作业时间。受船舶装载货物量、货种、装卸设备效率等因素的影响[11]，作业时间一般服从爱尔郎（Erlang）二阶分布，LNG船舶服从Erlang（12.0，2），其他船舶服从Erlang（8.0，2）。

3 仿真数值模拟及通航影响分析

3.1 仿真思路

Anylogic是一款构建大型复杂系统、创建真实动态模型的理想可视化的仿真软件。本文基于Anylogic，通过多智能体建模方法，依据船舶进出港逻辑流程模拟港区船舶进出港靠离泊全过程。进港时：船舶在锚地按规律生成→判别目的地泊位是否可用/通航环境条件是否满足进港要求→若均满足要求即可进入航道、进行靠离泊及生产作业→若不满足则继续在锚地待泊；出港时：判别通航环境条件是否满足要求→若满足要求则离泊出港→若不满足则继续在泊位待泊。

3.2 选址对比仿真计算工况

为分析LNG码头选址于A处与B处的通航影响差异，本次研究共设计6组工况见表3。分别从受LNG船舶影响船舶总艘次、延误船舶艘次占比、LNG船单次进/出港平均延误船舶艘次及船舶平均延误时间4个指标进行比较分析。

表3 仿真试验设计工况Table 3 Simulation experimental design conditions

3.3 仿真结果分析

仿真数值模拟结果见表4。

表4 仿真模拟结果Table 4 Simulation results

1）仿真模型验证

以港区近、中期发展规模为例进行仿真模型验证，仿真周期为1 a。经重复运行仿真模型30次，得出仿真到港船舶与预测艘次基本相同，平均误差在0.5%，最高为0.75%。验证了本次仿真模型的合理性及可靠性。

2）受LNG船舶影响船舶总艘次

通过对比仿真结果可知，随着港区规模的扩大及LNG码头通过能力的提升，受LNG船舶影响的进出港船舶总艘次有明显的增加，选址A工况2较工况1的增幅为12.19%，工况3较工况2的增幅为12.20%，选址B的增幅依次为8.92%、9.64%。在港区及LNG码头相同发展规模下，受选址A影响的船舶总艘次分别是选址B的1.06、1.09、1.07倍。

3）延误船舶艘次占比

在港区及LNG码头相同发展规模下，选址A延误船舶艘次占比高于选址B。工况1～3的延误船舶艘次占比分别是工况4～6的1.05、1.09、1.07倍。影响最大的情况为工况1，延误船舶艘次占比为2.59%。

4）LNG船单次进/出港平均延误船舶艘次

LNG船舶进出港全年延误艘次分布见图2。根据统计图分析，当LNG船单次进港时，受影响船舶在3艘以内占比约80%；当LNG船单次出港时，受影响船舶在1艘以内占比约80%。进港时部分时间因受气象、泊位等综合因素影响存在10艘、20艘以上的情况，但出现频率较低。选址B因位于航道口门处，受影响船舶较选址A有所减少。

图2 LNG船舶进出港全年延误艘次分布图Fig.2 Distribution of annual LNG ship delays in entering and leaving the port

5）船舶平均延误时间

不同工况不同选址的情况下，受影响船舶平均延误时间均可控制在3 h以内，进港时延误时间在2 h以内的概率约70%，出港时延误时间在1 h以内的概率约70%。总体看3种工况下选址A影响程度大于选址B，分别是选址B影响延误时间的1.2、1.38、1.4倍。

3.4 补充分析

当2个LNG泊位同时运营时，LNG船舶之间也会存在相互影响。且根据规划，A、B处远期均预留1个LNG泊位，即港区未来可能会同时运营4个泊位，因此设置补充工况1～3，见表5。

表5 补充工况Table 5 Supplementary working conditions

经仿真模拟，当2个泊位同时运营时，补充工况1、2受LNG船舶进出港影响的船舶总数分别为796艘、1 040艘，占进出港船舶总数的5.08%和5.25%。受影响程度较单个LNG泊位运营有成倍的增加。港区服务水平为0.28～0.32，参照国际航运协会发布的相关文件，发展中国家该指标小于0.5，因此说明当2个LNG码头共同运营时，港区运营仍然保持较优的水平。

根据现有研究，当同一港区布置4个及以上LNG泊位时，码头通过能力不能充分发挥，进出港效率降低[12]。未来龙口港若4个泊位同时运营，从仿真结果分析，受影响船舶共计1 841艘，占进出港船舶总数的8.8%，港口服务水平为0.42，符合发展中国家的标准。可见，开通中支航道实现LNG船舶和客滚、集装箱船舶的分道通航，有效地降低了LNG码头对港区通航的影响。

4 结语

1）以龙口港区LNG接收站项目为例，以多智能体仿真平台为基础，分析比较了码头选址于航道口门处与航道纵深处对港区通航的不同影响。基于规划港区及航道，通过仿真结果分析，航道口门处选址优于纵深处选址，但差异程度有限。当2个泊位同时运营时，港口服务可保持在较优水平。

2）龙口港区规划形成“一主三支”的航道布局，不同港区由专门的分支航道进行通航，大大降低了港区间的相互影响，这为LNG码头选址于北支航道纵深处具备可行性提供了可能。

3）对于龙口港区而言，4个泊位同时运营从数据上分析具有可行性。远期LNG泊位的开发，应结合港区发展状况及LNG具有季节性等特点综合考量。未来可根据JTS 165-5—2021《液化天然气码头设计规范》进一步研究LNG船通航管制措施，优化通航组织，保障LNG码头高效运行。