1. OCENA RYZYKA NAWIGACYJNEGO STATKÓW MANEWRUJĄCYCH W AKWENACH OGRANICZONYCH

GRZEGORZ RUTKOWSKI Akademia Morska w Gdyni Katedra Nawigacji WYKORZYSTANIE PRZESTRZENNEGO MODELU DOMENY DO OCENY BEZPIECZEŃSTWA NAWIGACYJNEGO KONTENEROWCA TYPU POST-PANAMAX PODCZAS MANEWRÓW PODCHODZENIA DO TERMINALU DCT GDAŃSK PORT PÓŁNOCNY W artykule zaproponowano sposób oceny bezpieczeństwa żeglugi (ryzyka nawigacyjnego) kontenerowca typu Post-Panamax Axel Maersk w akwenie ograniczonym Zatoki Gdańskiej z wykorzystaniem przestrzennego modelu domeny statku. Istotą proponowanych w pracy metod jest systemowe ujęcie eksploatacji statku morskiego w aspekcie oceny jego bezpieczeństwa podczas manewrów podchodzenia do terminalu kontenerowego DCT Gdańsk Port Północny w trakcie działania różnych zakłóceń zewnętrznych. WPROWADZENIE Istnieje wiele kryteriów oceny bezpieczeństwa nawigacyjnego statków manewrujących w akwenach ograniczonych, przy czym kryteria te nie są jednoznacznie określone, przez co wyodrębnienie akwenów trudnych pod względem nawigacyjnym (generujących duże ryzyko nawigacyjne) nie jest proste i jednolite [4]. W niniejszym artykule przedstawiono koncepcję jednolitego (o ile jest to możliwe) systemu bezpieczeństwa transportu morskiego w akwenie ograniczonym w zależności od przyjętego marginesu bezpieczeństwa określonego przez zarys trójwymiarowej domeny statku [7]. Ocenę ryzyka nawigacyjnego dokonano dla kontenerowca typu Post-Panamax Axel Maersk (rok budowy 2003, IMO 9260419, pojemność 6600 TEU, DWT = = 109000, długość LOA = 352,1 m, szerokość B = 42,8 m, maksymalne zanurzenie T max = 15 m, prędkość maksymalna v = 25,5 w) serwisu dalekowschodniego Azja- Europa (AE10), przewidzianego do obsługi w terminalu kontenerowym DCT Gdańsk Port Północny. Oceny ryzyka dokonano podczas działania różnych zakłóceń zewnętrznych (przeciętnych i ekstremalnych) wzdłuż eksploatowanego toru wodnego wschodniego na Zatoce Gdańskiej, z wykorzystaniem przestrzennego modelu domeny [7, 8]. 1. OCENA RYZYKA NAWIGACYJNEGO STATKÓW MANEWRUJĄCYCH W AKWENACH OGRANICZONYCH Do analizy ryzyka nawigacyjnego w akwenie ograniczonym posłużymy się definicją domeny statku [7], definicją ryzyka nawigacyjnego [8] oraz wzorami uproszczonymi (za [7]) na parametry domeny statku (rys. 1: głębokość G D,

112 PRACE WYDZIAŁU NAWIGACYJNEGO AKADEMII MORSKIEJ W GDYNI, nr 24, 2010 wysokość W D, długość D D oraz szerokość S D ). Następnie, na podstawie powyższych informacji, wykorzystując model przestrzenny domeny statku (znając jej parametry), podejmiemy próbę określenia wartości ryzyka nawigacyjnego (R N ) w płaszczyźnie pionowej (biorąc pod uwagę głębokość i wysokość) oraz poziomej (biorąc pod uwagę długość i szerokość) dla statku Axel Maersk nawigującego na Zatoce Gdańskiej w stanie załadowanym oraz pod balastem podczas działania różnych zakłóceń zewnętrznych. a) b) L RD drb H o h T R NW B b RNG WD GD KR B A dnla R NSp D Ddz S DlA d NpA S DpA d ra d NdzA S DpB d N pb S DlB d NdzB D Ddz B L RD KR A Rys. 1. Zobrazowanie ryzyka nawigacyjnego statku: a) przechodzącego płytkim kanałem pod mostem, b) idącego wąskim torem wodnym w sytuacji spotkania z innym statkiem Źrodło: Opracowanie autorskie [5]. Z definicji domeny [7] (z jej cechy wyłączności) wynika, że statek będzie bezpieczny, dopóki w obrębie swojej domeny będzie on jedynym obiektem ruchomym lub stałym, stanowiącym (z nawigacyjnego punktu widzenia) jedyne źródło mogące generować tam zagrożenie (w naszych rozważaniach pomija się możliwość zaistnienia innych wypadków morskich niż te, które związane są bezpośrednio z ruchem statku i jego nawigacją). Biorąc pod uwagę płaszczyznę pionową lokalnego (statkowego) układu odniesienia, liczoną w dół od środka tego układu, można jednoznacznie stwierdzić, że statek pozostanie bezpieczny, dopóki wartość głębokości jego domeny G D będzie mniejsza od rzeczywistej głębokości akwenu h (rys. 1). A zatem składową pionową R NG ryzyka nawigacyjnego R N (nazwijmy ją składową pionową ryzyka nawigacyjnego niezachowania rezerwy głębokości lub krócej ryzykiem niezachowania głębokości) można będzie przedstawić za pomocą następującej zależności: 0 gdy h > GD R NG = 0 1 gdy Tmax < h GD (1) 1 gdy h Tmax gdzie: R NG składowa pionowa ryzyka nawigacyjnego R N niezachowania rezerwy głębokości, h głębokość akwenu, G D głębokość domeny statku obliczona według zaleceń zawartych w pracy [7], T max wartość maksymalnego zanurzenia statku.

G. Rutkowski, Wykorzystanie przestrzennego modelu domeny do oceny bezpieczeństwa nawigacyjnego... 113 Z definicji ryzyka nawigacyjnego [8] wiemy, że jeżeli wartość ryzyka pochodzącego od czynników A i (obiektów) wynosi 0, oznacza to pełne bezpieczeństwo nawigacyjne względem tych czynników (obiektów). Zatem, zgodnie z zależnością (1) warunek h > G D może być definiowany jako gwarancja bezpiecznej żeglugi statku względem obiektów podwodnych umieszczonych na głębokości mniejszej od h. Jeżeli głębokość akwenu h okazałaby się jednak mniejsza lub równa zanurzeniu statku ( h T max ), to wówczas, zgodnie z zależnością (1), realizacja podróży morskiej mogłaby okazać się niemożliwa 1 lub wysoce niebezpieczna (ryzykowna). Zaistnienie powyższej sytuacji sprawiłoby zatem, że wartość ryzyka nawigacyjnego R NG wzrosłaby do jedności, a to można interpretować jako pewne (stuprocentowe) prawdopodobieństwo zaistnienia awarii morskiej (wypadku) wskutek zderzenia (kontaktu) z podwodną przeszkodą nawigacyjną umieszczoną na głębokości mniejszej lub równej h. Po przeprowadzeniu dalszej analizy logicznej przedstawionej powyżej sytuacji można wysunąć wniosek, że dla głębokości h ograniczonych przedziałem T max < h G D ryzyko nawigacyjne R NG będzie przybierać wartości pośrednie z przedziału R NG 0, 1, co jasno wyraża część środkowa zależności (1). Wzór ogólny na wartość ryzyka R NG dla argumentów h z tak opisanego przedziału ( T < h ) można wyrazić zależnością: max G D R NG G h = (2) G T D D Analizę ryzyka nawigacyjnego względem obiektów nadwodnych (zawieszonych nad wodą) można przeprowadzić w sposób analogiczny do analizy przeprowadzonej powyżej dla obiektów podwodnych (rys. 1). Składową ryzyka nawigacyjnego R NW (nazwijmy ją składową pionową ryzyka nawigacyjnego niezachowania rezerwy wysokości lub krócej ryzykiem niezachowania wysokości) można przedstawić w postaci zależności: max 0 gdy Ho > WD WD Ho R NW = gdy HN < Ho WD (3) WD H N 1 gdy Ho HN gdzie: R NW składowa pionowa ryzyka nawigacyjnego R N niezachowania rezerwy wysokości, H o wysokość zawieszenia obiektu nad wodą (prześwit wody pod mostem), W D wysokość domeny statku obliczona według zaleceń zawartych w pracy [7], H N wysokość nadwodnej części kadłuba. 1 W rozważaniach pomija się możliwość zmniejszenia zanurzenia statku np. przez jego odbalastowanie.

114 PRACE WYDZIAŁU NAWIGACYJNEGO AKADEMII MORSKIEJ W GDYNI, nr 24, 2010 Analogicznie w płaszczyźnie poziomej, składowe R NDdz i R NDr ryzyka nawigacyjnego R N (nazwijmy je składowymi poziomymi ryzyka nawigacyjnego niezachowania rezerwy długości lub odległości bezpiecznej odpowiednio przed dziobem i za rufą statku, albo krócej ryzykiem niezachowania bezpiecznej odległości) można przedstawić za pomocą następujących zależności (rys. 1): oraz 0 gdy d Ndz > DDdz DDdz d Ndz R NDdz = gdy LRD < d Ndz DDdz (4) DDdz LRD 1 gdy d Ndz LRD 0 gdy dnr > DDr DDr dnr R NDr = gdy ( L LRD ) < dnr DDr (5) Dr D ( L LRD ) 1 gdy dnr ( L LRD ) gdzie: R NDdz składowa pozioma ryzyka nawigacyjnego R N niezachowania rezerwy odległości bezpiecznej przed dziobem statku, R NDr składowa pozioma ryzyka nawigacyjnego R N niezachowania rezerwy odległości bezpiecznej za rufą statku, d Ndz odległość pozioma liczona od rzutu pozycji anteny radarowej na powierzchnię morza (środka układu) do najbliższego niebezpieczeństwa nawigacyjnego określonego w kierunku przed dziobem statku, d Nr odległość pozioma liczona od środka układu do najbliższego niebezpieczeństwa nawigacyjnego określonego w kierunku za rufą statku, D Ddz długość domeny statku obliczona według zaleceń zawartych w pracy [7] w kierunku przed dziobem statku, D Dr długość domeny statku obliczona według zaleceń zawartych w pracy [7] w kierunku za rufą, L RD maksymalna odległość pozioma liczona od rzutu pozycji anteny radarowej (środka układu) do najdalej wysuniętego punktu kadłuba w kierunku dziobu statku, L długość statku. Interpretacja wzorów (4) i (5) będzie przebiegać podobnie jak uczyniono to przy omawianiu pionowej rezerwy nawigacyjnej statku. Stąd, zgodnie z zależnością (4), warunek d Ndz > D Ddz oraz, zgodnie z zależnością (5), warunek d Nr > DDr będą gwarancją bezpiecznej żeglugi statku względem obiektów wykrytych odpowiednio przed dziobem i za rufą statku. Z analizy wzoru (4) można ustalić również, iż wartość ryzyka nawigacyjnego R NDdz zawarta w przedziale: R NDdz ( 0,1) pojawi się dopiero wówczas, gdy odległość d Ndz okaże się równa lub mniejsza od długości domeny D Ddz. Przy czym zaistnienie warunku d Ndz < L RD oznaczać będzie już zaistnienie kolizji lub prawdopodobieństwo pewne jej zaistnienia (sytuacja wątpliwa dotyczy tylko obiektów ruchomych, posiadających własną domenę, o której wartość zmniejszono parametr d Ndz ).

G. Rutkowski, Wykorzystanie przestrzennego modelu domeny do oceny bezpieczeństwa nawigacyjnego... 115 Analogicznie, wyróżniając składowe ryzyka nawigacyjnego R NS określone względem obiektów położonych po lewej R NSl i po prawej R NSp burcie statku (nazwijmy je składowymi ryzyka nawigacyjnego niezachowania rezerwy szerokości odpowiednio po lewej i prawej burcie statku lub krócej ryzykiem niezachowania szerokości), można zapisać następujące zależności (rys. 1): oraz R S = S 0 d Nl 0,5B 1 gdy gdy d Nl > SDl B < d Nl S 2 B d Nl 2 NSl Dl gdy Dl (6) Dl 0 gdy d Np > SDp SDp d Np B R NSp = gdy < d Np SDp (7) SDp 0,5B 2 B 1 gdy d Np 2 gdzie: R NSl składowa pozioma ryzyka nawigacyjnego R N niezachowania rezerwy szerokości po lewej burcie, R NSp składowa pozioma ryzyka nawigacyjnego R N niezachowania rezerwy szerokości po prawej burcie, d Nl odległość pozioma liczona od wzdłużnej osi symetrii statku (środka układu) do najbliższego niebezpieczeństwa nawigacyjnego określonego w kierunku na lewą burtę statku, d Np odległość pozioma liczona od wzdłużnej osi symetrii statku (środka układu) do najbliższego niebezpieczeństwa nawigacyjnego określonego w kierunku na prawą burtę statku, S Dl szerokość domeny obliczona według zaleceń [7] w kierunku na lewą burtę statku, S Dp szerokość domeny obliczona według zaleceń [7] w kierunku na prawą burtę statku, B maksymalna szerokość statku. Analizę ryzyka nawigacyjnego przeprowadzimy dla kontenerowca typu Post-Panamax Axel Maersk, manewrującego na Zatoce Gdańskiej na wyznaczonym torze wodnym wschodnim, prowadzącym do terminalu DCT Gdańsk Port Północny, czyli w akwenie ograniczonym szerokością i głębokością podczas panowania przeciętnych i ekstremalnych warunków hydrometeorologicznych oraz innych zakłóceń ruchu. Na podstawie przeprowadzonych badań oraz długoletnich obserwacji prowadzonych na Zatoce Gdańskiej [2, 3] ustalono, że do dalszych analiz ryzyka nawigacyjnego będzie można przyjąć warunki nawigacyjne i hydrometeorologiczne opisane w tabeli 1 jako warunki przeciętne i ekstremalne, podane z pewnym akceptowalnym błędem, uznane jako warunki reprezentatywne dla badanego rejonu Zatoki Gdańskiej.

116 PRACE WYDZIAŁU NAWIGACYJNEGO AKADEMII MORSKIEJ W GDYNI, nr 24, 2010 Tabela 1 Określenie przeciętnych i ekstremalnych warunków nawigacyjnych panujących na głębokowodnym torze wschodnim (o kierunku 253,6 073,6 ; szerokości b = 350 m, głębokości h = 17 m) na podejściu do terminalu DCT Gdańsk Port Północny Warunki przeciętne widzialność dobra, morze spokojne h f 1 m, wiatr umiarkowany 3 4 B, prąd o prędkości v p 1,0 w i kierunku 090, pionowe oscylacje lustra wody określone względem zera mapy (MSL) nieprzekraczające ± 0,1 m (h = 16,9 m); gęstość wody γ = 525 g/cm 3, dryf statku nieprzekraczający ±1, maksymalne myszkowanie do ±1, przechył boczny α do ±1 Warunki ekstremalne widzialność umiarkowana, miejscami ograniczona, morze nieco wzburzone (h f 3 m), wiatr do 6 7 B, prąd o prędkości v p 3 w i kierunku prostopadłym do osi toru (344 ), pionowe oscylacje lustra wody określone względem zera mapy (MSL) do ±0,6 m (h = 16,4 m), gęstość wody γ = 250 g/cm 3, dryf statku do ±2, myszkowanie do ±2, przechył boczny α do ± 5 Źródło: Tabelę opracowano na podstawie materiałów Biura Hydrograficznego Marynarki Wojennej RP, materiałów wewnętrznych Urzędu Morskiego w Gdyni, Locji Bałtyku oraz meldunków służby VTS Zatoka Gdańska. 2. OCENA RYZYKA NAWIGACYJNEGO KONTENEROWCA M/S AXEL MAERSK Kontenerowiec Axel Maersk to jeden z największych kontenerowców typu Post-Panamax, który wyznaczono do obsługi portu DCT Gdańsk Port Północny w ramach dalekowschodniego serwisu Azja-Europa (AE10) dla światowego operatora Maersk Line (typ A33A Germanischer Lloyd, sygnał wywoławczy: OUUY2, rok budowy 2003, port macierzysty Bagenkop, numer IMO 9260419, DWT = 109000, Net Registered 49741, Gross 93496, pojemność 6600 TEU, LOA = 352,1 m, B = 42,8 m, wysokość całkowita Hc = 56,6 m, maksymalne zanurzenie T max = 15 m, prędkość maksymalna 25,5 w, napęd DD Doosan Sulzer oil engine, direct drive, moc MCR = 63040 kw 102,0 rpm (85704 HP), śruba stała sześcioramienna 6EA o średnicy 8800 mm, ster strumieniowy dziobowy o mocy 3000 kw, płetwa sterowa typu Becker Rys. 2. Kontenerowiec Axel Maersk TLKSR). Źródło: http://www.maersk.com/en/pages/welcome.aspx. Parametry domeny statku obliczone według wytycznych zawartych w pracy [7] dla kontenerowca Axel Maersk dla różnych nastaw prędkości statku oraz stanów jego załadowania zestawiono w tabeli 2.

G. Rutkowski, Wykorzystanie przestrzennego modelu domeny do oceny bezpieczeństwa nawigacyjnego... 117 Parametry domeny statku Axel Maersk obliczone dla różnych nastaw silnika głównego i stanu załadowania na głębokowodnym torze podejściowym wschodnim do Portu Północnego DCT Gdańsk Port Północny Tabela 2 NASTAWA MASZYNY TOR GŁĘBOKOWODNY WSCHODNI 253,6 073,6 (parametry toru: b = 350 m i h = 17,0 m; KR = 254 ) V [w] STATEK ZAŁADOWANY (D = 109000 t) T D = 15,0 m; T R = 15,0 m; T max = 15,38 m przy α ±1 i 16,81 m przy α ±5 G D W D D Ddz D Dr S Dp S Dl V [w] STATEK POD BALASTEM (D = 50000 t) T D = 7,30 m; T R = 9,30 m; T max = 9,67 m przy α ±1 i 11,13 m przy α ±5 widzialność dobra, morze spokojne h f 1 m, wiatr umiarkowany 3-4 B, prąd o prędkości v p 1,0 w i kierunku 090, Przeciętne pionowe oscylacje lustra wody określone względem zera mapy (MSL) nieprzekraczające ±0,10 m (h = 16,90 m); warunki gęstość wody γ = 525 g/cm 3, dryf statku nieprzekraczający ±1, maksymalne myszkowanie do ±1, przejścia przechył boczny α do ±1 CNM 24,8 21,55 46,73 3652 720 302 654 25,5 14,29 52,89 2138 598 264 616 CN 16,7 19,32 44,50 1760 496 270 450 17,6 12,68 51,28 1187 432 248 437 PN 11,8 18,42 43,60 1021 365 254 329 12,3 11,95 50,55 756 322 239 318 WN 8,3 17,99 43,17 665 274 242 243 9,1 11,65 50,25 569 257 234 246 BWN 4,8 17,71 42,89 438 188 240 166 5,6 11,42 50,02 423 187 234 174 STOP 0,0 17,58 42,76 318 114 277 101 0,0 11,30 49,90 318 114 277 101 widzialność umiarkowana, miejscami ograniczona, morze nieco wzburzone (h f 3 m), wiatr do 6 7 B, prąd o prędkości v p 3 w i kierunku prostopadłym do osi toru (344 ), pionowe oscylacje lustra wody określone względem zera mapy (MSL) do ±0,60 m (h = 16,40 m), gęstość wody γ = 250 g/cm 3, dryf statku do ±2, myszkowanie do ±2, przechył boczny α do ±5 CNM 24,8 24,81 45,81 3419 482 1106 1458 25,5 17,6 51,97 2035 492 690 1043 CN 16,7 22,38 43,38 1622 357 802 982 17,6 15,79 50,15 1127 371 556 744 PN 11,8 21,40 42,40 938 281 637 712 12,3 14,97 49,33 723 289 477 556 WN 8,3 20,92 41,92 619 227 535 536 9,1 14,62 48,98 552 240 439 451 BWN 4,8 20,61 41,61 423 173 462 388 5,6 14,37 48,73 421 186 413 353 Ekstremalne warunki przejścia STOP 0,0 20,45 41,47 303 99 424 248 0,0 14,22 48,58 303 99 424 248 UWAGA: Przyjęto współczynniki: n = 1,1; m = 1,0; k = 1,0; s D = 1,0; s S = 1,0; ; r D = 1,0; r S = 1,0; L= 352,10 m; ΔL = 25 m; B = 42,80 m; ΔB = 25 m; L RD = 278 m; t r = 0,5 ; Hc = 56,6 m; p = 1,0 dla statku załadowanego oraz dla statku pod balastem (ładunek nieszkodliwy). Moc maszyny 63040 kw (85704HP), współczynnik pełnotliwości kadłuba: δ = 0,598. G D W D D Ddz D Dr S Dp S Dl

118 PRACE WYDZIAŁU NAWIGACYJNEGO AKADEMII MORSKIEJ W GDYNI, nr 24, 2010 GDAŃSK PORT PÓŁNOCNY m/v AXEL MAERSK ZAŁADOWANY TOR GŁĘBOKOWODNY WSCHODNI 253,6 073,6 (b = 350 m; h = 17,0 m; KR = 254 ) Głębokość domeny statku G D 22,00 2 20,00 19,00 18,00 17,00 16,00 0,31 17,58 WARUNKI PRZECIĘTNE h min = 16,90 m; Tmax = 15,38 m 0,35 17,71 0,42 17,99 0,50 18,42 0,61 19,32 0,75 21,55 0,90 0,80 0,70 0,60 0,50 0,40 0,30 0,20 0,10 Ryzyko nawigacyjne głębokości RNG Głębokość domeny statku G D 25,00 24,00 23,00 22,00 2 20,00 19,00 18,00 17,00 16,00 20,45 20,61 20,92 WARUNKI EKSTREMALNE h min = 16,40 m; T max = 16,81 m 21,40 22,38 24,81 0,90 0,80 0,70 0,60 0,50 0,40 0,30 0,20 0,10 Ryzyko nawigacyjne głębokości R NG 15,00 0,0 4,8 8,3 11,8 16,7 24,8 Prędkość statku V [w] 0,00 15,00 0,0 4,8 8,3 11,8 16,7 24,8 Prędkość statku V [w] 0,00 Rys. 3. Przebieg zależności funkcyjnej pomiędzy prędkością statku V, głębokością domeny G D oraz ryzykiem nawigacyjnym R NG określony dla kontenerowca m/v Axel Maersk w stanie pod balastem dla różnych warunków hydrometeorologicznych na torze wodnym wschodnim podczas podejścia do Portu Północnego DCT Gdańsk Źródło: Opracowanie autorskie, grudzień 2009. Analizę ryzyka nawigacyjnego R N kontenerowca Axel Maersk opracowano na podstawie wzorów 1 7 oraz tabeli numer 2. Uzyskane w ten sposób wyniki, przedstawione w postaci współczynników liczbowych od 0 do 1, będą odzwierciedlać skalę ryzyka nawigacyjnego, a co za tym idzie, w jasny sposób zdefiniują skalę bezpieczeństwa nawigacyjnego w akwenie. Im bowiem większe ryzyko nawigacyjne (współczynnik liczbowy zbliża się do jedności), tym mniejsze bezpieczeństwo nawigacyjne. Brak ryzyka nawigacyjnego (współczynnik liczbowy równy 0) oznacza pełne bezpieczeństwo nawigacyjne względem tych czynników. Ryzyko nawigacyjne określone w ten sposób można przedstawić również w postaci graficznej (rys. 3 8), co znacznie ułatwia szybką analizę bezpieczeństwa nawigacyjnego w badanym akwenie. Interpretacja uzyskanych wyników badań dotyczących oceny ryzyka nawigacyjnego kontenerowca Axel Maersk podczas manewrowania na torze wodnym wschodnim oraz przy podejściu do nabrzeża DCT Gdańsk Port Północny może przebiegać w sposób następujący: Ryzyko nawigacyjne R NG dla statku załadowanego do zanurzenia T = 15 m (czyli T max =15,38 m przy przechyłach bocznych α ±1 oraz 16,81 m przy α ±5 ) określone w płaszczyźnie pionowej (rys. 3) względem najpłycej położonych obiektów podwodnych leżących w granicach wyznaczonej trasy przejścia na pogłębionym torze wodnym wschodnim (h min = 17 m), przy dobrych warunkach zewnętrznych przybierać będzie wartości do 0,31 dla statku w dryfie oraz do 0,75 dla statku płynącego z prędkością CNM = 24,8 w. Przy czym statek poruszający się z prędkością BWN = 4,8 w generować będzie ryzyko nawigacyjne R NG na poziomie około 0,35, co może być interpretowane jako swego rodzaju 35% prawdopodobieństwo, że zaistnieje wypadek morski polegający na uderzeniu kadłubem statku o dno akwenu.

G. Rutkowski, Wykorzystanie przestrzennego modelu domeny do oceny bezpieczeństwa nawigacyjnego... 119 GDAŃSK PORT PÓŁNOCNY m/v AXEL MAERSK POD BALASTEM TOR GŁĘBOKOWODNY WSCHODNI 253,6 073,6 (b = 350 m; h = 17,0 m; KR = 254 ) Głębokość domeny statku G D 15,00 14,00 13,00 12,00 1 10,00 WARUNKI PRZECIĘTNE h min = 16,90 m; T max = 9,67 m 11,30 11,42 11,65 11,95 12,68 14,29 0,90 0,80 0,70 0,60 0,50 0,40 0,30 0,20 Ryzyko nawigacyjne głębokości RNG Głębokość domeny statku G D 18,00 17,00 16,00 15,00 14,00 13,00 12,00 1 WARUNKI EKSTREMALNE h min = 16,40 m; T max = 11,13 m 14,22 14,37 14,62 14,97 15,79 17,60 0,19 0,90 0,80 0,70 0,60 0,50 0,40 0,30 0,20 Ryzyko nawigacyjne głębokości R NG 9,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,0 5,6 9,1 12,3 17,6 25,5 Prędkość statku V [w] 0,10 0,00 10,00 9,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,0 5,6 9,1 12,3 17,6 25,5 Prędkość statku V [w] 0,10 0,00 Rys. 4. Przebieg zależności funkcyjnej pomiędzy prędkością statku V, głębokością domeny GD oraz ryzykiem nawigacyjnym RNG określony dla kontenerowca m/v Axel Maersk w stanie załadowanym dla różnych warunków hydrometeorologicznych na torze wodnym wschodnim podczas podejścia do Portu Północnego DCT Gdańsk Źródło: Opracowanie autorskie, grudzień 2009. Przy ekstremalnych warunkach hydrometeorologicznych ryzyko nawigacyjne R NG na torze wodnym wschodnim (h min = 17 m) dla kontenerowca Axel Maersk w stanie załadowanym przyjmować będzie wartości równe 1, niezależnie od prędkości początkowej statku. W uproszczeniu można więc przyjąć, iż statek ten w stanie załadowanym, podczas niedogodnych warunków hydrometeorologicznych (widzialność umiarkowana, miejscami ograniczona, morze wzburzone (h f 3 m), wiatr do 6 7 B, prąd o prędkości v p 3 w i kierunku prostopadłym do osi toru (344 ), pionowe oscylacje lustra wody określone względem zera mapy (MSL) do ±0,6 m (h = 16,4 m), gęstość wody γ = 250 g/cm 3, dryf statku do ±2, myszkowanie do ±2, przechył boczny α do ±5 ) nie będzie mógł nawigować. Samo bowiem dynamiczne oddziaływanie wiatru, prądu i fali na kadłub statku spowodować może wystąpienie przechyłów bocznych do ±5, a to, przy szerokości kadłuba statku B = 42,8 m, może spowodować wzrost jego zanurzenia początkowego z T 1 = 15 m do T 2 = 16,81 m. To natomiast, przy dużej fali oraz pionowych oscylacjach lustra wody, które w ekstremalnych warunkach dochodzą do ±0,6 m względem zera mapy (MSL), fizycznie powodując obniżenie przyjętej głębokości akwenu z h 1 = 17 m do h 2 = 16,4 m, wykluczy możliwość prowadzenia bezpiecznej nawigacji przy panujących warunkach zewnętrznych. Ryzyko nawigacyjne R NG dla kontenerowca Axel Maersk pod balastem (rys. 4) przybierać będzie wartości zbliżone do zera dla przeciętnych warunków przejścia niezależnie od prędkości początkowej statku oraz dla warunków ekstremalnych przy prędkościach statku mniejszych od 17,6 w. Oznacza to, że przy spełnieniu ww. warunków kontenerowiec Axel Maersk może, w odniesieniu do przeszkód nawigacyjnych podwodnych, nawigować bezpiecznie na torze wodnym wschodnim, bowiem głębokość jego domeny jest mniejsza od głębokości akwenu, a to jest gwarancją bezpiecznej nawigacji pomimo zatopionych obiektów, prze-

120 PRACE WYDZIAŁU NAWIGACYJNEGO AKADEMII MORSKIEJ W GDYNI, nr 24, 2010 szkód i niebezpieczeństw nawigacyjnych położonych w obrębie wyznaczonego toru wodnego (ryzyko nawigacyjne R NG wynosi 0). Analizę ryzyka nawigacyjnego R NW pominiemy, bowiem na torze podejściowym do terminalu DCT Gdańsk Portu Północnego nie ma żadnych mostów ani innych obiektów nadwodnych (np. linii energetycznych). Jeżeli podczas dalszej analizy przyjmiemy, iż kontenerowiec Axel Maersk będzie podążał w osi toru wodnego z prędkością WN w odstępach separacyjnych pomiędzy statkami nie mniejszych jak d N = 900 m, to wówczas ryzyko nawigacyjne R NDdz określone w płaszczyźnie poziomej przed dziobem wzdłuż linii przejścia będzie przyjmować wartości zbliżone do zera, niezależnie od stanu załadowania oraz warunków zewnętrznych (D Ddz max = 665 m < d N = 900 m). Analiza ryzyka nawigacyjnego R NSp z prawej i R NSl z lewej burty statku (rys. 5 8) w praktyce sprowadza się do analizy porównawczej parametrów domeny statku S Dp i S Dl z szerokością toru wodnego b t, szerokością pasa wody żeglownej b a oraz odległością do najbliższego niebezpieczeństwa d N wykrytego odpowiednio po prawej i lewej burcie statku. GDAŃSK PORT PÓŁNOCNY m/v AXEL MAERSK ZAŁADOWANY TOR GŁĘBOKOWODNY WSCHODNI 253,6 073,6 (b = 350 m; h = 17,0 m; KR = 254 ; B = 42,80 m) Szerokość domeny z lewej burty S Dl -200-300 -400-500 -600-700 -100 Prędkość V [w] 0 100 Szerokość domeny z prawej burty S Dp 700 600 500 400 300 200 WARUNKI PRZECIĘTNE - 101 0, 0 0,00 277 0,48-166 4, 8-0,09 240 0,40-0,40-243 8, 3 242 0,40-0,57-329 1 1, 8 254 0,43-0,69-450 1 6, 7 270 0,47-0,79-654 Ryzyko nawigacyjne szerokości R NSl 2 4, 8 302 0,53 Ryzyko nawigacyjne szerokości R NSp -1,0-0,8-0,6-0,4-0,2 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 Rys. 5. Przebieg zależności funkcyjnej pomiędzy prędkością statku V, szerokością domeny S D oraz ryzykiem nawigacyjnym R NS określonych dla kontenerowca m/v Axel Maersk w stanie załadowanym na pogłębionym torze wodnym wschodnim podczas podejścia do Portu Północnego DCT Gdańsk przy przeciętnych warunkach zewnętrznych Źródło: Opracowanie autorskie, grudzień 2009.

G. Rutkowski, Wykorzystanie przestrzennego modelu domeny do oceny bezpieczeństwa nawigacyjnego... 121 GDAŃSK PORT PÓŁNOCNY m/v AXEL MAERSK ZAŁADOWANY TOR GŁĘBOKOWODNY WSCHODNI 253,6 073,6 (b = 350 m; h = 17,0 m; KR = 254 ; B = 42,80 m) Szerokość domeny z lewej burty S Dl -250-500 -750-1000 -1250-1500 WARUNKI EKSTREMALNE - 2 4 8-0, 4 2 Prędkość V [w] 0, 0 0 Szerokość domeny z prawej burty S Dp 1500 1250 1000 750 500 250 4 2 4 0, 6 7-0, 6 4-3 8 8 4, 8 4 6 2 0, 7 0-0, 7 4-5 3 6 8, 3 5 3 5 0, 7 4-0, 8 1-7 1 2 1 1, 8 6 3 7 0, 7 9-0, 8 6-9 8 2 1 6, 7 8 0 2 0, 8 3-0, 9 1-1 4 5 8 Ryzyko nawigacyjne szerokości R NSl 2 4, 8 1 1 0 6 0, 8 8 Ryzyko nawigacyjne szerokości R NSp -1, 0-0, 8-0, 6-0, 4-0, 2 0, 0 0, 2 0, 4 0, 6 0, 8 1, 0 Rys. 6. Przebieg zależności funkcyjnej pomiędzy prędkością statku V, szerokością domeny S D oraz ryzykiem nawigacyjnym R NS określonych dla kontenerowca m/v Axel Maersk w stanie załadowanym na pogłębionym torze wodnym wschodnim podczas podejścia do Portu Północnego DCT Gdańsk przy ekstremalnych warunkach zewnętrznych Źródło: Opracowanie autorskie, grudzień 2009. Jeżeli zatem przyjmiemy, że statek będzie podążał torem wschodnim z prędkością WN w osi toru wodnego o szerokości b t = 350 m, to wówczas ryzyko nawigacyjne R NSp określone w płaszczyźnie poziomej po prawej burcie statku będzie przyjmować wartości od 0,40 dla stanu załadowanego, prędkości statku 8,3 w, przy normalnych warunkach przejścia (rys. 5: S Dp = 242 m, d Np = (350 m 42,8 m)/2 = = 153,6 m, R NSp = 0,40) do 0,74 dla stanu załadowanego, prędkości statku WN = 8,3 w i ekstremalnych warunkach przejścia (rys. 6, silny wiatr oraz prąd poprzeczny do osi toru wodnego, S Dp = 535 m). Ryzyko nawigacyjne R NSl określone w sektorze po lewej burcie statku na torze wschodnim dla prędkości statku WN = 8,3 w przyjmować będzie wartości od 0,40 dla stanu załadowanego przy normalnych warunkach przejścia (rys. 5, S Dl = 243 m) do 0,74 dla stanu załadowanego i ekstremalnych warunków przejścia (rys. 6, S Dl = 536 m). Analogicznie, ryzyko nawigacyjne R NSp określone w sektorze po prawej burcie statku na torze wodnym wschodnim dla prędkości statku WN = 9,1 w i stanu pod balastem (rys. 7 oraz rys. 8) przyjmować będzie wartości od 0,38 dla normalnych warunkach przejścia (S Dp = 234 m) do 0,68 dla ekstremalnych warunków przejścia (S Dp = 439 m).

122 PRACE WYDZIAŁU NAWIGACYJNEGO AKADEMII MORSKIEJ W GDYNI, nr 24, 2010 Analogicznie, ryzyko nawigacyjne R NSl określone w sektorze po lewej burcie statku na torze wodnym wschodnim, prędkości statku WN = 9,1 w i stanu pod balastem przyjmować będzie wartości od 0,41 dla normalnych warunków przejścia (S Dl = 246 m) do 0,69 dla ekstremalnych warunków przejścia (S Dl = 451 m). Przy czym zmniejszenie prędkości statku do BWN = 5,6 w spowoduje zmniejszenie ryzyka nawigacyjnego R NSl określone w sektorze po lewej burcie statku do wartości 0,13 dla dobrych warunków przejścia (rys. 7, S Dl = 174 m) oraz do 0,60 dla ekstremalnych warunków przejścia (rys. 8, S Dl = 353 m). Z analizy ryzyka nawigacyjnego R NSp i R NSl wynika zatem, iż kontenerowiec taki jak Axel Maersk, podążając w osi toru wodnego wschodniego (b = 350 m), nie mógłby bezpiecznie wykonać manewru cyrkulacji oraz manewru awaryjnego zatrzymywania się pracą silnika CW z naprzemiennym wychylaniem steru (ang. fishtailing) bez możliwości jednoczesnego wyjścia poza granice wyznaczonego toru wodnego. -700 GDAŃSK PORT PÓŁNOCNY m/v AXEL MAERSK POD BALASTEM TOR GŁĘBOKOWODNY WSCHODNI 253,6 073,6 (b = 350 m; h = 17,0 m; KR = 254 ; B = 42,80 m) Szerokość domeny z lewej burty S Dl Szerokość domeny z prawej burty S Dp Prędkość V [w] -600-500 -400-300 -200-100 0 100 200 300 400 500 600 700 WARUNKI PRZECIĘTNE - 101 0, 0 0,0 0 277 0,48-1 7 4 5, 6-0,13 2 3 4 0,38-0,41-246 9, 1 2 3 4 0,38-0,5 5-318 1 2, 3 239 0,39-0,6 8-437 1 7, 6 2 4 8 0,4 2-0,78-6 1 6 Ryzyko nawigacyjne szerokości R NSl 2 5, 5 2 6 4 0,46 Ryzyko nawigacyjne szerokości R NSp -1,0-0,8-0,6-0,4-0,2 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 Rys. 7. Przebieg zależności funkcyjnej pomiędzy prędkością statku V, szerokością domeny S D oraz ryzykiem nawigacyjnym R NS określonych dla kontenerowca m/v Axel Maersk w stanie pod balastem na pogłębionym torze wodnym wschodnim podczas podejścia do Portu Północnego DCT Gdańsk przy przeciętnych warunkach zewnętrznych Źróło: Opracowanie autorskie, grudzień 2009.

G. Rutkowski, Wykorzystanie przestrzennego modelu domeny do oceny bezpieczeństwa nawigacyjnego... 123 n GDAŃSK PORT PÓŁNOCNY m/v AXEL MAERSK POD BALASTEM TOR GŁĘBOKOWODNY WSCHODNI 253,6 073,6 (b = 350 m; h = 17,0 m; KR = 254 ; B = 42,80 m) Szerokość domeny z lewej burty S Dl Szerokość domeny z prawej burty S Dp -1200-1000 -800-600 WARUNKI EKSTREMALNE - 0, 4 2-400 - 2 4 8-200 Prędkość V [w] 0, 0 0 200 4 2 4 400 600 800 0, 6 7 1000 1200-0, 6 0-3 5 3 5, 6 4 1 3 0, 6 6-0, 6 9-4 5 1 9, 1 4 3 9 0, 6 8-0, 7 5-5 5 6 1 2, 3 4 7 7 0, 7 1-0, 8 2-7 4 4 1 7, 6 5 5 6 0, 7 5-0, 8 7-1 0 4 3 Ryzyko nawigacyjne szerokości R NSl 2 5, 5 6 9 0 0, 8 0 Ryzyko nawigacyjne szerokości R NSp -1, 0-0, 8-0, 6-0, 4-0, 2 0, 0 0, 2 0, 4 0, 6 0, 8 1, 0 Rys. 8. Przebieg zależności funkcyjnej pomiędzy prędkością statku V, szerokością domeny S D oraz ryzykiem nawigacyjnym R NS określonych dla kontenerowca m/v Axel Maersk w stanie pod balastem na pogłębionym torze wodnym wschodnim podczas podejścia do Portu Północnego DCT Gdańsk przy ekstremalnych warunkach zewnętrznych Źródło: Opracowanie autorskie, grudzień 2009. WNIOSKI Model przestrzenny domeny statku można wykorzystać do analizy ryzyka nawigacyjnego w akwenie ograniczonym. Przejście nawigacyjne kontenerowca Axel Maersk w stanie załadowanym torem wodnym wschodnim do terminalu kontenerowego DCT Gdańsk Port Północny będzie możliwe przy dobrych warunkach hydrometeorologicznych i wielce ryzykowne przy warunkach hydrometeorologicznych niedogodnych (patrz: warunki ekstremalne obserwowane w akwenie). Manewry wykonywane na torze wodnym powinny odbywać się w asyście holowników, manewry portowe zaś obowiązkowo z holownikami zamocowanymi przynajmniej na dziobie i rufie. Optymalną prędkością jednostki zapewniającą dostateczną stateczność kursową przy minimalnym ryzyku nawigacyjnym R N są prędkości rzędu 4,5 do 5 węzłów. Dalsze zmniejszanie prędkości bez asysty holowników może spowodować nadmierny dryf oraz znos statku z toru wodnego, szczególnie przy silnym wietrze i prądzie działającym poprzecznie do wzdłużnej osi toru wodnego.

124 PRACE WYDZIAŁU NAWIGACYJNEGO AKADEMII MORSKIEJ W GDYNI, nr 24, 2010 Reasumując powyższe, można stwierdzić, iż operacje manewrowe jednostki typu Axel Maersk podczas wchodzenia do Portu Północnego DCT Gdańsk będą należeć do trudnych pod względem nawigacyjnym, wymagających dobrych warunków hydrometeorologicznych, asysty holowniczej oraz doświadczonego kapitana i pilota. LITERATURA 1. Admiralty List of Radio Signals, Vol. 6(2), NP286 (2), edycja 2009/2010. 2. Admiralty Sailing Directions, Baltic Pilot, Vol. I, NP18, edycja 15/2009. 3. Ekspertyzy wewnętrzne Urzędu Morskiego w Gdyni opracowane w lutym 2005 r. na potrzeby obsługi statków VLCC w Naftoporcie. 4. Holec M., Rutkowski G., Próba zdefiniowania akwenu trudnego pod względem nawigacyjnym. Zeszyty Naukowe WSM w Gdyni 1997, nr 32. 5. Koncepcja przebudowy systemu organizacji ruchu statków w Zatoce Gdańskiej w kontekście budowy terminalu kontenerowego w Porcie Północnym Gdańsk oraz nowego stanowiska obsługi statków LNG. Praca naukowo-badawcza na zlecenie Przedsiębiorstwa Robót Czerpalnych i Podwodnych Sp. z o.o. w Gdańsku, umowa nr ZH/01/2006 z dnia 12.01.2006, Gdynia 2006 (maszynopis). 6. Nowicki A., Wiedza o manewrowaniu statkami morskimi. Gdynia: Wyd. Trademar, 1999. 7. Rutkowski G., Modelowanie domeny statku w procesie manewrowania w ograniczonych akwenach. Politechnika Warszawska, Wydział Transportu, Prace Naukowe T, Warszawa 2001. 8. Rutkowski G., Zastosowanie modelu domeny do oceny bezpieczeństwa nawigacyjnego statków poruszających się w akwenach ograniczonych. Politechnika Warszawska, Wydział Transportu, Prace Naukowe T, Warszawa 2001. ESTIMATING SAFETY OF SHIPPING IN THE RESTRICTED SEA AREAS BY MEANS OF THE THREE-DIMENSIONAL MODEL OF SHIP S DOMAIN SPECIFIED FOR POST PANAMAX CONTAINER VESSEL WHILE APPROACHING DCT TERMINAL IN GDAŃSK PORT PÓŁNOCNY Summary In this paper author presents the methods that can be used for estimating the safety of shipping (navigational risk) in the restricted sea areas of the Gulf of Gdansk by means of a three-dimensional model of ship s domain specified for the Post-Panamax container vessel Axel Maersk. The essence of the method suggested in the thesis is the systematic approach to a sea vessel operation in the aspect of estimating its safety while approaching DCT terminal in Gdańsk Port Północny in divergent exterior conditions.