嵇昊威 ， 趙 媛,2

(1.南京師范大學 地理科學學院，南京 210023； 2.南京師范大學 金陵女子學院，南京 210097)

我國煤炭供應地和消費地的偏離導致“北煤南運、西煤東運”的跨區(qū)域長距離運輸，煤炭運輸是鐵路貨運比重最大的貨種之一。因此，探討煤炭運輸網(wǎng)絡可達性空間格局，保障我國能源安全，尤為重要。

作為評價交通網(wǎng)絡的重要工具之一，可達性是目前國內(nèi)外研究的熱點。Hansen于1959年首次提出可達性概念，將其定義為交通網(wǎng)絡中各節(jié)點相互作用的機會大小，并利用重力方法研究了可達性與城市土地利用間的關系[1]。此后，國內(nèi)外學者紛紛開展了交通網(wǎng)絡可達性研究。如Dupuy等關于歐洲城市公路可達性及其等級體系的探討[2]；Gutierrz關于馬德里—巴塞羅那—法國邊境高速鐵路對區(qū)域可達性影響的評價[3]；Sasaki 等關于日本新建新干線所引起的可達性變化對區(qū)域經(jīng)濟和人口擴散作用的研究[4]；Bowen對東南亞航空中心國際航空可達性的評價[5]。國內(nèi)學者對我國鐵路運輸網(wǎng)絡可達性的研究成果較多，如金鳳君等研究了我國鐵路交通網(wǎng)發(fā)展、空間經(jīng)濟結構演變和客運組織優(yōu)化[6-8]；孟德友等研究了第五、六次鐵路客運提速前后省際可達性的時空變化及空間格局[9]，并探討了全國“四縱四橫”高速鐵路網(wǎng)絡構建對我國省際可達性空間格局的演變[10]以及高速鐵路對河南沿線城市省際可達性和空間經(jīng)濟聯(lián)系的影響[11]；吳威等采用空間距離、時間距離、連接性、可選擇性等多項指標對我國鐵路客運網(wǎng)絡可達性空間格局進行了分析[12]；羅鵬飛等開展了滬寧地區(qū)高速鐵路對沿線和臨近區(qū)域可達性的影響研究[13]；魏立華等以京津唐大都市區(qū)為例，分析了城際快速列車對大都市區(qū)可達性空間格局的影響機制[14]；張曉州等研究了蘭新鐵路提速對沿線城市可達性的影響[15]。但是，對貨運尤其是對煤炭鐵路運輸研究較少。本研究借鑒已有方法，對我國煤炭鐵路運輸網(wǎng)絡可達性進行研究，探討其空間特征，為鐵路運煤網(wǎng)絡的進一步優(yōu)化提供決策依據(jù)。

1 研究對象與研究方法

1.1 研究對象

總體來看，我國主要煤田煤炭出礦井后先由鐵路通過小運轉(zhuǎn)列車開往附近的大型編組站，經(jīng)編組后以整列煤炭列車或與其他貨車混合編組的形式開往下一編組站，直到到達鄰近用煤單位的編組站后，再通過小運轉(zhuǎn)列車運往用煤單位或主要煤炭下水港口，因此，將鐵路網(wǎng)絡中涉及煤炭運輸?shù)木幗M站及下水港口作為可達性研究的節(jié)點。根據(jù)編組直達去向數(shù)、編組去向數(shù)、有調(diào)作業(yè)量、無調(diào)比及其在路網(wǎng)中的位置和作用，編組站可分為路網(wǎng)性、區(qū)域性和地方性3類[16-17]。根據(jù)部標TB 2107—89《編組站、區(qū)段站技術 (分類)條件》，結合近年來的一些調(diào)整， 2011年我國鐵路網(wǎng)絡中涉及煤炭運輸?shù)木幗M站為45個，加上9個煤炭下水港口(不含港澳臺地區(qū))，共54個節(jié)點(表1)。

1.2 研究方法

最短時空距離是可達性研究中最常見的指標[12]，在此基礎上，為反映鐵路貨運組織的特點在可達性格局的作用，選擇連接性指標。

表1 我國鐵路網(wǎng)絡煤炭運輸編組站和主要煤炭下水港口

最短空間距離(Di)是指節(jié)點間貨運列車運行的最短空間距離之和，其值越小，可達性越好。計算方法為：

(1)

式中：Dij為i，j兩編組站開行的貨運列車最短空間距離。 在ArcGIS中量算并查閱鐵道部相關文件后取平均值。由于煤炭下水港口性質(zhì)相同，港口之間基本沒有開行煤炭列車，因此，僅計算每個港口到所有編組站距離，不計算港口間的最短距離(最短時間距離與連接性同)。

最短時間距離(Ti)是指節(jié)點與網(wǎng)絡中其他節(jié)點間列車運行的最短時間距離之和，其值越小，可達性越好。計算方法為：

(2)

為反映線路技術等級和貨車受客車干擾程度，選擇節(jié)點間等級最低、耗時最長的客運列車時間作為貨車運行時間Tij，數(shù)據(jù)來自鐵道部客戶服務中心網(wǎng)站12306。貨運專線貨車之間采取前后追蹤發(fā)車、“平圖”運行的模式，沒有待避會讓，并且基本為新建線路，線路允許速度大于車皮允許速度，因此，采用線路長度除以列車車皮允許速度的方法計算時間距離。

與客運不同，絕大多數(shù)鐵路貨運，尤其是煤炭運輸，每到一個節(jié)點就會重新編組一次并更換機車(稱為機車交路)，因此，通過與鐵路部門的訪談調(diào)查,獲取數(shù)據(jù)，將連接性(Ci)定義為節(jié)點間機車交路的最少次數(shù)，也就是編組并換掛機車的最少次數(shù)，次數(shù)越少連接性越好。計算方法為：

(3)

另外，一些線路坡道較大，貨運列車需要在兩大型編組站之間加掛機車牽引以提高通過能力(稱為摘掛補機)。由于摘掛補機需要一定的時間并且需要將補機單獨回送(不牽引列車)，占用了一定的鐵路運輸資源，因此，如果出現(xiàn)區(qū)間摘掛補機則記作一次換掛機車。

2 可達性分指標分析

2.1 最短空間距離

根據(jù)式(1)計算各編組站最短空間距離，并用ArcGIS繪制等值線圖(圖1)?？傮w上,最短空間距離呈現(xiàn)“中心—外圍”格局，以鄭州北、石家莊、濟西為第一圈層，在51 000 km左右構成了空間距離可達性的最優(yōu)區(qū)域。由該圈層向外呈環(huán)狀外推，可達性逐漸降低。這種“中心—外圍”的環(huán)狀格局表明最短空間距離的主導影響因素依舊是路網(wǎng)格局和節(jié)點區(qū)位，與金鳳君研究的我國鐵路網(wǎng)絡通達性空間格局[6]和吳威等研究的我國鐵路客運網(wǎng)絡可達性空間格局[12]的研究結果總體相似。

圖1 我國煤炭鐵路運輸網(wǎng)絡編組站最短空間距離格局

在煤炭鐵路運輸網(wǎng)絡中，華北、華東和中南部地區(qū)運網(wǎng)較為完善，最短空間距離圈層有向隴海、京廣—京九、京哈、京滬沿線伸展的趨勢，表明太中銀鐵路、包西鐵路的貫通有效填補了西北地區(qū)東部煤運路網(wǎng)的“空白”。我國鐵路煤運網(wǎng)絡空間可達性的核心圈層和偏移方向，正好是煤炭開發(fā)核心地區(qū)的華北和西北東部，有利于煤炭開發(fā)區(qū)的鐵路運輸。而在遼西、內(nèi)蒙古中部區(qū)域和西南地區(qū)東部等值線較為密集，這是因為東北地區(qū)雖然路網(wǎng)密度大，區(qū)內(nèi)路網(wǎng)較為完善，但由于偏居一隅，且與其他編組站僅有沈山、錦承、京通、集通4條近似平行的鐵路聯(lián)系，導致最短空間距離偏大；西南地區(qū)雖然近年來建設了渝懷、達萬、宜萬等干線鐵路，但受自然條件的限制，其走向較偏，往華中、華東地區(qū)的對外通道仍然偏少。位于圈層外圍的烏西、昆明東、江村、柳州南等“孤島”，其最短距離是核心圈層的2～3倍 。

同理，計算主要煤炭下水港口最短空間距離(表2)。除煙臺和塘沽南外，其他港口的最短空間距離相近。煙臺港位于山東半島最頂端，距離內(nèi)陸偏遠，港口區(qū)位優(yōu)勢偏弱；相反，塘沽南由于位于渤海灣凹處，離編組站“第一圈層”近，最短空間距離最小。黃驊港雖然從直線距離來看更接近“第一圈層”，但由于其為神華集團的專用港口，后方鐵路朔黃鐵路為企業(yè)運煤專線，與國家鐵路網(wǎng)聯(lián)絡線僅有3條，分別是神池南—大新、王佐—肅寧北和天津地方鐵路聯(lián)絡線，運輸組織較為封閉，因此，最短空間距離反而比距“第一圈層”直線距離較遠的塘沽南大。

表2 我國煤炭下水港口最短空間距離km

2.2 最短時間距離

根據(jù)式(2)計算各編組站最短時間距離，并用ArcGIS繪制等值線圖(圖2)?？傮w上，最短時間距離也呈現(xiàn)出中心—外圍的格局，但與空間距離格局存在差異。時間距離以石家莊、鄭州北、阜陽北、徐州北和濟西為第一圈層，明顯向華東、華北地區(qū)偏移，朝京哈(沈山)、京廣、京九、隴海、京滬、華東二通道等干線鐵路凸出。這是因為華東和華北地區(qū)以及東北的京哈—沈山鐵路技術等級較高、列車行駛速度快以及客運專線網(wǎng)絡逐步完善，既有鐵路騰出了很多空間用于煤炭運輸。而最短空間距離較優(yōu)的西北地區(qū)東部，最短時間距離則不占優(yōu)勢，這是因為西北連接華北、華中的鐵路技術等級偏低，多長大坡道和小半徑曲線，列車運行速度受限。東北地區(qū)其他編組站空間最短距離和時間最短距離都不占優(yōu)勢，原因有二，一是東北的4條入關通道，除沈山鐵路為復線電氣化鐵路外，其余均為單線非電氣化，并且多長大坡道和小半徑曲線，影響了東北地區(qū)最短時間距離；二是東北地區(qū)大部分鐵路為日偽時期修建，技術等級低，尤其是長白山區(qū)和大小興安嶺地區(qū)的鐵路。由于線路技術等級影響時間距離的還有福建的來舟站。烏西、成都北、昆明東等位于圈層外圍編組站，由于位置過于偏僻，加上線路技術等級低，時間可達性也低。

圖2 我國煤炭鐵路運輸網(wǎng)絡各編組站時間距離格局

同理，計算我國主要煤炭下水港口最短時間距離(表3)。時間可達性最佳的是塘沽南，這和其空間可達性最佳有關。其次為墟溝北，也就是連云港，這是由于東隴海鐵路客車數(shù)量少，可開行的貨車班次很多，并且墟溝北最接近時間可達性的核心地帶。柳村南、京唐港、曹妃甸和黃驊港4個煤炭下水港口，其后方鐵路為國家鐵路煤炭運輸專線，幾乎不存在貨車會讓待避的情況，時間可達性也好，相反，黃驊港后方鐵路朔黃鐵路產(chǎn)權歸企業(yè)所有，運輸組織較為封閉。因此，其時間可達性相對較弱。山東半島兩港后方鐵路膠濟—藍煙鐵路，雖然實行了客貨分線運行，但由于空間可達性較弱，導致其時間可達性也較弱。

表3 我國煤炭下水港口最短時間距離h

2.3 連接性

根據(jù)公式(3)計算各編組站連接性，并用ArcGIS繪制等值線圖(圖3)。總體上,連接性東部地區(qū)高于東北、西部地區(qū)，這與空間可達性、時間可達性一致，但是受機車交路影響，空間距離指標各向同性的衰減規(guī)律明顯不同， 連接性向外圍的增高在速度上具有明顯的方向性，以阜陽北為中心呈十字狀，沿京廣、京九、京滬三大南北干線和隴海、襄渝、華東二通道、京哈等東西干線伸展。這是因為這幾條干線對一些重點物資貨車，尤其是煤炭列車，實行了機車長交路，并開行直通列車，減少因換掛、編組作業(yè)的等待時間，增強了連接性。京包鐵路等值線朝包頭西凸出是因為京包線民族至十八臺區(qū)段坡道較大，上行往湖東方向萬噸煤炭列車需要加掛補機，并且京包鐵路是內(nèi)蒙古西部煤炭東運的必經(jīng)之路，無法繞開補機區(qū)段。來舟也有類似問題，福建及江西東南部鐵路網(wǎng)密度偏小，且鷹廈鐵路邵武—資溪和漳平—永安，贛龍鐵路瑞金—鐵山洋等6段需要加掛補機。烏西站連接性最差，不僅在于區(qū)位因素不佳，而且蘭新鐵路尚未全線電氣化，烏西—蘭州西需要換掛至少3次機車并且存在烏西—芨芨槽子補機區(qū)間。

圖3 我國煤炭鐵路運輸網(wǎng)各編組站連接性格局

同理，計算主要煤炭下水港口連接性(表4)。大秦鐵路的3個下水港口柳村南、京唐港、曹妃甸，由于是國家鐵路煤炭運輸專線，開放性較好，并實行從煤炭裝車地到下水港一機直達，其連接性最好；同樣是煤炭運輸專線，朔黃鐵路的黃驊港連接性則不佳，是因為該線路為企業(yè)自備或租賃國鐵機車，與國鐵進行聯(lián)運需要多次換掛機車。而后方鐵路是國鐵客貨混跑的塘沽南、墟溝北、日照、煙臺、黃島5個港口，連接性則介于國鐵煤運鐵路和企業(yè)煤運鐵路之間。

表4 我國煤炭下水港口連接性次

3 多指標對比分析

為便于不同指標對比與綜合分析，引入相關研究中廣泛采用的可達性系數(shù)概念[11]，計算編組站或港口各項指標與網(wǎng)絡內(nèi)所有節(jié)點該指標平均值的比值。計算方法為：

(4)

式中：Adi為編組站或港口i的可達性系數(shù)；Ai為編組站或港口i的可達性指標值；n為編組站或港口數(shù)量；系數(shù)為1代表平均水平。

經(jīng)計算，3項指標優(yōu)于平均水平的編組站均超過總數(shù)的一半，說明我國煤炭鐵路運輸網(wǎng)絡整體可達性良好。為消除量綱影響，用可達性系數(shù)標準方差進行對比分析。連接性標準方差最低，表明連接性分布相對均衡，時間距離次之，但三者間的差距并不大。隨著近年來逐步實行的“長交路，大輪乘”機務改革，貨運列車，尤其是煤炭運輸列車重新編組和等待換掛時間得到有效控制；隨著高鐵的不斷建設，客運列車，尤其是動車和高等級列車逐步轉(zhuǎn)移到高速鐵路、客運專線運行，為煤炭列車騰出的空間不斷增大，加上煤炭運輸專線和新的高等級鐵路線路的建設，煤炭列車運行時間逐步均衡化；而一些區(qū)域性新建線路的開通，使得一些地區(qū)的空間可達性增強，空間均衡性有所提高。不過，一些編組站不同指標可達性也存在明顯差異。如阜陽北，空間可達性和時間可達性弱于鄭州北等，但得益于京九和“華東二通道”(指從阜陽經(jīng)合肥蕪湖宣城杭州到寧波東的鐵路運輸通道，由阜淮、水張、淮南、寧蕪、皖贛、宣杭、蕭甬等鐵路連接而成)的貨運機車長交路，其連接性位居榜首，類似的還有南倉；而濟西由于周邊的交路偏短，導致其連接性不如其他兩個指標排名靠前；江村偏居華南，區(qū)位偏弱，空間可達性不如來舟，但由于高鐵分流和京廣機車長交路，其時間可達性和連接性則比來舟好。

從煤炭下水港口來看，過半港口3項指標均優(yōu)于平均水平，說明下水港口整體可達性良好。標準方差中，空間距離系數(shù)最低，連接性系數(shù)最高，說明9個下水港口區(qū)位條件趨同，但由于后方鐵路性質(zhì)不同，時間距離尤其是連接性存在差異。國鐵煤運專線的開放性既節(jié)約運行時間又減少換掛次數(shù)；國鐵客貨混跑鐵路如果客車開行的高等級列車數(shù)量少，則能提供更多煤炭貨車運行空間并節(jié)約運行時間，如果開行了港口直通煤炭列車則能節(jié)約重新編組的換掛時間；而企業(yè)自備煤運專線運輸組織較為封閉，時間可達性和連接性均較低。

4 結論與對策

4.1 結論

1)受路網(wǎng)分布和編組站區(qū)位影響，空間距離可達性呈現(xiàn)以鄭州北—石家莊—濟西為核心的中心—外圍格局，大致呈圓環(huán)狀外推，環(huán)狀結構偏向西北地區(qū)東部，這與我國煤炭資源稟賦較為匹配。時間距離可達性受線路技術等級、高等級客車開行等因素影響，總體上也為中心—外圍格局，但圈層結構明顯向華東、華北地區(qū)偏移?？臻g距離可達性占優(yōu)勢的西北地區(qū)東部，由于線路技術等級偏低，時間可達性不占優(yōu)勢。受機車交路影響，連接性以阜陽北為中心呈十字狀，沿京廣、京九、京滬三大南北干線和隴海、襄渝、華東二通道等東西干線伸展。

2)從均衡性來看，連接性分布最為均衡，其次是時間距離和空間距離，但三者間的差距并不明顯。說明我國鐵路運煤網(wǎng)絡中“長交路，大輪乘”機務改革、“客貨分線”以及新線路開通效果顯現(xiàn)，編組站基本服務均等化良好。

3)煤炭下水港口的空間可達性相近，但時間可達性和連接性有所差異，這是由后方鐵路屬性不同導致的?？傮w上國鐵煤運專線優(yōu)于國鐵混跑線路，企業(yè)煤運專線可達性最低。

4.2 對策

1)完善西北、東北和西南地區(qū)路網(wǎng)的對外通道。隨著我國煤炭資源開發(fā)重點向西北轉(zhuǎn)移，西北地區(qū)已有鐵路將面臨更大的運輸壓力。東北地區(qū)煤炭南運，除需補充遼西的對外通道外，還應利用東北地區(qū)內(nèi)部鐵路網(wǎng)較為完善的優(yōu)勢，在遼寧沿海新增大型煤炭下水港口。西南地區(qū)需加強東北—西南向?qū)ν馔ǖ酪约拔鞅蓖髂系拿哼\通道建設。

2)對西北地區(qū)、東北內(nèi)部和福建的鐵路進行擴能改造。西北主要干線，如隴海—蘭新鐵路可實行客貨分線運輸；西北地區(qū)東部的鐵路可進行技術改造。東北地區(qū)大小興安嶺、長白山地區(qū)的鐵路，修建年代較早，復線電氣化改造較為困難，可使用大功率內(nèi)燃機車提高單列煤炭列車的牽引重量和運營速度。雖然近年來福建鐵路建設明顯加快，但絕大多數(shù)為客運專線，走向也偏向沿海地區(qū)，腹地路網(wǎng)密度偏低，對外貨運通道不足，昌福鐵路的建設能初步緩解福建鐵路煤炭運輸，南三龍鐵路、贛龍、漳龍鐵路復線的建設以及杭深鐵路開行煤炭運輸貨車也將大大提高煤炭運輸能力，而對于因線路坡道過大需要加掛機車的補機區(qū)間，可進行線路改造，適當降低坡度，或者以長大隧道橋梁等形式貫通困難路段，縮短運輸里程，提高運營速度。

3)優(yōu)化貨運運輸組織。隨著和諧型大功率長交路機車的不斷運用，東部絕大多數(shù)干線已實行了煤炭列車的長交路運營。在此基礎上，應對中西部干線進一步實行電氣化，利用電力機車功率大、動力供應不間斷的優(yōu)勢，開行機車長交路的煤炭列車。同時，可開展國家鐵路—企業(yè)鐵路聯(lián)合運輸，開行煤炭聯(lián)運列車，提高企業(yè)運煤鐵路的可達性。

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