馮宏琳，張 藝，韓兆星，孫 平，徐 力，魏雪蓮

(交通運輸部規(guī)劃研究院，北京 100028)

長江干線是我國橫貫東中西部地區(qū)水路運輸大通道，素有“黃金水道”之稱，依托黃金水道推動長江經(jīng)濟帶發(fā)展是我國正在實施的三大戰(zhàn)略之一[1]。為推進長江經(jīng)濟帶高質(zhì)量發(fā)展、保護好長江水資源及環(huán)境、科學(xué)利用長江黃金水道，交通運輸部規(guī)劃研究院開展了長江干線水運量和承載能力研究。承載能力研究在資源環(huán)境學(xué)科較為廣泛和普遍，在水運行業(yè)國內(nèi)外研究均較少。隨著我國生態(tài)文明建設(shè)的推進，長江經(jīng)濟帶確立了生態(tài)優(yōu)先、綠色發(fā)展，共抓大保護、不搞大開發(fā)的新導(dǎo)向，我國學(xué)者開展了一些相關(guān)探索性研究。徐湘文等[2]將長江中游航道貨運承載能力定位為航道所承載的總貨量最大值，提出了基于OD貨流矩陣的算法；劉懷漢等[3]提出了多目標協(xié)同下的長江航道承載力研究構(gòu)想。在此構(gòu)想下，馬馳[4]研究了長江下游航道承載力指標與評價方法，趙藝為等[5-7]研究了長江航道承載力概念、影響因素內(nèi)涵及體系構(gòu)建，均嘗試通過多目標多因素綜合確定航道可開發(fā)的最大尺度和通過能力。本文基于已開展的長江干線航道規(guī)劃標準研究，深入分析了長江水運發(fā)展與生態(tài)環(huán)保的關(guān)系以及主要影響因素，研究提出了以環(huán)境容量約束為條件的長江水運承載能力內(nèi)涵和算法，可為確定今后長江干線航道合理運輸規(guī)模和航道發(fā)展規(guī)劃標準提供技術(shù)依據(jù)。

1 長江干線水運基本情況

長江干線航道自云南水富至長江口，全長2 838 km。上游水富至宜昌1 074 km，目前水富—涪陵可通航500～3 000噸級船舶，涪陵—宜昌三峽庫區(qū)段可通航5 000噸級船舶。中游宜昌—江西湖口900 km，目前宜昌—武漢段航道可通航3 000～5 000噸級內(nèi)河船舶，武漢—湖口段可通航5 000噸級海船。下游湖口—長江口864 km，目前湖口—蕪湖段可通航5 000～1萬噸級海船，蕪湖—南京段可通航1萬～2萬噸級海船，南京—南通段可通航3萬～5萬噸級海船，南通—長江口段可全天候雙向通航5萬噸級海船。為提高運輸效益，交通部門近年來開始根據(jù)水位季節(jié)性變化情況，按月、旬向社會發(fā)布航道維護水深，利用中洪水期通航更大的船舶，并開通了城陵磯—蕪湖海輪航道。

2016年，長江干線水運貨運量達22.1億t，2005年以來年均增長8.6%。其中，江海直達運量為12.9億t，占總量的60%左右；海進江運輸占絕對主導(dǎo)，2005年以來海進江運量規(guī)模和運輸范圍進一步提升。沿江企業(yè)生產(chǎn)所需的80%的鐵礦石、83%的電煤和90%以上的集裝箱運輸是通過長江水運完成的。長江水運在長江經(jīng)濟帶煤炭、金屬礦石、水泥、礦建材料等大宗散貨運輸和集裝箱、汽車滾裝運輸中發(fā)揮了重要作用，有效支撐和促進了沿江產(chǎn)業(yè)密集帶的形成和發(fā)展。

長江干線分布有上海、武漢、重慶3大航運中心和南京區(qū)域性航運物流中心以及16個全國主要港口，擁有13個吞吐量超過億噸的大港。長江干線完成的水運貨運量、貨物周轉(zhuǎn)量約占區(qū)域全社會貨運量的15%和45%，長江水運已成為長江經(jīng)濟帶綜合立體交通走廊中東西向最重要的交通大動脈，在促進區(qū)域經(jīng)濟協(xié)調(diào)發(fā)展和擴大對外開放中發(fā)揮著不可替代的作用。

2 長江干線水運產(chǎn)生的環(huán)境影響

長江干線水運利用天然通道資源，在解決大量物資運輸需求的同時，實現(xiàn)社會物流成本、土地占用、能源消耗和污染物排放的最小化，產(chǎn)生的經(jīng)濟、社會、生態(tài)三者綜合效益最優(yōu)，是最經(jīng)濟節(jié)能環(huán)保的綠色運輸方式。一艘5 000 t長江貨船載貨量相當(dāng)于1列由100節(jié)重載車皮組成的火車或100輛載質(zhì)量50 t的重型卡車的運能。水運每噸公里能耗是鐵路的12、公路的114，污染排放量是鐵路的11.2、公路的115。

長江干線水運產(chǎn)生的環(huán)境影響主要包括對水生態(tài)和水生物的影響、岸線資源的占用以及廢水廢氣等污染排放。與沿江工業(yè)、農(nóng)業(yè)、城鎮(zhèn)生活產(chǎn)生的對長江水生態(tài)、水環(huán)境以及大氣環(huán)境等影響相比，長江干線水運產(chǎn)生的影響甚微。據(jù)不完全統(tǒng)計，長江全流域年廢水排放量超過300億t，其中與港口和船舶相關(guān)的廢水排放所占比不足510 000。

水運對水生態(tài)和水生物的影響主要發(fā)生在航道整治階段和船舶運營階段。航道整治需要臨時或永久占用局部水域，對部分水生物的生存環(huán)境和繁殖等活動產(chǎn)生一定影響?！笆濉逼陂L江干線航道整治項目占用相關(guān)保護區(qū)水域面積不足2.5%，不會造成生態(tài)功能的總體退化，通過嚴格落實環(huán)境保護規(guī)定，并采用增殖放流、生態(tài)修復(fù)等措施影響可進一步減弱。船舶運營中螺旋槳可能會對大型魚類水生物造成傷害個案，與非法捕撈、非法采砂、大型涉水工程建設(shè)對長江水生物帶來的不良影響相比微乎其微。隨著長江干線船舶大型化趨勢發(fā)展，近年來營運船舶數(shù)量和密度呈明顯下降態(tài)勢，對魚類水生物影響總體可控。

港口碼頭建設(shè)會占用一定的岸線資源。截至2015年底，長江干線港口碼頭利用岸線約占自然岸線總長度的15%。2016—2017年，在長江經(jīng)濟帶領(lǐng)導(dǎo)小組推動下，沿江各省市陸續(xù)制定了非法碼頭專項整治方案，對沿江非法碼頭和飲用水水源保護區(qū)域內(nèi)的碼頭開展了整治工作，共整治恢復(fù)自然岸線146 km。

水運產(chǎn)生的污染主要來自運營船舶產(chǎn)生的廢氣、廢水、固體廢物等排放性污染。2016年長江干線共接收船舶含油污水6.9萬t、船舶垃圾2.5萬t，全線5個固定洗艙站提供洗艙服務(wù)約270艘次。目前，交通行業(yè)正在大力推進港口岸電、港口和船舶污染物接受處置等環(huán)保設(shè)施建設(shè)，長江干線水運產(chǎn)生的排放性污染有望持續(xù)改善。

長江經(jīng)濟帶國家戰(zhàn)略實施以來，長江水運強化綠色發(fā)展頂層設(shè)計，嚴格執(zhí)行國家節(jié)能減排、環(huán)境保護相關(guān)法規(guī)政策，大力建設(shè)生態(tài)航道、綠色港口，切實開展碼頭岸線專項清理整治，嚴格防控港口和船舶污染物排放，綠色發(fā)展水平顯著提升。目前長江干線水運環(huán)保方面存在的主要問題是局部航道建設(shè)存在與魚類自然保護區(qū)的矛盾；船舶違規(guī)使用燃油和違規(guī)排放的現(xiàn)象依然存在；港口和船舶污染物接收處置設(shè)施仍然不足；推進長江水運綠色發(fā)展的配套政策和機制有待進一步完善。

3 長江干線水運發(fā)展面臨的形勢和需求

未來長江經(jīng)濟帶將以共抓大保護、不搞大開發(fā)為導(dǎo)向，把保護和修復(fù)長江生態(tài)環(huán)境擺在壓倒性位置，加快構(gòu)建綜合立體交通走廊，創(chuàng)新驅(qū)動產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級，積極推進新型城鎮(zhèn)化，努力構(gòu)建陸海雙向全方位開放格局，在我國經(jīng)濟社會統(tǒng)籌發(fā)展中發(fā)揮好引領(lǐng)示范和戰(zhàn)略支撐作用。

預(yù)計未來一段時期長江干線水運量將保持平穩(wěn)增長，能源原材料等大宗散貨仍然是主要貨種，但增速趨緩；集裝箱、商品汽車滾裝等運量增長加快，運輸結(jié)構(gòu)進一步優(yōu)化。2035年預(yù)測長江干線水運量將達36億t，其中江海直達量為21億t，煤炭、金屬礦石、礦建材料、集裝箱貨運量分別為5.9億t、5.3億t、5.7億t、7 200萬TEU。貨運船舶運力增速放緩，船型繼續(xù)向大型化、標準化發(fā)展，船舶安全環(huán)保技術(shù)性能顯著提升。

4 長江干線水運承載能力

4.1 水運量和承載能力的內(nèi)涵

長江干線水運(貨運)量是指在長江干線水富—長江口區(qū)間，航行的船舶(包括內(nèi)河船、江海船和海船)在一定時間(通常指1 a)內(nèi)實際運輸完成的貨物質(zhì)量。

“承載能力”字面原指某一事物“承”與“載”的能力，一般指空間上的最大容量或力學(xué)上的最大限度。目前，長江干線水運承載能力在學(xué)術(shù)理論研究上尚無明確的科學(xué)定義，本文引入資源環(huán)境學(xué)科領(lǐng)域的承載能力概念，考慮長江水運與生態(tài)環(huán)境相互作用影響，界定長江干線水運承載能力的內(nèi)涵是：在一定環(huán)境容量條件下，航道上所容許通過的船舶數(shù)量或貨運量之和，即一定環(huán)境容量條件下的航道通過能力限度。

航道通過能力不同于航道內(nèi)實際發(fā)生的水運貨運量，它反映的是單位時間或特定時間段內(nèi)能通過航道某一區(qū)段(或某一地點)的船舶或貨物潛在的最大運輸能力。常用計算公式方法有西德公式、蘇南公式、長江公式等，本文選用適用于天然航道的長江公式[8]。

4.2 承載能力研究思路和計算方法

從長江水運產(chǎn)生的環(huán)境影響來看，航道建設(shè)維護期、港口建設(shè)運營期產(chǎn)生的影響可通過嚴格落實環(huán)境保護制度和重大工程修復(fù)補償措施加以避免或大幅減輕。運營船舶產(chǎn)生的排放性污染由于是流動性污染源，給全面治理和防控帶來一定的困難，今后隨著航道條件改善、船舶性能的提升以及監(jiān)管覆蓋力度的進一步強化，將得到逐步改善。

考慮未來長江干線水運發(fā)展不增加總體環(huán)境負擔(dān)，設(shè)定承載能力的環(huán)境容量條件為船舶污染物排放總量不增長。船舶排放污染物主要有船舶廢氣中硫氧化物、氮氧化物，船舶廢水中的生活污水、船舶殘油、化學(xué)品洗艙水以及船舶固體廢物垃圾。經(jīng)分析，選取了船舶氮氧化物、船舶殘油和船舶垃圾作為廢氣、廢水、廢固的3個主要控制指標，明確了環(huán)境約束條件，引入船舶密度公式(式(2))，建立了航道通過能力(式(1))與船舶污染物排放控制即環(huán)境約束項條件(式(3))之間相關(guān)聯(lián)的長江干線水運承載能力的算法，即：

航道通過能力計算公式(長江公式)：

W=31.536×106CPF1F2F3F4/T

(1)

船流密度計算公式：

(2)

環(huán)境約束項公式：

(3)

式中：W為航道雙向通過能力；D為航道雙向船舶密度(艘a)；N為船舶氮氧化物；Q為船舶含油污水；L為船舶垃圾；C為上、下行貨運不平衡系數(shù)；P為標準船隊載質(zhì)量(t)；F1為年通航期系數(shù)；F2為非標準船隊影響系數(shù)；F3為港口、航道、運行調(diào)度產(chǎn)生運輸不平衡影響系數(shù)；F4為考慮非運輸船舶通過控制段的影響系數(shù)；T為標準船隊安全通過計算斷面的時間；t為船舶通過斷面間的運行時間；n為氮氧化物排放因子；w為斷面船舶平均功率；q為船舶含油污水產(chǎn)生系數(shù)，依據(jù)船檢規(guī)范和實船數(shù)據(jù)選??；l為單位船員垃圾日產(chǎn)生量；r為船舶對應(yīng)船員數(shù)量，依據(jù)《船舶最低安全配員規(guī)則》選??；N現(xiàn)狀為船舶氮氧化物現(xiàn)狀值；Q現(xiàn)狀為船舶含油污水現(xiàn)狀值；L現(xiàn)狀為船舶垃圾現(xiàn)狀值。

基于未來長江干線各段航道規(guī)劃推薦通航標準，選取宜賓、萬州、三峽、武漢、安慶、南京、長江口共7個典型斷面，預(yù)測得出船舶噸位結(jié)構(gòu)和船舶密度，通過公式組迭代試算，計算得出長江干線航道通過能力和水運承載能力以及分別對應(yīng)的船舶污染物排放指標值，見表1、2。

表1 長江干線航道通過能力和水運承載能力計算結(jié)果

注：長江干線全線能力根據(jù)各斷面航道通過能力，考慮運輸組織、運距等因素綜合測算。

表2 長江干線不同運輸能力對應(yīng)的污染物排放值

在推薦的長江干線航道標準和預(yù)測的船舶運輸組織條件下，采用長江公式計算長江干線航道設(shè)計綜合通過能力為58.9億t。航道在達到此通過量時相應(yīng)的船舶污染物排放指標與2016年現(xiàn)狀比，除硫氧化物大幅降低外(降低95.6%)，氮氧化物、船舶殘油、船舶垃圾、生活污水分別增加48.1%、66.3%、12.1%、11.8%。

假定船舶污染物排放總量不增長為環(huán)境容量約束條件，計算得出長江干線承載能力為36.7億t，基本能夠滿足預(yù)測2035年的長江干線水運需求量。從船舶污染物排放具體指標來看，與2016年現(xiàn)狀相比，船舶殘油增長為零，氮氧化物、船舶垃圾、硫氧化物、生活污水分別減少10.8%、36.4%、97.8%、36.3%。

5 結(jié)論

1)考慮長江水運量平穩(wěn)增長、船舶標準化大型化以及船舶密度降低等總體發(fā)展趨勢，基于長江干線航道規(guī)劃推薦標準，預(yù)測未來船舶噸級結(jié)構(gòu)和不同船舶密度，并結(jié)合船舶油品質(zhì)量強制提高等技術(shù)因素，計算得出了未來長江干線航道通過能力和一定環(huán)境容量條件下(假定為船舶污染物排放總量不增長)的水運承載能力。

2)如果考慮環(huán)境容量允許適度增長，或進一步優(yōu)化船型和運輸組織、改善提高船舶技術(shù)性能以及清潔能源應(yīng)用和污染物排放控制技術(shù)進步等措施的強化，長江干線水運承載能力尚有較大提升空間。

3)研究認為，未來長江干線水運承載能力合理區(qū)間為36.7億～58.9億t。