【摘 要】 為深入研究航道承載力，研判長江航道承載力的影響因素結構及各影響因素之間的互動關系，根據(jù)航道承載力的定義構建“供給層―需求層―開發(fā)層”影響因素體系的層次結構，通過系統(tǒng)學理論對各層次影響因素進行分析，確定各層次的主要影響因素;構建基于航道自身條件（供給），承載“生態(tài)―經濟―河流多功能利用”的協(xié)同需求，同時考慮影響航道開發(fā)能力的航道承載力影響因素體系。

【關鍵詞】 水路運輸;內河航道;長江航道承載力;影響因素體系

0 引 言

長江航道的航道承載力作為新興的概念，旨在促進長江航道建設與生態(tài)、經濟、河流多功能利用等多目標協(xié)同發(fā)展。趙藝為等[1]將航道承載力的概念定義為航道基于自然稟賦，在一定社會經濟與技術條件下，響應生態(tài)、航運、防洪、用水等多目標協(xié)同需求而能夠開發(fā)的最大航道尺度;王其藩[2]從航道承載力的概念上分析，結合系統(tǒng)理論，認為航道承載力是一個開放性系統(tǒng)，具有復雜時變性、多變量、多重復雜反饋、反直觀性、多目標性和動態(tài)性等動力學特征;楊光明等[3]認為航道承載力系統(tǒng)不是簡單的子系統(tǒng)疊加，而是通過復雜耦合而成的一個集非線性與不確定性為一體的復雜體系。因此，通過對航道承載力系統(tǒng)內部影響因素的結構與影響因素之間的反饋機制進行分析，可以實現(xiàn)對該系統(tǒng)中影響因素的行為及互動路徑進行整體研判，進而為后續(xù)計算航道承載力的模型構建奠定基礎。

1 航道承載力影響因素體系層次劃分

根據(jù)航道承載力的定義及內涵，航道承載力影響因素體系是基于航道自身條件（供給），承載“生態(tài)―經濟―河流多功能利用”的協(xié)同需求，同時考慮影響航道開發(fā)能力的體系。本文的影響因素是指與航道建設具有一定直接或間接影響關系的因素，盡可能涵蓋大部分與航道承載力相關的因素以體現(xiàn)航道承載力的普適性，但這不意味著每一段航道建設過程中這些因素都是同時制約航道尺度提升的關鍵因素或重要因素，且不同航段受到這些因素的影響程度不同，要根據(jù)不同航段的特征進行著重分析。航道承載力影響因素體系結構見圖1。

從圖1可以看出，航道供給層因素是航道承載力的基礎，需求層因素是驅動，開發(fā)層因素是保障。三角結構是最穩(wěn)定的結構，航道承載力如果想要達到穩(wěn)定的結果，航道供給層、需求層、開發(fā)層等3個因素層缺一不可。穩(wěn)定的底座是保障航道承載力發(fā)展的基石，需求層因素對航道尺度具有協(xié)同影響，而階段性的技術手段（開發(fā)層）會影響本階段所能達到的最大航道尺度。

1.1 供給層

航道供給層主要考慮的是當前航道自身自然稟賦條件及特征，是航道承載力開發(fā)的基礎，流量、流速、泥沙等航道現(xiàn)狀，以及其演變趨勢和自然條件等因素直接影響當前航道尺度的建設，進而影響航道承載力的供給能力。

由于航道本身是線狀的，因此航道中可能存在的一些極端航段會對航道尺度建設具有“一票否決”的影響能力，進而限制自然稟賦條件下航道尺度的提升空間，充分響應定義中的“航道基于自然稟賦條件下”的內涵。

1.2 需求層

需求層反映了航道承載力受到內部多目標發(fā)展需求因素的影響。傳統(tǒng)航道建設主要考慮經濟發(fā)展對航運的需求，忽略了生態(tài)及河流多功能開發(fā)的需求或僅僅將其作為簡單的約束。這一要求顯然難以滿足現(xiàn)代航道發(fā)展的需要，因此航道承載力需求應綜合考量多因素的共同影響，實現(xiàn)協(xié)同發(fā)展的目標。

航道承載力需求層因素主要包括經濟、生態(tài)、河流多功能利用三大目標，與定義中“在一定社會經濟與技術條件下，響應生態(tài)、航運、防洪、用水等多目標協(xié)同需求”的內涵相匹配。[4]

1.3 開發(fā)層

開發(fā)層主要考慮航道整治和科技創(chuàng)新兩類影響因素。航道整治因素包括航道建設投資、生態(tài)化手段（生態(tài)保護工程）、水利工程、防洪工程、制約工程等，其主要功能在于提升航道工程中的生態(tài)保護能力、航道尺度和防洪能力，是提升航道承載力的硬實力。采用科技創(chuàng)新手段實現(xiàn)航道智慧化、信息化、綠色化的發(fā)展，提升航道服務能力，進而提升航道承載力的軟實力。

航道承載力概念具有極限概念，但在實際航道的研究中，航道承載力現(xiàn)狀水平與研究計算過程中的航道承載力極限值往往具有一定的差異，因此將開發(fā)層的相關影響因素納入實際分析中將有助于縮小兩者之間的差值。

2 航道供給層影響因素

2.1 供給層影響因素層次劃分

航道供給層是航道承載力的基石，是自然因素對航道尺度的影響，主要體現(xiàn)3個方面：

（1）河流水情，指航道尺度受到徑流量、流速等河道水資源因素的影響;

（2）河流泥沙，指航道尺度的穩(wěn)定性受到泥沙條件因素的影響;

（3）河勢條件，指航道尺度的建設規(guī)劃、工程實施的難易程度受到灘槽穩(wěn)定性、極端航道特征等因素的影響。

2.2 供給層主要影響因素

供給層是航道承載力的基礎影響因素，主要體現(xiàn)在航道尺度受到河流的水情、泥沙和河勢條件等因素的影響。水資源是航道發(fā)展的重要資源，航道尺度受到河道水位、徑流量、流速、泥沙、河勢等水文特征因素影響，這些因素有可能在一定程度上限制航道建設開發(fā)的尺度。航道供給層主要通過河道的水文特征（流量、流速、泥沙條件及河勢條件）直接限制航道尺度的建設，影響了當前航道尺度下的運輸能力，進而影響供給層面下的最大航道尺度。航道的極端礙航因素主要有枯水淺灘、洪水急灘、枯水險灘、河勢不穩(wěn)定、現(xiàn)有橋梁限高等，一旦出現(xiàn)瓶頸問題將直接否定整個航道尺度的提升。此時航道承載力在多種自然因素（水文條件、河勢條件、礙航因素）的影響下能夠達到的航道尺度是在本階段能達到的最大值。航道承載力供給層影響因素關系見圖2。

3 航道需求層影響因素

3.1 需求層因素層次劃分

3.1.1 生態(tài)目標

生態(tài)目標因素是指反映流域生態(tài)效益受到航道建設、運營影響的因素，通常具有正負多種影響關系。生態(tài)目標是航道承載力發(fā)展中多目標協(xié)同研究運行的重心，生態(tài)子系統(tǒng)為多目標系統(tǒng)提供水資源以保證各子系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展，從生態(tài)環(huán)境保護、生物多樣性、節(jié)能減排等方面體現(xiàn)其功能及定位，其中生態(tài)用水可以作為綜合衡量生態(tài)目標可持續(xù)發(fā)展能力的重要因素之一。航道承載力對生態(tài)目標因素的考量，既為了滿足生態(tài)目標，又為航道建設過程中應該注意哪些因素的影響提供依據(jù)，進而為后期評價航道承載力的現(xiàn)狀奠定基礎。

人類在開始改變自然的行為之前就應該充分考慮生態(tài)發(fā)展的需求，因此航道承載力同樣應該重視生態(tài)需求對其的影響。然而，生態(tài)目標因素可能同時還具有不同效應：一方面是造成生態(tài)負效應的因素，如航道尺度加大導致水生物多樣性及護坡植被遭到破壞、船舶行駛過程中產生的污染排放等，因此在進行航道承載力極限值的研究中必須充分考慮在航道建設及運營的過程中降低其負面效應的需求;另一方面，由于水運特有的能耗低、節(jié)能減排、成本低等優(yōu)勢，航道承載力的發(fā)展會促進水運經濟性、生態(tài)性的提高，吸引更多的轉移貨運量，宏觀層面提升生態(tài)總效益。另外，采取一定的生態(tài)工程手段不僅能降低生態(tài)的負效應，甚至還能提升生態(tài)環(huán)境的現(xiàn)狀水平，進而促進航道建設。

3.1.2 經濟與航運發(fā)展目標

經濟和航運發(fā)展需求是航道承載力發(fā)展的驅動因素，是航道承載力的動力，經濟與航運發(fā)展需求層從貨運需求目標、運輸經濟性目標兩方面推動航運需求增長，對航道的建設水平、服務水平等提出更高的要求。

經濟與航運發(fā)展目標（驅動目標）是指經濟社會發(fā)展的需求對航道尺度建設提出要求，是一種正向關系。航道建設與經濟發(fā)展之間是雙向促進的關系，因此航道尺度建設如果脫離經濟目標的考量就偏離了航道建設支撐經濟發(fā)展的主線。航道承載力主要受到經濟效益與降低成本的驅動影響，其中經濟效益對航道承載力的驅動影響主要表現(xiàn)為經濟發(fā)展對航運的需求，主要表現(xiàn)形式是GDP、工業(yè)總產值、產業(yè)結構、水運成本等因素對水路貨運量與運輸經濟性的目標需求，進而對船型尺度提出要求，從而驅動航道尺度的提升。另外，經濟發(fā)展對航道信息化、智慧化的服務需求也越來越高。

3.1.3 河流多功能利用目標

河流多功能利用目標層中最重要的因素是“人”，人類的行為活動影響航道承載力，主要包括防洪目標、水資源優(yōu)化配置等方面對航道承載力的發(fā)展提出的新目標。

河流本身具有航運、防洪、發(fā)電、供水、景觀等多種功能，且這些功能與“人”的高質量發(fā)展息息相關，因此航道承載力在研究多目標協(xié)同下的最大航道尺度時必須盡可能滿足河流多功能利用的協(xié)同發(fā)展的需求，主要包括水資源綜合配置、防洪等因素對航道尺度的要求。水資源綜合配置目標因素主要表現(xiàn)為生活、經濟、農業(yè)、發(fā)電用水、取水工程等對航道水位和通航效率的影響。航道建設應盡可能實現(xiàn)航電一體及高效水資源綜合運用的目標;防洪對保護人民生命和財產安全與經濟安全具有重要意義，是不可忽略的重要影響因素。航道尺度提升對防洪目標的影響主要體現(xiàn)在對河道行洪、堤防工程和河勢等3個方面的影響，其中，對河道行洪的影響通常根據(jù)水位壅高和阻水率來反映，對堤防工程的影響表現(xiàn)為近堤的壅水和流速增大，對河勢的影響則根據(jù)分流比變化和流速變化來衡量。為了滿足航道尺度提升的需求，航道建設必須保障水深的要求，因此河道局部航段會收窄，進而產生水位雍高影響防洪目標的實現(xiàn)，導致防洪部門不支持該航段的尺度提升。

3.2 需求層主要影響因素

3.2.1 生態(tài)目標因素

生態(tài)目標因素是航道承載力需求因素研究的核心，為航道承載力系統(tǒng)提供水資源以保證各子系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展，從生態(tài)環(huán)境保護（生態(tài)用水、流域生態(tài)自凈能力、航道植被覆蓋率等因素）、生物多樣性、污染排放等方面體現(xiàn)其功能及定位。生態(tài)目標因素與航道建設的因果關系（見圖3）為：

（1）生態(tài)可持續(xù)發(fā)展及航道建設均以水資源供給為基礎，生態(tài)可持續(xù)發(fā)展與航道建設二者對水資源的需求不同，河道水資源供給受到自然條件的限制，會造成生態(tài)用水（生態(tài)適宜流量）與自然徑流量一定程度的不匹配，因此生態(tài)用水與航道用水之間具有一定的矛盾性;

（2）航道水深加大，會在一定程度上降低水生態(tài)的生物多樣性，航道寬度拓寬及整治工程增加將會破壞護坡兩岸的植被覆蓋及自然保護區(qū)發(fā)展，因此航道尺度提升可能對流域生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展產生負效應;

（3）航道尺度增大，會促進船舶大型化發(fā)展，進而支撐港口服務水平發(fā)展。但同時船舶大型化發(fā)展可能造成污染排放量的增長，對生態(tài)目標的自凈功能產生壓力，迫使其凈化過程需要利用更多生態(tài)用水進行修復凈化，此時的生態(tài)用水可能大于航道用水，但實際的徑流量不足以滿足因航道尺度提升產生的更高的生態(tài)用水需求，對航道尺度提升也存在一定限制;

（4）航道尺度增大，需要足夠的徑流量維持航道基準面水深，航道用水（主要體現(xiàn)在航道水位利用）需求就會增長;

（5）在進行航道整治工程時，如疏浚和炸礁直接影響到工程區(qū)生物存活狀態(tài)，會在一定程度上降低水生態(tài)的生物多樣性。同時整治工程將會導致河床硬質化，進而降低植被覆蓋率，航道寬度增加可能會侵占自然保護區(qū)用地。

3.2.2 經濟與航運目標因素

經濟與航運因素是對航道承載力發(fā)展的動力性因素及經濟性（經濟成本）發(fā)展目標的描述。經濟因素從基礎設施投資、經濟發(fā)展規(guī)模、經濟發(fā)展結構等方面推動航運需求的增長，對航道的建設水平、通航效率等提出更高的要求。基礎設施投資作用主要體現(xiàn)在固定資產投資額、交通運輸業(yè)基礎建設投資額、水運建設投資額等對航運（港口、航道、船舶）基礎建設的拉動作用。經濟與航運目標因素的因果關系（見圖4）為：

（1）產業(yè)結構調整對貨運結構及GDP都具有正向反饋作用，貨種結構影響船舶尺度的預測，船舶尺度與航道尺度又具有同向變化的關系;

（2）產業(yè)結構優(yōu)化升級促進工業(yè)總產值的增長，提高水路貨運量的需求，提高對船舶大型化的需求，進而提高對航道水深的要求;

（3）航道尺度的提高，有利于提高通航能力，降低水運成本，進而使水運具有更強的競爭力吸引公路或鐵路運輸轉移貨運量，提高水路貨運量，促進航運業(yè)產值及工業(yè)產值的增長，進而實現(xiàn)GDP的增長;

（4）GDP的增長會提高固定資產投資額，進而影響航運業(yè)投資額，加大船舶尺度與航道尺度建設的資金支持力度，水路貨運量的增長進一步刺激水運業(yè)投資額的增長。

3.2.3 河流多功能利用目標因素

河流多功能利用目標層中最重要的因素是“人”，人類的行為活動影響航道承載力，主要包括社會發(fā)展水平、生活用水、科技發(fā)展水平等方面在對航道承載力的發(fā)展造成壓力的同時又具有正向拉動的作用。河流多功能利用目標因素與航道尺度的因果關系（見圖5）為：

（1）人口增長促使人口結構發(fā)生變化，致使消費結構同向變化，影響貨種結構與之同向變化，進而影響船舶尺度變化，影響船舶大型化發(fā)展，使航道尺度同向變化;

（2）航道尺度增大，航道通過能力會隨之增長，因此可以承擔的水路貨運量就增大，航運業(yè)得到發(fā)展，就會提供更多的就業(yè)機會，可以更好地支撐人口高質量增長;

（3）航道尺度增大，會承擔更多的水路貨運量，對港口發(fā)展提出更高的要求，港口貨物吞吐能力也與航道通過能力具有同向變化關系;

（4）人口總量增長使得用水需求及用電量需求增長，同時生活污水排放量增長，促使社會部門對內河水資源的供水量需求增長。供水量需求增長致使河道取水或發(fā)電（水位差）后水位下降，可能不足以滿足航道用水（航道可利用水深）需求，另外還要受到防洪限制水位及榮枯水位的影響，難以保障航道水深，進而影響到航道尺度的建設。

（5）航道尺度提升，可能造成局部航道收窄，抬高雍高水位，對行洪不利，與防洪限制水位呈負相關。

通過上述分析，除去與供給層要素有交叉的因素，本文將同類影響因素進行歸類或細化。航道承載力需求層影響因素是以生態(tài)效益為重要影響因素并兼顧經濟與航運和河流多功能利用發(fā)展需求的多層次影響因素結構。

4 航道開發(fā)能力層影響因素

4.1 開發(fā)層影響因素層次劃分

航道開發(fā)層影響因素分為兩個層次：

（1）界定航道承載力的航道尺度開發(fā)或極限尺度需要工程建設（硬實力）的輔助，而在航道工程建設過程中，生態(tài)因素不僅是建設過程中的限制因素，生態(tài)保護更是在工程設計或施工過程中要達到的目標，因此生態(tài)修復工程是必要手段;

（2）在當前的航道供給水平（航道尺度不變）下，運用多種數(shù)據(jù)化、信息化等科技創(chuàng)新手段提升航道的通過能力、通行效率、服務水平，充分發(fā)揮當前航道尺度下通航效率（軟實力）的最大效應。

4.2 開發(fā)層主要影響因素確定

開發(fā)層主要影響因素有兩個層面：

（1）航道開發(fā)層的重要手段之一是航道整治（稱硬實力），是航道極限尺度實現(xiàn)的基礎，受到技術條件、資金投入、工程建設等影響，主要包括：航道建設投資額、制約工程、生態(tài)工程、水利工程的實施及技術條件。為響應國家生態(tài)保護的政策要求，需要特別重視航道建設工程中的生態(tài)環(huán)境影響度。在規(guī)劃航道建設工程時必須明確各類生態(tài)保護區(qū)（生物、植物、濕地等）的等級及對航道建設中水動力、流量、流速的要求，著重加強或提高航道與生態(tài)目標的適宜程度進而降低航道工程建設過程中河流棲息地條件改變對河流生物群落的影響，例如生態(tài)護灘技術、生態(tài)修復及補償措施、船舶工程/航道工程生態(tài)化等工程技術。航道的建設投資額是航道建設的經濟保障，是先行條件。航道建設過程中不能忽視用水（生活、工業(yè)、生態(tài)、發(fā)電等用水需求）、防洪的要求，因此需要充分考慮水利工程、制約工程、生態(tài)工程的影響因素。

（2）在科技和管理創(chuàng)新層面（稱軟實力），主要影響因素有智慧航道建設、新船型開發(fā)、運輸組織模式優(yōu)化、水資源優(yōu)化配置、現(xiàn)代化服務提升等方面。這些影響因素在不改變航道尺度的前提下能夠最大限度地提升航道運行的綜合效率，提升航道承載力的軟實力，進而提升航道承載力的綜合能力。航道承載力開發(fā)層影響因素關系見圖6，開發(fā)層影響因素見表1。

5 總結與展望

本文從定義及內涵出發(fā)，構建了以航道資源供需（供給層、需求層）為骨架，開發(fā)能力（開發(fā)層）為提升手段的“供給層―需求層―開發(fā)層”影響因素體系。運用系統(tǒng)學原理從以上3個層次的影響因素與航道之間的因果關系進行分析，提出影響因素體系的框架，并進一步深入分析確定航道承載力的重要影響因素。

航道承載力是個復雜系統(tǒng)，所涉及的子系統(tǒng)及影響因素復雜且龐大，其研究內容橫跨多個學科領域，因個人知識水平的深度與廣度的局限而可能論述得不夠全面;長江流域的上中下游在河道條件、經濟水平、生態(tài)需求等因素中存在差別。因此，在針對不同河段的研究時，影響因素的選擇應該有所側重、刪減并進一步完善。

參考文獻：

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