（重慶交通大學(xué) 交通運(yùn)輸學(xué)院，重慶 400074）

蔣 軍，舒 文，黃嘉怡，王平安，李 嫻，張政林

0 引 言

水路運(yùn)輸具有運(yùn)量大、成本低、節(jié)能減排等顯著特點(diǎn)，是貨物干線運(yùn)輸?shù)闹饕绞?。近年來，隨著長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶發(fā)展戰(zhàn)略深入推進(jìn)，長(zhǎng)江流域經(jīng)濟(jì)快速增長(zhǎng)，水路貨運(yùn)量不斷增加，導(dǎo)致三峽樞紐通航擁堵效應(yīng)愈加明顯。尤其是伴隨著“成渝地區(qū)雙城經(jīng)濟(jì)圈”發(fā)展戰(zhàn)略的正式啟航，今后東向長(zhǎng)江黃金水道水運(yùn)物流量還會(huì)進(jìn)一步激增，將進(jìn)一步加劇三峽樞紐通航“腸梗阻”問題。為了更好采取措施改善三峽樞紐礙航狀況，科學(xué)預(yù)判三峽樞紐未來通航運(yùn)輸需求量將顯得十分重要。

目前，學(xué)術(shù)界對(duì)三峽樞紐通航貨運(yùn)量變化趨勢(shì)的研究較多，因?yàn)轭A(yù)測(cè)方法不同、參考指標(biāo)各異，導(dǎo)致預(yù)測(cè)結(jié)果也相差較大。陳澤將預(yù)測(cè)過程分為長(zhǎng)中短期三個(gè)階段，短期預(yù)測(cè)采用了考慮GDP 影響的運(yùn)輸彈性系數(shù)法和回歸分析等方法，中長(zhǎng)期預(yù)測(cè)采用了彈性系數(shù)法，預(yù)測(cè)2035 年、2050 年過壩貨運(yùn)量，分別為2.6 億噸和3.5 億噸。謝蒙基于三峽過閘年貨物通過量的歷史數(shù)據(jù)，采用三次指數(shù)平滑法、灰色系統(tǒng)模型及增長(zhǎng)曲線模型法，預(yù)測(cè)2030 年、2040 年和2050 年過閘貨物需求量分別為2.484 億噸、3.437 億噸和4.576 億噸。張義軍在分析時(shí)空分布特征和序列周期規(guī)律的基礎(chǔ)上，建立了多元尺度回歸預(yù)測(cè)模型，預(yù)測(cè)2035 年、2050 年及2060 年過閘貨運(yùn)量為19 748.88 萬(wàn)噸、26 620.29 萬(wàn)噸及27 418.28 萬(wàn)噸。梁晶、李晶等人運(yùn)用數(shù)學(xué)模型法、彈性系數(shù)法和組合預(yù)測(cè)法，預(yù)測(cè)2030 年過閘貨運(yùn)量為14 700 萬(wàn)噸。張浩、肖金龍等人采用基于長(zhǎng)江上游區(qū)域產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)測(cè)度的三峽樞紐過壩量預(yù)測(cè)模型，預(yù)測(cè)2020 年、2030 年、2040 年、2050 年三峽樞紐過壩貨運(yùn)量分別為1.61 億噸、2.54 億噸、3.10 億噸和3.17 億噸，并發(fā)現(xiàn)貨運(yùn)量在2040 年左右將進(jìn)入平穩(wěn)發(fā)展階段。

上述研究中的回歸分析法、指數(shù)平滑法、彈性系數(shù)法、灰色模型等一些傳統(tǒng)預(yù)測(cè)方法，能夠在一定程度上解決影響因素信息缺乏的問題，但仍存在對(duì)歷史數(shù)據(jù)的有用信息提取不足、對(duì)數(shù)據(jù)的波動(dòng)性處理不充分等缺陷，導(dǎo)致預(yù)測(cè)結(jié)果不甚理想。但是，無(wú)偏灰色馬爾科夫預(yù)測(cè)模型能夠較好地適用于信息缺失且在短期內(nèi)數(shù)據(jù)波動(dòng)劇烈的情況，并且所呈現(xiàn)出的預(yù)測(cè)效果較好。此外，三峽過壩貨運(yùn)量的預(yù)測(cè)系統(tǒng)是一個(gè)受多因素影響的、復(fù)雜的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)。因此，本文建立無(wú)偏灰色馬爾科夫預(yù)測(cè)模型進(jìn)行預(yù)測(cè)，能夠更好地揭示三峽樞紐過壩貨運(yùn)量的宏觀變化規(guī)律。

1 三峽樞紐通航現(xiàn)狀分析

1.1 三峽船閘擁堵，通航能力不足

三峽船閘建設(shè)之初設(shè)計(jì)通過能力為到2030 年單向通過5 000 萬(wàn)噸，雙向通過1 億噸。但是，由于我國(guó)沿江經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，2011 年就達(dá)到了設(shè)計(jì)通過能力。近年來，三峽船閘的平均等待時(shí)間已經(jīng)達(dá)到將近5 天，擁堵情況十分明顯，通航能力已趨于飽和。三峽船閘、升船機(jī)近2 年的運(yùn)行情況具體如表1 所示。

表1 2019～2020 年三峽樞紐運(yùn)行情況表

1.2 三峽翻壩轉(zhuǎn)運(yùn)成本增加，吸引力不強(qiáng)

目前宜昌市投資30 多億元打造了三峽翻壩轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)，即通過在三峽大壩上游建立翻壩碼頭和翻壩物流園，部分船舶不過閘，直接將貨物在翻壩碼頭卸下，再進(jìn)行分撥將貨物通過公路運(yùn)輸方式運(yùn)往葛洲壩下游紅花套港區(qū)，裝船繼續(xù)運(yùn)輸。這種模式一定程度上緩解了三峽通航能力的不足，但是增加了成本。運(yùn)輸成本的增加代表著經(jīng)濟(jì)效益的降低，貨主和承運(yùn)人不愿承受增加的運(yùn)費(fèi)，大部分貨物還是選擇等待船閘通航，所以翻壩轉(zhuǎn)運(yùn)的吸引力還不足。

1.3 升船機(jī)通航噸位有限，通航量不高

三峽升船機(jī)作為快速通道，在對(duì)小噸位船舶、空船進(jìn)行疏散以及為救災(zāi)和軍事等用船提供綠色通道等方面起著顯著作用。但由于其通航的噸位較小和受船型的限制，每年的貨物通過量在三峽樞紐的通航量中占比極小，不足1%，所以升船機(jī)并不能有效解決三峽樞紐的擁堵情況。

如今隨著長(zhǎng)江上游航運(yùn)中心的打造、長(zhǎng)江流域經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，尤其是“成渝地區(qū)雙城經(jīng)濟(jì)圈”的建設(shè)，加大了對(duì)長(zhǎng)江上游航運(yùn)的需求，三峽樞紐船閘通過能力缺口將會(huì)進(jìn)一步加大。三峽樞紐通航能力不足嚴(yán)重制約了川渝地區(qū)東向水運(yùn)物流大通道的暢通，也將阻礙“成渝地區(qū)雙城經(jīng)濟(jì)圈”的順利建設(shè)。

2 基于無(wú)偏灰色馬爾科夫模型的三峽樞紐通航運(yùn)輸需求量的預(yù)測(cè)

2.1 構(gòu)建無(wú)偏灰色馬爾科夫預(yù)測(cè)模型

首先建立無(wú)偏灰色模型，再用馬爾科夫?qū)ι鲜瞿Ｐ瓦M(jìn)行修正，得到無(wú)偏灰色馬爾科夫模型，則可以得到一個(gè)較好的預(yù)測(cè)結(jié)果。最后，需要對(duì)預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行精度檢驗(yàn)，以便用于評(píng)定該預(yù)測(cè)模型的預(yù)測(cè)效果。

2.1.1 建立無(wú)偏灰色模型

通過對(duì)狀態(tài)轉(zhuǎn)移概率矩陣的考察，即可確定過壩貨運(yùn)量下一步的轉(zhuǎn)移狀態(tài)。

2.2 基于無(wú)偏灰色馬爾科夫模型預(yù)測(cè)三峽通航運(yùn)輸需求量

本文選取三峽在2004～2019 年間的過壩貨運(yùn)量為研究對(duì)象。可以看出，2009 年以后三峽過壩貨運(yùn)量增長(zhǎng)速度明顯加快，另外2020 年受疫情影響，三峽的過壩貨運(yùn)量不增反降（所以2020 的數(shù)據(jù)意義不大），最終選取了2010～2019 年的貨運(yùn)量數(shù)據(jù)作為原始數(shù)據(jù)序列，具體的三峽過壩貨運(yùn)量數(shù)據(jù)，如表2 所示。

表2 2004～2020 年三峽過壩貨運(yùn)量

2.2.1 無(wú)偏灰色模型預(yù)測(cè)

由表3 可知，殘差均值（需去掉正負(fù)號(hào)求均值） 由原來的366.083 經(jīng)過馬爾科夫鏈修正過后變成了241.083，相對(duì)誤差均值由3.55%經(jīng)修正變成了2.24%，無(wú)偏灰色馬爾科夫模型的誤差要低于無(wú)偏灰色模型，前者的預(yù)測(cè)模型精度較高。下面對(duì)三峽過壩貨運(yùn)量實(shí)際值與其兩種模型預(yù)測(cè)值的擬合程度進(jìn)行進(jìn)一步分析。

表3 無(wú)偏灰色模型與無(wú)偏灰色馬爾科夫模型對(duì)比

通過圖1 對(duì)兩種預(yù)測(cè)模型結(jié)果的對(duì)比，可以看出無(wú)偏灰色模型的預(yù)測(cè)結(jié)果呈一條較平滑的曲線，而無(wú)偏灰色馬爾科夫模型預(yù)測(cè)值的擬合程度與波動(dòng)性和實(shí)際貨運(yùn)量較為接近，因此該模型能夠較好地預(yù)測(cè)三峽大壩2025 年以及2030 年的過壩貨運(yùn)量。繼續(xù)運(yùn)用該模型，對(duì)三峽2025 年以及2030 年的過壩貨運(yùn)量進(jìn)行預(yù)測(cè)。

圖1 兩種模型預(yù)測(cè)結(jié)果對(duì)比

首先選擇2019 年起始狀態(tài)行向量：

然后由2025 年相對(duì)誤差發(fā)生的概率向量和2030 年相對(duì)誤差發(fā)生的概率向量對(duì)無(wú)偏灰色模型的預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行修正與改進(jìn)，具體結(jié)果如表4 所示。

表4 經(jīng)馬爾科夫修正后的無(wú)偏灰色模型預(yù)測(cè)結(jié)果

2025 和2030 年三峽過壩貨運(yùn)量預(yù)測(cè)值如表5 所示。

表5 2025 和2030 年三峽過壩貨運(yùn)量預(yù)測(cè)值

3 結(jié)論與建議

本文基于無(wú)偏灰色馬爾科夫模型，科學(xué)預(yù)測(cè)了2025 年和2030 年三峽樞紐通航貨運(yùn)需求量，分別為21 536.89 萬(wàn)噸和29 694.97 萬(wàn)噸。與其他相關(guān)預(yù)測(cè)結(jié)果相比，本文預(yù)測(cè)運(yùn)用了最新且權(quán)威的數(shù)據(jù)，并考慮了2020 年新冠疫情對(duì)三峽樞紐通航需求的影響，提高了預(yù)測(cè)精度，具有較好的實(shí)用價(jià)值。

本次預(yù)測(cè)結(jié)果遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了三峽船閘的設(shè)計(jì)通航能力，筆者建議要改善三峽樞紐通航擁堵狀況，可以分三步走：（1） 近期：持續(xù)推進(jìn)三峽船型標(biāo)準(zhǔn)化，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化船型的新建或改建給予一定的政策支持和財(cái)政補(bǔ)貼。同時(shí)，改善三峽船閘通航調(diào)度模式，在“互聯(lián)網(wǎng)+”的背景下，應(yīng)充分發(fā)揮預(yù)約制的優(yōu)勢(shì)，將現(xiàn)有船舶預(yù)約通航，進(jìn)一步延伸至港口甚至貨主，建立動(dòng)態(tài)預(yù)約模式，實(shí)時(shí)掌握船舶運(yùn)行狀態(tài)，并根據(jù)船舶實(shí)時(shí)狀態(tài)，及時(shí)調(diào)整船閘通航調(diào)度計(jì)劃，提高單次過閘通航效率和價(jià)值。（2） 中期：大力推動(dòng)三峽樞紐翻壩轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)建設(shè)及運(yùn)行，并在政策上進(jìn)行一定的扶持，吸引更多貨物通過翻壩轉(zhuǎn)運(yùn)通道進(jìn)行分流，從而有效緩解三峽船閘礙航狀況。（3） 遠(yuǎn)期：盡快決策修建三峽樞紐通航新通道，極大提升三峽樞紐通航能力，從根本上解決三峽樞紐通航擁堵問題。