摘" 要：煤炭資源在中國能源生產(chǎn)與消費過程中具有重要的戰(zhàn)略地位，“北富南貧、西多東少”的煤炭資源錯位分布格局導(dǎo)致了煤炭資源調(diào)運。文章首先基于2011—2020年我國31個省（港澳臺因缺少數(shù)據(jù)未包含）的煤炭調(diào)運數(shù)據(jù)，采用復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論構(gòu)建我國煤炭調(diào)運網(wǎng)絡(luò)，對網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點度、聚類系數(shù)等指標進行分析。在此基礎(chǔ)上，以網(wǎng)絡(luò)效率和平均聚類系數(shù)兩項指標對網(wǎng)絡(luò)的抗毀性進行研究，發(fā)現(xiàn)國內(nèi)煤炭調(diào)運網(wǎng)絡(luò)逐漸趨于穩(wěn)定，“三西”一直對煤炭有較強的掌控力，山東等地逐漸成為煤炭中轉(zhuǎn)地，且整個調(diào)運網(wǎng)絡(luò)的抗毀性在逐漸增強。研究結(jié)果可為后續(xù)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化提供參考。

關(guān)鍵詞：煤炭調(diào)運網(wǎng)絡(luò)；演化特征；復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)；抗毀性

" 中圖分類號：F502" " 文獻標志碼：A

DOI：10.13714/j.cnki.1002-3100.2025.01.003

Abstract： Coal resources have an important strategic position in China's energy production and consumption process， \"rich in the north and poor in the south， more in the west and fewer in the east\"， the phenomenon of mismatched allocation of coal resources， resulting in the mobilization of coal resources. Based on the coal transportation data of 31 provinces（Hong Kong， Macao and Taiwan are not included due to the lack of data）from 2011 to 2020， the paper firstly adopts the complex network theory to construct the coal transportation network in China， and then analyzes the node degree， clustering coefficient and other indexes of the network. On this basis， the network efficiency and average clustering coefficient are used to study the network's resistance to destruction， and it is found that the domestic coal transportation network is gradually stabilizing， the \"Three Wests\" have a strong control over coal， Shandong and other places are gradually becoming the coal transhipment places， and the resistance to destruction of the whole transportation network is gradually increasing. The results of the study can provide reference for the subsequent network optimization.

Key words： coal transportation network; evolutionary characteristics; complex network; destructibility

0" 引" 言

" 近年來，“雙碳”目標的推進對我國煤炭行業(yè)產(chǎn)生了顯著沖擊。在國內(nèi)能源消費中，煤炭占比始終最高。從國家統(tǒng)計局的統(tǒng)計數(shù)據(jù)來看，2010年煤炭消費比重達到71.3%，而在2011—2020年期間，這一比重持續(xù)下降，到2020年已降至54%[1]。然而，我國煤炭資源分布的區(qū)域不平衡引發(fā)了煤炭資源的流動，從而推動了煤炭調(diào)運網(wǎng)絡(luò)的形成和演化[2]。當(dāng)前，國內(nèi)煤炭運輸調(diào)運網(wǎng)絡(luò)正呈現(xiàn)出緊密且復(fù)雜的發(fā)展態(tài)勢，但也面臨著煤炭運輸不暢、風(fēng)險增加等一系列問題。這些問題源于煤炭運輸方式分配的不科學(xué)性、網(wǎng)絡(luò)故障（如公路堵塞、鐵路老化）以及像疫情封路等外部干擾。因此，為構(gòu)建更安全、穩(wěn)定、高效的能源供應(yīng)體系，必須對我國煤炭調(diào)運網(wǎng)絡(luò)的演化特征、連通性以及抗毀性進行深入分析。

" 現(xiàn)實網(wǎng)絡(luò)多具有復(fù)雜性，因此復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論逐漸被應(yīng)用到眾多領(lǐng)域，如能源[3-4]，交通運輸[5-6]，也有不少學(xué)者將其引入到煤炭運輸進行分析研究[7-9]。嵇昊威等[10]建立一系列指標對煤炭鐵路運輸網(wǎng)絡(luò)的空間可達性進行研究，表明西北和東北地區(qū)鐵路可達性存在差異，并提供提升對策。陳澤霖等[11]將鐵水聯(lián)運帶入到煤炭運輸網(wǎng)絡(luò)，得出該網(wǎng)絡(luò)不具有無標度性。朱孟鈺等[12]用社會網(wǎng)絡(luò)分析方法對國內(nèi)煤炭運輸網(wǎng)絡(luò)進行分析，得出煤炭調(diào)出集中在少數(shù)省份而調(diào)入具有普遍需求性。王文雅等[13]構(gòu)建以煤炭價格為驅(qū)動的演化模型，得出我國煤炭調(diào)運網(wǎng)絡(luò)為異配網(wǎng)絡(luò)，并為提高網(wǎng)絡(luò)整體性能提供建議。譚存愛等[14]基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論，對我國煤炭鐵路調(diào)運網(wǎng)絡(luò)進行研究，揭示該網(wǎng)絡(luò)被少數(shù)的高度值城市所支配，具備中轉(zhuǎn)功能的城市極少。

" 通過梳理相關(guān)文獻，發(fā)現(xiàn)在我國煤炭調(diào)運網(wǎng)絡(luò)方面，現(xiàn)有文獻多針對網(wǎng)絡(luò)某一特征進行研究，未結(jié)合多個方面對網(wǎng)絡(luò)進一步探討。此外，已有研究年限較為久遠，與現(xiàn)有情況存在部分脫節(jié)。鑒于此，本文利用2012—2021年中國省際間煤炭調(diào)運數(shù)據(jù)，分析煤炭調(diào)運網(wǎng)絡(luò)的基本特征、連通性的同時考慮抗毀性，為后續(xù)提高煤炭調(diào)運效率給予參考。

1" 相關(guān)方法及數(shù)據(jù)來源

1.1" 煤炭調(diào)運網(wǎng)絡(luò)模型

使用圖論描述煤炭調(diào)運復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，將其表示為G=V，E，W。其中，V=v，v，…，v，V表示各個城市構(gòu)成的節(jié)點數(shù)為n；E=e，e，…，e，E表示各個省份存在調(diào)運關(guān)系的數(shù)量為m；W表示調(diào)運量矩陣，w表示節(jié)點v到節(jié)點v的調(diào)運量。另外，若兩個省份間存在煤炭調(diào)運，則令相連兩節(jié)點a=1，否則為0。以上述假定為基礎(chǔ)建立的煤炭調(diào)運網(wǎng)絡(luò)評價指標如下：

" （1）節(jié)點度

" 通常，省份節(jié)點度值的大小與該省份的重要程度具有明顯的正相關(guān)。煤炭調(diào)運網(wǎng)絡(luò)中某個省份節(jié)點i的度值為與該省份存在調(diào)運關(guān)系的數(shù)目，若該省份和k個省份存在調(diào)運關(guān)系，則該節(jié)點的度就是k，包括入度和出度。入度與出度即為煤炭調(diào)入與調(diào)出，煤炭調(diào)運網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點度可表示為：

k=a" " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " "（1）

k=a" " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " "（2）

省份的節(jié)點度為該節(jié)點入度與出度之和，即省份的節(jié)點度k=k+k。

（2）聚類系數(shù)

聚類系數(shù)可以反映出一個省份與其相鄰省份的密切程度，某省份節(jié)點i的聚類系數(shù)C是指該省份節(jié)點相鄰的節(jié)點真實存在與或許存在的邊數(shù)之比。聚類系數(shù)C可表示為：

C=" " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " （3）

式中：E表示省份節(jié)點間現(xiàn)實存在的邊數(shù)，p表示與省份節(jié)點相鄰節(jié)點的數(shù)目。

（3）介" 數(shù)

" 介數(shù)是用來推測網(wǎng)絡(luò)中兩節(jié)點沿最短路徑通過某節(jié)點的可能性，省份節(jié)點的介數(shù)的大小意味經(jīng)過該節(jié)點最短路徑的多少，可衡量該省份在網(wǎng)絡(luò)中的重要性。省份節(jié)點的介數(shù)可表示為：

B=" " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " "（4）

式中：l指省份節(jié)點j與省份節(jié)點k之間最短路徑的數(shù)目，li表示省份節(jié)點j與省份節(jié)點k之間路過節(jié)點i的最短路徑的數(shù)目。

（4）平均路徑長度

煤炭調(diào)運網(wǎng)絡(luò)中，兩個省份節(jié)點之間連接通過最少的邊數(shù)就是兩節(jié)點的距離。煤炭調(diào)運網(wǎng)絡(luò)中的平均路徑長度L可表示如下：

L=d" " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " "（5）

式中：N為網(wǎng)絡(luò)中省份的個數(shù)，d為網(wǎng)絡(luò)中兩個節(jié)點的距離。

1.2" 數(shù)據(jù)來源

由于數(shù)據(jù)的延后性，故本文所使用數(shù)據(jù)來源于2011—2020年國內(nèi)煤炭省際調(diào)運數(shù)據(jù)進行分析，數(shù)據(jù)來源于中國煤炭協(xié)會及《中國能源統(tǒng)計年鑒》。

2" 煤炭調(diào)運網(wǎng)絡(luò)演化特征分析

2.1" 煤炭調(diào)運網(wǎng)絡(luò)基本特征分析

為分析國內(nèi)煤炭調(diào)運網(wǎng)絡(luò)的基本結(jié)構(gòu)特征，在此選取連接邊數(shù)量、平均路徑長度和總體聚類系數(shù)作為描述指標。表1列出了所選取描述指標在2011—2020年國內(nèi)煤炭調(diào)運網(wǎng)絡(luò)的變化情況。

從數(shù)據(jù)可以觀察到，國內(nèi)煤炭調(diào)運網(wǎng)絡(luò)連接邊數(shù)量逐漸減少，由2011年271條連接邊減少到2020年207條。這意味著隨著時間的推進，省際間具有煤炭調(diào)運關(guān)系的數(shù)量逐漸減少，表明整個煤炭調(diào)運網(wǎng)絡(luò)的邊的數(shù)量在減少，煤炭調(diào)運的效率在逐步提高。煤炭調(diào)運網(wǎng)絡(luò)的平均路徑長度總體較短，且各年份的數(shù)值都維持在1～3之間，這表明省際間的煤炭調(diào)運大都需要跨省完成。此外，我國煤炭調(diào)運網(wǎng)絡(luò)的總體聚類系數(shù)在0.1和0.5之間。2011—2014年期間總體聚類系數(shù)呈下降趨勢，顯示煤炭調(diào)運網(wǎng)絡(luò)中各省份之間的關(guān)系日趨稀疏；2015—2020年期間總體聚類系數(shù)出現(xiàn)上升趨勢，說明各省份之間的調(diào)運網(wǎng)絡(luò)關(guān)系逐漸緊密，朝著高效穩(wěn)定的方向發(fā)展。根據(jù)研究，絕大多數(shù)真實網(wǎng)絡(luò)都具有小世界性（最短路徑較?。┖途奂裕ň垲愊禂?shù)較大）[15]，因此可將我國煤炭調(diào)運網(wǎng)絡(luò)歸類為小世界網(wǎng)絡(luò)。

2.2" 煤炭調(diào)運網(wǎng)絡(luò)連通性分析

" 連通性是網(wǎng)絡(luò)分析中一個重要的指標，因此需要在煤炭調(diào)運網(wǎng)絡(luò)的基本結(jié)構(gòu)的分析基礎(chǔ)上，進一步探討該網(wǎng)絡(luò)的連通性。

2.2.1" 無權(quán)連通性分析

為探究我國煤炭調(diào)運網(wǎng)絡(luò)中各省份節(jié)點在時間上的關(guān)系變化，選取2011年、2015年和2020年省際間的煤炭調(diào)運數(shù)據(jù)，并據(jù)此計算各省份的出度和入度指標。各省份的出度和入度情況如圖1所示。

由圖1（a）可知，向外省調(diào)出煤炭最多的三個省份分別為內(nèi)蒙古、山西和陜西，其中山西一直處于主導(dǎo)地位且變化不明顯。相較于山西，與陜西產(chǎn)生煤炭調(diào)運關(guān)系省份的個數(shù)呈上升趨勢，這說明陜西在煤炭調(diào)運網(wǎng)絡(luò)中的重要性逐漸增強。這與陜西省為減輕煤炭行業(yè)負擔(dān)所出臺的一系列政策旨在推動煤炭行業(yè)平穩(wěn)健康發(fā)展有密切關(guān)系。在出度方面變化最大的為青海省，2010年和2020年的幾乎未往外省調(diào)出，而2015年與13個省份都達成煤炭調(diào)運關(guān)系，這一現(xiàn)象很可能是由于青海省為貫徹國家供給側(cè)改革主線，加快推動鋼鐵和煤炭過剩產(chǎn)能全面退出。安徽、甘肅、寧夏、山東在網(wǎng)絡(luò)中的重要性在降低，更多地扮演中轉(zhuǎn)角色。福建、廣東、湖北、上海、浙江等省份出度幾乎零，這表明這些省份一直處于被調(diào)運煤炭的一方。

" 由圖1（b）可知，多數(shù)省份的煤炭入度出現(xiàn)較大波動，整體呈下降趨勢。廣東、廣西、湖南、湖北、浙江一直都是主要的煤炭調(diào)入省，且都在不同程度上減少。其中，湖南省作為煤炭調(diào)入地變化最為明顯，自2015—2020年下降速度最快，這一變化主要源于煤炭消費量的減少，因為優(yōu)質(zhì)高效能源例如電力、液化石油氣以及其他氣體燃料的消費量迅速增加，從而提高了終端能源的使用效率，進而使得煤炭需求增長幅度相對較低。

2.2.2" 有權(quán)連通性分析

然而，無權(quán)連通性只能反映出煤炭調(diào)運網(wǎng)絡(luò)中各省份節(jié)點之間的大致變化，對網(wǎng)絡(luò)邊的變化無法清晰觀察。因此，在分析節(jié)點的基礎(chǔ)上引入煤炭運輸量和調(diào)出量，并運用Arcgis進一步分析煤炭調(diào)運網(wǎng)絡(luò)的連通性。

" 圖2展示了加入煤炭運輸量和調(diào)出量的煤炭調(diào)運網(wǎng)絡(luò)于2011年、2015年、2020年的變化情況，這能夠更直觀地觀察煤炭調(diào)運網(wǎng)絡(luò)的連通性變化情況。2010年西藏并未在煤炭調(diào)運網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)，而隨后逐漸加入了并占據(jù)了一定比重。2015年海南退出煤炭調(diào)運網(wǎng)絡(luò)，這可能與當(dāng)時海南大力發(fā)展光伏發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電有關(guān)。黑龍江的煤炭需求在大幅度減少的同時吉林和遼寧在慢慢增加，東北三省對內(nèi)蒙的依賴性在降低，山西、陜西、安徽等逐漸承擔(dān)起對東北三省的煤炭需求的增加。雖然各省份之間煤炭調(diào)運關(guān)系在減少，但是通過圖中不同顏色的線條可以清晰看出煤炭調(diào)出量在緩慢增加，灰色線條減少的同時藍色和紅色線條在增加，甚至在2020年陜西調(diào)運至江西的煤炭超過15 000萬噸（圖中黑色線條）?？傮w來看，煤炭調(diào)運網(wǎng)絡(luò)變得越來越健全，各省之間煤炭調(diào)運也趨于穩(wěn)定。

2.2.3" 煤炭調(diào)運網(wǎng)絡(luò)中心性分析

網(wǎng)絡(luò)中介數(shù)中心性可以反映一個節(jié)點對其余節(jié)點控制性的強弱情況，因此選取節(jié)點中心性來分析煤炭調(diào)運網(wǎng)絡(luò)的省份節(jié)點的重要程度，我國煤炭調(diào)運網(wǎng)絡(luò)介數(shù)中心性變化情況如圖3所示。

從介數(shù)中心性的變化來看，內(nèi)蒙古、山西一直處于較高的介數(shù)中心性位置，這與它們在對周邊省份的煤炭供應(yīng)方面的主導(dǎo)地位相一致，滿足了中部和東部地區(qū)的煤炭需求。而陜西、貴州、四川和河南的介數(shù)中心性呈上升趨勢，一方面是因其對外的煤炭調(diào)運量在增加，進而增強了對周邊省份的控制力；另一方面是交通業(yè)的快速發(fā)展使得省份如貴州、四川逐漸成為煤炭的中轉(zhuǎn)地。相反，云南、廣西、吉林等省份的介數(shù)中心性較小，甚至為0。這些地方有較高的煤炭需求，但主要依靠周邊省份來調(diào)運煤炭，因此其對周邊省份的煤炭控制力有限，在煤炭調(diào)運網(wǎng)絡(luò)中趨于邊緣化。

在地理位置上，我國煤炭調(diào)運網(wǎng)絡(luò)的中心性逐漸從北部到中南部，從西部到東部過渡。這一演化除了整體煤炭需求下降以外，還與國家近些年相關(guān)政策有關(guān)。隨著國家“雙碳”目標的推進，新能源產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，對煤炭行業(yè)綠色發(fā)展、低碳發(fā)展的要求越來越高，這使得煤炭行業(yè)面臨極大挑戰(zhàn)，整體往運輸高效性、生產(chǎn)清潔性改進。這些因素共同促使我國煤炭調(diào)運網(wǎng)絡(luò)逐漸向中南部和東部地區(qū)轉(zhuǎn)移，從西部向東部傾斜。

3" 煤炭調(diào)運網(wǎng)絡(luò)抗毀性分析

煤炭調(diào)運網(wǎng)絡(luò)的抗毀性是指在節(jié)點或邊受到攻擊后，網(wǎng)絡(luò)仍能維持必要功能和一定的煤炭調(diào)運能力[16]，在此使用平均聚類系數(shù)和網(wǎng)絡(luò)效率來考察煤炭調(diào)運網(wǎng)絡(luò)的抗毀性。通過蓄意依次攻擊度數(shù)最大的節(jié)點，觀測煤炭調(diào)運網(wǎng)絡(luò)的全局網(wǎng)絡(luò)效率和平均聚類系數(shù)變化情況。平均聚類系數(shù)是網(wǎng)絡(luò)節(jié)點集聚程度的深度體現(xiàn)，網(wǎng)絡(luò)效率意味著達成調(diào)運目標的效率情況。通過依次攻擊節(jié)點度最高的節(jié)點，不同年份煤炭調(diào)運網(wǎng)絡(luò)的全局網(wǎng)絡(luò)效率和平均聚類系數(shù)及效率變化情況如圖4所示。

" 總體而言，網(wǎng)絡(luò)效率亦隨著攻擊節(jié)點數(shù)的增加呈現(xiàn)下降趨勢，抗毀性也在逐漸降低。通過按照節(jié)點度最高的順序攻擊節(jié)點，當(dāng)被攻擊節(jié)點數(shù)量達到20時，整個煤炭調(diào)運網(wǎng)絡(luò)完全癱瘓。根據(jù)時間序列觀察，當(dāng)被攻擊節(jié)點數(shù)量小于10時，煤炭調(diào)運網(wǎng)絡(luò)的效率逐步增加；當(dāng)被攻擊節(jié)點數(shù)量超過10時，2020年的煤炭調(diào)運網(wǎng)絡(luò)效率急劇下降，并低于2015年的水平，這表明網(wǎng)絡(luò)效率隨著時間推進在逐漸增強。

" 同于網(wǎng)絡(luò)效率，平均聚類系數(shù)亦隨著被攻擊節(jié)點數(shù)量的增加呈下降趨勢。當(dāng)被攻擊節(jié)點數(shù)量超過18時，網(wǎng)絡(luò)聚類系數(shù)為0，表明此時煤炭調(diào)運網(wǎng)絡(luò)非常稀疏且節(jié)點間幾乎沒有可達性。從時間序列來看，當(dāng)被攻擊節(jié)點數(shù)量小于13時，網(wǎng)絡(luò)聚類系數(shù)隨著被攻擊節(jié)點數(shù)量的增加而波動；當(dāng)被攻擊節(jié)點數(shù)量超過13時，網(wǎng)絡(luò)聚類系數(shù)下降并趨近于0。盡管煤炭調(diào)運網(wǎng)絡(luò)的平均聚類系數(shù)在時間推移中快速下降，整體變化具有一定的波動性，這說明我國煤炭調(diào)運網(wǎng)絡(luò)的抗毀性在某種程度上得到了改善。

4" 結(jié)" 論

" 本文基于2011—2020年我國省際煤炭調(diào)運數(shù)據(jù)，先是用復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)相關(guān)理論建立煤炭調(diào)運網(wǎng)絡(luò)，隨后用節(jié)點度等指標對其特征及連通性進行分析。最后，蓄意攻擊度數(shù)最高的節(jié)點，驗證網(wǎng)絡(luò)抗毀性變化情況，結(jié)論如下：

" （1）我國煤炭調(diào)運網(wǎng)絡(luò)具有小世界性和聚類性，故可將其視為小世界網(wǎng)絡(luò)。山西、陜西及內(nèi)蒙古在網(wǎng)絡(luò)中一直具有較強的掌控性。安徽、山東等省份從煤炭主要供應(yīng)地轉(zhuǎn)變?yōu)橹修D(zhuǎn)地，湖南、福建等東南省份對煤炭的依賴性在逐漸降低。

" （2）煤炭調(diào)運網(wǎng)絡(luò)變得越來越健全，部分省份的煤炭來源趨于穩(wěn)定的同時調(diào)運效率在緩慢提升。

" （3）通過驗證網(wǎng)絡(luò)效率和平均聚類系數(shù)隨著被攻擊節(jié)點數(shù)的變化情況，發(fā)現(xiàn)隨著時間的推進煤炭調(diào)運網(wǎng)絡(luò)抗毀性在加強，意味著遇到風(fēng)險時其恢復(fù)能力在逐漸提升。

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