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2019 , Vol. 38 >Issue 9: 2254 - 2272

DOI: https://doi.org/10.11821/dlyj020180598

论文

长江流域港口煤炭运输的空间演化及其影响因素

  • 陈沛然 1, 2, 3 ,
  • 王成金 , 1, 2
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  • 1. 中国科学院地理科学与资源研究所,北京 100101
  • 2. 中国科学院大学资源与环境学院,北京 100049
  • 3. 北京师范大学地理学与遥感科学学院,北京 100875
王成金（1975-），男，山东沂水人，博士，研究员，研究方向为交通地理与区域发展。E-mail:

陈沛然（1991-）,男,山西忻州人,博士研究生,研究方向为交通地理与区域发展。E-mail:

收稿日期: 2018-06-10

  要求修回日期: 2019-08-13

  网络出版日期: 2019-09-11

基金资助

国家自然科学基金项目(41571113)

中国科学院重点部署项目(ZDRW-ZS-2017-4)

中国科学院战略性先导项目(XDA20010101)

版权

版权所有，未经授权，不得转载、摘编本刊文章，不得使用本刊的版式设计。
收起

The spatial evolution and its influence factors of ports’ coal transportation in Yangtze River Basin

  • CHEN Peiran 1, 2, 3 ,
  • WANG Chengjin , 1, 2
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  • 1. Institute of Geographic Sciences and Natural Resources Research, CAS, Beijing 100101, China
  • 2. College of Resources and Environment, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
  • 3. School of Geography, Beijing Normal University, Beijing 100875, China

Received date: 2018-06-10

  Request revised date: 2019-08-13

  Online published: 2019-09-11

Copyright

Copyright reserved © 2019
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摘要

长江流域是中国相对完整的经济区,依托长江的煤炭运输一直是支撑流域社会经济发展的重要力量,分析长江流域港口的煤炭运输职能对揭示长江港口在流域经济发展中的作用有重要意义。基于此,本文刻画了20世纪80年代以来长江流域港口的煤炭运输格局与演化过程,重点分析煤炭进出港空间格局演变,归纳主要特征,测度空间集散水平并总结演变规律。借助区位商和进出港系数,分析了长江流域煤炭运输职能空间分异的演变过程,并探讨了不同运输职能之间的空间关系。基于不同阶段下港口煤炭运输的空间特征,本文凝练了长江流域港口煤炭运输的空间模式,全面总结了煤炭运输格局演变的驱动因素。以此,为长江流域港口的建设与功能优化提供参考。

关键词： 港口; 煤炭运输; 长江流域; 空间格局; 演化

本文引用格式

陈沛然 , 王成金 . 长江流域港口煤炭运输的空间演化及其影响因素[J]. 地理研究, 2019 , 38(9) : 2254 -2272 . DOI: 10.11821/dlyj020180598

Abstract

The Yangtze River Basin is one of relatively complete economic regions. Coal transportation based on the Yangtze River has been an important power to support basin’s social and economic development. The analysis of Yangtze River Basin ports’ coal transport function is of great significance for revealing Yangtze River ports’ function in economic development of basin. Based on this, this paper mapped the coal transportation pattern and evolutionary process of Yangtze River Basin ports since the 1980s, focused on the analysis of the spatial pattern of Ports’ coal loading/unloading, summed up the main features, measured the spatial distribution level and summarized development law. With the aid of location quotient and loading/unloading coefficient, this paper analysed the evolution process of the spatial differentiation of ports’ coal transportation function along the the Yangtze River, and then discussed spatial relationship between different coal transportation functions. Based on the spatial features of ports’ coal transportation in different periods, this paper condensed the spatial models of Yangtze River Basin ports’ coal transportation, and drew a comprehensive conclusion of driving factors for ports’ coal transportation pattern evolution. Thus, this paper can provide guidance for Yangtze River Basin ports’ development and function optimization. The main conclusions are as follows: (1) Yangtze River Basin ports’ coal transportation has been developing rapidly since the 1980s, the spatial distribution level showed a feature of first decline, then stabilize, and finally rise slightly. Coal throughput was centralized in the middle and lower reaches of the Yangtze River continuously. (2) From the aspect of the spatial pattern of ports’ coal loading/unloading, coal unloading ports show an obvious ‘westward moving’ trend with unloading scale shrinking constantly, while coal loading ports concentrated in the Yangtze River Delta with loading scale expanding constantly, the coal unloading-loading functional connection have emerged between coal loading ports since 2000, coal unloading ports and loading ports realized spatial separation, the long-term ‘Pukou wharf-Yuxikou wharf-Hankou wharf-Zhicheng port’ coal unloading spatial pattern had been changed. (3) The Yangtze River Basin formed four ports’ coal transportation spatial models including functional interlaced low-level equilibrium pattern, functional slightly separated punctiform concentration pattern, functional highly separated sectional concentration pattern, and functional merged cluster pattern. (4) The main driving factors for Yangtze River Basin ports’ coal transportation pattern evolution include the spatial pattern for coal supply and demand, the price change for coal and its transportation modes, construction of coal transportation corridor, coal ports clustering development, infrastructure construction for coal storage and transportation.

Key words： port; coal transportation; Yangtze River Basin; spatial pattern; evolution

1 引言

20世纪80年代以来,持续发展的社会经济促使中国成为第二能源消费大国[1],煤炭在能源消费结构中的比例保持在70%以上。中国煤炭生产和消费已吸引了许多学者的关注,Raymond等对中国GDP增长与煤炭消费的关系进行了验证[2],Chan等、Crompton等和Lin等对中国的煤炭需求情景、生产高峰及增长机制进行了预测和分析[3,4,5];Wang等通过改进的曲线拟合模型对煤炭URR值进行了修正,并对中国煤炭未来生产进行了预测,认为中国煤炭生产高峰可能在2024年初[6]。也有学者对煤炭能源发展的演化规律进行了研究并评估了发展潜力[7]。许多学者关注中国煤炭产业的政策变化,Shen等对小矿井政策改革进行经济分析[8],并考察了20世纪80年代以来中国煤炭政策变化[1]。目前,中国煤炭产量虽已位居全球首位,但消费需求快速增长,许多地区尤其沿海地区面临供应短缺[9],拉闸限电成为普遍现象。研究表明中国将继续面临高速增长的煤炭消费需求,工业产能扩张是其主要动力[10,11],短期内趋势不会改变[9]。在中国重要煤炭消费地区煤炭资源持续短缺的背景下,煤炭运输问题受到了众多学者的关注[12],典型研究是Todd等及Todd等对1990年代前中国煤炭生产和运输的跟踪分析[13,14,15,16];成升魁等考察了1970—2007年中国煤炭流动规律[17],在研究方法上,高天明等借助洛伦兹曲线研究了中国煤炭资源的不均衡性[18],唐志鹏等采用0-1线性规划对不同区域煤炭运输的物质流矩阵进行了分解,分析区域内部和区域间的煤炭资源流动[19]。在中国煤炭资源产消地空间分离的认识基础上,许多学者对中国煤炭运输格局进行了研究,其中赵媛等从输出源地系统、输入汇地系统和后备资源系统三个角度分析了中国煤炭资源空间流动的基本格局[20];王成金等基于省际和城际煤炭O-D流分析了中国煤炭资源的调拨格局,并从扩散场和集聚场两个角度总结了中国煤炭资源的流场特征[12];姜巍等对中国煤炭消费的时间过程和煤炭供应的空间变化进行了分析,总结了1990—2008年中国煤炭产消差额的空间分布[21];Wang等从产业关联、地方影响、煤炭贸易政策与市场定价、港口系统演化和运输网络规划等方面探讨了1970年代以来中国煤炭布局的空间演化[22]。同时,许多学者在中国煤炭运输现状分析的基础上探讨了煤炭流通体系存在的问题和煤炭运输的发展趋势,并就煤炭运输体系的建设提出建议[23,24,25,26,27]。
从交通运输方式来看,目前中国的煤炭资源运输以铁路为主,由一系列铁路横向通道和纵向通道构成了中国“西煤东调”、“北煤南运”的铁路运输格局[28],有学者认为国家铁路流通网络以山西、河南、甘肃为核心[29]。中国煤炭供应源地以“三西”地区为主,而东南沿海则是中国最大的煤炭消费地之一,因此煤炭铁水联运成为中国煤炭运输最重要的途径之一。中国铁水联运系统由铁海联运、铁路转长江和京杭大运河运输、铁路转西江运输等共同构成,其中中国铁海联运形成了北、中、南3条铁路外运通道[28]。港口是煤炭铁水联运的枢纽和重要载体,港口体系空间结构和职能结构的演化是交通地理学者长期研究的热点,典型的研究方法和具体指标包括基尼系数、货种区位商、港口分工系数、货物离散指数R和职能强度等[30,31,32],有学者对港口体系形成演化的空间过程进行了阶段划分,并探讨其动力机制[33,34,35],也有学者采用加权网络演化模型对港口网络演化过程进行预测[36]。在煤炭资源空间流动和煤炭运输格局研究的基础上,随着煤炭铁水联运和港口体系研究的不断深入,港口煤炭运输的相关研究得到了一定发展,主要包括港口煤炭运输能力的评价及预测[37,38]和港口煤炭运输格局的空间演化[39],也有学者就中国货运铁路扩容对港口煤炭运输的影响进行了测度和分析[40]。本文研究以长江流域为例,该地区是中国工业生产规模最大的地区之一,时至今日规模仍在持续扩大,煤炭消费能力十分惊人,该地区的煤炭主要由中国“三西”地区煤炭基地经南北通道运至长江主要港口进行中转,形成了“三口一枝”的煤炭下水基本格局,在长江中游煤炭短缺、煤炭“海进江”和蒙西新能源通道建设等新形势下,长江流域港口煤炭运输空间格局的变化成为本文研究的主题,本文力图详细刻画长江流域港口煤炭运输的基本特征、空间格局与演变规律,为长江流域港口的建设与功能优化提供参考。

2 数据与模型

2.1 数据与样本

在本研究中,研究范围与样本及时间尺度的选择很关键。
（1）本文选取长江流域为研究地域。根据长江流域的地域范围,作者选取50个港口作为研究样本,从长江口向上游依次为上海河港、嘉兴、湖州、南通、泰州、无锡、无锡宜兴、无锡江阴、常州、苏州吴江、苏州太仓、苏州常熟、苏州张家港、扬州、镇江、南京、滁州、芜湖、马鞍山、合肥、巢湖、铜陵、安庆、池州、九江、南昌、长沙、株洲、岳阳、湘潭、常德、益阳、武汉、黄石、黄冈、襄阳、荆州、宜昌、巴东、涪陵、万州、奉节、南充、广安、达州、宜宾、泸州、乐山等港口,具体如图1所示,不同年份其港口数量有所不同。须特殊指出的是,长江流域港口以长江内河港为研究范围,不包括长江三角洲的沿海港口,因此上海港（海港）不在本研究的考察范围,但包括黄浦江上的上海内河港。
图1 研究样本概况

Fig. 1 The survey of samples

（2）关于长江流域港口煤炭运输分析的时间选择,本文选择1982—2013年的时间尺度,覆盖1982年以来的各个年份。
（3）数据主要源于历年的《中国港口统计年鉴》和《中国交通年鉴》,部分数据源于各港口的门户网站和港口年报。数据类型包括历年的港口煤炭吞吐量、港口煤炭进港吞吐量、港口煤炭出港吞吐量。
（4）由于各时期中国港口有着不同的管理政策和体制,港口形成了不同的名称,港口数量存在明显的差异。这需要对部分港口进行数据处理。第一,各地市所管辖的航管处吞吐量数据与港口吞吐量数据进行合计,包括重庆港与重庆航管处、镇江港和镇江港务处、岳阳港与城陵矶港、阳逻与武汉港。第二,距离较近、属于同一地市且布局在同一河流沿岸的港口归并为一个港口,其中嘉兴、嘉兴乍浦、嘉兴武原、嘉兴硖石、嘉兴平湖整合为嘉兴港,湖州德清、湖州李家巷、湖州小浦、湖州整合为湖州港,泰州、泰州高港、泰州嘉兴整合为泰州港,荆州、荆州沙市、荆州洪湖、荆州监利整合为荆州港,宜昌与宜昌枝城整合为宜昌港,南通港、南通启东、南通如东合成南通港。

2.2 评价模型

煤炭作为特殊类型的大宗货物,其运输不可能具有遍在性,空间上具有明显的集聚性,而且随着新的港口建设和集疏运路线的完善,以及内陆煤炭基地产量的变化,各港口的煤炭运输职能强弱趋势不一。煤炭运输的集聚性分析有利于考察港口煤炭运输的宏观空间规律,揭示不同港口在长江流域煤炭运输网络中的地位和作用。相关评价指标有很多,如赫芬代尔-赫希曼指数（Herfindahl- Hirschman,HHI指数）、基尼系数（Gini）、赫芬代尔系数（Herfindahl）、锡尔系数（Theil）等。目前,已有许多学者将赫芬代尔-赫希曼指数成功运用于港口体系演化的研究中,本文采用该指标进行分析,公式如下：
H H ij = ∑ i = 1 n t ij 2 ∑ i = 1 n t ij 2
t ij = t ije + t iju
式中：tij是港口i在j年的煤炭吞吐量;tije是港口i在j年的煤炭下水量;tiju是港口i在j年的煤炭接卸量。0≤HHij≤1,若HHij趋于1,港口体系的煤炭吞吐量则倾向于集聚,少数港口的市场份额倾向于扩大而地位更加突出和重要,港口之间煤炭运输的发展呈现更大的明显。若HHij趋于0,港口之间的煤炭吞吐量趋于分散化,大型港口的煤炭吞吐量比重不断下降,其重要性不断弱化,港口发展的空间差异趋向于缩小。
HHI指数仅反映了港口群组之间的总体发展趋势,不能考察个体港口的发展状态与趋势。为此,进一步采用港口区位商进行分析[31,41,42],港口区位商是反映某港口煤炭吞吐量规模平和专业化程度的指标,该模型应用于总吞吐量、进港、出港三组数据,分别计算各港口煤炭运输的区位优势,通过煤炭港口进出港吞吐量的差异程度来反映该港口从事煤炭运输的基本职能性质,借助该公式本文将煤炭港口分为下水港、综合港和接卸港三类。公式如下：
Q ij = t ij t i T j T = t ij ∑ j = 1 n t ij ∑ i = 1 m t ij ∑ i = 1 m ∑ j = 1 n t ij
式中：Qij为港口i在j年煤炭运输的区位商;ti为港口i的货物吞吐量;Tj为长江流域所有港口的货物的运量;T为长江流域港口体系的总吞吐量。Qij≤1,说明j货种在i港口的吞吐量较小,不属于该港口的专业化货种;Qij>1,说明j货种在i港口的吞吐量较大,属于该港口的专业化货种,数值越大,说明j类货物运输越有比较优势,该类运输职能越强。结合数据计算结果和已有文献资料,Qij≥2,比较优势较为突出。
港口的煤炭运输具有矢量特征,存在进港与出港的差异,两者分别反映了港口运输与区域发展的不同关系,反映了港口在区域发展尤其产业发展供应链网络中的作用。为了进一步分析港口与区域的供需关系以及港口煤炭运输的属性差异,本文设计了港口煤炭进出港系数,通过煤炭港口进出港吞吐量的差异程度来识别该港口从事煤炭运输的基本职能性质,借助该公式本文将煤炭港口分为下水港、综合港和接卸港三类。公式如下：
d ij = t ije - t iju t ije + t iju × 100

3 长江流域港口煤炭运输格局演变

3.1 港口煤炭总体运输格局演变

20世纪80年代至今,长江流域煤炭港口运输在总量、结构和空间格局等方面都经历了巨大的变化,其变化趋势如图2所示。从港口数量变化来看,进港、出港及港口总量的变化趋势非常接近,均呈现高速增长后波动变化的态势,并在2009年后有明显增加,值得注意的是1997年进港数量显著减少,并迅速恢复。从吞吐量变化来看,长江流域港口煤炭吞吐量在长期低速增长后高速上扬,进出港吞吐量变化趋势与总吞吐量基本保持一致,但出港吞吐量增长幅度明显低于进港吞吐量,因此出港比例总体呈下降趋势,并在1991—1993年及1995—1998年间出现剧烈震荡,并在长期增长后趋于稳定。从空间均衡水平来看,总吞吐量、出港吞吐量及进港吞吐量的HHI指数在波动下降后趋于稳定,并在今年呈现低速上升的态势,说明长江流域煤炭港口的吞吐量、煤炭下水量和接卸量的空间分布都趋于分散化,空间均衡水平不断提高,但近年来开始集中。值得注意的是,煤炭出港吞吐量的HHI指数远高于总吞吐量和进港吞吐量,体现出明显的空间集聚特征,反映在长江流域主要指“三口一枝”的煤炭下水格局,但从80年代开始空间集中程度急剧下降。根据总体变化过程,结合中国大的发展时期划分,可以将长江流域港口煤炭运输的变化过程分为20世纪80年代至90年代初期、90年代初期至20世纪末和21世纪以来三个阶段,具体分析集中在1982年、1990年、2000年和2013年4个年份。
图2 长江流域港口煤炭吞吐量、HHI指数和港口数量

Fig. 2 Port coal traffic, HHI coefficient of port coal traffic and port amount in Yangtze River Valley

3.1.1 20世纪80年代至90年代初期 20世纪80年代以来,长江流域的港口煤炭运输开始逐步加强。比较图3a与图3b的港口煤炭运输格局,1982—1990年,长江流域煤炭港口及进港出港数量均高速增长,到1990年已经达到35个;港口吞吐量呈缓慢增长态势,1982年长江流域煤炭吞吐量为2569万t,截止到1990年,吞吐量规模仅达到4659.7万t,增长了81%,进港和出港吞吐量变化趋势与总吞吐量一致,但进港吞吐量增长速度较快,出港比例逐步下降;总吞吐量HHI指数显著降低,1982年仅为0.149,1990年降低到0.097,进港和出港吞吐量HHI指数同步下降,且出港吞吐量HHI指数显著高于前两者,但降幅巨大,煤炭港口空间分布趋于均衡化,出港相对集中。从具体港口来看,煤炭吞吐量主要集中在南京和武汉两个港口,分别为711万t和536万t,比重合计达到48.5%;其次是镇江、南通和芜湖等港口,其规模均超过200万t,其他港口的规模较小。1990年,部分港口的吞吐量开始扩大规模,其中南京的规模最高,达到935万t,比重为20.1%即占1/5;南通和镇江的吞吐量增长较快,均超过600万t,比重分别为13.7%和13.3%;武汉的吞吐量有所下降,为418万t,无锡、太仓均超过200万t;芜湖、宜昌、江阴、九江、吴江、常州均超过100万t。
图3 长江流域港口煤炭吞吐量格局及演变

Fig. 3 Spatial pattern and evolution of port coal throughput in Yangtze River Basin

3.1.2 20世纪90年代末期至20世纪末 20世纪90年代初期开始,长江流域的煤炭运输开始进入了总量保持相对平稳的时期,图3c与图3b相比没有显著的变化。1990—1999年,港口数量剧烈波动,其中煤炭进港于1997年大幅下降但很快恢复,从1998年开始港口总量、进出港数量均显著下降,截止1999年煤炭港口数量降至25个左右,除嘉兴港成为煤炭港口外,常熟、太仓、池州、宜兴、株洲、宜宾、长沙、益阳、黄冈、巴东、吴江等港口均退出煤炭运输的行列;港口吞吐量在波动中小幅下降,截止到1999年,长江流域港口的煤炭吞吐量仅为4355.9万t,略低于1990年的吞吐量,出港吞吐量变化趋势同总吞吐量,进港吞吐量则保持稳步增长,因此出港比例不断下降但波动剧烈,在1991—1993年先上升再大幅下降,在1995—1998年巨幅上升随即下降到更低水平;煤炭吞吐量及进出港吞吐量的HHI指数在该时期大幅波动,前期总体呈现下降趋势,但从1997年开始HHI曲线明显上翘,煤炭港口空间分布先分散后集中,1999年煤炭吞吐量HHI指数为0.096,与1990年持平。从1999年的煤炭吞吐量分布来看,镇江港成为首位港,其吞吐量达到714.9万t,其次是南通、南京两个港口,分别超过600万t,三个港口合计比重达到46%;张家港、武汉均超过300万t,芜湖、江阴均超过200万t,嘉兴、宜昌、马鞍山均超过100万t。总体来看,煤炭运输主要集中在长江三角洲地区,有着较高的集聚性。
3.1.3 21世纪以来 21世纪以来,长江流域港口煤炭运输进入了高速发展时期,从图3c到图3d港口煤炭运输规模明显扩大。2000—2013年,港口数量在2009年前保持相对稳定,总体小幅增长,2009年后出现了先增长后下降的波动变化,截止2013年港口数量达到36个,相较1999年有明显增长;港口吞吐量增长十分显著,2000—2009年煤炭吞吐量呈稳步增长态势,从2009年开始煤炭吞吐量出现爆发式增长,近年来增速有所放缓,截至2013年总吞吐量已经达到54931.7万t,同时进港吞吐量的增长速度快于出港吞吐量,出港比例先上升后在小幅降低后保持稳定;总吞吐量及进出港吞吐量HHI指数总体稳定,并不断上升,即长江流域煤炭港口的空间分布开始趋于集中,其中出港吞吐量HHI指数从2011年开始明显上升,集中化态势尤为明显。从2013年煤炭港口吞吐量的空间分布来看,扬州成为长江流域煤炭运输的首位港,吞吐量达到10916.3万t,远远高于其他港口,其次为张家港、南京、江阴、南通、镇江等港口,吞吐量均超过4000万t,6个港口合计比重达到69%,另外常熟、芜湖、太仓、嘉兴、九江、上海河港的吞吐量均超过1000万t,这个时期长江流域煤炭运输已经形成长三角地区高度集聚的空间格局。

3.2 长江流域煤炭进出港格局演变

3.2.1 港口煤炭出港格局演变 港口出港煤炭是从港口装船下水的煤炭,主要反映港口后方腹地是煤炭基地或煤炭提供源。下水港是煤炭铁水联运的枢纽性节点,其煤炭下水量、交通区位和空间格局体现了港口与后方腹地煤炭基地及运输通道的空间关系,同时也反映了港口腹地煤炭运输格局的变化。
如图4a所示,长江流域1980年代初煤炭下水港共18个,下水吞吐量仅为1681万t,煤炭主要通过东西向通道运至北方七港下水。该时期长江流域最大的煤炭下水港为南京和武汉,下水量分别为694万t和488万t,比重合计高达70%,其次为芜湖,出港煤炭装港主要集中在长江中下游。该时期煤炭运输的纵向通道包括京沪线、京广线和京九线,焦枝线、黎湛线等纵向通道的运输能力较弱,主要煤源包括山东、山西、陕西和河南等。1980年代以来长江流域煤炭下水有了明显的发展,到1990年下水港数量猛增至34个,煤炭下水量达到2495.2万t,较1982年上涨了近50%,但总规模仍然很小,见图4b。最大的煤炭下水港仍为南京和武汉,下水量分别为783.9万t和403.6万t,其次为宜昌、芜湖、无锡、南通、太仓,除了传统的“三口一枝”下水港外,长三角地区下水港呈小港众多、密集分布的特征。该时期煤炭运输通道中京沪线的煤炭运输能力明显加强,另外焦枝线的重要性有所提高。1990年代以来,长江流域煤炭下水发展缓慢,到2000年煤炭下水港数量缩减至29个,煤炭下水量降为2268.8万t,见图4c。该阶段大型煤炭下水港数量增多,南京、武汉和芜湖成为长江流域最大的煤炭下水港,煤炭下水量分别为533.5万t、606.8万t和362万t,其中武汉和芜湖下水量明显上升,而南京大幅度下降,三港占到了总下水量的66%以上,其次为上海内河港、无锡、宜昌、万州和重庆。在空间格局上,长三角地区的煤炭下水港数量保持在17个,呈现明显的集聚分布,万州和重庆下水规模扩大,煤炭下水延伸至上游地区。煤炭运输通道中焦枝线、黎湛线、成渝线的煤炭运输功能在加强,煤源从原来的华北地区拓展至西北、西南地区。新世纪以来发展迅速,如图4d所示,2013年煤炭下水港增加至34个,煤炭下水量急剧扩增到16154.5万t。该阶段大型煤炭下水港迅速增加,千万吨以上的煤炭下水港达到6个,扬州、南通、张家港、江阴和南京成为长江流域最大的煤炭下水港,煤炭下水量分别为4724万t、1850.5万t、1784万t、1722.8万t和1658.8万t,五个港口下水规模在2008年以前小幅度连续上升,从2009年开始急剧扩大,可见2009年是长江流域煤炭下水能力和格局转变的重要时间节点。从空间格局上看,“三口一枝”的煤炭下水格局已经被打破,武汉的下水能力大幅下降,长三角成为核心区域。京沪线、京九线和京广线重要性不断提高,煤源以华北地区为主,西南的煤炭供应持续增加。
图4 长江流域港口煤炭下水量格局及演变

Fig. 4 Spatial pattern and evolution of coal unloading of ports in Yangtze River Basin

3.2.2 港口煤炭进港格局转变 港口进港煤炭主要是煤炭从其他港口通过船舶运至该港口并进行接卸,主要反映港口城市及港口腹地是煤炭的消费需求者,港口成为其他港口腹地的中转集散枢纽。
分析图5a可知,长江流域1980年代初煤炭接卸量仅为888万t,腹地城市的煤炭需求较低。煤炭接卸港共有18个,其中南通和镇江接卸量为182和240万t,比重合计达到48％,能源需求较高的城市主要位于长三角地区,总体呈低水平均衡。80年代以来煤炭接卸快速发展,如图5b所示,1990年接卸量达到2164.5万t,是1982年的2.4倍,煤炭接卸港的数量从18个急剧扩增到35个,南通和镇江依然是最大的接卸港,煤炭接卸量分别为491.6和587.8万t,煤炭接卸明显集中于长三角地区。1990年代以来保持快速发展的势头,到2000年煤炭接卸量达到4176.7万t,接卸港数量为32个,大型接卸港包括镇江、南通和上海内河港,接卸量分别为807.3、722.6和472.1万t,见图5c。从空间格局上看,长三角地区的煤炭接卸港进一步增加到20个,煤炭接卸持续向长三角集中,体现了该地区煤炭消费的强劲需求。新世纪以来煤炭接卸空前发展,如图5d所示,2013年接卸量达到38777.2万t,是2000年的9.3倍,煤炭接卸港的数量增加到37个,其中千万吨以上的煤炭接卸港10个,大型接卸港包括扬州、张家港、南京、江阴、南通和镇江,煤炭接卸量分别为6192.3、4873.9、3816、3678.9、3391.9和3357.1万t,其中扬州在2008年以前煤炭接卸量仅为373万t,经过5年其接卸量达到了2008年的16倍以上。从空间格局上看,高度集中于长三角地区的极化格局已经成型,另外长江中游地区的煤炭接卸得到较大发展,包括九江、黄石和岳阳等。
图5 长江流域港口煤炭接卸量格局及演变

Fig. 5 Spatial pattern and evolution of coal loading of ports in Yangtze River Basin

4 长江流域港口煤炭运输的职能分异

港口兼具装卸、仓储和运输多种货物的职能,但在本文中仅研究港口煤炭运输的专业化水平,将下水和接卸作为煤炭港口的两种职能,采用煤炭下水量和煤炭接卸量来计算各港口煤炭运输两种职能的区位商。

4.1 煤炭下水功能的空间分异

煤炭下水区位商反映了港口承担后方腹地煤炭供应的容纳能力、铁水联运的衔接水平和煤炭下水的专业化程度。从图6a可以发现,1980年代初共有5个港口煤炭下水区位商超过2,分别为芜湖、涪陵、巴东、南京和岳阳,煤炭下水功能在各流段呈间隔分布。80年代以来,长江流域港口煤炭下水能力普遍得到发展,1990年煤炭下水区位商超过2的港口达到9个,包括芜湖、株洲、巴东、长沙、武汉、宜昌、南京、万州和泸州（见图6b）,其中芜湖和巴东的煤炭下水功能持续增强,“三口一枝”的煤炭下水格局成型,煤炭下水功能专业化水平较高的港口在各流段均有分布,并沿上游方向数量逐渐增多,煤炭下水功能呈现“西进”的趋势。1990年代以来,长江流域港口煤炭下水功能集中化发展态势明显,到2000年下水区位商超过1的港口降至15个,但涌现了8个区位商超过3的高度专业化煤炭下水港,分别为武汉、株洲、芜湖、万州、南京、宜昌、泸州和黄石（见图6c）,煤炭下水功能持续“西进”,“三口一枝”下水格局进一步增强。长三角地区煤炭港数量众多,专业化水平不一。新世纪以来,煤炭下水功能普遍减弱,2013年煤炭下水区位商超过1的港口数量保持在15个,但超过3的港口仅有乐山（见图6d）,该时期煤炭下水专业化水平较高的港口包括乐山、泸州、宜昌、宜宾和万州,全部位于长江上游,煤炭下水功能“西进”基本完成,“三口一枝”下水功能明显减弱。长江中游煤炭下水功能大幅度下降。长三角地区具备煤炭下水功能的港口仍保持相当数量,但专业化水平普遍降低。
图6 长江流域港口煤炭下水区位商格局及演变

Fig. 6 Spatial pattern and evolution of the location quotient of coal unloading of ports in Yangtze River Basin

4.2 煤炭接卸功能的空间分异

煤炭接卸区位商反映了港口装卸煤炭的能力、水水中转的衔接水平和腹地的能源消费需求。1980年代初共有10个港口煤炭接卸区位商超过1,包括马鞍山、安庆、黄冈、荆州、池州、镇江、南通等（见图7a）,全部分布在长江中下游地区,长三角集聚态势初显。1980年代以来港口煤炭接卸功能快速发展,煤炭接卸港数量从1982年的18个猛增至1990年的35个,其中煤炭接卸区位商大于1的港口数量达到12个,包括池州、安庆、荆州、马鞍山、镇江、九江等,全部位于长江中下游,其中9个位于长三角地区,煤炭接卸功能的极化格局基本成型（见图7b）。1990年代以来港口煤炭接卸功能进一步增强,到2000年煤炭接卸区位商大于1的港口数量增加至17个,包括江阴、马鞍山、常熟、安庆、岳阳、池州、扬州、南通等（见图7c）,其中14个位于长三角地区,集聚趋势进一步加强。新世纪以来港口煤炭接卸功能大幅增强,2013年煤炭接卸港的数量达到37个,其中煤炭接卸区位商大于1的港口多达22个,包括长沙、株洲、南充、湘潭、池州、南昌、泰州等,并首次出现在长江上游（见图7d）。煤炭接卸功能也出现了明显的“西进”态势,长江中游接卸区位商大于1的港口从2000年的3个猛增至8个,其专业化水平位居长江流域前列。长三角地区煤炭接卸功能的集聚格局保持相对稳定,但有小幅度下降。
图7 长江流域港口煤炭接卸区位商格局及演变

Fig. 7 Spatial pattern and evolution of the location quotient of coal loading of ports in Yangtze River Basin

4.3 长江流域港口煤炭运输职能分异与转变

煤炭下水和接卸区位商主要反映了港口煤炭运输两种职能的专业化水平,但该指标是港口职能与区域整体水平相比的优越程度,不能直接体现港口煤炭下水和接卸之间的关系,在上文的分析中,将从事煤炭下水/接卸活动的港口统称为煤炭下水/接卸港,这种分类互有交叉,仅能用于同一类型的港口在不同时期下比较,无法分析同一时期内不同类型港口的空间关系,因此本文设计了港口煤炭进出港系数dij以识别港口在煤炭运输中的基本职能性质,根据经验判断,港口进出港系数dij>0.2时为下水港,此时dij越接近1,煤炭下水比重越高;港口进出港系数-0.2<dij<0.2时为综合港,此时dij越接近0,港口两种职能越接近,但并不能说明港口综合功能越强;港口进出港系数dij<-0.2时为接卸港,此时dij越接近-1,煤炭接卸比重越高,根据这个标准对港口运输职能进行划分,如表1所示,当前长江流域仅有5个下水港,占样本的1/10,综合港亦为5个,接卸港的数量高达27个,占到了样本的一半以上,长江流域形成了以港口煤炭进港为主的格局。5个下水港包括宜宾、宜昌、宜宾、泸州和乐山,与上文分析相一致,此时煤炭下水港“西进”基本完成,全部位于长江上游,同时“西进”过程中煤炭下水港的出港规模和下水比重都在快速下降。综合港主要包括扬州、武汉、重庆、涪陵和达州,空间分布较为分散,并且差异非常显著,其中扬州港煤炭吞吐量是其余任一港口的20倍以上,总体来看由东向西综合港煤炭吞吐量不断下降。接卸港数量众多,包括南京、江阴、常州、太仓、南通、镇江、泰州、芜湖等,集中分布于长江中下游地区。长江中游地区数量较多,接卸比重极高,但规模均在1000万t以下。长三角地区港口接卸规模很大,其中扬州、张家港、江阴、南通、镇江的煤炭接卸量均超过3000万t,煤炭接卸比重大小不一,在空间分布在高度集中。
表1 长江流域港口煤炭下水—接卸分类

Tab. 1 Classification of ports in Yangtze River Basin according to coal loading and unloading

分类 进出港系数 港口名称 数量（个）
下水港 0.2~ 0.5 万州、宜宾 2
0.5~ 0.8 宜昌、泸州、乐山 3
综合港 0.0~ 0.1 涪陵、达州 2
-0.2~ 0.0 扬州、武汉、重庆 3
接卸港 -0.5~ -0.2 南京、无锡江阴、南通、芜湖、苏州张家港、嘉兴 6
-0.7~ -0.5 常州、镇江、苏州常熟 3
-0.9~ -0.7 苏州太仓、铜陵、岳阳、湖州、上海河港、滁州 6
-1.0~ -0.9 泰州、马鞍山、安庆、池州、南昌、九江、黄石、荆州、长沙、株洲、南充、湘潭 12
从1982—2013年,长江流域煤炭港口功能演化类型非常多样,在经过适当归并后大致可以分为以下水为主、以接卸为主、以综合为主、下水转接卸、综合转接卸、下水转综合、接卸转综合、综合转下水八种类型（见表2）,其中以接卸为主的煤炭港口达到了18个,占到了整个长江流域煤炭港口总量的41.9%,下水转接卸和综合转接卸的煤炭港口数量分别为7个和4个,同样是长江流域煤炭港口的主要演化类型,南京、芜湖等长期承担长江流域煤炭下水功能的重要港口转为接卸港。以接卸为主的港口和运输职能转为接卸的港口数量总和达到了29个,占到煤炭港口总数的67.4%,并且全部位于长江中下游,长江流域煤炭接卸功能快速增强并向长三角地区集聚。值得注意的是,扬州的港口煤炭运输功能一直以接卸为主,近年来转为综合港,其煤炭下水规模和接卸规模均十分惊人,对长江下游地区煤炭运输具有巨大的影响。下水转综合的港口主要分布于长江上中游地区,包括长江流域重要的煤炭下水港武汉,这些港口在运输职能转变的过程中伴随着煤炭运输规模的减小,在一定程度上体现了长江流域港口煤炭下水功能的衰退。一直以下水为主的港口共有5个,数量较多并全部位于长江上游地区,另有两个港口运输职能从综合转为下水,同样位于长江上游,充分体现了长江流域煤炭下水功能“西进”的发展趋势,并表明了“西进”的过程伴随着运输规模的萎缩。
表2 长江流域港口煤炭运输的职能转变

Tab. 2 Evolution of transportation function of ports in Yangtze River Basin

特征 港口名称 数量（个）
一直以下水为主 宜昌、泸州、乐山、巴东、益阳 5
一直以接卸为主 南通、镇江、马鞍山、铜陵、安庆、池州、九江、荆州、苏州常熟、南充、湘潭、黄冈、湖州、嘉兴、无锡宜兴、上海河港、滁州、黄石 18
由下水转为接卸 南京、芜湖、长沙、株洲、岳阳、苏州太仓、南昌 7
由综合转为接卸 无锡江阴、常州、泰州、苏州张家港 4
由接卸转为综合 扬州 1
由下水转为综合 武汉、重庆、涪陵、无锡 4
综合转下水 万州、宜宾 2
一直以综合为主 达州、苏州吴江 2

5 长江流域港口煤炭运输的空间模式和发展机理

5.1 长江流域港口煤炭运输空间模式

从20世纪80年代到21世纪以来,长江流域煤炭运输经历了快速上升、停滞和爆发式发展,煤炭运输不断向长江下游集聚,中下游省份进出港比例快速提高转为煤炭进港为主。煤炭运输职能分异上,下水港的“西进”和接卸港向长三角地区集聚两种趋势是同时进行的,港口的两种煤炭运输功能在空间格局上经历了交错-分离-融合的发展过程。如图8所示,本文将长江流域煤炭港口运输的空间模式总结为功能交错的低水平均衡布局模式、功能初步分离的点状集聚布局模式、功能高度分离的区段集聚布局模式、功能融合的集群化布局模式四类。
图8 长江流域港口煤炭运输格局演变模式

Fig. 8 Spatial pattern evolution model of Yangtze River Basin ports’ coal transportation

功能交错的低水平均衡布局模式。1980年代初期长江流域煤炭运输规模小,煤炭港口数量较少,空间格局呈低水平均衡状态,整体发展处于初步阶段,同时下游港口煤炭吞吐量占到总吞吐量近2/3并不断上升,长江流域煤炭运输向下游集聚的空间态势初显。除江西省外大部分省段以煤炭出港为主,港口煤炭下水集中在“三口一枝”,但枝城港较弱。这种空间模式下,煤炭港口数量少、规模小,零散分布,港口煤炭运输的空间格局趋于低水平均衡,下水和接卸功能在空间上呈现间隔分布、相互交错的特征。
功能初步分离的点状集聚布局模式。1980年代以来长江流域煤炭运输得到快速发展,但吞吐量总规模仍然较小,介入煤炭运输的港口数量大大增加,煤炭运输向长江下游集聚态势得到进一步增强。1990年下游港口煤炭吞吐量比重超过3/4,南京成为长江流域煤炭运输的首位港,南通和镇江增长迅速。江西省进出港比例进一步上升,江、浙两省转为以煤炭进港为主。煤炭下水功能进一步向上游方向推进,下水港数量明显增加,形成了自武汉到泸州长江中上游段的煤炭下水功能区域,整体呈现煤炭“东向运输”的趋势,同时以南京和芜湖为核心下水港辐射长江下游地区,“三口一枝”煤炭下水格局成型。综合港数量激增,多出现在长三角地区且运输规模较小,接卸港进一步向长三角集中。该空间模式下,部分港口的煤炭运输功能迅速增强,形成了多个核心港口,受限于资源和市场优势区位的分离,核心下水港和接卸港布局在不同的流段,带动煤炭运输功能的分离。
功能高度分离的区段集聚布局模式。1990年代以来长江流域煤炭运输总体保持平稳发展,流域煤炭吞吐量和煤炭港口数量都有一定程度的下降,煤炭运输向下游地区集聚态势明显。2000年,下游港口煤炭吞吐量比重超过了80%,镇江成为长江流域煤炭运输的首位港。长江中游省份开始转为以煤炭进港为主。煤炭下水港继续“西进”,但数量明显减少,煤炭下水功能区域扩大至黄石;综合港的数量和规模都急剧下降,接卸港进一步向长三角地区集聚,数量不断增多。另外长江下游地区部分接卸港煤炭下水规模比较可观,接卸港与接卸港之间也产生了下水和接卸功能的联系。该空间模式下,煤炭下水功能和接卸功能在空间上不断集聚,各自形成一个相对主导的功能区域,促使运输功能高度分离并呈现区段集聚的特征。
功能融合的集群化布局模式。21世纪以来长江流域煤炭运输高速发展,吞吐量从2005年开始呈现爆发式增长,到2013年港口煤炭运输规模已经达到6.6亿t。从流段来看,煤炭运输完全集中于长江下游地区,下游港口煤炭吞吐量占比高达91.4%,除重庆、四川外所有省份均以煤炭进港为主,其中湖南、江西等长江中游省份进出港比例异常高。下水港“西进”基本完成,数量缩减并集中于上游地区,“三口一枝”的煤炭下水格局完全打破,“东向运输”对长江流域煤炭运输格局的影响力减弱。长江中游地区接卸港数量猛增,整个长江中下游地区的港口除少量综合港外均为煤炭接卸港。该空间模式下,在长江流域煤炭铁水联运和煤炭“海进江”的共同影响下,形成了以接卸功能为主,下水和接卸规模都很大的港口功能形式,并且呈现集群化布局的空间特征,两种煤炭运输功能开始高度融合,大型接卸港之间的下水和接卸的功能联系正在增强。

5.2 长江流域港口煤炭运输发展机理

长江流域港口煤炭运输发展格局演变机理见图9。
图9 长江流域港口煤炭运输格局演变机理

Fig. 9 Spatial pattern evolution mechanism of Yangtze River Basin ports’ coal transportation

5.2.1 煤炭资源供需格局 从煤炭供应的角度来看,总体上长江流域的煤炭以外部输入为主,来源为中国山西、陕西、蒙西“三西”煤炭基地,早期主要通过南北向铁路通道运至长江流域,促使长江流域的铁水中转枢纽成为重要的煤炭下水港,推动了长江流域“三口一枝”煤炭下水格局的形成。随着华中地区煤炭供应形成巨大的缺口,长江流域现有的煤炭运输规模已经无法满足需要,“海进江”成为“北煤南运”新的运输方式,同时也包括一部分进口煤炭,这种运输方式对长江流域的煤炭运输格局产生了巨大的冲击,直接推动中下游地区主要煤炭港口的接卸功能大幅度增强。就长江流域内部而言,煤炭资源主要集中在上游四川和重庆等地区,该地区位于中国西南,煤炭储量丰富,因此长江流域上游煤炭港口以下水港为主,20世纪80年代至今,长江流域的煤炭下游呈现持续“西进”的趋势。
从煤炭需求的角度来看,城市发展伴随着大规模的基础设施建设,进而产生巨大的能源消费需求,带动该城市港口煤炭接卸量的显著增加,芜湖、九江、铜陵、岳阳、马鞍山等城市的快速发展将长江流域的煤炭需求从长三角扩展到长江中游,推动长江中游港口煤炭接卸能力的大幅提高。值得注意的是,长江流域城市快速发展地区往往以城市群的空间形式出现,因此长江流域的主要城市群与大型煤炭接卸港有明显的空间耦合关系,如扬州、张家港、南京、江阴、南通和镇江等接卸量超过3000万t的港口多数位于宁镇扬和苏锡常两大城市群地区。高耗能产业如钢铁、电力等在沿江地区的集中布局对当地港口进港煤炭产生强劲需求,同时高耗能产业作为沿海产业转移中的重要部分直接拉动了长江中游煤炭需求的提高。近年来长江中下游地区煤炭产量的压减将会引起煤炭外部调入量的显著增加。另外,电力跨区域输送在一定程度上对煤炭运输起到替代和补充作用,抑制了煤炭需求的增长,这种趋势首先体现在东部沿海地区。
5.2.2 煤炭资源及运输方式的价格变动影响 煤炭区域价格取决于当地的煤炭资源禀赋、产销状况和运输条件,区域价格差异成为了煤炭资源流动的信号,从价格上表现为煤炭资源由低价区（输流区）流向高价区（汇流区）[17]。煤炭资源的区域价格差异对长江流域港口煤炭运输格局的演变有着重要影响,长江中下游地区的快速发展对煤炭资源产生了旺盛的需求,相对而言越向下游,经济发展水平越高,煤炭价格越高,因此长江下游的煤炭接卸规模远远大于其他流段。
煤炭运输方式的价格差异引起主流运输方式的变化,进而引起煤炭运输格局的演变。“三西”地区煤炭运至长江流域主要包括铁路直达和煤炭“海进江”两种方式,其中铁路直达的费用主要为中国南北向煤炭运输通道的国铁运费,而煤炭“海进江”的费用包括中国东西向铁路通道运费、海运费及长江江运费。由于中国铁路采取统一定价,而东西向铁路通道包括神朔、朔黄、大准铁路等神华集团所属运营线路运费低于国铁,总的来看,煤炭“海进江”具有显著的价格优势,这种运输方式对该地区的煤炭运输格局产生了巨大的冲击,多数港口的煤炭接卸量都有大幅增长。由于水运价格不稳定,同时装卸、倒装和中间环节的附加费用过高,煤炭铁水联运的价格优势有所减弱,同时蒙华铁路的修建在一定程度上降低了长江中游地区铁路直达的运输费用,长江流域煤炭运输中铁路直达和煤炭“海进江”形成了长期交错竞争的态势。另外进口煤炭也是通过煤炭“海进江”的方式进入长江流域,此时煤炭“海进江”主要为水运费用,相较国内煤炭调拨具有显著的运输价格优势。
5.2.3 煤炭运输通道建设与煤炭运输格局转变 南北向运输通道直达是“三西”地区煤炭运至长江流域的主要运输方式,具体包括京沪线、京广线、京九线和焦柳线等通道,这些通道的布局带动了长江沿岸相应的转运港口的发展,同时铁路通道的运输能力决定了相应的下水港的煤炭下水能力,如京沪线、京广线洛阳至石门段和焦柳线的煤炭运力分别为5000万t、6000万t和7000万t,因此南京、芜湖、武汉和宜昌港的煤炭下水能力明显强于上游地区下水港,形成了“三口一枝”的煤炭下水格局。未来蒙华铁路的建设将会进一步完善长江流域的煤炭运输体系,大大缓解中游地区煤炭供应不足的现状。相比与煤炭“海进江”,蒙西能源运输通道具有运输效率和煤炭价格的双重优势,可以预见长江中游煤炭“海进江”的规模将有所减小,新的煤源和运输通道对长江上游煤炭向中下游地区的转运产生冲击。煤炭经蒙华铁路转运至长江中游地区的襄阳、枝城、岳阳和荆州等下水港的煤炭中转量将增加,汉口港和长江下游主要港口的煤炭接卸量将增加[43]。随着西部煤炭主产区煤炭就地转化进程的加快,煤炭东西向铁路运输将趋于稳定,在建的蒙华铁路规划设计运力达到2亿t,投产后将会大大增加南北向铁路的运量,纵向铁路通道在中国煤炭调拨格局中的重要性不断增强。
5.2.4 中心带动下的煤炭港口集群化发展 随着长江流域煤炭运输不断向下游集聚,同时港口煤炭运输功能在空间上逐渐分离,港口集群化发展成为影响长江流域煤炭运输格局的重要因素。煤炭港口集群化发展收到两方面影响,一方面煤炭运输的不断集聚,使煤炭港口集群化发展具备了基本的空间条件;另一方面,煤炭下水和接卸功能在空间在逐渐分离,同时下水规模远小于接卸规模,促使港口在局部地区建立功能联系。经过爆发式的发展后,下游地区多个接卸港的煤炭下水规模十分惊人,包括南通、张家港、江阴、南京、镇江等,它们逐渐成为下游煤炭港群中的龙头,充分发挥“曳引效应”,带动上下游煤炭港口的发展。另外武汉长江中游航运中心的建设也促使中部港口群的煤炭运输服务能力大幅提高。
5.2.5 煤炭储运基础设施建设与港口运输职能演变 受到港口煤炭运输基础设施包括煤炭码头、船舶和航道状况的限制,长江流域的煤炭运输方式会发生一定的改变,进而引起煤炭运输格局的变化。以煤炭“海进江”为例,北方煤炭经海运运至上海港,由于航道水深和船舶运力的不足,“海进江”煤炭无法直接运至主要的煤炭接卸港,因此选择将煤炭就近卸载到上游煤炭接卸港的大型煤炭储备基地,储煤基地配有1~2个大型卸煤泊位和若干小型装煤码头,将“海进江”煤炭储存和加工后,再利用小型装煤码头装运小船。经大型煤炭储备基地转运的煤炭主要服务于周边地区,因此下游地区的主要接卸港同时也承担了煤炭下水功能,这种基于新的煤炭储运基础设施的运输方式,促使长江下游地区主要的煤炭接卸港同时具备巨大的煤炭接卸规模和下水规模,并且在接卸港之间形成了煤炭运输的功能联系,显著改变了长江流域的煤炭运输格局。

6 结论与讨论

总体来看,20世纪80年代至今长江流域港口煤炭运输发展迅速,空间集散水平呈下降-稳定-小幅上升的阶段变化,煤炭吞吐量不断向中下游集中。从煤炭进出港格局来看,煤炭下水港呈现“西进”态势,下水规模不断减小,煤炭接卸港则向长三角地区集聚,接卸规模不断扩大,2000年后接卸港之间逐步产生下水和接卸的功能联系,下水港和接卸港在空间上基本分离,长期以来“三口一枝”的煤炭下水格局发生了显著的变化。20世纪80年代以来长江流域形成了功能交错的低水平均衡布局、功能初步分离的点状集聚布局、功能高度分离的区段集聚布局、功能融合的集群化布局等四种港口煤炭运输空间模式。煤炭供需格局、煤炭资源及其运输方式的价格变化、煤炭运输通道建设、煤炭港口集群化发展和煤炭储运基础设施建设是推动长江流域港口煤炭运输格局时空演变的主要驱动因素。

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