论内河航运的可持续发展

刘冰冰，李怡，3，吴宇雷，吴林键

（1.重庆交通大学国家内河航道整治工程技术研究中心，水利水运工程教育部重点实验室，重庆400074；2.重庆交通大学河海学院，重庆400074；3.中国交建海岸工程水动力重点实验室，天津300222；4.四川大学水力学与山区河流开发保护国家重点试验室，成都610065）

论内河航运的可持续发展

刘冰冰1，2，李怡1，2，3，吴宇雷4，吴林键1，2

（1.重庆交通大学国家内河航道整治工程技术研究中心，水利水运工程教育部重点实验室，重庆400074；2.重庆交通大学河海学院，重庆400074；3.中国交建海岸工程水动力重点实验室，天津300222；4.四川大学水力学与山区河流开发保护国家重点试验室，成都610065）

内河航运的可持续发展是国家可持续发展的一部分，但目前针对内河航运可持续发展的研究较少。文章旨在总结国内外众多学者的研究成果，将可持续发展的丰富理论运用在内河航运领域。首先采用系统论的方法分析内河航运系统的主要构成部分，然后从降水、气温两大气象因素综合考虑气候变化对内河航运的影响，探讨气候变化与内河航运两者之间的密切关系，进而提出适用于内河航运的一些具体管理措施及建议，并以层次分析法为例阐述内河航运可持续发展的评价步骤，定量评估内河航运可持续发展的程度，最后以德国基尔运河的可持续发展历程为案例依托，强调实现经济与生态平衡发展的重要性。

内河航运；可持续发展；气候变化；可持续发展评价

近年来，关于“可持续发展”的定义很多，1987年世界环境与发展委员会发表了《我们共同的未来》［1］，报告提出了为全球所公认的可持续发展的定义：“既满足当代人的需求，又不损害后代人满足其需求的发展”。这对可持续发展思想的传播起到了极大的推动作用。在中国，可持续发展作为一种新的发展观融入了人们生活的各个方面，国家的可持续发展以各行业的可持续发展为支撑［2］，内河航运领域的可持续发展即为其中不可或缺的一部分。但目前内河航运领域可持续发展的理念较薄弱，理论与实践研究联系不够紧密，特别是在全球气候变化的大背景下，内河航运的可持续发展又将面临诸多挑战。本文将可持续发展的理论应用在内河航运领域，并将理论研究深入至实践研究，综合论述内河航运可持续发展的评价步骤，定量评估内河航运的可持续发展问题，揭示内河航运可持续发展的根本要义。

国际可持续发展的理论与实践研究主要有生态学、经济学和社会学3个方向，反映的是自然、经济、社会三者之间复杂的运行机制，渗透着“人与自然”和“人与人”之间的深刻联系。可持续发展的定义在不同领域方向的侧重点不同，从行业可持续发展角度来看，李柯［3］把内河航运的可持续发展定义为“在不危害后代人满足其需要的前提下，以满足当代人的运输需求为目的，实现内河运输与社会、经济、资源和环境的协调发展以及内河运输内部各要素之间的协调发展”。尽管可持续发展定义的角度不尽相同，但其内涵却十分相近［4］，牛文元［5］认为可持续发展体系存在3个方面的本质特征，具体应用在内河航运领域中可将其阐述为：

（1）具有发展度。从数量维上强调发展是该行业进步的动力特征，一切努力的核心目标是促进内河航运的经济发展；（2）具有协调度。从质量维上强调发展内在的效率和质量的概念，即合理优化地调控内河航运的发展同环境、社会、经济的关系；（3）具有持续度。从时间维上强调代际间的公平，判断内河航运领域的发展进程是否具备长期合理性，是否满足当代人和后代人的内河航运需求。

对于当前世界经济飞速发展和运输设备需求不断增加的现状而言［6］，内河水路运输通常是优先考虑的运输方式，它最符合可持续发展的内涵，具有节约能源，缓解陆地交通压力，污染气体排放少，噪音小等优点［7］。但是，由于近年来河流流域范围内城市化进程的加快、工程建设规模的不断扩大，以及全球气候变化等因素的影响，内河航运的可持续发展遭受极大的威胁。

图1 内河航运系统Fig.1 Inland navigation system

1 内河航运系统

本文采用系统论的方法，以综合协同的观点探索内河航运系统的运行机理及可持续发展的本源和演化规律，以便更清晰地展示内河航运各构成要素在其不同的发展阶段和区域相互耦合的结果，把复杂问题简单化，抽象问题具体化。反之，各构成要素层层叠加，逐层收敛，最终形成了内河航运系统［8-9］。

充分考虑自然、经济、社会三大因素对内河航运的影响，参考内河航运规划体系［10］等相关描述，建立内河航运系统（图1）。内河航运发展的基础设施主要是航道、船舶和港口；航运的实际开展需要考虑运输效率、运输结构和供需情况等因素；航运的健康发展也离不开政策保障、技术保障、能源保障和安全保障等条件的支持。

内河航道的囊括范围主要包括河流、河口、运河和湖泊［11］。河流运作的主要物理过程是自由运输水和沉积物，河流的流动状态取决于河床的地质形态、河流的水动力条件以及相关的沉积和侵蚀过程。河口是河水流向海岸的过渡地带，是由多方向潮流、波浪、河边和海岸丰富的沉积物供应共同作用形成的一个动态环境。运河是人造航道，经常伴有堰和水闸等河流梯级开发建筑物，可以用来调节水位、协助航运、灌溉和排水。湖泊可以暂时蓄水，经常用来连接河水的流入和流出，也可用于修筑和连接港口。

船舶和港口是航运最主要的基础设施，船舶是直接承载货物和乘客的交通工具，为了满足不同运输目的，各种船舶的机械性能、使用配备和主题结构的设计也有所区别。港口是船舶安全进出和停泊的运输枢纽，协助航运的顺利进行，对区域经济发展起着重要的促进作用。

内河航运系统诸多保障的实施需要管理者具备能够协调自然环境系统、社会系统和经济系统之间复杂相互作用的能力和意识。船舶运输应具备高效的运输效率，完善的运输架构体系，充分发挥港口的水陆枢纽作用，合理协调“货物-船舶”之间的供需情况，同时需要综合考虑航运及其相关社会政策、经济发展、科学技术以及安全防护之间的利益关系等。

2 气候变化与内河航运

气候变化是近年来的热点问题，也是内河航运领域极为关心的问题，国际社会探讨的气候变化问题主要是由温室气体增加引起的，下文即从基本原理入手简要分析气候变化对内河航运系统的影响。

气候现象代表长期的气象特征，可利用多年的气象数据推断出该区域范围内气候变化的影响情况［12］。内河航运系统最重要的组成部分即为满足航运需求的天然或人工的航道，气候变化将直接影响航道所在流域范围内的降水和气温这2个重要的气象参数［13］，两者分别决定了整个河流生态系统的供水和水温。这两个条件的改变可能会导致流域范围内的河流形态、冰雪存储以及湿地健康等状况发生相应改变，从而直接或间接地影响内河航运系统的某些构成因素，进而对内河航运造成一定程度的影响。

2.1 降水

降水是河流供水的主要来源。气候变化导致降水的季节性周期改变，年均降水量也可能发生改变；此外，空气温度的升高也会降低有效降水占总降水的比例。

降水的季节性周期变化将直接影响河流正常水文情势的规律性，这无疑加大了水文预报的难度，影响船舶出航和航运设施维修的日程安排。航道水量的改变将导致河流水位、流速等一系列条件发生变化，这将直接影响船舶在正常航行中的灵活性和可控性，也可能影响港口系泊区域的安全性，这对于规划到港船舶的船型吨位级大小以及港口码头装卸工艺等方面是极其不利的。同时，降水增加，土地侵蚀加剧，影响河流的冲淤形势。河流航道局部冲刷、沉积以及河道中泥沙运输情况也会发生相应的改变，导致河流形态发生变化，影响河流自身生态系统的结构和功能，需要采取疏浚或人工沉积物供应等措施。

全球气候变化导致了高热、暴雨、干旱等一系列极端气候及其时空分布不均匀现象的出现，尤其是近些年来全世界范围内发生了大量严重的水灾，这使得人们的防洪意识有所提升，从而更加注重对洪水的防治。而修筑防洪工程的河流同时也是重要的内河运输通道，大型水利工程将引起流域下垫面条件的变化，进而影响流域内的产汇流机制［14］，航道相关参数及通航条件可能发生相应变化。有关资料表明［15］，大约50%的防洪措施，尤其是河道渠化和修筑防洪堤工程，对航运的开展存在积极影响，而具有负面影响或无影响的防洪措施约各占25%。

湿地是具有洪水缓冲作用的天然生态系统，可以存储洪水，减少洪水泛滥，拦截暴雨径流并逐渐向河流系统下游释放洪水，增加河床的摩擦效应，有助于土地边缘的洪水防护，降低河口、溪流上游的洪水风险［16］。湿地生态系统对外界的不利干扰和破坏十分敏感，气候变化和人类活动加剧了湿地的退化，阻滞了湿地生态系统中各项生态功能的正常发挥，尤其削弱了湿地对洪水的调节能力，不利于内河航运的可持续发展。

2.2 气温

河流的水温依赖于空气温度，随着水温的升高，中纬度的河流和渠道即使是在冬天都很少出现结冰现象。水温的升高会促使晚秋和冬天的蒸发量增大，高温也会使得河水中生物活动增强，造成河流中溶解氧的含量减少，而溶解氧的缺乏通常采用溢流堰泄流的方式来补充，进而导致航道的水深降低，不利于船舶通航。

气候变化导致冰冻期的缩短，这将在全球范围内产生区域性的利弊影响。由于气温升高，两极冰盖以及山脉积雪的融化将导致海洋、河流的水位发生相应的变化。另外，冬季的封河期和春季的开河期会受气候变化而产生提前或滞后的变动，局部地区将很容易出现冰塞现象。

气候变化对水循环要素的影响必然导致流域水资源的时空变化，进而对航道、船舶、港口等都造成了一定程度的影响。反之，内河航运相对于其他运输方式来说十分节能环保，但为了更加突出内河航运可持续发展的潜质，还需对整个航运系统采取适当的管理措施，减少温室气体的排放以减缓全球气候变暖，确保生态健康与内河航运共发展。

3 内河航运的管理

内河航运的管理不仅要求改善和保护航道，优化船舶和港口，合理调控运输系统等，同时还应做到在自然系统的承载能力范围内综合协调不同水资源用户的利益，增强内河航运系统对当前或未来气候影响等变化的适应性。

对内河航运系统来说，其管理庞大复杂，在此本文仅提出部分建议措施：

（1）设施建设方面。①修建水库等储水设施，增强对航道水位、流速的调控，保证适当的船舶航行水位、流速等；②优化船舶设计，针对不同的运输目的、运输条件，选择最佳船舶。对船舶的传统推进力系统进行有效的改进，提升能源利用效率；③合理优化港口的建设和运作，更好地进行枢纽服务；

（2）运输管理方面。①杜绝空船行驶的现象发生，合理调节各船舶的行驶速度，既保证行驶效率又要控制河流船舶密度，防止河道拥堵；②注重引进和研发创新技术，从气象和水文模型中分析气候变化对内河航运系统的影响，进行极端气候下航行风险评估，运输成本预算等；③充分完善和利用河流信息服务系统，合理制定船舶出行安排，提前做好应对各种水文条件的准备，减少航行的不确定性；④建立信号系统和巡逻服务保障，保证信息交流通畅，在需要警示的区域设置浮标、灯塔等交通信号，提供良好的视野范围，尤其是在夜晚，巡逻服务可提供及时的指导与救援帮助；⑤为了安全经济地达到运输目的，可将内河航运同公路、铁路等其他运输方式结合起来，实现利益最大化。

除了进行航运之外，河流生态系统还具备农业灌溉、饮用水供应、水利发电、洪水调控等多种用途，所以内河航运的可持续发展要基于一个更广阔、更长远的视野，与其他用途共同发展。基于对河道不同用途的人们在谋求共同发展的过程中难免会出现利益冲突，这时需要一个统一的机构来执行这一多目标的管理任务，综合考虑各方利益，实现经济与生态的平衡发展。

4 内河航运可持续发展评价

对内河航运的可持续发展进行可靠的评价是内河航运管理的后续部分，也是内河航运可持续发展的理论研究转向实践研究的必要环节，有助于内河航运的长期发展规划。内河航运的发展其自身应存在一个衡量标准，即目前的状态是否是可持续发展的，以及可持续发展的程度如何。对不同地区、不同的河流实施评价时，应结合具体案例的实际情况进行综合分析，但总体来说，其评价方法和评定过程是类似的，现对内河航运可持续发展的主要评价步骤叙述如下：

（1）确定评价目标。应集合与内河航运可持续发展利益相关的所有群体共同参与其中，综合考虑各方利益，提出内河航运可持续发展面临的诸多问题，确定评价目标。

（2）分析目标系统。确定内河航运系统的重要功能并对其现状进行描述，找出对这些功能具有重要影响的环境、社会、经济等因素构建目标系统。考虑内河航运对内河航运系统的影响，可转化为考虑内河航运对基于以上分析所获取的诸多因素的影响。分析其受到了怎样的影响，以及受影响的程度如何，探讨这些影响是否可逆，如果不可逆，最终将会导致怎样的结果。对于一些不利的影响需采取怎样的措施进行避免，同时，还应考虑是否存在其他的解决办法来恢复系统的各项功能等等。因河流生态系统还具备上述其他许多用途，也应考虑航运对其他水资源用户的影响，根据已有的或预测的标准来判断这些影响是否可以接受，如果不能接受，应如何避免、减小、缓解或者弥补，有没有一些解决办法可使航运产业和其他用户共同受益。

（3）构建评价指标体系。由目标系统层层深入分析可得到各项具体指标，包括由相关政策、规则建立的特殊指标。然后，由评价目标的性质确定采用定性或定量的方法获取各项指标数据，进而建立可持续发展评价指标体系［17］。

可持续发展评价指标体系的复杂性［18］与多样性导致了构建可持续发展指标体系原理与方法［19-21］的多样性，其中，建立行业可持续发展指标体系应遵循科学性、可行性、多功能性、层次性、完备性、动态性原则。李柯［22］从可持续发展的发展度、协调度、持续度3个角度出发，建立过一套较完整的内河运输可持续发展指标体系，鄢冰［23］、王晚香［24］、于黎［25］、史喜军［26］等人也建立过相关的指标体系，国际航运协会（PIANC）也提出了一套建立内河航运运输性能指标的原理与方法［27］。这些研究成果为内河航运可持续发展指标体系的建立提供了良好的参考。

（4）进行可持续发展评价。内河航运可持续发展的评价涉及多层次、多目标的决策，各指标因素同时存在，相互影响。目前常用的可持续发展评价方法［28-29］主要有层次分析法［30］、主成分分析法［31］、模糊综合评判法［32］以及神经网络评价法［33］等，应结合实际情况选择一种或多种方法进行评价。

现以层次分析法为例简述对内河航运可持续发展的评价过程。可持续发展评价指标体系是整个评价的基础，各指标的原始数据主要由直接查取、补全数据、推导数据3种方法获得。在系统的综合评价中，各指标间没有统一的度量标准，难于进行比较，因此需对各项指标进行标准化处理以消除量纲的影响。由于每个指标对内河航运可持续发展的影响程度不同，并且可持续发展本身也是一种异常复杂的系统，具有不平衡性，所以在评价时应进行加权处理，层次分析法是目前可持续发展指标体系权数设置领域最常用的方法。内河航运可持续发展评估主要是根据指标体系中各指标的数据，计算出可持续发展度［34］，依据前人的研究将其分为不同的等级，查询可持续发展对比度表，从而对内河航运可持续发展程度做出评价。

（5）分析评价结果。对内河航运可持续发展的评价结果进行分析，得出评价区域内河航运的可持续发展状况，对内河航运系统采取后续维护以进一步优化相关性能，更好地实现内河航运的可持续发展。

5 案例分析

连接了北海和波罗的海的基尔运河位于德国石勒苏易格-荷尔斯泰因州境内，长约100 km。基尔运河自开凿成功以来经历了多次改造［35］。1887年开工修建运河；1907年对运河进行了河床拓宽和运河加深工程，并在运河两端的港口安装了大型船闸；1965年又进行河床加固和改扩建工程，并定期疏浚；2008年，对原有的弯道进行裁弯取直。

现以1965年基尔运河的改造为例阐述内河航运的可持续发展［10］。20世纪50年代，由于日益增长的水上交通压力，船舶尺寸加大，吃水深度加深，大型船舶航行速度更快，水流流速产生巨大的水压力反作用在河床上，使得河床受损现象十分严重，威胁了河床的稳定性，潜在危险极大。河堤上的松散沉积物时常落入运河中，还需定期疏浚以维持运河固有水深，1955～1965年间，从运河中疏浚的土量已达之前40 a总和的两倍。基于此现象，相关人员提出了3个备选方案：（1）重建并加固受损河堤，保留现有运河截面；（2）使用板桩稳定河堤，保留现有渠道；（3）扩宽河道，增加河底宽以增大运河截面。综合分析表明，方案（3）是注重运河可持续发展的最佳解决办法。运河截面增大，使得过往船只对河堤产生的侵蚀力减小，河堤所受威胁降低。并且，扩大的运河截面可以减少水力现象带来的风险，降低船舶事故发生率，提升水上交通安全。另外，环境影响报告表明这一方案对地质情况、地下水水质、当地气候等无大影响，然而，对土地、动物、植被等有显著影响。应采取相关措施来避免、减小、缓解或者弥补这些影响：通过其他手段补偿损失的土地，为动物寻找替代的栖息地，重新种植当地的林木以恢复原有的景观等。而方案（1）和方案（2）不具备以上特点，且两种方案中河堤加固措施的保护效果难以准确估量，耗资也比方案（3）更多。

基尔运河的不断发展主要得益于德国政府以及基尔运河管理当局对内河航运可持续发展的高度重视，他们立足当前，放眼未来，致力于改善运河通航的软硬件设施，实现经济与生态平衡发展，不断提升基尔运河的可持续发展能力。

6 结论及展望

内河航运是国民经济发展的重要行业，全球气候变化是人们热切关注的问题，探讨气候变化下内河航运的可持续发展具有十分重要的意义。本文以可持续发展理论为支撑，以内河航运系统为切入点，以气候变化为背景，探讨气候变化与内河航运的密切关系，简要总结了内河航运的管理措施，并进一步论述内河航运可持续发展的评价步骤，得出内河航运的可持续发展程度，最终强调经济与生态平衡发展的重要性。

不过，我国内河航运的可持续发展还存在诸多问题，如：（1）内河航运可持续发展的基本理论研究薄弱，理论体系有待深入完善；（2）基于气候变化问题自身的潜藏性与复杂性，其对内河航运的影响有待进一步深入探讨；（3）在充分实现内河航运的管理机制与可持续发展评价方法上，本文只是简略给出了部分建议措施及主要评价步骤，具体的管理细节以及评价过程还需进一步拓展与实践检验。

综上所述，目前我国内河航运可持续发展领域的研究还不够深入。笔者将可持续发展的理论运用至内河航运领域，并将理论研究联系实践研究，为内河航运的可持续发展提供有意义的参考。

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Sustainable development of inland navigation transportation

LIU Bing⁃bing1,2，LI Yi1,2,3，WU Yu⁃lei4，WU Lin⁃jian1,2
（1.National Inland Waterway Regulation Engineering Research Center,Key Laboratory of Hydraulic&Waterway Engineering of the Ministry of Education,Chongqing Jiaotong University,Chongqing 400074,China;2.School of River&Ocean Engineering,Chongqing Jiaotong University,Chongqing 400074,China;3.CCCC⁃Key Hydrodynamic Laboratory for Coastal Engineering,Tianjin 300222,China;4.State Key Laboratory of Hydraulics and Mountain River Engineering,Sichuan University,Chengdu 610065,China）

The sustainable development of inland navigation transportation is a part of the whole national sus⁃tainable development,but there have been few researches about sustainable development of inland navigation trans⁃portation so far.Therefore this paper aimed to summarize the research achievements of some scholars at home and abroad,apply the rich theory of sustainable development to inland navigation transportation,analyze the main com⁃ponents of inland navigation system by means of system theory,consider the effects of climate change to inland navi⁃gation transportation mainly from precipitation and air temperature comprehensively,discuss the close relationship between climate change and inland waterway transport,offer some concrete management measures and suggestions which are suitable for inland navigation transportation,take an example of analytic hierarchy process to describe the evaluation steps of sustainable development of inland navigation transportation,evaluate the degree of sustainable development of inland navigation transportation quantitatively,finally as a case study of the sustainable develop⁃ment course of the German Kiel canal,emphasize the importance of balanced development of economy and ecology.

inland navigation transportation;sustainable development;climate change;evaluation of sustain⁃able development

TV 142；U 651

A

1005-8443（2015）02-0133-07

2014-03-05；

2014-08-08

国家人力资源和社会保障部留学人员科技活动项目择优资助项目（2011年度）；教育部留学回国人员科研启动基金项目（2013年度）；重庆市教委科学技术研究项目（KJ110410）；重庆市基础与前沿研究计划项目（cstc2013jcyjA20016），重庆交通大学研究生教育创新基金项目（20130119）

刘冰冰（1991-），女，河南省人，硕士研究生，主要从事水文资源与环境水利工程方面的研究。

Biography：LIU Bing⁃bing（1991-），female，master student.