内河航道交通运行特性分析及预测

缪 岩，蒋大治

(1. 江苏省交通运输厅航道局，南京 210004； 2. 江苏未来网联交通研究院有限公司，南京 210001)

江苏省位于长江下游，河流众多。全省内河通航里程达24 365公里，拥有等级航道8 708公里、干线航道75条。在这75条干线航道上，共布设了131个船舶流量观测点，其中，连续点50个，间隙点81个。由于航线众多，本文主要对苏北运河航线进行研究分析。在京杭运河苏北段航线中，共设有10个观测点，即解台船闸、刘山船闸、皂河船闸、宿迁船闸、刘老涧船闸、泗阳船闸、淮阴船闸、淮安船闸、邵伯船闸和施桥船闸等，全部为连续观测点。苏北运河起于苏鲁界，南至扬州六圩口入江，其中，大王庙以北分为东西两支，全长474.5公里，包括湖西航道、中运河和徐扬段等三个部分[1]。苏北运河是我国重要的水运大动脉，也是我国南水北调工程的重要通道，在推动我国经济发展方面发挥着积极的作用。根据江苏省统一标准，该航段间歇点的观测时间为1月、4月、8月和11月的1～ 15日，进行全年连续观测。

1 内河航道交通运行特性分析

本文从时间分布、空间分布和货物分布等三个方面对苏北运河内河航道交通运行特性进行研究分析[2-3]。从时间分布来看，除了邵伯船闸、施桥船闸的船舶通过量和载重量呈现出上升趋势外，其他观测点的船舶通过量和载重量均呈现出明显的下降趋势；从空间分布来看，各观测点的船舶通过量和载重量上下行皆较为均衡；从货种分布来看，京杭运河航道主要以煤炭和矿建材料运输为主。

1.1 时间分布

时间分布主要指各观测点船舶通过量和载重量在时间上的变化趋势。京杭运河苏北段各观测点在2012～2017年的船舶通过量和载重量如图1～2所示。

图1 2012～2017年船舶通过量

图2 2012～2017年船舶总载重量

由图1可知，船舶通过量总体呈下降趋势，尤其在2014～2016年间，船舶通过量下降趋势最为明显。其中，解台船闸船舶通过量是所有船闸中最低的，除邵伯船闸和施桥船闸的船舶通过量在这六年中相对均衡外，其他各船闸均呈现出下降的趋势。

由图1～2可知，船舶载重量和通过量的趋势较为一致。其中，解台船闸的船舶载重量最低，而邵伯船闸和施桥船闸在船舶通过量不变的情况下，载重量却在不断增长，且增长幅度较为明显。早在2012年，邵伯船闸和施桥船闸的船舶载重量相对于其他船闸还是比较低的，然而，经过六年的发展，其船舶载重量已位于所有船闸的前列。由此可知，邵伯船闸和施桥船闸的发展较为迅速，而其他船闸并没有明显的发展，部分甚至呈现出倒退的趋势。

1.2 空间分布

空间分布主要指船舶通过量、总载重吨、重载载重吨和空载载重吨等四个指标在内河航道各观测点上下行方向的分布情况，具体分布系数如表1所示[4]。

表1 京杭运河苏北段各观测点船舶流量方向分布系数

由表1可知，船舶通过量和总载重吨在上下行方向的分布相对均衡，而重载载重吨和空载载重吨则呈现出明显的方向不均衡性。船舶通过量和总载重吨方面的最大方向分布系数为0.542，表明船舶去程和返程的路径相对比较固定；而在重载载重吨方面，皂河船闸、宿迁船闸、刘老涧船闸、泗阳船闸和淮阴船闸的方向分布系数均在0.6以上；在空载载重吨方面，除刘山船闸外，其他观测点的方向分布系数也均在0.6以上。

1.3 货种分布

货种分布主要指货物种类分布。货物种类有钢材、木材、煤炭、石油、水泥、矿建材料、粮食、金属矿和化肥农药等，其分布情况如图3所示。上下行货物种类对比如图4所示。

由图3～4可知，内河航道运输主要以大宗货物为主，其中，煤炭和矿建材料占比较大，煤炭运量占38%，矿建材料占33%。在上行货物运输中，主要以矿建材料为主，占运输总量的60%；下行货物运输中，煤炭运量占据较大比重，为运输总量的59%。由此可见，内河航道为煤炭和矿建材料等大宗货物的运输提供了便利。

对比2016年与2017年的货物通过量可知，京杭运河苏北段总体货运量上涨了8.03%，除刘山船闸外，其余船闸均呈现上升趋势。其中，以刘老涧船闸和淮阴船闸的上升趋势最为明显，二者的增长率都在14%左右。淮安船闸、邵伯船闸和施桥船闸的过闸货物量在整个苏北段占比较大。

图3 京杭运河苏北段货物种类分布

图4 京杭运河苏北段上下行货物种类对比

2 内河航道交通运行特性预测

2.1 预测方法

本文采用时间序列法和灰色理论法对船舶通过量和载重量进行预测分析[5-7]。时间序列法是根据过去和现在的数据来预测未来将要发生的数据，具有时序性。灰色理论法是目前应用最为广泛、影响最大的预测方法，其实质是指数模型，具有无限增长性，只适用于船舶通过量和载重量的短期预测。

为有效衡量不同预测模型的预测精度，本文将选取均方误差(MSE)、平均绝对误差(MAE)和平均绝对百分比误差(MAPE)等三种常见的误差指标来评估预测结果[8]。

(1)

(2)

(3)

2.2 船舶通过量预测结果与分析

根据相关资料，京杭运河苏北段宿迁船闸在2012～2017年的船舶通过量如表2所示。

根据表2数据，分别运用时间序列法和灰色模型理论法进行预测，对比分析预测结果，找出预测最为准确的一个方法。两种方法的预测结果及精度对比情况如表3所示。

表2 宿迁船闸2012～2017年船舶通过量

表3 两种方法预测结果及精度对比

由表3可知，在对宿迁船闸船舶通过量的预测中，灰色模型理论法的预测效果较好，其均方误差值、平均绝对误差值和平均绝对百分比误差值均小于线性回归法的预测结果。因此，宿迁船闸应首选灰色理论模型法进行船舶通过量预测。

运用灰色模型理论法对未来四年宿迁船闸的船舶通过量进行预测，预测结果如表4所示。

表4 宿迁船闸2018～2021年船舶通过量预测值

由表4可知，宿迁船闸的船舶通过量在未来四年呈现出明显的下降趋势。运用同样的方法对京杭运河苏北段各个船闸2018～2021年的船舶通过量进行预测，预测结果如表5所示。

表5 京杭运河苏北段各船闸船舶通过量预测值 (艘)

由表5可知，除邵伯船闸和施桥船闸的船舶通过量呈上升趋势且上升趋势较为明显外，其他观测点的船舶通过量均呈现下降趋势。鉴于邵伯船闸和施桥船闸船舶通过量的上升趋势较为明显，政府和企业应加大对这两个船闸的建设投入，以满足后期船舶通行的需求。

2.3 船舶载重量预测结果与分析

运用灰色模型理论法，对未来四年京杭运河苏北段各观测点的船舶载重量进行预测分析，预测结果如表6所示。

表6 京杭运河苏北段各船闸船舶载重量预测值 (万吨)

由表6可知，淮安船闸、邵伯船闸和施桥船闸的船舶载重量呈现出明显的上升趋势，而其他各船闸则呈现下降趋势。结合表5可知，未来四年淮安船闸的船舶载重量虽然呈现出上升趋势，但其船舶通过量却在下降；与此同时，邵伯船闸及施桥船闸的船舶通过量和载重量均呈现明显的上升趋势，因此，政府和企业应加大对这两个船闸的建设投入，以满足后期即将扩大的通航需求，进而促进京杭运河苏北段各航道畅通、高效、平安、绿色和持续发展。

3 结语

本文从时间分布、空间分布和货物分布等三个方面对京杭运河苏北段内河航道交通运行特性进行了研究分析，并采用时间序列法和灰色理论法对各观测点的船舶通过量和载重量进行了预测。通过预测，可知未来四年邵伯船闸和施桥船闸的船舶通过量及载重量均有明显的上升趋势，政府和企业应予以重视，并加大对这两处船闸的建设与投入，以便满足其即将扩大的运行需求，进而促进整个内河航道的畅通及可持续发展。