面向生态环境保护的长江上游老旧码头布局功能优化

魏燕杰, 贾建娜, 彭士涛*, 钟 鸣,2, 齐兆宇

1.交通运输部天津水运工程科学研究所， 水路交通环境保护技术交通行业重点实验室， 天津 300456

2.江苏恒澄交科信息科技股份有限公司， 江苏 苏州 215000

长江干线航道为 2 838 km，2019年货物通过量达2.93×109t，支撑了沿江11省市经济社会发展所需85%的铁矿石、83%的电煤和85%的外贸货物运输量(中上游地区达90%)，每年对沿江经济发展的直接贡献在2×1011元以上，间接贡献在4.3×1012元以上[1-3]. 长江航运高速发展的同时，船舶运输污染排放[4-7]、港口码头运营[8-11]、航道疏浚建设[12-15]也给沿江水环境保护带来了巨大压力.

相比于沿海大型港口，大部分长江沿线港口特别是上游(主要包括云南省、贵州省、四川省、重庆市等地区)港口，因江水落差大、峡谷深、水流湍急等水文特征，导致作业区规模小、作业效率和泊位通过能力较低. 同时，港区缺乏专业化功能划分，同质化竞争严重，集约化程度较低，港口岸线资源未得到合理有效的配置，与国家长江大保护新战略部署、新环保要求下的长江经济带高质量发展理念存在较大差距[16-19]. 急需从集约利用岸线资源、优化港区功能布局等角度，减小甚至消除沿江港口码头环境风险压力，全面推进港口码头绿色发展[20-23]. 为此，对标《长江保护修复攻坚战行动计划》《深入推进绿色港口建设行动方案》，长江干线开展码头综合整治，全线累计关停或拆除非法码头 1 361座，其中彻底拆除并实现生态复绿 1 254座，规范提升107座[24]. 同时，大力推动铁水联运，如从上海、武汉到成都，每个集装箱费用降至 6 400元，比纯铁路运输成本下降了 1 600元/TEU (TEU表示标箱)，较铁公水联运成本下降了500元/TEU，极大降低运输能耗及费用，减少了公路对沿线城市的空气污染[25]. 总体而言，通过港口码头岸线资源优化调整，推进岸线集约高效利用，提高铁水联运运输比例，保障了航运和生态安全的现实需要.

该研究结合生态港口规划，以重庆长寿港区为例，按照“关键生态环境问题识别—码头布局功能优化—生态风险分析”的思路，开展了长江上游老旧码头布局功能优化研究，以期为长江流域港口码头绿色发展提供方法参考.

1 研究区概况及关键生态环境问题识别

1.1 研究区概况

重庆市长寿区境内长江岸线上起大石门(距宜昌595.7 km)，下至黄草峡(距宜昌574.3 km)，自然岸线总长约40 km，可利用岸线11.9 km. 重庆港总体规划中长江长寿港区定位为主城枢纽港，规划作业区12个(见图1)，可建泊位数50个、规划利用岸线 9 565 m，挖潜调整后可建泊位56个. 已建成的7个作业区、25个泊位、利用岸线 4 640 m，设计总通过能力为17.5×106t/a. 2017年吞吐量为10.0×106t/a，为设计通过能力的58.5%；2018年吞吐量为11.9 ×106t/a，为设计通过能力的69.5%.

长寿港区航道水深常年在6 m以上，5 000 t级以上船舶可全年满载到港. 境内铁路总里程为125 km，已建成川维、重钢及MDI (二苯基甲烷二异氰酸酯)共计3条铁路货运专用线，总里程为19 km，直接衔接码头作业区. 境内公路总里程145 km，高速总里程78 km，高速公路设计总运力约为4.5×109t/a，依托渝万和长涪高速形成“Y”字型的对外客货运输交流通道. 整体而言，长寿港区具备成熟的铁公水联运条件.

图1 长寿港区的研究范围Fig.1 Research scope of Changshou port

1.2 关键生态环境问题识别

综合现状分析，长江长寿段具备丰富的港口岸线资源、泊位资源、陆域资源及铁公水联运优势. 但在生态文明建设新时期，现状码头作业门类较多，生态环境形势非常严峻，主要表现在2个方面：①港区同质化经营煤炭、砂石等高污染品种，部分码头作业区规模小，岸线集约化利用程度较低. 长寿港区部分港口码头实际吞吐量不足通过能力的30%，存在“吃不饱”、市场资源未得到合理有效配置的问题. 为了生存，除黑背石作业区经营炉料外，冯家湾、胡家坪、重钢、门坎石、老黄沟、詹家沱等6个现有作业区经营范围均包含煤炭及砂石等易起尘、污染压力大的货种. 长寿港区老黄沟作业区、门坎石作业区与黑背石作业区等已建成，其泊位通过能力较低，作业方式较为落后、污染大，岸线集约化利用程度较低，已经逐渐不能满足日益趋严的环保政策要求. ②铁水联运条件未充分利用，公路转运对城区环境压力凸显. 长寿港区已建成的重钢、川维及MDI铁路货运专用线仅为企业服务，导致实际运力(4.22×106ta)不足设计运力(1.851×107ta)的25%，铁水联运优势尚未得到充分发挥. 货运更多依赖公路转运，加大了区域集疏运系统的交通压力；同时，由于货运车辆粉尘污染防治措施不完善，对主城区环境空气质量造成了较大影响.

综上，长寿港区目前主要存在码头作业区分布散、规模小，产业结构未得到合理布局，岸线集约化利用程度低，未充分发挥铁水联运优势条件等问题，对环境带来较大风险压力.

2 长寿港区布局功能优化

2.1 面向绿色可持续发展的产业总体布局

针对码头作业区分布散、规模小，产业结构未得到合理布局，岸线集约化利用程度低的问题，结合港区现状，根据《重庆市现代物流业发展“十三五”规划》《重庆市长寿区城乡总体规划(2013年编制)》等上位规划的要求，确定了“三区一中心”(化学品分拨中心、保税仓特色仓储物流区、大宗物资物流区与功能升级拓展区)总体临港产业布局(见图2)，预期实现码头作业规模化、产业结构合理化、岸线利用集约化，减弱或消除港口作业对区域生态环境带来的环境风险压力. 该研究以涉及码头作业区分布散、规模小，产业结构未得到合理布局，岸线集约化利用程度低等环境问题的煤炭、矿石作业种类为例，说明产业布局的方法.

2.1.1产业规模与泊位建设供需分析

为保障岸线的集约化利用与专业化功能划分，规划在长寿居住区对岸的长江南岸集中进行矿石、煤炭、钢材、木材、石材、砂石、粮食等大宗散货物流，对相同品类货物物流中转集中布置，并结合航道和岸线条件对泊位分散布局，其中煤炭、矿石等易起尘的货种集中于重钢作业区进行装卸.

图2 长寿区临港产业布局Fig.2 Planning layout of port-centered industrial areas

重钢作业区现状原材料散货泊位3个，设计通过能力为7.34×106t/a. 根据钢铁产业钢材原材料吞吐量的预测[26]，按照靠泊能力为 5 000 t计，通用散货泊位设计通过能力以2.30×106t/a计，规划年限内2025年、2030年、2035年钢铁产业通用散货(矿石与煤炭)泊位需求量分别为4、5、7个. 重钢作业区现已建成通用散货泊位3个，现有0#泊位由于航道条件尚未开通运行，同时重钢作业区规划新建件杂货泊位1个[27]，该研究拟将其优化为新建的专业散货泊位1个. 考虑到规划大石门作业区铁公水联运条件较为成熟，可作为未来功能拓展区，规划至2035年新建 5 000 t级专业散货泊位3个. 重钢作业区原材料散货泊位供需关系见表1.

表1 重钢作业区钢铁原材料通用散货泊位供需关系

2.1.2泊位布置

据2.1.1节供需分析，重钢作业区在现状已建原材料泊位上游改建原0#泊位为可停靠5 000 t船舶的专业散货泊位1个. 按照有关规范规定[28]，码头泊位的长度应满足船舶安全靠离泊作业和系缆要求. 在同一码头前沿线连续布置多个泊位时，泊位长度(见图3)采用式(1)(2)计算：

图3 连续布置多个泊位的泊位长度示意[28]Fig.3 Schematic diagram of berth length for continuous arrangement of multiple berths[28]

Lb1=L+1.5d

(1)

Lb2=L+d

(2)

式中：Lb1为端部泊位长度，m；Lb2为中间泊位长度，m；L为设计船型长度，m；d为泊位富裕长度，m.

重钢作业区现有通用件杂货泊位3个，主要用于钢材成品运输，泊位总长度为300 m；现有通用散货泊位3个，主要用于铁矿、煤炭等钢材原材料运输，泊位总长度为200 m. 改建原0#泊位可停靠的 5 000 t通用散货代表船型船长105 m，取泊位富裕长度为33 m，则泊位最长长度为155 m. 重钢作业区规划利用岸线长度为 1 400 m[27]，完全满足规划的泊位布置要求.

2.1.3作业区布置

根据长寿区矿石(金属矿石与非金属矿石)及煤炭港口吞吐量预测[29]，未来吞吐量统计如表1所示. 根据经验数据，大宗散货物流总量中15%为直接通过性物资(不需堆放和后方储存)，85%为前方堆放物资. 另外，大宗散货约有30%进入后方仓储. 按照相关规定[28]计算，长寿区矿石煤炭港前作业堆场及仓储物流用地(见表2)参照式(3)(4)计算:

(3)

(4)

式中：E为堆场所需的容量或仓储容量，t；Qh为散货年吞吐量，104ta；KBK为堆场不平衡系数，堆场取1.5，仓储物流用地取1；Kr为货物最大入堆场或后方物流区仓储的占比，%；Tyk为堆场年营运天数，取350 d；tdc为货物在堆场的平均堆存期，煤炭取14 d，其他大宗散货取12 d；A为堆场或仓储区总面积，m2；q为单位有效面积的货物堆存量，取3 tm2；Kk为堆场总面积利用率，即有效面积占总面积的比例，取60%；F为仓储用地容积率，单层仓库取0.5，堆场计算时取1；Ks为纯仓储用地占总用地的比例，取75% (其余25%为市政道路、绿化、市政配套设施等用地)，堆场计算时取1.

表2 长寿区矿石煤炭港前作业堆场及仓储物流用地

综上，建议大宗物资物流区总占地面积为15.78×105m2，其中仓储物流设施用地面积为7.34×105m2(矿石区为1.54×105m2、煤炭区为1.73×105m2、其他为4.07×105m2)；大宗散货堆场用地面积为6.57×105m2(其中矿石区为1.33×105m2、煤炭区为1.50×105m2)；设置公共配套服务中心一处，用地面积为0.25×105m2，为大宗散货物资物流区提供行政管理、货运办理、金融、报关等服务功能；为满足货运车辆作业要求，预留货运配载区用地面积为0.92×105m2；绿化及道路用地面积为0.70×105m2，分布于各功能区之间(见图4).

2.1.4产业总体布局成果

图4 大宗物资物流区产业规模预测及用地规模Fig.4 Industrial scale forecast and land use scale of bulk material logistics area

按照2.1.2节和2.1.3节的方法，分别对化学品分拨中心、保税仓特色仓储物流区与功能升级拓展区进行布局优化，长寿港区规划关停并转作业区6个，恢复岸线483 m，规划生产性泊位由56个减至46个(见表3)，规划利用岸线由 9 565 m减至 8 225 m. 在保证通过能力的前提下，实现液体化工、散货、件杂货、集装箱、滚装车、钢材成品等多元化经营.

针对缩减的岸线，建议在保障防洪的前提下，尽量减少隔绝水陆自然交互的人工护坡护岸措施，加强长江生态护岸工程设计. 从岸线的形态设计、自然地貌重建、生态系统构建、防洪功能保障等方面研究合适的长江岸线生态修复方法和工程措施，修复长江岸线自然属性和生态功能，并制定《自然岸线生态修复与保护规划》[30-33].

2.2 面向高效低污染的铁水联运布局

为充分发挥长寿区铁水联运优势条件，减小区域集疏运系统的交通压力，降低散货公路运输带来的粉尘污染风险，有必要在码头集约化布局的基础上，优化铁公水联运组织结构，提高铁水联运比例，加强公路集疏运能力，减少运输车辆穿越城区的几率. 其中，提高铁水联运比例为核心.

表3 水运设施整合计划

注： TEU表示标箱.

2.2.1水运交通组织

根据化学品分拨中心、保税仓特色仓储物流区、大宗物资物流区及功能升级拓展区的产业发展要求及运力要求，得出水路设施整合路径. 共计建成生产性泊位46个，货运能力达54.8×106ta、5.5×105TEUa、4×105辆a(见表3).

2.2.2铁路设施整合

根据对铁路物流量测算[34]，2035年铁路物流量为33.4×106t，供需基本平衡. 主要货运专用线为重钢专用线、川维专用线及MDI专用线，目前属于企业专用. 远期建议重钢铁路专线运力升至20.0×106ta，川维专线升至8.2×106ta. 为充分利用铁路专用线资源，川维专用线在能满足企业自用的情况下，对外开放并满足其他企业铁路运输需求.

2.2.3铁水联运布局成果

分别采用相对GDP的弹性系数法及指数法预测长寿地区货运总量，并根据水运交通组织、铁路设施整合情况进行综合修正[29]. 根据对铁路、公路、铁路分运输方式货运分担率的预测数据[35]及2015—2017年长寿区铁公水货运总量的统计数据，预计公路运输量将逐年下降；铁路货运分担率将逐渐加大，2035年将达13%；随水运设施的完善，水运货运量也将快速增长，预计2035年将达29%(见表4).

表4 长寿区分运输方式货运量及分担率[29,35]

3 生态风险分析

采用相对风险模型(relative risk model, RRM)，综合分析评估功能布局优化前后港口码头(以岸线占用长度表征)和公路运输(以公路在多式联运中的分担率表征)两大类风险源对环境的风险影响. 选择浮游植物、浮游动物和底栖动物作为水域评估的生态终点；城区居民作为公路运输评估的生态终点. 对应的生境分别为近岸水体和临江城区.

根据交通运输风险暴露途径，构建描述风险源、压力、生境和生态终点间的相互作用关系(见表5)模型. 依据笔者所在课题组在渤海湾港口生态风险评价中积累的方法[36]，计算功能布局优化前后相对风险值. 由图5可见，提高岸线节约利用和优化铁公水联运结构后，港口码头与公路运输对生态环境的相对风险值大幅降低，证明了该研究产业总体布局与铁水联运优化布局的意义与目的.

表5 风险源、压力、生境、生态终点间关系

注： D表示物理扰动； C表示污染； S表示改变沉积； N表示风险压力与生态终点的暴露方式为栖息地或活动领域； —表示无关联.

图5 布局功能优化前后风险源的相对风险值Fig.5 The relative risk values of risk source before and after the optimization on layout and function

4 结论

a) 通过对长江上游的重庆长寿港区现状分析，识别出了港区同质化经营煤炭砂石等高污染品种，部分码头作业区分布散、规模小，岸线集约化利用程度低，铁水联运条件未充分利用、公路转运对城区环境压力凸显等关键生态环境问题.

b) 针对码头作业区分布散、规模小，产业结构未得到合理布局，岸线集约化利用程度低的问题，结合港区现状，基于产业规模与泊位建设供需分析—泊位布置—作业区布置的技术路线，确定了“三区一中心”(化学品分拨中心、保税仓特色仓储物流区、大宗物资物流区与功能升级拓展区)总体临港产业布局；规划关停并转作业区6个，恢复岸线483 m，规划生产性泊位由56个减至46个，规划利用岸线由 9 565 m减至 8 225 m；预期实现码头作业规模化、产业结构合理化、岸线利用集约化.

c) 为充分发挥长寿区铁水联运优势条件，减小区域集疏运系统的交通压力，降低散货公路运输带来的粉尘污染风险，在临港产业布局及水运交通组织的基础上，规划提升铁路运能，预测2035年铁路货运分担率将达13%，水运货运量将达29%，公路运输量将逐年下降.

d) 通过面向绿色可持续发展的产业总体布局提高岸线节约利用，以及面向高效低污染优化铁水联运结构，港口码头与铁公水联运对生态环境的相对风险值大幅降低.