面向生態(tài)環(huán)境保護(hù)的長江上游老舊碼頭布局功能優(yōu)化

魏燕杰, 賈建娜, 彭士濤*, 鐘 鳴,2, 齊兆宇

1.交通運(yùn)輸部天津水運(yùn)工程科學(xué)研究所， 水路交通環(huán)境保護(hù)技術(shù)交通行業(yè)重點實驗室， 天津 300456

2.江蘇恒澄交科信息科技股份有限公司， 江蘇 蘇州 215000

長江干線航道為 2 838 km，2019年貨物通過量達(dá)2.93×109t，支撐了沿江11省市經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展所需85%的鐵礦石、83%的電煤和85%的外貿(mào)貨物運(yùn)輸量(中上游地區(qū)達(dá)90%)，每年對沿江經(jīng)濟(jì)發(fā)展的直接貢獻(xiàn)在2×1011元以上，間接貢獻(xiàn)在4.3×1012元以上[1-3]. 長江航運(yùn)高速發(fā)展的同時，船舶運(yùn)輸污染排放[4-7]、港口碼頭運(yùn)營[8-11]、航道疏浚建設(shè)[12-15]也給沿江水環(huán)境保護(hù)帶來了巨大壓力.

相比于沿海大型港口，大部分長江沿線港口特別是上游(主要包括云南省、貴州省、四川省、重慶市等地區(qū))港口，因江水落差大、峽谷深、水流湍急等水文特征，導(dǎo)致作業(yè)區(qū)規(guī)模小、作業(yè)效率和泊位通過能力較低. 同時，港區(qū)缺乏專業(yè)化功能劃分，同質(zhì)化競爭嚴(yán)重，集約化程度較低，港口岸線資源未得到合理有效的配置，與國家長江大保護(hù)新戰(zhàn)略部署、新環(huán)保要求下的長江經(jīng)濟(jì)帶高質(zhì)量發(fā)展理念存在較大差距[16-19]. 急需從集約利用岸線資源、優(yōu)化港區(qū)功能布局等角度，減小甚至消除沿江港口碼頭環(huán)境風(fēng)險壓力，全面推進(jìn)港口碼頭綠色發(fā)展[20-23]. 為此，對標(biāo)《長江保護(hù)修復(fù)攻堅戰(zhàn)行動計劃》《深入推進(jìn)綠色港口建設(shè)行動方案》，長江干線開展碼頭綜合整治，全線累計關(guān)?；虿鸪欠ùa頭 1 361座，其中徹底拆除并實現(xiàn)生態(tài)復(fù)綠 1 254座，規(guī)范提升107座[24]. 同時，大力推動鐵水聯(lián)運(yùn)，如從上海、武漢到成都，每個集裝箱費用降至 6 400元，比純鐵路運(yùn)輸成本下降了 1 600元/TEU (TEU表示標(biāo)箱)，較鐵公水聯(lián)運(yùn)成本下降了500元/TEU，極大降低運(yùn)輸能耗及費用，減少了公路對沿線城市的空氣污染[25]. 總體而言，通過港口碼頭岸線資源優(yōu)化調(diào)整，推進(jìn)岸線集約高效利用，提高鐵水聯(lián)運(yùn)運(yùn)輸比例，保障了航運(yùn)和生態(tài)安全的現(xiàn)實需要.

該研究結(jié)合生態(tài)港口規(guī)劃，以重慶長壽港區(qū)為例，按照“關(guān)鍵生態(tài)環(huán)境問題識別—碼頭布局功能優(yōu)化—生態(tài)風(fēng)險分析”的思路，開展了長江上游老舊碼頭布局功能優(yōu)化研究，以期為長江流域港口碼頭綠色發(fā)展提供方法參考.

1 研究區(qū)概況及關(guān)鍵生態(tài)環(huán)境問題識別

1.1 研究區(qū)概況

重慶市長壽區(qū)境內(nèi)長江岸線上起大石門(距宜昌595.7 km)，下至黃草峽(距宜昌574.3 km)，自然岸線總長約40 km，可利用岸線11.9 km. 重慶港總體規(guī)劃中長江長壽港區(qū)定位為主城樞紐港，規(guī)劃作業(yè)區(qū)12個(見圖1)，可建泊位數(shù)50個、規(guī)劃利用岸線 9 565 m，挖潛調(diào)整后可建泊位56個. 已建成的7個作業(yè)區(qū)、25個泊位、利用岸線 4 640 m，設(shè)計總通過能力為17.5×106t/a. 2017年吞吐量為10.0×106t/a，為設(shè)計通過能力的58.5%；2018年吞吐量為11.9 ×106t/a，為設(shè)計通過能力的69.5%.

長壽港區(qū)航道水深常年在6 m以上，5 000 t級以上船舶可全年滿載到港. 境內(nèi)鐵路總里程為125 km，已建成川維、重鋼及MDI (二苯基甲烷二異氰酸酯)共計3條鐵路貨運(yùn)專用線，總里程為19 km，直接銜接碼頭作業(yè)區(qū). 境內(nèi)公路總里程145 km，高速總里程78 km，高速公路設(shè)計總運(yùn)力約為4.5×109t/a，依托渝萬和長涪高速形成“Y”字型的對外客貨運(yùn)輸交流通道. 整體而言，長壽港區(qū)具備成熟的鐵公水聯(lián)運(yùn)條件.

圖1 長壽港區(qū)的研究范圍Fig.1 Research scope of Changshou port

1.2 關(guān)鍵生態(tài)環(huán)境問題識別

綜合現(xiàn)狀分析，長江長壽段具備豐富的港口岸線資源、泊位資源、陸域資源及鐵公水聯(lián)運(yùn)優(yōu)勢. 但在生態(tài)文明建設(shè)新時期，現(xiàn)狀碼頭作業(yè)門類較多，生態(tài)環(huán)境形勢非常嚴(yán)峻，主要表現(xiàn)在2個方面：①港區(qū)同質(zhì)化經(jīng)營煤炭、砂石等高污染品種，部分碼頭作業(yè)區(qū)規(guī)模小，岸線集約化利用程度較低. 長壽港區(qū)部分港口碼頭實際吞吐量不足通過能力的30%，存在“吃不飽”、市場資源未得到合理有效配置的問題. 為了生存，除黑背石作業(yè)區(qū)經(jīng)營爐料外，馮家灣、胡家坪、重鋼、門坎石、老黃溝、詹家沱等6個現(xiàn)有作業(yè)區(qū)經(jīng)營范圍均包含煤炭及砂石等易起塵、污染壓力大的貨種. 長壽港區(qū)老黃溝作業(yè)區(qū)、門坎石作業(yè)區(qū)與黑背石作業(yè)區(qū)等已建成，其泊位通過能力較低，作業(yè)方式較為落后、污染大，岸線集約化利用程度較低，已經(jīng)逐漸不能滿足日益趨嚴(yán)的環(huán)保政策要求. ②鐵水聯(lián)運(yùn)條件未充分利用，公路轉(zhuǎn)運(yùn)對城區(qū)環(huán)境壓力凸顯. 長壽港區(qū)已建成的重鋼、川維及MDI鐵路貨運(yùn)專用線僅為企業(yè)服務(wù)，導(dǎo)致實際運(yùn)力(4.22×106ta)不足設(shè)計運(yùn)力(1.851×107ta)的25%，鐵水聯(lián)運(yùn)優(yōu)勢尚未得到充分發(fā)揮. 貨運(yùn)更多依賴公路轉(zhuǎn)運(yùn)，加大了區(qū)域集疏運(yùn)系統(tǒng)的交通壓力；同時，由于貨運(yùn)車輛粉塵污染防治措施不完善，對主城區(qū)環(huán)境空氣質(zhì)量造成了較大影響.

綜上，長壽港區(qū)目前主要存在碼頭作業(yè)區(qū)分布散、規(guī)模小，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)未得到合理布局，岸線集約化利用程度低，未充分發(fā)揮鐵水聯(lián)運(yùn)優(yōu)勢條件等問題，對環(huán)境帶來較大風(fēng)險壓力.

2 長壽港區(qū)布局功能優(yōu)化

2.1 面向綠色可持續(xù)發(fā)展的產(chǎn)業(yè)總體布局

針對碼頭作業(yè)區(qū)分布散、規(guī)模小，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)未得到合理布局，岸線集約化利用程度低的問題，結(jié)合港區(qū)現(xiàn)狀，根據(jù)《重慶市現(xiàn)代物流業(yè)發(fā)展“十三五”規(guī)劃》《重慶市長壽區(qū)城鄉(xiāng)總體規(guī)劃(2013年編制)》等上位規(guī)劃的要求，確定了“三區(qū)一中心”(化學(xué)品分撥中心、保稅倉特色倉儲物流區(qū)、大宗物資物流區(qū)與功能升級拓展區(qū))總體臨港產(chǎn)業(yè)布局(見圖2)，預(yù)期實現(xiàn)碼頭作業(yè)規(guī)?；a(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)合理化、岸線利用集約化，減弱或消除港口作業(yè)對區(qū)域生態(tài)環(huán)境帶來的環(huán)境風(fēng)險壓力. 該研究以涉及碼頭作業(yè)區(qū)分布散、規(guī)模小，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)未得到合理布局，岸線集約化利用程度低等環(huán)境問題的煤炭、礦石作業(yè)種類為例，說明產(chǎn)業(yè)布局的方法.

2.1.1產(chǎn)業(yè)規(guī)模與泊位建設(shè)供需分析

為保障岸線的集約化利用與專業(yè)化功能劃分，規(guī)劃在長壽居住區(qū)對岸的長江南岸集中進(jìn)行礦石、煤炭、鋼材、木材、石材、砂石、糧食等大宗散貨物流，對相同品類貨物物流中轉(zhuǎn)集中布置，并結(jié)合航道和岸線條件對泊位分散布局，其中煤炭、礦石等易起塵的貨種集中于重鋼作業(yè)區(qū)進(jìn)行裝卸.

圖2 長壽區(qū)臨港產(chǎn)業(yè)布局Fig.2 Planning layout of port-centered industrial areas

重鋼作業(yè)區(qū)現(xiàn)狀原材料散貨泊位3個，設(shè)計通過能力為7.34×106t/a. 根據(jù)鋼鐵產(chǎn)業(yè)鋼材原材料吞吐量的預(yù)測[26]，按照靠泊能力為 5 000 t計，通用散貨泊位設(shè)計通過能力以2.30×106t/a計，規(guī)劃年限內(nèi)2025年、2030年、2035年鋼鐵產(chǎn)業(yè)通用散貨(礦石與煤炭)泊位需求量分別為4、5、7個. 重鋼作業(yè)區(qū)現(xiàn)已建成通用散貨泊位3個，現(xiàn)有0#泊位由于航道條件尚未開通運(yùn)行，同時重鋼作業(yè)區(qū)規(guī)劃新建件雜貨泊位1個[27]，該研究擬將其優(yōu)化為新建的專業(yè)散貨泊位1個. 考慮到規(guī)劃大石門作業(yè)區(qū)鐵公水聯(lián)運(yùn)條件較為成熟，可作為未來功能拓展區(qū)，規(guī)劃至2035年新建 5 000 t級專業(yè)散貨泊位3個. 重鋼作業(yè)區(qū)原材料散貨泊位供需關(guān)系見表1.

表1 重鋼作業(yè)區(qū)鋼鐵原材料通用散貨泊位供需關(guān)系

2.1.2泊位布置

據(jù)2.1.1節(jié)供需分析，重鋼作業(yè)區(qū)在現(xiàn)狀已建原材料泊位上游改建原0#泊位為可?？? 000 t船舶的專業(yè)散貨泊位1個. 按照有關(guān)規(guī)范規(guī)定[28]，碼頭泊位的長度應(yīng)滿足船舶安全靠離泊作業(yè)和系纜要求. 在同一碼頭前沿線連續(xù)布置多個泊位時，泊位長度(見圖3)采用式(1)(2)計算：

圖3 連續(xù)布置多個泊位的泊位長度示意[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為端部泊位長度，m；Lb2為中間泊位長度，m；L為設(shè)計船型長度，m；d為泊位富裕長度，m.

重鋼作業(yè)區(qū)現(xiàn)有通用件雜貨泊位3個，主要用于鋼材成品運(yùn)輸，泊位總長度為300 m；現(xiàn)有通用散貨泊位3個，主要用于鐵礦、煤炭等鋼材原材料運(yùn)輸，泊位總長度為200 m. 改建原0#泊位可?？康?5 000 t通用散貨代表船型船長105 m，取泊位富裕長度為33 m，則泊位最長長度為155 m. 重鋼作業(yè)區(qū)規(guī)劃利用岸線長度為 1 400 m[27]，完全滿足規(guī)劃的泊位布置要求.

2.1.3作業(yè)區(qū)布置

根據(jù)長壽區(qū)礦石(金屬礦石與非金屬礦石)及煤炭港口吞吐量預(yù)測[29]，未來吞吐量統(tǒng)計如表1所示. 根據(jù)經(jīng)驗數(shù)據(jù)，大宗散貨物流總量中15%為直接通過性物資(不需堆放和后方儲存)，85%為前方堆放物資. 另外，大宗散貨約有30%進(jìn)入后方倉儲. 按照相關(guān)規(guī)定[28]計算，長壽區(qū)礦石煤炭港前作業(yè)堆場及倉儲物流用地(見表2)參照式(3)(4)計算:

(3)

(4)

式中：E為堆場所需的容量或倉儲容量，t；Qh為散貨年吞吐量，104ta；KBK為堆場不平衡系數(shù)，堆場取1.5，倉儲物流用地取1；Kr為貨物最大入堆場或后方物流區(qū)倉儲的占比，%；Tyk為堆場年營運(yùn)天數(shù)，取350 d；tdc為貨物在堆場的平均堆存期，煤炭取14 d，其他大宗散貨取12 d；A為堆場或倉儲區(qū)總面積，m2；q為單位有效面積的貨物堆存量，取3 tm2；Kk為堆場總面積利用率，即有效面積占總面積的比例，取60%；F為倉儲用地容積率，單層倉庫取0.5，堆場計算時取1；Ks為純倉儲用地占總用地的比例，取75% (其余25%為市政道路、綠化、市政配套設(shè)施等用地)，堆場計算時取1.

表2 長壽區(qū)礦石煤炭港前作業(yè)堆場及倉儲物流用地

綜上，建議大宗物資物流區(qū)總占地面積為15.78×105m2，其中倉儲物流設(shè)施用地面積為7.34×105m2(礦石區(qū)為1.54×105m2、煤炭區(qū)為1.73×105m2、其他為4.07×105m2)；大宗散貨堆場用地面積為6.57×105m2(其中礦石區(qū)為1.33×105m2、煤炭區(qū)為1.50×105m2)；設(shè)置公共配套服務(wù)中心一處，用地面積為0.25×105m2，為大宗散貨物資物流區(qū)提供行政管理、貨運(yùn)辦理、金融、報關(guān)等服務(wù)功能；為滿足貨運(yùn)車輛作業(yè)要求，預(yù)留貨運(yùn)配載區(qū)用地面積為0.92×105m2；綠化及道路用地面積為0.70×105m2，分布于各功能區(qū)之間(見圖4).

2.1.4產(chǎn)業(yè)總體布局成果

圖4 大宗物資物流區(qū)產(chǎn)業(yè)規(guī)模預(yù)測及用地規(guī)模Fig.4 Industrial scale forecast and land use scale of bulk material logistics area

按照2.1.2節(jié)和2.1.3節(jié)的方法，分別對化學(xué)品分撥中心、保稅倉特色倉儲物流區(qū)與功能升級拓展區(qū)進(jìn)行布局優(yōu)化，長壽港區(qū)規(guī)劃關(guān)停并轉(zhuǎn)作業(yè)區(qū)6個，恢復(fù)岸線483 m，規(guī)劃生產(chǎn)性泊位由56個減至46個(見表3)，規(guī)劃利用岸線由 9 565 m減至 8 225 m. 在保證通過能力的前提下，實現(xiàn)液體化工、散貨、件雜貨、集裝箱、滾裝車、鋼材成品等多元化經(jīng)營.

針對縮減的岸線，建議在保障防洪的前提下，盡量減少隔絕水陸自然交互的人工護(hù)坡護(hù)岸措施，加強(qiáng)長江生態(tài)護(hù)岸工程設(shè)計. 從岸線的形態(tài)設(shè)計、自然地貌重建、生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建、防洪功能保障等方面研究合適的長江岸線生態(tài)修復(fù)方法和工程措施，修復(fù)長江岸線自然屬性和生態(tài)功能，并制定《自然岸線生態(tài)修復(fù)與保護(hù)規(guī)劃》[30-33].

2.2 面向高效低污染的鐵水聯(lián)運(yùn)布局

為充分發(fā)揮長壽區(qū)鐵水聯(lián)運(yùn)優(yōu)勢條件，減小區(qū)域集疏運(yùn)系統(tǒng)的交通壓力，降低散貨公路運(yùn)輸帶來的粉塵污染風(fēng)險，有必要在碼頭集約化布局的基礎(chǔ)上，優(yōu)化鐵公水聯(lián)運(yùn)組織結(jié)構(gòu)，提高鐵水聯(lián)運(yùn)比例，加強(qiáng)公路集疏運(yùn)能力，減少運(yùn)輸車輛穿越城區(qū)的幾率. 其中，提高鐵水聯(lián)運(yùn)比例為核心.

表3 水運(yùn)設(shè)施整合計劃

注： TEU表示標(biāo)箱.

2.2.1水運(yùn)交通組織

根據(jù)化學(xué)品分撥中心、保稅倉特色倉儲物流區(qū)、大宗物資物流區(qū)及功能升級拓展區(qū)的產(chǎn)業(yè)發(fā)展要求及運(yùn)力要求，得出水路設(shè)施整合路徑. 共計建成生產(chǎn)性泊位46個，貨運(yùn)能力達(dá)54.8×106ta、5.5×105TEUa、4×105輛a(見表3).

2.2.2鐵路設(shè)施整合

根據(jù)對鐵路物流量測算[34]，2035年鐵路物流量為33.4×106t，供需基本平衡. 主要貨運(yùn)專用線為重鋼專用線、川維專用線及MDI專用線，目前屬于企業(yè)專用. 遠(yuǎn)期建議重鋼鐵路專線運(yùn)力升至20.0×106ta，川維專線升至8.2×106ta. 為充分利用鐵路專用線資源，川維專用線在能滿足企業(yè)自用的情況下，對外開放并滿足其他企業(yè)鐵路運(yùn)輸需求.

2.2.3鐵水聯(lián)運(yùn)布局成果

分別采用相對GDP的彈性系數(shù)法及指數(shù)法預(yù)測長壽地區(qū)貨運(yùn)總量，并根據(jù)水運(yùn)交通組織、鐵路設(shè)施整合情況進(jìn)行綜合修正[29]. 根據(jù)對鐵路、公路、鐵路分運(yùn)輸方式貨運(yùn)分擔(dān)率的預(yù)測數(shù)據(jù)[35]及2015—2017年長壽區(qū)鐵公水貨運(yùn)總量的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，預(yù)計公路運(yùn)輸量將逐年下降；鐵路貨運(yùn)分擔(dān)率將逐漸加大，2035年將達(dá)13%；隨水運(yùn)設(shè)施的完善，水運(yùn)貨運(yùn)量也將快速增長，預(yù)計2035年將達(dá)29%(見表4).

表4 長壽區(qū)分運(yùn)輸方式貨運(yùn)量及分擔(dān)率[29,35]

3 生態(tài)風(fēng)險分析

采用相對風(fēng)險模型(relative risk model, RRM)，綜合分析評估功能布局優(yōu)化前后港口碼頭(以岸線占用長度表征)和公路運(yùn)輸(以公路在多式聯(lián)運(yùn)中的分擔(dān)率表征)兩大類風(fēng)險源對環(huán)境的風(fēng)險影響. 選擇浮游植物、浮游動物和底棲動物作為水域評估的生態(tài)終點；城區(qū)居民作為公路運(yùn)輸評估的生態(tài)終點. 對應(yīng)的生境分別為近岸水體和臨江城區(qū).

根據(jù)交通運(yùn)輸風(fēng)險暴露途徑，構(gòu)建描述風(fēng)險源、壓力、生境和生態(tài)終點間的相互作用關(guān)系(見表5)模型. 依據(jù)筆者所在課題組在渤海灣港口生態(tài)風(fēng)險評價中積累的方法[36]，計算功能布局優(yōu)化前后相對風(fēng)險值. 由圖5可見，提高岸線節(jié)約利用和優(yōu)化鐵公水聯(lián)運(yùn)結(jié)構(gòu)后，港口碼頭與公路運(yùn)輸對生態(tài)環(huán)境的相對風(fēng)險值大幅降低，證明了該研究產(chǎn)業(yè)總體布局與鐵水聯(lián)運(yùn)優(yōu)化布局的意義與目的.

表5 風(fēng)險源、壓力、生境、生態(tài)終點間關(guān)系

注： D表示物理擾動； C表示污染； S表示改變沉積； N表示風(fēng)險壓力與生態(tài)終點的暴露方式為棲息地或活動領(lǐng)域； —表示無關(guān)聯(lián).

圖5 布局功能優(yōu)化前后風(fēng)險源的相對風(fēng)險值Fig.5 The relative risk values of risk source before and after the optimization on layout and function

4 結(jié)論

a) 通過對長江上游的重慶長壽港區(qū)現(xiàn)狀分析，識別出了港區(qū)同質(zhì)化經(jīng)營煤炭砂石等高污染品種，部分碼頭作業(yè)區(qū)分布散、規(guī)模小，岸線集約化利用程度低，鐵水聯(lián)運(yùn)條件未充分利用、公路轉(zhuǎn)運(yùn)對城區(qū)環(huán)境壓力凸顯等關(guān)鍵生態(tài)環(huán)境問題.

b) 針對碼頭作業(yè)區(qū)分布散、規(guī)模小，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)未得到合理布局，岸線集約化利用程度低的問題，結(jié)合港區(qū)現(xiàn)狀，基于產(chǎn)業(yè)規(guī)模與泊位建設(shè)供需分析—泊位布置—作業(yè)區(qū)布置的技術(shù)路線，確定了“三區(qū)一中心”(化學(xué)品分撥中心、保稅倉特色倉儲物流區(qū)、大宗物資物流區(qū)與功能升級拓展區(qū))總體臨港產(chǎn)業(yè)布局；規(guī)劃關(guān)停并轉(zhuǎn)作業(yè)區(qū)6個，恢復(fù)岸線483 m，規(guī)劃生產(chǎn)性泊位由56個減至46個，規(guī)劃利用岸線由 9 565 m減至 8 225 m；預(yù)期實現(xiàn)碼頭作業(yè)規(guī)?；a(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)合理化、岸線利用集約化.

c) 為充分發(fā)揮長壽區(qū)鐵水聯(lián)運(yùn)優(yōu)勢條件，減小區(qū)域集疏運(yùn)系統(tǒng)的交通壓力，降低散貨公路運(yùn)輸帶來的粉塵污染風(fēng)險，在臨港產(chǎn)業(yè)布局及水運(yùn)交通組織的基礎(chǔ)上，規(guī)劃提升鐵路運(yùn)能，預(yù)測2035年鐵路貨運(yùn)分擔(dān)率將達(dá)13%，水運(yùn)貨運(yùn)量將達(dá)29%，公路運(yùn)輸量將逐年下降.

d) 通過面向綠色可持續(xù)發(fā)展的產(chǎn)業(yè)總體布局提高岸線節(jié)約利用，以及面向高效低污染優(yōu)化鐵水聯(lián)運(yùn)結(jié)構(gòu)，港口碼頭與鐵公水聯(lián)運(yùn)對生態(tài)環(huán)境的相對風(fēng)險值大幅降低.