基于灰色關聯度法的三峽樞紐過壩貨運量需求分析及預測研究1.1三峽樞紐區域運輸現狀1.1.1三峽船閘通航現狀及存在的問題（一）三峽樞紐通航設施1.雙線五包連續級船閘三峽船閘是一座目前水頭和技術最復雜，世界上規模最大的船閘。五級船閘的總設計水頭為113米，分成了五級之后，上下級最大水頭有45.2米，因此采取特殊的船閘方式，也就是說，用五級船閘來解決這個問題。三峽五級船閘是三峽樞紐工程中的重要組成部分，它擔負著三峽大多數過壩貨物運輸的任務。三峽五級船閘試航后，長江的運行能力得到大大提升，體現在單向通航能力從1000萬噸增幅到5000萬噸，最大的通航流量為56700m3/s，運輸成本減少36%，航行時間顯著縮短。三峽船閘目前在全球船閘中擁有最多的級數，也是世界上技術結構困難系數最大的船閘。2.早線一級垂直升船機三峽雙向船閘的設計通過能力為1億噸，一般船舶的平均待閘時間接近4小時，過長的候閘時間影響了水路運輸的時間，阻礙了長江航運的發展。在2014年投入了升船機的原因是由于三峽樞紐通過能力不足與日益增長的長江上下游運量之間的矛盾不斷突出。升船機是世界之最，可承載3000噸級船舶，最大爬升噸位為15500噸，最大爬升高度為113米。三峽升船機的最大通過能力與永久船閘相同。三峽升船機也是目前世界上規模最大、技術最復雜的升船機工程。其設計日平均運行閘次39次，平均過閘時間34.5分鐘。三峽升船機投入使用后，船舶采用升船機過壩，使船舶過壩效率得到極大提高，使船舶過壩時間顯著縮短，從原來的1.5小時減少至40分鐘，并且同時有效的擴大了三峽大壩的過壩能力，增加了600萬噸的過壩能力在三峽原過壩能力基礎之上。升船機的主要用途有：提供快速過壩通道給客貨輪及特種船舶為小噸位船舶提供通道，以利于提高永久船閘的通過能力（二）三峽船閘通航現狀1.三峽水庫建設至今，長江中上游的通航條件大為改善。三峽船閘的船隊待閘時間在16小時以內，單機船的待閘時間在6小時以內或者在14-22小時之間。待閘時間隨著年份不斷增長，預計三峽過閘的貨運量在2020年會達到2億，三峽船閘的通過能力將無法滿足日益增長的貨物吞吐量，將成為制約長江航運發展的瓶頸。2.三峽船閘投入運行之后，實際的通航率達到91.1%，不包括由于驗收、維護等因素引起的暫停。由于船閘自投入使用后一直在處在高度負荷的運行過程中，且隨著時間的增長，船閘的通航率只會增不會減，非常容易導致船閘出現故障，即增加船閘的維修次數和暫停次數，嚴重影響運行效率。（三）三峽船閘存在的問題1.三峽五級船閘設計的閘門運行時間小于實際使用時間。三峽五級船閘閘門原本設計的開關時間為4分鐘，但三峽五級船閘閘門的實際運行時間為6分鐘，這就造成了一次過閘時間增加了8分鐘。2.三峽五級船閘經常出現停航的情況。三峽五級船閘的設計通過水位不到45000m3/s，超過這個水位標準會造成嚴重礙航現象。此外，當船閘需要進行全面或者單向檢修的情況下，或需要泄洪等其他情況下，也會出現礙航現象。礙航現象的發生會對長江運輸的發展和暢通產生嚴重影響。1.由于對過壩貨物運輸需求的不斷增加，三峽船閘的過閘貨運量已遠遠超過了其設計能力的46%。三峽樞紐存在著船舶長時間等待過壩的問題，有的甚至要等上十幾個小時甚至幾十個小時，這給三峽樞紐帶來了很大的營運壓力。實際三峽過壩通過量高于設計三峽過壩通過量的情況引起了大量船舶積壓在三峽大壩前以及停航待閘的常態，過壩時間越來越長，船舶停航時間也隨之變得越來越長，船閘也仍處在超負荷運作的狀態之下，沒有改善甚至更加嚴重負荷。這一問題嚴重影響了長江航運的發展，更深刻的影響和制約著經濟帶的發展。1.1.2三峽翻壩運輸現狀及存在的問題（一）翻壩運輸現狀三峽大壩地區經濟的發展，使得長江內河運輸情況得到了顯著改善，通過三峽船閘的運輸船舶數量逐年增長。但是，實際運行的過閘需求和設計的過閘能力差距較大，三峽船閘的通過能力已無法滿足長江三峽過閘貨運量需求的不斷增長，船舶在三峽大壩上游的擁堵問題日益嚴重，必須通過相應解決方案使過壩貨運量分流，緩解過閘壓力。基于長江三峽通航管理局的統計數據為基礎，滾裝船數量為過閘船舶數量的5%，但它占據的面積為船閘面積的三分之一。若滾裝船經過分流以后不過閘運輸，每天每條運輸線路可節約3個閘次。為了減輕三峽船閘的通航壓力，船閘自試通航以來，三峽管理局先后多次實施了翻壩運輸。2003年9-12月內實現了7次滾裝船翻壩運輸實踐，證明翻壩運輸對于緩解船閘壓力起到重要作用。2006年三峽蓄水位達到156米，導致每線船閘需各自停航半年進行工程建設。一線船閘的過壩能力不能承擔三峽船舶過壩需求，建立長期、有效、成熟的翻壩運輸是首要目標。目前可以實施的翻壩運輸方案兩種，分別為日常翻壩運輸和緊急情況的翻壩運輸。部分過閘船舶實施翻壩運輸以實現快速過壩，船閘前船舶積壓問題得到一定的改善，顯著減少船舶壩前候閘時間，節約時間成本。實行翻壩運輸對三峽船閘通航的壓力有一定的減輕和緩解。投入運行翻壩運輸，為原本的三峽船閘提供了一定的支持，使得三峽通航能夠滿足目前貨運量過壩的需求。因此翻壩運輸是一種可以長期采用作為特殊過壩運輸方式的一種運輸方式，我們需對其進行認真規劃，策劃合理高效的翻壩運輸路徑并且對其進行推行。1.日常翻壩運輸當前，翻壩運輸位置由運送貨物的去向決定。上行貨物的翻壩方案在三峽大壩右側，即圖3-1的位于長江的上半部分，下行貨物的翻壩方案在三峽大壩的左側，即圖3-1位于長江的下半部分。三峽大壩右側上行方案：貨物經過水路抵達靖江溪碼頭，并在此完成裝卸作業。載貨車輛經過宜大路行駛到樂天溪楊家嘴碼頭，待滾裝船抵達樂天溪碼頭，載貨車輛駛上滾裝船，滾裝船通過水路開往夜明珠碼頭，載貨車輛行駛下滾裝船到裝卸碼頭進行中轉，再開上到高速公路。此方案的過程為“水路-公路-水路-公路”。三峽大壩左側下行方案：載貨車輛將貨物運輸到夜明珠碼頭，行駛上夜明珠碼頭的滾裝船，滾裝船經過水路到岱石碼頭，到達后運輸車輛進行中轉，經過宜巴公路將貨物運輸到茅坪港碼頭，并行駛上茅坪港碼頭的滾裝船繼續水路運輸。此方案的過程為“公路-水路-公路-水路”。2.應急翻壩運輸圖3-2應急翻壩運輸路徑圖圖片來源：長江三峽航務管理局圖3-2應急翻壩運輸路徑圖圖片來源：長江三峽航務管理局①貨物經過水路運輸到茅坪港碼頭，在碼頭卸貨至運輸車輛后轉公路，經過西陵長江大橋運輸到宜昌。此路線為水路轉公路的運輸。如圖3-2所示。②貨物運輸到黃陵廟碼頭，經過水路運輸到夜明珠碼頭，然后卸下通過運輸車輛的轉運走公路運輸。此路線為第一條路線的備用路線。（二）翻壩運輸存在的問題1.現有的翻壩運輸路線都是通過市區的。雖然三峽大壩的船舶積壓問題因為翻壩運輸得到了緩解，但是由于路徑穿過城區，給城區的道路環境造成了影響，使得城區道路更加擁堵。而且翻壩運輸所使用的運輸車輛噸位較大，運輸貨運量也由此變大，對翻壩運輸的碼頭進行設備維修的工作難度變大。2.目前三峽大壩兩側連接的橋梁較少，因此在進行翻壩運輸時，車輛要繞道而行。由于繞行，滾裝運輸采用公路水路交替的運行方式，雖然緩解了運輸車輛繞行的情況，但產生了多次裝卸搬運的需求，增長了中轉時間，加重了貨物損壞的可能，使得運輸時間、中轉時間和運輸成本顯著增加。1.雖然目前的翻壩運輸方案可以在某種程度上緩解現在貨物過壩運輸的需求，但日益增長的過壩貨運量給三峽運輸造成的壓力仍然存在且會逐年增加。目前可以實施的翻壩運輸方案較少，越來越多的貨主為了避開長時間的等待，轉而采用翻壩運輸方式，從而增加了貨物在中轉港的中轉時間，也從而增加了中轉港的運行壓力。對中轉港口的設施要求變高，中轉港口的安全受到了影響。。盡管翻壩運輸對三峽大壩目前的過壩需求有所緩解，也解決了船舶長期停泊等閘的現狀，但是還存在許多問題需要解決。各中轉港口基本運營狀況及運輸能力不足，不能夠支持大量的翻壩運輸需求。且各個港口存在安全問題和隱患，不能為翻壩運輸的貨物提供安全保障。公路條件不能夠適應水陸聯運的需求，特別是西陵長江大橋和三峽高速公路，設計的公路承載能力不能滿足大噸位、數量多的運輸車輛，并且穿越三峽安全敏感區域，這曾造成三峽高速公路上貨車不能通過，這就大大增加了貨車的翻壩費用。因為公路運費高于水路運費，而且還要負擔碼頭及中轉的費用，所以，總成本的上升，使一些貨主放棄了翻壩運輸，轉而采用原來的過閘方式。1.2貨運量影響因素分析1.2.1三峽過壩貨運量影響因素分析目前關于貨運量預測的方法有各種各樣，主要有定性分析和定量分析兩種類別。在研究貨運量預測影響因素時，兩種類型的預測方法各有優劣。通過定性分析得到的影響因素較為全面，大致可以包含所有影響因素，但是存在不能量化的指標；大部分的定量研究都是先對論文進行整理，然后再選取一些能夠量化的指標來進行篩選，選定為影響因素。定量分析與定性分析相比，前者更具有科學性。定量分析將數學語言作為研究方法，以描述研究對象和影響因素間的關系，需要一定的數學基礎。然而經過定量分析的數理計算會容易忽略部分影響因素，例如政策等，導致對問題沒有全面分析，會對貨運量預測的準確程度造成影響。為了避免兩種分析方式的缺陷影響預測結果，使預測結果出現偏差，本文將兩種影響因素分析方法組合運用。關于貨運量的影響因素的定性分析，均運用分析各國貨運發展史從而梳理歸納得出影響貨運量的因素。一些學者從定性的角度進行了研究，得出對貨運量的影響因素有進出口貿易總額、國內生產總值、人均生產總值、城鎮化水平等[31]。在對影響貨物運輸量的因素的研究中，定量分析方法比定性分析方法多，其中以灰色關聯分析法和系統動力學為主。國內學者運用灰色變權聚類模型研究影響公路貨運量的因素，得到我國經濟發展狀況、人口增長趨勢、總人口數量、進出口總額等因素為影響貨運量的宏觀因素[32]。通過上述研究，總結出我國當前對貨運量影響因素的研究結果主要集中與產業結構、社會經濟等，國內外學者研究關于貨運量的影響因素一般與三大產業結構、經濟因素、環境因素等相關。國內生產總值、進出口貿易總額、城鎮化水平、人均生產總值、運輸距離等因素是學者們認為的影響貨運量的因素，。本文根據梳理前人研究成果進行總結，首先對影響貨運發展的因素進行了定性的分類，選擇確定性指標；然后運用定量分析方法，將不確定性指標通過灰色關聯分析法得到了影響因素和過壩貨運量之間的相關聯度。1.2.2三峽過壩貨運量影響因素確定理論上，模型中的影響因子越多，對最終的預測就越精確，但在現實中，影響因子的數量并不一定就是最好的，如果將影響因子放入模型中，就會導致模型過于復雜，難以得到精確的結果。因此，在確定影響因子時，應適量選擇適當的影響因子，確保各影響因子相互獨立，不存在線性關系。本文綜合現有文獻，得到重慶和湖北的水路貨運量與影響因素的關聯度大小[1]。現有文獻將人口數量、人口自然增長率、城鎮化率、GDP、人均GDP等十個影響因素作為指標進行灰色關聯分析。表3-1重慶市水路貨運量與影響因素之間灰色關聯度[1]關聯度關聯序關聯度關聯序0.9734人口數量0.9735人口自然增長率0.9768城鎮化率0.9859GDP0.9930人均GDP0.9939第一產業增加值0.9971第二產業增加值0.8686進口總額0.8920出口總額0.9721固定資產投資額表3-2湖北省水路貨運量與影響因素之間灰色關聯度[1]關聯度關聯序關聯度關聯序0.7108人口數量0.9917人口自然增長率0.7840城鎮化率0.9142GDP0.6692人均GDP0.6754第一產業增加值0.7840第二產業增加值0.6522進口總額0.8242出口總額0.7329固定資產投資額由表3-1可以看出，貨物進出口總額與水路貨運量的發展趨勢是不相符的，故將其排除在十項影響因素之外，而其余的影響因素與水路貨運量的發展趨勢相吻合，表明這些因素對水路貨運量影響較大。由表3-2得出，人均GDP、進口總額、第一產業增加值與水路貨運量的發展趨勢不一致，因而從十個指標中排除，剩余的影響因素與水路貨運量的發展趨勢一致。因此，結合表3-1和表3-2的水路貨運量與影響因素之間的灰色關聯度，將影響水路貨運量的指標確定為GDP、第二產業增加值和城鎮化率。1.3過壩貨運量預測集中地在2005年到2010年間對三峽樞紐過壩貨運量進行了預測。在2005年-2010年中，三峽大壩投入運行的年份不長，也沒有遭遇目前船閘的擁堵現象，其預測結果與現在的貨運量差距明顯。三峽船閘起初的設計通過能力是根據1990年前葛洲壩船閘的運行情況作為依據而得出的，并且預測了2030年的三峽過壩貨運量，得出的預測結果為1億噸，然而實際情況為2011年的三峽過壩貨運量就超過了1億噸，提前了19年之多。2005年2月，國家發展改革委員會綜合運輸研究所運用彈性系數法、比例預測法等方法，對三峽樞紐2010、2020、2030年的過壩貨運量進行了預測，預測結果分別為6100萬噸、8750萬噸、11400萬噸[33]。在此期間，交通部長江航務管理局運用回歸分析法、灰色預測模型等預測方法，并結合定性分析，對三峽過壩貨運量也進行了預測，2010、2020、2030的過壩貨運量預測結果為6700萬噸、10400萬噸、13000萬噸[34]。而在2010年，三峽過壩貨運量就達到了8795萬噸，2020年的過壩貨運量達到了13763萬噸，所以預測數據明顯小于實際數據。2008年，杜嘉利用彈性系數預測法、曲線擬合預測法等方法,將重慶、四川及湖北等三峽樞紐區域的經濟及運輸發展趨勢和主要港口的未來規劃結合,在不考慮通過能力限制的前提下,對三峽過壩貨運量進行了預測，得出了2010年、2020年、2030年的三峽過壩貨運量分別為6583萬噸、14871萬噸、24223萬噸[35]。同年，劉遠平運用三次指數平滑法對三峽未來過壩貨運量進行了預測，得出2010年的預測結果為6211.24萬噸，2015年的預測結果為11200萬噸[36]。2009年梁晶等選擇葛洲壩1981-2003年和通過量和2004-2007年的三峽樞紐貨運量為原始數據，采用一元回歸分析預測法、Logistic增長曲線模型、時間序列平滑預測法、運輸彈性系數預測法，預測2015、2020和2030年的過壩貨運量，得出數據為11670萬噸、13330萬噸、14130萬噸[36]。根據以上分析，可以得出對三峽過壩貨運量的預測主要集中于2008年左右。那時三峽船閘投入運行的年份較短，其主要依據的數據為葛洲壩船閘的過閘貨運量，且三峽大壩的建成使得上游水運情況得到了改善，因而預測數據普遍小于實際數據。目前，三峽過閘擁堵情況已經成為常態，緩解三峽過壩困難是改善三峽過壩運輸和長江航運的關鍵，需要一定的數據支持來制定改善三峽過壩運輸的政策與方案，因而對未來年份貨運量的預測是至關重要的。現有文獻中對于未來年份的三峽過壩貨運量預測數據較為欠缺，本文將對未來五年的三峽過壩貨運量進行預測。1.1.1基于運輸彈性系數法的貨運量預測指標直接地影響貨物預測結果的準確度。短期預測時，常會選用GDP作為經濟指標和過壩貨運量進行預測計算。區域內的GDP與貨物運輸量之間存在著緊密的關系。運輸彈性系數是指貨物運量與區域經濟總產值的比率，即貨物運輸量與區域經濟總產值的比率。由此，可以根據過壩貨運量的彈性系數，對今后的貨物運輸進行預測。由于三峽過壩貨運量主要的來源為湖北和重慶，因此選擇重慶和湖北的地區生產總值之和來求運輸彈性系數。表3-3重慶和湖北GDP統計表年份20112012201320142015重慶（億元）10011.3711409.612656.6914262.615717.27湖北（億元）19632.2622250.4524668.4927379.2229550.19合計（億元）29641.6333660.0537325.1841641.8245267.46續表3-3重慶和湖北GDP統計表年份20162017201820192020重慶（億元）17740.5919424.7320361.1923605.7725002.79湖北（億元）32665.3835478.0939366.5545828.3143441.46合計（億元）50405.9754902.8259729.7469434.0868446.25數據來源：《國家統計年鑒》根據2011年-2020年重慶和湖北的地區生產總值和過壩貨運量，在2011年的基礎上，利用數學模型進行了彈性系數的預測，過壩貨運量對GDP的彈性系數表示為表3-4。由表3-4可以看出，2011-2014年的過壩貨運量增長速度比GDP增長速度快，這也暗示了GDP對過壩貨運量的影響較大。2015-2017的彈性系數在0到1之間，2018-2020的彈性系數小于0，這表明，國內生產總值的增長速度比貨運量的增長速率要快，也就是說，國民經濟的變動并沒有對其產生太大的影響。表3-42011-2020年過壩貨運量彈性系數年份2011-20142015-20172018-2020貨運量增長率8.274.85-1.31GDP增長率7.356.644.65彈性系數1.120.73-0.28預測2020-2022年的彈性系數取0.6，2023-2025年為彈性系數取0.5。利用以上未來年度貨運量對GDP的彈性系數，結合同期的GDP的增長率，計算出未來年度過壩貨運量預測值如表3-5所示。表3-5過壩貨運量彈性系數法預測值年份20212022202320242025貨運量（萬噸）14270147641524315710160891.1.2基于回歸分析預測法的貨運量預測借助回歸分析預測法，將重慶、湖北的地區經濟總量與過壩貨運量間的關系進行建立，用于反映重慶和湖北的地區生產總值對過壩貨運量的影響。根據上文的結論，區域經濟發展與貨運量發展趨勢相吻合，因此區域經濟發展是影響過壩貨運量的因素。回歸分析預測法的自變量為重慶和湖北的地區生產總值之和，應變量為過壩貨運量，得到的模型為：Log10(Y)=0.45Log10(X)+5.983（3-1）其中，Y為過壩貨運量，X為重慶和湖北的GDP總和表3-6過壩貨運量線性回歸模型參數系數R2顯著性水平T檢驗F檢驗常數項GDP5.9830.450.8070.00016.4425.78231.44采用回歸分析預測法對過壩貨運量的預測值如表3-7表示。表3-7過壩貨運量回歸分析法預測值年份20212022202320242025貨運量

（萬噸）14813151931556015914162571.1.3基于DGM（1，1）預測法的貨運量預測三峽過壩的貨物主要處在重慶和湖北之間，本文以重慶和湖北的地區生產總值和貨運量數據作為依據，通過DGM（1，1）預測法求出2021-2025年三峽過壩貨運量預測值。預測方法如下：（一）定義：稱X1建模過程：第一步，設X(0)為非負序列，X(0)={x(0)(1),x(0)(2)，…，x(0)(n)}第二步，計算X(0)的一次累加生成序列X(1)X(1)={x(1)(