环境科学研究  2020, Vol. 33 Issue (5): 1254-1261  DOI: 10.13198/j.issn.1001-6929.2020.03.30

引用本文  

魏燕杰, 贾建娜, 彭士涛, 等. 面向生态环境保护的长江上游老旧码头布局功能优化[J]. 环境科学研究, 2020, 33(5): 1254-1261.
WEI Yanjie, JIA Jianna, PENG Shitao, et al. Optimization of Layout and Function of Old Wharf in the Upstream of the Yangtze River for Ecological Environment Improvement[J]. Research of Environmental Sciences, 2020, 33(5): 1254-1261.

基金项目

国家水体污染控制与治理重大科技专项(No.2017ZX07107-004-006);交通运输行业重点科技项目清单-创新研发项目(No.2017ZX07);中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金资助项目(No.TKS180401)
National Major Science and Technology Program for Water Pollution Control and Treatment, China (No.2017ZX07107-004-006); Research and Development Project in the List of Major Science and Technology Program for Transport Engineering, China (No.2017ZX07); Special Fund for Basic Scientific Research Business of Central Public Research Institutes, China (No.TKS180401)

责任作者

彭士涛(1979-), 男, 湖北天门人, 教授级高级工程师, 博士, 主要从事水运交通环境保护技术应用研究, 273961426@qq.com.

作者简介

魏燕杰(1985-), 男, 内蒙古兴和县人, 副研究员, 博士, 主要从事环境保护与污染防治理论与技术研究, 13920456775@126.com

文章历史

收稿日期:2020-02-04
修订日期:2020-03-19
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1, 贾建娜1, 彭士涛1, 钟鸣1,2, 齐兆宇1    
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
摘要:针对长江上游部分港口码头环保基础设施、技术、工艺较为落后,难以满足日益趋严的环保要求的问题,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.结果表明:①现状中存在的关键生态环境问题:煤炭砂石等高污染码头作业区分布散、规模小且同质化经营,导致岸线集约化利用程度低;铁水联运条件未充分利用,导致公路转运对城区环境压力凸显.②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,通过优化临港产业布局,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,促进码头作业规模化、产业结构合理化、岸线利用集约化.③根据铁路物流量测算,规划提升铁路运能,预测2035年铁路货运分担率将达13%、水运分担率将达29%、公路运输量将逐年下降.④布局功能优化后,港口码头与铁公水联运的生态环境相对风险值大幅降低,证实了岸线集约利用和提高铁水联用运输结构比例可降低交通运输对区域生态环境的风险压力.研究显示,面向绿色可持续发展的产业总体布局与面向高效低污染的铁水联运优化,是长江上游老旧码头提升发展的有效途径.
关键词长江上游老旧码头    生态环境保护    岸线集约利用    铁水联运    
Optimization of Layout and Function of Old Wharf in the Upstream of the Yangtze River for Ecological Environment Improvement
WEI Yanjie1, JIA Jianna1, PENG Shitao1, ZHONG Ming1,2, QI Zhaoyu1    
1. Key Laboratory of Environmental Protection in Water Transport Engineering Ministry of Communications, Tianjin Research Institute of Water Transport Engineering, Tianjin 300456, China;
2. Jiangsu Hengcheng Jiaoke Information Technology Co., Ltd., Suzhou 215000, China
Abstract: Some old wharves in the upstream of the Yangtze River have gradually failed to meet the increasingly strict environmental requirements due to small scale, rotten infrastructure and backward technologies. Following the steps of identification of key ecological environmental problems, optimization of wharf layout and function, and ecological risk analysis, a study on the optimization of the layout and function of the old wharf in the upstream of the Yangtze River was carried out by taking Changshou port in Chongqing as an example. The results show that: (1) The key eco-environmental issues included low intensive utilization efficiency of coastline caused by scattered distribution and small scale of wharf loading and unloading coal, sand and stone, as well as insufficient utilization of railway-waterway coordinated transport, exerting environmental pressure on urban areas caused by highway transportation. (2) Based on the analysis of industrial-scale, relationship between supply and demand of berth, berth arrangement, operation area arrangement, the layout of port industry was optimized, which resulted in the close of 6 operation area, restoration of 483 m shoreline, reduction in the number of planned productive berths from 56 to 46, and decrease in planned shoreline from 9565 m to 8225 m. (3) According to the calculation of railway logistics volume, the railway transportation capacity was improved. It is estimated that the freight sharing rate by railway would reach 13% in 2035, with the water freight volume of 29%. Road transportation volume would decrease year by year. (4) After optimization, the relative risk value of the port and the railway-highway-waterway transportation to the ecological environment was greatly reduced, which proved that the intensive utilization of coastline and the proportion increment of the railway-waterway transportation could reduce or eliminate the risk to the region ecological environment. The results indicate that optimization of overall industry layout and railway-waterway coordinated transport are an effective way to improve the ecological environment of the old wharf in the upstream of the Yangtze River.
Keywords: old wharf in the upstream of the Yangtze River    ecological environment improvement    intensive utilization of coastline    railway-waterway coordinated transport    

长江干线航道为2 838 km,2019年货物通过量达2.93×109 t,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17.5×106 t/a. 2017年吞吐量为10.0×106 t/a,为设计通过能力的58.5%;2018年吞吐量为11.9 ×106 t/a,为设计通过能力的69.5%.

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

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4.5×109 t/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.

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(4.22×106 t/a)不足设计运力(1.851×107 t/a)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.

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

重钢作业区现状原材料散货泊位3个,设计通过能力为7.34×106 t/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2.30×106 t/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 Table 1 Supply-demand relationship of general bulk berth for steel raw materials of Chongqing iron & steel work area
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]
$ L_{\mathrm{b} 1}=L+1.5 d $ (1)
$ L_{\mathrm{b} 2}=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:

$ E=\frac{Q_{\mathrm{h}} \times K_{\mathrm{BK}} \times K_{\mathrm{r}}}{T_{\mathrm{yk}}} t_{\mathrm{dc}} $ (3)
$ A=\frac{E}{q \times K_{\mathrm{k}} \times F \times K_{\mathrm{s}}} $ (4)
表 2 长寿区矿石煤炭港前作业堆场及仓储物流用地 Table 2 Storage yard and storage land for ore and coal in Changshou

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,104 t/a;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,m2q为单位有效面积的货物堆存量,取3 t/m2Kk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.

综上,建议大宗物资物流区总占地面积为15.78× 105 m2,其中仓储物流设施用地面积为7.34×105 m2 (矿石区为1.54×105 m2、煤炭区为1.73×105 m2、其他为4.07×105 m2);大宗散货堆场用地面积为6.57×105 m2(其中矿石区为1.33×105 m2、煤炭区为1.50×105 m2);设置公共配套服务中心一处,用地面积为0.25×105 m2,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0.92×105 m2;绿化及道路用地面积为0.70×105 m2,分布于各功能区之间(见图 4).

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
2.1.4 产业总体布局成果

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.

表 3 水运设施整合计划 Table 3 Water transport facilities integration plan

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.

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54.8×106 t/a、5.5×105 TEU/a、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33.4×106 t,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20.0×106 t/a,川维专线升至8.2×106 t/a.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] Table 4 Freight volume and share rate of different modes of transportation in Changshou[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 Table 5 Exposure-hazard relationship of risk resource, compressive force, ecological receptors

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.

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