基于系統動力學的航道工程與區域經濟互動關系研究

曹瑩 龔國祥 陳旭 劉濤

【摘 要】 為研究航道工程與區域經濟的互動關系，在分析二者因果反饋關系的基礎上，建立社會經濟、城鎮化、綜合交通運輸及綠色環境等4個子系統，構建航道工程與區域經濟的互動模型;通過對荊漢新水道工程分析，航道工程建設使得航運服務業獲得持續發展動力，緩沖區域人口的就業壓力，加快城市化進程;但區域經濟的發展在較大程度上依賴于港口功能的擴展，項目建成后，區域社會經濟呈現迅速增加狀態，環境污染治理總成本增速逐年放緩。

【關鍵詞】 航道工程;區域經濟;荊漢新水道工程;系統動力學

0 引 言

我國內河水運資源豐富，特別是長江流域城市化水平較高，沿江產業基礎雄厚，具有巨大的開發潛力。分析航道工程的實施對區域經濟社會發展的影響，特別是航道工程建成后對區域產業布局、城鎮化建設、綜合交通、生態環境等方面的影響，提升水運對區域經濟的支撐作用和促進“雙循環”發展等具有重要意義。

近年來，水運與經濟互動問題已引起學者廣泛關注。熊煜等[1]運用優劣解距離法模型評價了長江經濟帶綜合交通與區域經濟發展適應程度;匡海波[2]研究了港口與城市經濟指標的關聯度，探尋港口對城市發展的拉動作用;胡仲達等[3]利用在險價值模型，分析了水運量、經濟及運輸結構間的定量關系;楊東利等[4]運用系統動力學模型，分析長江南京深水航道建設后經濟發展趨勢。

國內外開展的相關研究多集中于生產性港口、水運量與區域經濟兩兩之間的定性分析，而對航道工程與經濟發展兩者統一在一個系統中的定量分析研究不多。此外，現有研究多偏向于對已有項目實際產生的經濟社會效益進行分析，屬于后評價;而對于擬建項目經濟社會效益進行定量分析的研究較少，且暫無成熟的方法體系。因此，以荊漢新水道工程為例，通過建立以深水航道為軸，以重慶、湖北、湖南為經濟發展中心的點軸系統，研究航道建設與區域經濟發展的互動機理，將為研究內河航運工程對經濟發展的影響提供重要依據。

1 系統構成與分析

航道是水運經濟發展的重要依托，航道發展與水運經濟相互依存、相互促進。從運輸成本角度看，水運的規模經濟決定了水運成本遠低于其他運輸方式。通過航道基礎設施的投入，吸引大量勞動力，提高物流貿易和服務業的集聚效益，帶動區域經濟發展。不同的航道等級決定不同的水運規模，經濟蓬勃發展與交流便捷的區域，能為區域水運發展提供天然富余的貨源，促進水運經濟增長。航道網絡的建設完善，有利于提高區域通達性，引起區域產品成本下降、產品市場擴大、區域經濟比較優勢增強。同時，水上運輸的快速增長，反過來又可促進水路周邊地區的經濟發展。這種互補關系，成為區域經濟發展的充分條件、航運基礎設施工程建設的必要條件。航道工程與區域經濟發展的互動機理見圖1。

2 航道工程與區域經濟互動模型構建

2.1 互動模型構建

航道工程與區域經濟互動系統內部聯系復雜、緊密，存在正負兩種反饋環。航道工程與區域經濟互動系統因果關系見圖2。

航道工程的新建勢必會增加航道的通過能力，且隨著船舶大型化，單位貨物的物流運輸成本下降，帶來水運需求、港口吞吐量的增長，部分經由鐵路、公路運輸的貨物轉由水路運輸。水路運輸具有占地少、能耗低的特點，對綠色交通的發展具有重要意義，且推動綠色GDP的增長，引導沿江產業布局優化與完善，推動區域城鎮化發展，增加就業機會，促進固定資產的投資建設，增加港航投資額，推動水運需求進一步增長，形成正反饋循環。

2.2 系統流圖及變量方程建立

根據航道工程與區域經濟互動因果關系反饋回路，從社會經濟、城鎮化、綜合交通和綠色環境等4個方面，建立各子系統變量因果關系和系統流圖，量化各子系統間的反饋與控制。

（1）區域社會經濟子系統。航道工程建設對區域社會經濟主要貢獻體現在促進GDP增長、帶動就業和優化產業布局等方面，其中：經濟增量反映在一定時間內區域的全部生產成果，數值的大小能夠直接反映對區域經濟的貢獻程度;就業機會對提高人民生活水平、改善民生、維護社會安定至關重要，其伴生于經濟、產業發展過程中;產業結構可較為直觀反映經濟社會的發達程度，隨著社會主義現代化發展進程凸顯出第三產業占比較大的階段性特征。研究顯示，1美元的基礎設施投資可以通過提高生產率拉動20美分的GDP增長。區域社會經濟子系統流圖見圖3。

（2）城鎮化子系統。航道工程的建設和運營對區域生產力發展起著重要作用，在一定程度上刺激著我國社會向工業和服務業等非農產業為主的現代型社會轉變。衡量這一轉變最為直觀的指標即城鎮人口數量和鄉村人口數量，研究主要選用城鎮人口數量、鄉村人口數量、人口容載力等數據來衡量城鎮化指標。城鎮化子系統流圖見圖4。

（3）綜合交通運輸子系統。航道工程的建設對總額和交通運輸影響主要體現在航道條件改善后的航運效益、港口效益、物流業效益等。具體體現在航道深水化后，運輸船型將會增大，船舶的單次載質量變大，貨物的單位運輸成本將會相應下降。在完成同樣運量的條件下，更大型的船舶將承運更多的貨物，大大節省運輸費用。在與其他運輸方式的競爭中，水運優勢更為突出，原本由鐵路或公路運輸的部分貨物將改由水路運輸，使得整個沿江物流行業的運輸成本下降。綜合交通運輸子系統流圖見圖5。

（4）綠色環境子系統。從航運業對城市經濟貢獻的大量研究文獻來看，現行的港航經濟貢獻核算體系只重視經濟產值及其增長速度，忽視了資源消耗和環境污染。為全面體現航道工程建設對區域發展產生的作用，在計算航道工程對區域經濟貢獻的同時，將航道工程對區域的資源消耗和環境污染形成的總損失成本納入核算體系，即從航道工程對區域GDP的拉動量中扣除總損失成本，然后得出航道工程的綠色經濟貢獻。綠色發展子系統流圖見圖6。

綜合4個子系統流圖，構建航道工程與區域經濟互動關系模型總流圖（見圖7），模型包括4個狀態變量和4個速率變量，共71個指標，其中GDP總量、區域人口總量、社會就業人口和貨運需求量為存量，GDP增長、區域人口增長、就業人口增長、貨運量增加為流入量（即存量變化量）。當存量變化量為正時，存量增加。

3 實例分析

荊漢新水道初步擬定航道尺度為8？0？ 000（水深椎卓韤淄淝刖叮琺），線路以枝城、荊州、簰洲灣為控制節點，分上下兩段，在荊州觀音寺附近跨越長江，線路全長約230 km，較長江干線縮短里程約260 km。上段枝城至荊州位于長江以南，長約65 km，其中31 km利用松滋河及采穴河現有河道，枯期運行最大航運需水流量約60 m3/s;下段荊州至簰洲灣位于長江以北，長約165 km，其中95 km利用現有東荊河河道，枯期運行最大航運需水流量約120 m3/s。新水道建成后將形成與現有長江干線航道并存的雙水道運行態勢，并與江漢平原、洞庭湖水系河流連接成網。

工程主要影響范圍包括長江干線及與其相連的江漢平原、洞庭湖水網區域，直接影響區域主要為川江航道、江漢平原、環洞庭湖區域，包括嘉陵江、漢江、湘江、沅水、澧水等主要支流中下游地區;間接影響區域主要是長江干線宜昌以上和武漢以下地區。因此文章選取重慶、湖北和湖南三省為研究對象。

3.1 模型參數設計

荊漢新水道與區域經濟系統動力學模型的結構確定了系統信息反饋的重要性，仿真模型的結構盡可能綜合考慮荊漢新水道建設對經濟社會發展系統各方面的影響，力求在盡可能長的時間跨度進行更貼合實際的仿真模擬;因此，仿真模型以2011年為基礎年，進行動態仿真。考慮到荊漢新水道項目的建設周期，預測水平年選取2035年、2050年，時間間隔DT=1年。模型參數采用回歸分析、取平均值、表函數、收入法等方法確定，數據來源為湖北、湖南和重慶三省市統計年鑒和實際調研數據等。模型中的固定資產投資系數，吞吐量需求決定系數及第一、二、三產業與就業的關聯系數等主要由線性回歸得到;GDP增長率及客、貨運生成系數等隨時間而變動;各產業發展的相關參數參考行業實際運營情況取值。具體參數取值見表1。

3.2 模型有效性檢驗

選用湖北省2011―2019年的經濟數據完成模型結構和量綱一致性檢驗，驗證模型的精確性，計算結果見表2。每一組預測的結果與真實值進行比較，將偏差率設在10%以內。經檢驗發現，此時的p值均小于0.05。利用此模型預測的數據，至少有95%的概率確保與真實數據的誤差在10%以內，表明該系統能夠較好地反映系統各要素的互動關系，精確性較高。

3.3 測算結果

3.3.1 湖北省測算結果

根據Vensim軟件仿真結果，2035年、2050年荊漢新水道帶動形成的經濟增加值至少分別將達到億元、億元，分別占到湖北省預期GDP總量的5.29%和4.90%。可見，荊漢新水道對區域經濟社會發展的拉動是比較可觀的，遠遠超過荊漢新水道初步估算總投資的675億元。湖北省荊漢新水道港城互動各項指標預測值見表3。

3.3.2 湖南省測算結果

荊漢新水道建設以松西――澧資航線為骨干，溝通了長江、洞庭湖的區域高等級航道，將形成江湖便捷聯系的第二通道，完善湘西北地區以水運為支撐的大能力物流運輸通道，推動湖南省域范圍內物流資源的合理分配，從城陵磯和松滋口兩個入江口優化運輸航線，實現湖南省域物流格局再造，并由此帶來區域產業布局調整，促進產業基礎高級化和產業鏈現代化。總體而言，航道工程建設對湖南省的影響有利有弊，有利的一面主要是將更好促進湘西北地區水運發展，改善經濟發展基礎條件;不利的一面主要是水運對岳陽港的分流方面。以湖南省GDP為衡量指標，通過模型測算，對湖南的影響幅度為 1.1%～0.91%。根據湖南近年來GDP情況，預測得到湖南省2035年、2050年的GDP及荊漢新水道 1.1%～0.91%影響幅度下的GDP變化區間，見表4。

3.3.3 重慶市測算結果

重慶市總的地勢是中部和西部低，東部高。荊漢新水道對重慶市的影響范圍包括由南北向長江河谷地段，西北部和中部長江河流經過的丘陵、低山地段。新水道工程促進了長江干線航道區段標準的統一，更好地發揮長江水運比較優勢，使上游與中下游的經濟聯系更加緊密，促進區域協調發展;同時，可防止重慶市因其地勢原因造成的洪澇災害，起到供水灌溉與水生態環境保護的功能。通過模型測算，新水道對重慶市的影響幅度為2.3%～3.1%，具有比較明顯的正向帶動作用，這也符合工程建設的社會普遍認知，也進一步證明了模型的有效性。根據重慶市近年來GDP情況，預測得到重慶市2035年、2050年的GDP及荊漢新水道0.99%～1.3%的影響幅度下的GDP變化區間，見表5。

3.4 綜合影響分析

從區域經濟發展、新型城鎮化建設、綜合交通運輸體系建設、綠色生態發展等方面，分析了荊漢新水道對區域經濟的影響。

（1）區域經濟發展。荊漢新水道建設將直接降低沿線貨物運輸成本，提升大宗原材料及產品市場競爭力，有利于改善區域投資環境、促進資源開發、優化產業布局、壯大產業規模，促進區域經濟效率提高，帶來區域產業聚集的“點軸效應”和區域經濟發展的“乘數效應”，形成水運與區域經濟發展相生相依的關系，對長江經濟帶發展也將產生一定的帶動作用。根據測算，2035年、2050年荊漢新水道帶動形成的經濟增加值至少將達到億元、億元，遠遠超過工程建設初步估算總投資的675億元。

（2）新型城鎮化建設。以荊漢新水道為主體的航道建設，通過提高區域城鎮間人流、物流、信息流的相互作用和運轉速度，整合資源鏈、產業鏈、物流鏈，實行中心帶動、多極協同、一體發展，以城市綜合承載能力促進港產城融合發展、中游城市群發展、區域小城鎮發展和城鄉協調發展，加速區域新型城鎮化進程，有利于構建具有世界影響的特大城市群。根據測算，2035年、2050年新水道區域城市的人口容載力可達到372.09萬人/萬km2、410.46萬人/萬km2。

（3）綜合交通運輸體系完善。荊漢新水道工程實施船舶大型化效益明顯，可進一步發揮水運在國家戰略實施中的主通道作用，強化水運在綜合立體交通走廊建設中的主骨架作用，優化區域綜合交通運輸網絡，更好體現內河水運相對鐵路、公路等運輸方式的比較優勢，引導交通運輸行業轉型升級。

（4）綠色環境建設。荊漢新水道將重塑影響區域江河湖庫的水網格局，可以有效穩定河勢，推進中下游湖泊、濕地等生態系統多樣性恢復，推動區域綜合性防洪防汛體系建設，有利于加快推進水污染治理、水生態修復和水資源保護“三水共治”，形成河暢、水清、岸綠、景美的生態圖景。根據測算，2035年、2050年區域綠色GDP將達到億元、億元;環境污染成本為208.68億元、254.38億元，增速明顯放緩。

4 結 語

（1）構建航道工程與區域經濟互動關系的系統動力學模型，在分析二者因果反饋關系的基礎上，構建航道工程與區域經濟的互動模型，可為經濟開發、流域開發提供理論基礎。

（2）航道工程對區域經濟影響的系統動力學模型主要由社會經濟、城鎮化、綜合交通運輸及綠色環境等4個子系統構成。

（3）以荊漢新水道工程為例，進行了動態仿真模擬，模型計算誤差在？0%檢驗以內的概率達到95%以上，具有較高的精確性，能夠較好反映系統各要素的互動關系。

（4）根據實例分析，航道工程功能所帶來的輻射效應，使得與相關的航運服務業獲得持續發展動力，緩沖了區域人口的就業壓力，加快了區域城市化進程。但航道工程經濟的發展在較大程度上依賴港口功能的擴展，對區域經濟效益帶來推動的同時，還會產生副作用;項目建成后，區域綠色GDP總值呈現迅速增加狀態，但環境污染成本增速放緩。

參考文獻：

[1] 熊煜，陳沿伊，曹瑩，等.長江經濟帶綜合立體交通系統與經濟社會適應性評價[J].水運管理，2019（6）：14-18.

[2] 匡海波.基于關聯度模型的港口經濟與城市經濟關系研究[J].中國軟科學，2007（8）：110-115.

[3] 胡仲達，張培林，盧文昌，等.長江中游水路貨運量與GDP及運輸結構動態關系分析[J].物流技術，2019（8）：64-67，78.

[4] 楊東利，林志奇.長江深水航道經濟效用預測的系統動力學模型構建與優化[J].水運工程，2017（5）：528：1-6.