長(zhǎng)江航道承載力影響因素互適性內(nèi)涵研究

趙藝為，張培林，陳沿伊，孫孝文，袁子文

（1.武漢理工大學(xué)，湖北 武漢 430070；2.交通運(yùn)輸部規(guī)劃研究院，北京 100028）

1 引言

隨著國(guó)家生態(tài)戰(zhàn)略發(fā)展的深入，為響應(yīng)習(xí)近平總書記的“不搞大開發(fā)，共抓大保護(hù)”及“高質(zhì)量發(fā)展”的號(hào)召，我國(guó)水運(yùn)學(xué)者進(jìn)行了一系列的研究：饒思梁認(rèn)為航運(yùn)系統(tǒng)內(nèi)部的協(xié)調(diào)（船舶-航道）能有效提升通航能力[1]；劉敬賢等在分析港口航道系統(tǒng)與船舶交通流特征的基礎(chǔ)上,建立航道通過(guò)能力模型來(lái)估算通過(guò)能力[2]；雷雪婷等通過(guò)分析經(jīng)濟(jì)與航道的關(guān)系界定航道尺度[3]等。隨著生態(tài)保護(hù)重要性的逐步提升，越來(lái)越多的學(xué)者對(duì)航道與生態(tài)的關(guān)系進(jìn)行研究：李天宏等從生態(tài)化及河道多功能協(xié)調(diào)視角出發(fā)，認(rèn)為生態(tài)航道即航道建設(shè)應(yīng)滿足通航、防洪、排澇等多功能需求，兼顧生態(tài)系統(tǒng)健康需求，促進(jìn)河道生態(tài)系統(tǒng)更高層次的平衡[4]。因此，航道建設(shè)不能僅以單一的經(jīng)濟(jì)需求或航運(yùn)目標(biāo)為依據(jù)進(jìn)行尺度界定，同時(shí)需要考慮多種需求或目標(biāo)的平衡發(fā)展，助力“長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶”發(fā)展。

本文在前期長(zhǎng)江航道承載力概念及一核多層次影響因素體系研究的基礎(chǔ)上，研究了長(zhǎng)江航道承載力在多因素約束（水環(huán)境、防洪、發(fā)電、供水等）及多目標(biāo)（生態(tài)、經(jīng)濟(jì)、航運(yùn)、社會(huì)）協(xié)同下的最大航道尺度與最優(yōu)通過(guò)能力[5]。其研究是在長(zhǎng)江水資源綜合利用基礎(chǔ)上協(xié)調(diào)常出現(xiàn)的“水資源利用”、“多目標(biāo)利益”、“多約束因素”之間的矛盾，尋找能夠平衡矛盾，達(dá)到各影響因素互適狀態(tài)下并提高長(zhǎng)江航道對(duì)生態(tài)效益、經(jīng)濟(jì)需求、航運(yùn)效率、防洪、發(fā)電、社會(huì)質(zhì)量壓力的承載能力。

2 長(zhǎng)江航道承載力多因素影響互適性內(nèi)涵

2.1 互適性理論基礎(chǔ)

長(zhǎng)江航道承載力影響因素涉及多個(gè)子系統(tǒng)，其互適過(guò)程是一個(gè)復(fù)雜的長(zhǎng)期博弈過(guò)程，需要遵循科學(xué)理論與規(guī)律，推動(dòng)各子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)利益、需求、資源配置、約束與需求等方面的全面協(xié)同。長(zhǎng)江航道承載力互適機(jī)理以協(xié)同論、博弈論、耗散結(jié)構(gòu)理論和突變論作為科學(xué)理論基礎(chǔ)，揭示其協(xié)同發(fā)展過(guò)程是一個(gè)博弈、協(xié)同、突變、再博弈、再協(xié)同、再突變的非線性螺旋式上升過(guò)程，每一次“博弈-協(xié)同-突變”過(guò)程，都將使影響長(zhǎng)江航道承載力因素的協(xié)同發(fā)展程度向更高級(jí)階段轉(zhuǎn)化，并呈現(xiàn)出階段性規(guī)律[6]?；诙嗄繕?biāo)協(xié)同下的長(zhǎng)江航道承載力互適關(guān)系如圖1所示。

圖1 長(zhǎng)江航道承載力影響互適機(jī)理基礎(chǔ)理論框架

2.1.1 基于協(xié)同理論的互適發(fā)展。根據(jù)協(xié)同論原理，系統(tǒng)都是由大量子系統(tǒng)組成的，當(dāng)某些條件改變并且以非特定的方式改變時(shí)，系統(tǒng)便能發(fā)展成為宏觀規(guī)模上的各種新型模式。自組織產(chǎn)生的動(dòng)力不僅來(lái)源于系統(tǒng)內(nèi)部各影響因素之間的競(jìng)爭(zhēng)，還有一個(gè)重要的來(lái)源就是協(xié)同。競(jìng)爭(zhēng)與協(xié)同促進(jìn)序參數(shù)的產(chǎn)生，并通過(guò)序參數(shù)的役使原理促進(jìn)自組織的產(chǎn)生，而后產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)。因此，長(zhǎng)江航道承載力影響因素系統(tǒng)內(nèi)部，各子系統(tǒng)內(nèi)影響因素在不受到外部因素影響的狀態(tài)下，會(huì)產(chǎn)生一種按照某種發(fā)展規(guī)律自發(fā)形成相對(duì)有序的結(jié)構(gòu)或狀態(tài)。當(dāng)外部的資源投入、政策導(dǎo)向等外生因素的流入打破系統(tǒng)相對(duì)穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)時(shí)，會(huì)通過(guò)系統(tǒng)內(nèi)影響因素的協(xié)同作用形成新的有序結(jié)構(gòu)，相互適應(yīng)，并通過(guò)其自組織協(xié)同效應(yīng)不斷形成新的更高級(jí)的協(xié)同穩(wěn)定狀態(tài)[7]，形成一種互適的統(tǒng)一的協(xié)同規(guī)則。

2.1.2 基于博弈論的互適發(fā)展。長(zhǎng)江航道承載力系統(tǒng)中有四個(gè)利益參與者：生態(tài)環(huán)保部門、經(jīng)濟(jì)部門、航運(yùn)部門、社會(huì)部門，且存在供水、發(fā)電、防洪、生態(tài)等多制約因素的影響，且各部門的利益目標(biāo)具有矛盾性?；诓┺恼撘暯?，長(zhǎng)江航道承載力影響因素系統(tǒng)中各子系統(tǒng)的利益主體之間存在競(jìng)爭(zhēng)或者對(duì)抗的博弈行為，參加競(jìng)爭(zhēng)的利益主體存在不同或相悖的目標(biāo)或利益，為了尋找己方的最大利益，而考量對(duì)方可能的發(fā)展策略，力圖選取對(duì)自己最有利的策略，這種策略存在合作博弈與非合作博弈。以上各利益主體的協(xié)同發(fā)展以其合作博弈為基礎(chǔ)，其中作為合作博弈的必要條件為：存在一個(gè)具有約束力的“協(xié)議”或“模式”，否則在利益沖突下將形成非合作博弈。航道承載力影響因素系統(tǒng)中博弈問(wèn)題由局中人（子系統(tǒng)利益、目標(biāo)、影響因素等）集合、策略集合以及每一對(duì)局中人所做的選擇贏得的集合三部分組成。

以上四個(gè)利益相關(guān)者在一局協(xié)同發(fā)展博弈過(guò)程中，其結(jié)果為一局得失，不僅與每個(gè)利益主體的自身選擇有關(guān)，更與多個(gè)利益主體采取的一組策略有關(guān)。因此每一局的“得失”是所有利益主體的一組策略函數(shù)（支付函數(shù)）。通過(guò)對(duì)策略函數(shù)的優(yōu)化，尋找博弈中的“納什均衡”，可選擇出利益相關(guān)者各方都能接受的最優(yōu)策略，從而形成協(xié)同發(fā)展（范如國(guó)，2011）[8]。

2.1.3 基于突變理論的互適發(fā)展。根據(jù)法國(guó)數(shù)學(xué)家Rene Thom創(chuàng)建的突變理論，突變是遠(yuǎn)離非線性系統(tǒng)平衡的狀態(tài)轉(zhuǎn)換形式，即系統(tǒng)從一種平衡狀態(tài)向另一種平衡狀態(tài)的轉(zhuǎn)變將導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的“跳躍”。作為一個(gè)非線性系統(tǒng)，該系統(tǒng)的進(jìn)化路徑有很多可能性。在嚴(yán)格的控制條件下，如果質(zhì)變過(guò)程中的中間過(guò)渡態(tài)是穩(wěn)定的，那么這是一個(gè)漸進(jìn)過(guò)程。質(zhì)量的轉(zhuǎn)變可以通過(guò)飛躍實(shí)現(xiàn)。當(dāng)系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)狀態(tài)的函數(shù)將采用唯一值。當(dāng)參數(shù)在一定范圍內(nèi)變化時(shí)，如果函數(shù)值有多個(gè)極值，則系統(tǒng)處于不穩(wěn)定狀態(tài)。影響因素系統(tǒng)從穩(wěn)定狀態(tài)進(jìn)入不穩(wěn)定狀態(tài)，隨參數(shù)變化又進(jìn)入另一穩(wěn)定狀態(tài)[10]。

在長(zhǎng)江航道承載力影響因素互適協(xié)同發(fā)展中，一些微小的原因通過(guò)長(zhǎng)時(shí)期漸變可產(chǎn)生“慢性沉積效應(yīng)”，當(dāng)達(dá)到某個(gè)臨界閾值時(shí)，這種沉積效應(yīng)就會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)產(chǎn)生突變結(jié)果。系統(tǒng)中的任何運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，都有穩(wěn)定狀態(tài)和非穩(wěn)定狀態(tài)之分，通過(guò)穩(wěn)定態(tài)與非穩(wěn)定態(tài)的相互交錯(cuò)作用，推動(dòng)長(zhǎng)江航道承載力在突變中互適協(xié)同發(fā)展。

2.1.4 基于耗散結(jié)構(gòu)理論的互適發(fā)展?；诤纳⒔Y(jié)構(gòu)理論，長(zhǎng)江航道承載力影響因素系統(tǒng)是一個(gè)開放動(dòng)態(tài)的漲落系統(tǒng)。這種隨機(jī)漲落的產(chǎn)生與放大過(guò)程主要受到其系統(tǒng)熵的二階超量的影響，即系統(tǒng)的超熵產(chǎn)生：

式中：δ2S可看作是描述航道承載力影響因素系統(tǒng)微分方程的李雅普諾夫函數(shù)。當(dāng)δ2S＞0時(shí)，航道承載力影響因素系統(tǒng)處于接近平衡的狀態(tài)，系統(tǒng)內(nèi)可能存在“小漲落”，但是被系統(tǒng)壓制無(wú)法影響航道承載力影響因素之間的協(xié)同演化；當(dāng)δ2S=0時(shí)，航道承載力影響因素系統(tǒng)處于耦合穩(wěn)定的臨界狀態(tài)；當(dāng)δ2S＜0時(shí)，其系統(tǒng)內(nèi)部處于不穩(wěn)定狀態(tài)，系統(tǒng)內(nèi)的狀態(tài)“微漲落”會(huì)迅速成為“大漲落”，打破現(xiàn)有平衡狀態(tài)（低階協(xié)同態(tài)）向新的狀態(tài)（高階協(xié)同態(tài)）轉(zhuǎn)變，成為耗散結(jié)構(gòu)分支。長(zhǎng)江航道承載力影響因素系統(tǒng)的這種內(nèi)外漲落的疊加、相互協(xié)調(diào)及近遠(yuǎn)程共振，加劇了航道承載力影響因素系統(tǒng)的演化協(xié)同發(fā)展的復(fù)雜性。

在其互適過(guò)程中，作為“營(yíng)養(yǎng)源”的生態(tài)子系統(tǒng)與其他各子系統(tǒng)之間存在復(fù)雜的反饋、自組織等非線性狀態(tài)的相互作用，促使眾多的微觀行為得到合作或協(xié)同，產(chǎn)生宏觀視角下的“序”，因此使影響因素系統(tǒng)呈現(xiàn)出復(fù)雜的層次性結(jié)構(gòu)。良性的耗散結(jié)構(gòu)具有極強(qiáng)的自調(diào)節(jié)能力和抗干擾能力，其結(jié)果降低了航道承載力影響因素系統(tǒng)的熵值，促使系統(tǒng)的耗散結(jié)構(gòu)向協(xié)同互適方向發(fā)展。反之，惡性的非耗散結(jié)構(gòu)將遏制航道承載力的健康發(fā)展。長(zhǎng)江航道承載力系統(tǒng)互適發(fā)展過(guò)程中具有多個(gè)漲落，但是不是每個(gè)漲落都能起到?jīng)Q定性的作用，因此具體放大或淘汰哪個(gè)漲落的相關(guān)要素由生態(tài)效益選擇來(lái)決定，進(jìn)而決定了長(zhǎng)江航道承載力影響因素協(xié)同互適發(fā)展的主要方向。

2.2 多目標(biāo)協(xié)同下航道承載力影響機(jī)理互適性內(nèi)涵

根據(jù)長(zhǎng)江航道承載力影響因素分析，結(jié)合上述相關(guān)理論，長(zhǎng)江航道承載力影響因素互適性體現(xiàn)在內(nèi)部系統(tǒng)層因素的協(xié)同性與外部因素的影響調(diào)控作用下，其水資源分配、目標(biāo)、供需、約束等方面相互適應(yīng)達(dá)到一種納什均衡或最優(yōu)策略。長(zhǎng)江航道承載力影響因素互適性內(nèi)涵如圖2所示。

首先，航道承載力內(nèi)部系統(tǒng)在生態(tài)效益、航道供給、航道經(jīng)濟(jì)性、航道尺度建設(shè)等方面的因素存在相互矛盾（競(jìng)爭(zhēng)）的關(guān)系。因此眾多影響因素達(dá)到互適狀態(tài)的第一步是其內(nèi)部自我調(diào)節(jié)達(dá)到自然均衡狀態(tài)，達(dá)到資源利用、投入產(chǎn)出、航道資源供需、生態(tài)效益與經(jīng)濟(jì)發(fā)展、約束限制及科技等因素的內(nèi)部協(xié)同效益。其次，除了內(nèi)部因素的影響外，其政策導(dǎo)向，系統(tǒng)內(nèi)部利益集團(tuán)的規(guī)劃博弈、資源優(yōu)化配置調(diào)控，污染治理調(diào)控等方面的作用影響，促使協(xié)同水平在“博弈-協(xié)同-突變”過(guò)程中循環(huán)往復(fù)，最終達(dá)到高階協(xié)同。最后，在不斷的低級(jí)協(xié)同過(guò)程向高級(jí)協(xié)同的演變過(guò)程中，最終使航道承載力影響因素系統(tǒng)在供需、多目標(biāo)、利益分配等方面實(shí)現(xiàn)完全或高階協(xié)同互適（合作共生）的均衡狀態(tài)，得到最優(yōu)策略，以滿足平衡多方面的目標(biāo)需求，達(dá)到航道承載力的可持續(xù)發(fā)展及對(duì)“生態(tài)-經(jīng)濟(jì)-航運(yùn)-社會(huì)”的最優(yōu)支撐作用。

圖2 長(zhǎng)江航道承載力影響因素互適性內(nèi)涵

3 長(zhǎng)江航道承載力系統(tǒng)互適發(fā)展中的矛盾與沖突

3.1 長(zhǎng)江水資源分配博弈

在長(zhǎng)江航道承載力系統(tǒng)影響因素協(xié)同發(fā)展過(guò)程中，達(dá)到互適狀態(tài)的必要條件是調(diào)和長(zhǎng)江流域水資源分配的矛盾。雖然長(zhǎng)江河道的上、中、下游河段取水的過(guò)程是動(dòng)態(tài)的，但是本文主要研究四個(gè)利益主體之間（生態(tài)、經(jīng)濟(jì)、航運(yùn)、社會(huì)）的水權(quán)博弈，因此采用靜態(tài)博弈模型說(shuō)明四個(gè)利益主體之間的水資源分配的納什均衡。假設(shè)長(zhǎng)江水量為Qt，最大可利用水資源量（不包括生態(tài)需水量）為Qt1,總的生態(tài)需水量為Qt2,則有Qt=Qt1+Qt2。四個(gè)博弈參與人可以從長(zhǎng)江河道內(nèi)自由地取水，將第i個(gè)用水戶的策略空間表示為[12]：

其中，S為各長(zhǎng)江用水戶的策略空間的笛卡爾積，也就是，S=S1×S2×S3×S4。為了簡(jiǎn)化分析，引入Nikaido-Isoda函數(shù)U:S×S→R如下：

其中，(ri,q-i)代表流域所有用水戶的用水策略組成的集合，在這個(gè)集合中，第i個(gè)用水戶試著偏離策略qi而采取策略ri，而其他用水戶依舊采用如下策略：

根據(jù)Nikaido-Isoda函數(shù)，得到：

Nikaido-Isoda函數(shù)中的每一個(gè)和式代表了當(dāng)流域用水戶i（i=1,2,3,4）的用水策略發(fā)生從qi到ri的改變，而其他流域用水戶則繼續(xù)按照策略（ri，q-i）進(jìn)行博弈時(shí)，它的支付值發(fā)生的變化，Nikaido-Isoda函數(shù)則代表了所有這些變化值的總和。

運(yùn)用長(zhǎng)江水資源利用沖突的博弈模型，必須滿足每個(gè)長(zhǎng)江用水戶策略的信息完全對(duì)稱及決策是完全理性的假設(shè)，構(gòu)建完全信息靜態(tài)非合作博弈模型。為了使模型更加符合實(shí)際情況，下面我們將在非常弱的連續(xù)條件和凹(或凸)性條件下，運(yùn)用Gorniewicz's不動(dòng)點(diǎn)定理和單位分解定理來(lái)分析水資源水量利用沖突博弈模型均衡的存在性。首先，對(duì)該博弈的Nikaido-Isoda函數(shù)給出如下假設(shè)：

A1：Nikaido-Isoda函數(shù)U在S*S是下半連續(xù)的；

A2：對(duì)任何 (q1,q2,q3,q4)∈S，下 面 的 集 合 ：{}(r1,r2,r3,r4)∈S:U((q1,q2,q3,q4),(r1,r2,r3,r4))＞0 是四維歐式空間中的凸子集；

A3：對(duì)任何 (r1,r2,r3,r4)∈S,下 面 的 集 合 ：是 四 維歐式空間中的零調(diào)子集。

根據(jù)陸海曙（2007）中的證明方法，利用不動(dòng)點(diǎn)定理與Nikaido-Isoda函數(shù)，在滿足上述假設(shè)的條件，同時(shí)策略空間的笛卡爾積S具有相對(duì)于n維歐式空間Rn距離拓?fù)涞南鄬?duì)拓?fù)?，則本博弈模型存在一個(gè)純策略納什均衡，即存在一點(diǎn)使得對(duì)任何i={ }1,2,3,4,有：

運(yùn)用支付函數(shù)及成本函數(shù)理論，結(jié)合Cramer法則，可得到長(zhǎng)江用水參與者的納什均衡取水量表示為：

式中，a,di,ei為正常數(shù)。

3.2 多目標(biāo)利益的沖突

在航道承載力發(fā)展過(guò)程中，其由低階互適向高階互適轉(zhuǎn)化。在長(zhǎng)江水資源合理配置的基礎(chǔ)上，其生態(tài)、經(jīng)濟(jì)、航運(yùn)、社會(huì)四個(gè)利益主體的利益目標(biāo)存在沖突。經(jīng)濟(jì)目標(biāo)利益是航道承載力的驅(qū)動(dòng)利益，是航道承載力研究的意義所在。航道承載力系統(tǒng)中，經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)（e）目標(biāo)追求的是經(jīng)濟(jì)利益最大化（GDP）；社會(huì)子系統(tǒng)（s）目標(biāo)追求的是社會(huì)效益最大化（人口、城鎮(zhèn)化、就業(yè)等）；航運(yùn)子系統(tǒng)（c）目標(biāo)追求的是最大貨運(yùn)能力（水運(yùn)貨運(yùn)量、水運(yùn)成本等）；生態(tài)子系統(tǒng)（E）目標(biāo)追求的是生態(tài)綜合效益的最大化（生態(tài)可持續(xù)發(fā)展能力、排污量最小、生物多樣性等）。前三者在某種程度上是相輔相成的，具有較強(qiáng)的正向關(guān)系，而生態(tài)子系統(tǒng)的目標(biāo)與前三個(gè)目標(biāo)具有明顯的此消彼長(zhǎng)的反向關(guān)系。因此在發(fā)展過(guò)程中，最主要的矛盾就是生態(tài)子系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)約束，需要人為調(diào)控，以保證長(zhǎng)期生態(tài)效益目標(biāo)的滿足，因此引出生態(tài)閾值（S*）的概念。假設(shè)航道承載力系統(tǒng)中生態(tài)綜合效益函數(shù)為F（E）=f（e,s,c），滿足其限制條件為F（E）≥F（S*）,才能保證航道承載力系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展，保證在經(jīng)濟(jì)、航運(yùn)、社會(huì)子系統(tǒng)攫取生態(tài)資源與破壞生態(tài)環(huán)境在生態(tài)子系統(tǒng)自我修復(fù)的能力范圍內(nèi)，以達(dá)到四個(gè)子系統(tǒng)目標(biāo)的協(xié)同互適。

3.3 多約束因素與需求因素在航道尺度建設(shè)中的矛盾

在長(zhǎng)江航道承載力研究過(guò)程中，航道尺度作為航道運(yùn)輸能力的重要調(diào)控手段之一，受到自然條件、水環(huán)境容量、防洪限制水位、供水、發(fā)電的航道基準(zhǔn)面的負(fù)向影響。同時(shí)，航道建設(shè)受到船舶大型化、航運(yùn)成本降低、經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求以及社會(huì)發(fā)展質(zhì)量的正向作用等需求因素的拉動(dòng)。因此，長(zhǎng)江航道尺度的合理制定就是調(diào)和多約束因素與需求因素之間的矛盾，以達(dá)到各因素之間的互適協(xié)同發(fā)展，找到具有共同目標(biāo)的互適發(fā)展路徑，才能保證長(zhǎng)江航道的可持續(xù)發(fā)展。航道尺度作為航道承載力互適協(xié)同發(fā)展的調(diào)控變量，決定其尺度的因素研究非常重要，M.Prsic,D.Carevic,D.Brcic(2011)[13]認(rèn)為決定航道尺度的因素分為五類：天然水道條件、技術(shù)因素、經(jīng)濟(jì)因素、水道結(jié)構(gòu)、通航水位。因此在調(diào)控長(zhǎng)江航道尺度時(shí)，要充分發(fā)揮技術(shù)因素對(duì)航道通航效率的正向作用，從而加強(qiáng)協(xié)同多約束因素與需求因素之間矛盾的能力，協(xié)調(diào)航道尺度建設(shè)中的約束與需求之間的矛盾，從而使長(zhǎng)江航道承載力影響因素達(dá)到互適協(xié)同的目標(biāo)。

4 長(zhǎng)江航道承載力發(fā)展互適狀態(tài)

長(zhǎng)江航道承載力影響因素一共有生態(tài)、經(jīng)濟(jì)、航運(yùn)、社會(huì)四個(gè)子系統(tǒng)，在明晰其互適協(xié)同的變化規(guī)律之后，明確其演化過(guò)程需要經(jīng)歷“博弈-協(xié)同-突變-再博弈-再協(xié)同-再突變”的多次變化，最終才能達(dá)到高度協(xié)同互適，但在演變過(guò)程中需要研究其臨界值的具體狀態(tài)及子系統(tǒng)之間的博弈關(guān)系。為了更好的闡述其臨界互適狀態(tài)，設(shè)航道承載力系統(tǒng)為Cw，生態(tài)子系統(tǒng)效益為Ye、經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)效益為Yc、航運(yùn)子系統(tǒng)效益為 Yw、社會(huì)子系統(tǒng)效益為 Ys，因此 Cw=f（Ye，Yc，Yw，Cw）。

（1）生態(tài)因素子系統(tǒng)與航道承載力系統(tǒng)的影響互適機(jī)理。生態(tài)子系統(tǒng)作為航道承載力的“養(yǎng)料層”，與航道承載力發(fā)展具有正負(fù)兩種反饋效應(yīng)。生態(tài)子系統(tǒng)包含支撐各子系統(tǒng)及整個(gè)航道承載力系統(tǒng)發(fā)展的各種“資源”，對(duì)各子系統(tǒng)及航道承載力系統(tǒng)具有正向支撐作用。航道承載力的發(fā)展一方面因其建設(shè)或運(yùn)行過(guò)程中會(huì)造成污染的排放或?qū)ι鷳B(tài)環(huán)境的破壞，對(duì)生態(tài)子系統(tǒng)造成了負(fù)面影響B(tài)e-，但同時(shí)隨著航道承載力的發(fā)展，其吸引公路、鐵路等運(yùn)輸方式的轉(zhuǎn)移貨運(yùn)量增加，水運(yùn)運(yùn)輸量比例提升，在宏觀層面促進(jìn)了能源節(jié)約及污染排放量的減少，對(duì)生態(tài)子系統(tǒng)具有正向作用Be+。因此生態(tài)子系統(tǒng)與航道承載力系統(tǒng)之間的互適影響機(jī)理反映的是其系統(tǒng)之間的正負(fù)效應(yīng)在受到外界因素的影響下，產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)熵流變化，當(dāng)Ye經(jīng)過(guò)正負(fù)效應(yīng)的綜合影響而趨于穩(wěn)定時(shí)，形成的生態(tài)子系統(tǒng)的綜合效益Ye（Ye=Ye-+Ye+）則為其互適狀態(tài)。當(dāng)Ye＞0時(shí)，說(shuō)明航道承載力的發(fā)展對(duì)生態(tài)子系統(tǒng)造成的生態(tài)負(fù)影響雖然不可避免，但是總體上使其宏觀層面上的生態(tài)子系統(tǒng)得到協(xié)同互適的可持續(xù)發(fā)展；當(dāng)Ye＝0時(shí)，生態(tài)子系統(tǒng)與航道承載力之間產(chǎn)生的正負(fù)效應(yīng)處于相互抵消的狀態(tài)，是其協(xié)同互適的臨界狀態(tài)；當(dāng)Ye＜0時(shí)，說(shuō)明此時(shí)航道承載力的發(fā)展產(chǎn)生的負(fù)效應(yīng)大于其產(chǎn)生的正效應(yīng)，因而造成生態(tài)子系統(tǒng)的不可逆的破壞，說(shuō)明其偏離協(xié)同互適狀態(tài)，造成生態(tài)子系統(tǒng)不可持續(xù)發(fā)展，需要人為調(diào)控整治。

（2）經(jīng)濟(jì)因素子系統(tǒng)與航道承載力的影響互適機(jī)理。經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)是航道承載力系統(tǒng)中的驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)，經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來(lái)巨大的航運(yùn)需求，因此對(duì)航道承載力的發(fā)展具有正向激勵(lì)作用。航道承載力的發(fā)展，使其對(duì)經(jīng)濟(jì)的承載能力從兩個(gè)方面加強(qiáng)：一方面是提高滿足經(jīng)濟(jì)需求的能力，使航道資源的供需趨于平衡，加強(qiáng)長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶連接能力，促進(jìn)長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶發(fā)展；另一方面，航道承載力的發(fā)展促進(jìn)水運(yùn)的單位成本及能耗的下降，吸引更多的轉(zhuǎn)移貨運(yùn)量，促進(jìn)運(yùn)輸結(jié)構(gòu)優(yōu)化，提升航運(yùn)業(yè)產(chǎn)值，刺激航運(yùn)投資，提升航運(yùn)基礎(chǔ)建設(shè)的投入，提升航道承載力。經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與航道承載力存在水資源爭(zhēng)奪的矛盾，經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)勢(shì)必造成用電量、用水量的上升，對(duì)徑流量造成影響，因此限制航道承載力的發(fā)展。支撐長(zhǎng)江流域經(jīng)濟(jì)帶可持續(xù)發(fā)展的臨界是指在諸多限制因素下必須保障長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶發(fā)展指數(shù)Yc＞0，一旦經(jīng)濟(jì)發(fā)展指數(shù)為0，則說(shuō)明經(jīng)濟(jì)發(fā)展基本停止。因此在一個(gè)階段內(nèi)，可從系統(tǒng)內(nèi)部和外部?jī)煞矫嬷郑朔拗埔蜃?，使其讓利于利?dǎo)因子，從而使系統(tǒng)從較低協(xié)同互適發(fā)展層次躍進(jìn)到較高協(xié)同互適發(fā)展層次，進(jìn)入下一輪發(fā)展。如果長(zhǎng)江流域能不斷地克服限制因子，從而不斷地向更高層次協(xié)同互適躍進(jìn)，那么長(zhǎng)江流域的發(fā)展就是可持續(xù)發(fā)展。

（3）航運(yùn)因素子系統(tǒng)與航道承載力系統(tǒng)的影響互適機(jī)理。航運(yùn)子系統(tǒng)是航道承載力系統(tǒng)的“航道資源”供給子系統(tǒng)，反映了對(duì)其他子系統(tǒng)支撐的能力。這種承載能力受到其“船舶-航道-港口”的綜合影響，內(nèi)部子系統(tǒng)運(yùn)作良好則航道承載能力提升，運(yùn)輸效率提高。航道承載力提升進(jìn)而促進(jìn)提升航運(yùn)系統(tǒng)建設(shè)及維護(hù)力度，提升航道承載力，形成良好的正的反饋環(huán)，使“船舶尺度-航道尺度-港口泊位尺度”形成互適狀態(tài)（船舶尺度、航道尺度、泊位尺度等適應(yīng)度達(dá)到優(yōu)良狀態(tài)）。

（4）社會(huì)因素子系統(tǒng)與航道承載力系統(tǒng)的影響互適機(jī)理。社會(huì)子系統(tǒng)中體現(xiàn)的因素與“人”息息相關(guān)，不論是生態(tài)、經(jīng)濟(jì)還是航運(yùn)的發(fā)展都與人類社會(huì)發(fā)展有關(guān)。其中防洪、供水、發(fā)電等工程建設(shè)是人類社會(huì)發(fā)展的必要條件，且此三者與水資源利用息息相關(guān)，直接限制了航道尺度的建設(shè)范圍，對(duì)航道承載力造成負(fù)向約束；另一方面，“人”的發(fā)展促進(jìn)科技水平的提高，促使水資源利用率提高，從航運(yùn)數(shù)字化、信息化及服務(wù)等方面全方面提升航道承載能力，對(duì)其有良好的促進(jìn)作用。航道承載力提升，有利于航運(yùn)發(fā)展，增強(qiáng)以港口為中心的輻射能力，提高就業(yè)率及城鎮(zhèn)化率，進(jìn)而正向提升人類社會(huì)的發(fā)展水平。

（5）基于多目標(biāo)協(xié)同下長(zhǎng)江航道承載力互適機(jī)理。長(zhǎng)江航道承載力影響因素互適狀態(tài)下的高階協(xié)同的實(shí)現(xiàn)：首先，是在其自組織下經(jīng)濟(jì)、社會(huì)（部分）發(fā)展因素對(duì)航運(yùn)發(fā)展（航道尺度、航運(yùn)成本、貨運(yùn)量）的需求發(fā)展模式。其次，根據(jù)政策導(dǎo)向充分考慮對(duì)生態(tài)效益正負(fù)兩方面的影響，保證航道建設(shè)及航運(yùn)發(fā)展在生態(tài)紅線以上，保持生態(tài)自凈能力的可持續(xù)發(fā)展。再次，滿足防洪、發(fā)電、供水對(duì)航道基準(zhǔn)面的限制，合理界定出航道的建設(shè)尺度。最后，當(dāng)航道尺度界定之后，應(yīng)該充分發(fā)揮科技手段，加強(qiáng)節(jié)水措施、水資源循環(huán)利用等技術(shù)的作用，改善利益相關(guān)者對(duì)水資源配置的矛盾，降低水位對(duì)航道基準(zhǔn)面限制的力度。同時(shí)，加強(qiáng)科技、航運(yùn)的資金投入，提高航道通航效率，加強(qiáng)航道網(wǎng)絡(luò)化、信息化、數(shù)據(jù)化的建設(shè)，提高通航能力，以及反哺支撐生態(tài)、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、航運(yùn)可持續(xù)發(fā)展的能力。長(zhǎng)江航道承載力影響互適機(jī)理概念圖如圖3所示。

圖3 長(zhǎng)江航道承載力影響互適機(jī)理概念圖

5 結(jié)語(yǔ)

（1）運(yùn)用協(xié)同論、博弈論、突變理論、耗散結(jié)構(gòu)理論，解釋長(zhǎng)江航道承載力影響因素互適發(fā)展規(guī)律，界定長(zhǎng)江航道承載力影響因素互適性內(nèi)涵：內(nèi)部系統(tǒng)層因素的協(xié)同性與外部因素的影響調(diào)控作用下，其水資源分配、目標(biāo)、供需、約束等方面相互適應(yīng)，達(dá)到一種最優(yōu)策略，即為長(zhǎng)江航道承載力影響因素的互適狀態(tài)。

（2）長(zhǎng)江航道承載力影響因素的互適協(xié)同過(guò)程是一個(gè)復(fù)雜長(zhǎng)期的博弈過(guò)程，不斷重復(fù)著“博弈-協(xié)同-突變-再博弈-再協(xié)同-再突變”，由低級(jí)互適協(xié)同向高級(jí)狀態(tài)轉(zhuǎn)化，不同階段呈現(xiàn)的影響因素的互適協(xié)同度、特征、沖突、矛盾程度各不相同。

（3）長(zhǎng)江航道承載力影響因素互適過(guò)程中有三個(gè)主要矛盾：長(zhǎng)江水資源分配博弈、目標(biāo)利益的沖突、多約束因素與需求因素的矛盾，且始終貫穿長(zhǎng)江航道承載力各互適協(xié)同水平階段，解決矛盾問(wèn)題是實(shí)現(xiàn)高階互適協(xié)同的必要條件。

（4）長(zhǎng)江航道承載力影響因素互適機(jī)理與互適臨界狀態(tài)（特征指標(biāo)）的確立是后期多目標(biāo)模型建立及求解的理論基礎(chǔ)，應(yīng)該在理論分析的基礎(chǔ)上確立量化權(quán)重的科學(xué)計(jì)算方法。