中国沿海港口经济发展演变特征与空间层次划分

中国沿海港口经济发展演变特征与空间层次划分

张新放 吕靖

大连海事大学交通运输工程学院

摘    要：

为探究中国沿海港口经济发展过程,运用动态熵权TOPSIS法和GIS研究2000—2018年港口经济发展的演变特征,并采用Jenks自然断裂法进行空间层次划分。结果表明:不同时期各港口经济发展差异显著,近年来环渤海港口发展减缓,东南和西南沿海港口发展良好,呈南强北弱特征;港口经济发展在空间上呈整体分散、局部连片集中的分布格局,港口群内核心港口发展放缓,边缘港口发展势头强劲。根据港口经济发展综合值和指标体系各子系统对港口发展的贡献度值,将港口划分为5个层次和5种类型;将两种划分方式加以组合来识别各港口所属的层级地位和最优发展类型。

关键词：

港口; 经济; 空间布局; 熵权; TOPSIS法; 层次划分;

收稿日期：2020-03-23

基金： 国家自然科学基金(71473023); 国家社会科学基金(19VHQ012); 教育部人文社会科学研究规划(16YJAZH030);

Evolution characteristics and spatial hierarchy of economic development of Chinese coastal ports

ZHANG Xinfang LYU Jing

Transportation College, Dalian Maritime University

Abstract：

In order to explore the economic development process of Chinese coastal ports, the dynamic entropy TOPSIS method and GIS are used to study the evolution characteristics of the port economic development in 2000-2018, and the Jenks natural fracture method is used to divide the spatial hierarchy.The results show as follows.There are significant differences in port developmentin different periods. In recent years, the development of the ports around Bohai Sea slows down, and the southeast and southwest coastal ports develop well, showing a south-strong and north-weak characteristic. In space, the development of port economy is scattered overall and concentrated locally, the development of core ports in a port group slows down, and the development of marginal ports is strong.According to the comprehensive value of port economy development and the contribution of each subsystem to port development in the index system, the ports are divided into five spatial levels and five types. The two division methods are combined to identify the hierarchical status and the optimal development type of each port.

Keyword：

port; economic; spatial layout; entropy; TOPSIS method; hierarchy division;

Received： 2020-03-23

0 引 言

随着国际贸易的发展及陆海运输通道的建设和完善,港口作为物流运输的门户,逐渐由传统意义上承担货物集散和中转服务功能向集群化、层级化和多元化特征转型;同时,随着中国近年来对港口的跨区域、跨省域重组整合,港口正由独立发展向有层次等级的港口集群模式发展,急需与港口资源环境约束、港口职能分工和港口发展定位等相关的研究的同步推进,对港口经济发展整体布局和层次划分的研究是现阶段中国港口步入战略转型期的重要问题。

目前,国内外学者对港口经济发展评价研究较多,采用的方法主要有因子分析法^[1]、云模型^[2]、数据包络分析^[3]、熵权TOPSIS法^[4]等。近年来还涌现出对港口层次和类型划分的研究,包括港口网络层次划分^[5,6]、港口物流发展格局^[7]、港口群发展定位^[8,9,10]、港口的连接性^[11]等,但这些研究仅关注港口发展的定量描述,脱离了港口的空间属性。近年来从空间视角对港口空间层次和类型划分的研究较少,主要有:韩时琳等^[12]采用基尼系数和聚类分析研究环长株潭城市群港口的空间结构和层次结构;范斐等^[13]从贸易联系角度研究港口集装箱运输网络的空间格局和等级结构;陈再齐等^[14]采用Zipf指数研究广州港外贸卸货港的空间分布和等级体系的分类。

综上,目前对港口经济发展评价和港口层次划分的研究多为单一时期、单个维度的,且不同研究者对指标的选取差异较大,而从港口空间布局视角对港口发展和港口空间层次划分的研究较少。因此,本文综合选取多项因素建立港口经济发展指标体系,运用动态熵权TOPSIS法,借助ArcGIS空间分析技术对长时间序列下中国沿海港口经济发展布局进行研究;从发展综合值和各子系统对发展的贡献度值两个角度,将港口划分为不同空间层次和类型,从而明确港口经济发展定位、布局及适宜的发展类型。

1 港口经济发展指标体系

1.1 港口经济发展内涵

港口经济发展是港口在地理区位、基础设施和环境条件等多种因素综合作用下,依据自身优势特点,通过优化资源配置,为腹地带来经济效益以及对区域和全国范围内的资源吸引和争夺的能力,也是港口在占有航运市场份额、促进港航业发展等方面综合竞争力的体现。港口经济发展涉及发展基础、发展途径与条件、发展方向与趋势、发展目标。发展基础指港口地理环境、区位条件、港区基础设施、航道、岸线等资源。发展途径与条件指港口运营资金的投入,陆向、海向腹地货源供应等。发展方向与趋势与港口发展所依赖的城市的经济发展水平、港口集疏运网络体系的完善程度和便捷程度等有关。发展目标指港口最终通过提高货物吞吐能力和扩大经营规模提升港口经济效益,进而带动区域经济发展。

1.2 指标体系建立

构建港口经济发展指标体系的目的是通过收集与港口发展相关的资料和数据,对港口进行有效合理的评价,从而提出有针对性的发展建议。指标体系构建应遵循科学性、系统性、层次性和可获得性等原则,权衡选取指标以便能够系统地评价港口发展状况。

基于上述原则和港口经济发展内涵的分类和细化,借鉴相关文献,同时结合港口地理学和空间经济学,创新性地引入港口空间可达性,综合选取区位环境、设施条件和运营规模等7个子系统及指标层构建港口经济发展指标体系,见表1。表1中:区位环境指港口发展的基础保障和客观条件;设施条件体现港口装卸、存储和中转能力;运营规模是港口实力和竞争力的综合体现;财务状况体现港口企业对港口的投资力度和港口对腹地的贡献程度;城市支持度体现城市对港口的重视程度,是港口发展的重要的外部经济环境;空间可达性体现陆上和海上交通工具到达港口的便利程度和通达水平;发展潜力体现一定时期内港口实力的差异及发展是否具有活力。

表1 港口经济发展指标体系 导出到EXCEL

空间可达性表示港口与港口网络中其他港口的可达性之和,由文献[16]的公式ξp=Q∑q=1ξpq=Q∑q=1(γhphq/dβpq)求得,其中:ξ_pq为港口p与q之间的可达性;γ为常数;h_p和h_q分别为港口p和q的年货物吞吐量;d_pq为港口p与q之间的海运距离;β为衰减系数(本文中取2)。港口中心性指标指某港口与其他港口之间的航运时间之和,如港口p的中心性计算公式为ηp=Q∑q=1ηpq=Q∑q=1(dpq/v),其中η_pq和v分别为从港口p到q的航行时间和航速。港城运输时间即从港口到城市行政中心的距离与速度的比值。港城间引力由文献[16]的公式F_p=γh_pG/(σ₁η_p1+σ₂η_p2)求得,其中:G为城市GDP;σ₁和σ₂分别为公路和铁路运输权重(本文中均取0.5);η_p1和η_p2分别为港城间公路和铁路的时间成本。

2 研究方法

2.1 动态熵权TOPSIS法

从时间序列视角对研究对象的贴近度进行时间熵加权,包含3部分:①基于指标含有的信息量和变异程度确定其信息熵和权重;②基于指标静态和动态增量计算各时刻评价对象与最优和最劣理想解的距离和贴近度;③基于时间序列数据确定评价对象在不同时刻的权重,采用时序加权平均算子计算评价对象的动态综合值。具体步骤如下:

①构建原始指标各时刻的标准化矩阵Y:

Y=(y_ijt)_n×m (i=1,2,…,n;j=1,2,…,m;t=1,2,…,T)

式中:y_ijt为港口i的第j个指标在第t时刻的值。

②计算指标各时刻的信息熵和权重:

Ejt=-n∑i=1(ΖijtlnΖijt)/lnnWjt=(1-Ejt)/(m-m∑j=1Ejt)Ζijt=yijt/n∑i=1yijt

式中:E_jt为第j个指标在第t时刻的信息熵;W_jt为第j个指标在第t时刻的权重;Z_ijt为y_ijt的归一化形式。

③构建初始指标各时刻的同趋势化矩阵Aij(t)=(aij(t))n×m,其中t=1,2,…,T,对A_ij(t)进行静态和动态增量加权:

Bij(t)=(bij(t))n×m         (1)    bij(t)=μb′ij(t)+(1-μ)b″ij(t)         (2)

式中:b′ij(t)=aij(t)/√n∑i=1Τ∑t=1aij(t)为指标静态值;b″ij(t)=Δaij(t)/√n∑i=1Τ∑t=1Δaij(t)为指标动态增量值,Δa_ij(t)=a_ij(t)-a_ij(t₀),t₀为指定的标准时刻;μ∈[0,1]为协调系数。

④计算各时刻评价对象与最优和最劣理想解的距离D+i(t)=√m∑j=1Wjt(b+ij-bij(t))2,D-i(t)=√m∑j=1Wjt(b-ij-bij(t))2;最优理想解B+=(b+i1,b+i2,⋯,b+im),b+ij=max1≤i≤n,1≤t≤Τ(bij(t));最劣理想解B-=(b-i1,b-i2,⋯,b-im),b-ij=min1≤i≤n,1≤t≤Τ(bij(t))。

⑤计算各时刻评价对象与B⁺的贴近度Ci(t)=D-i(t)D+i(t)+D-i(t),Ci(t)值越大越贴近。

⑥引入时间序列熵EΤ=-Τ∑t=1(WtlnWt)和时间度τ确定评价对象不同时刻的重要度,W_t为t的时间权。τ∈[0,1],τ值越小越重视近期数据。构造非线性规划模型求解W_t:

maxEΤ   s.t.{τ=1Τ-1Τ∑t=1((Τ-t)Wt)Τ∑t=1Wt=1,Wt∈[0,1]         (3)

⑦采用时序加权平均算子计算评价对象的综合贴近度fi=Τ∑t=1(WtCi(t)),fi值越大结果越好。

2.2 Jenks自然断裂法

Jenks自然断裂法基于数据固有属性的内在联系自然分组,通过反复比较组内观测值与其均值的差的平方和,使组内相似值最优,组间差异最大;分组点选在数据变化最大处,可保持数据的统计特征。该方法是一个迭代过程,即在数据集中使用不同的断裂点进行重复计算,找出一组断裂点使得组内离差平方和最小;公式为Sl∼r=r∑k=l(A[k]-ˉA)2,其中A是有K个数的数组,1≤l≤r≤K,k为子集个数(即K个元素划分为k类),ˉA是A_l,A_l+1,…,A_r的均值。本文通过ArcGIS的Quantities模块对动态熵权TOPSIS法测算的港口2000—2018年综合值和子系统综合值进行空间聚类,划分层次,并显示层次格局。

3 实证研究

从2006年交通部发布的《全国沿海港口布局规划》指定的全国5大港口群中的港口(其中长三角港口遵循长江南京以下港口为海洋港口的原则进行选取)以及21世纪海上丝绸之路(21st-Century Maritime Silk Road, MSR)中国沿海重点建设的港口中,综合选取47个港口为研究对象。以进入21世纪后航运快速发展的2000年为起始年,2006、2012和2018年为时间节点,港口和城市数据来源于2000年、2006年、2012年和2018年的《中国港口年鉴》和港口所在城市的《国民经济和社会发展统计公报》等;港口间距数据来源于BLM-Shipping航运软件和航运在线(http://figi0c94691f0eca4fae99bf393580b5d8e4hpvf9xu5fffqf66pf.fifz.res.gxlib.org.cn/licheng.asp);公路、铁路速度和费用参照《公路工程技术标准》《国际集装箱汽车运输费收规则》《铁路货物运价规则》等;港口位置数据来源于国际海事组织的GISIS(http://figi284ecf54fb174ddfbcf40169d2783355spvf9xu5fffqf66pf.fifz.res.gxlib.org.cn/Public/Default.aspx)。

3.1 港口经济发展布局分析

3.1.1 评价结果分析

根据港口经济发展指标体系,运用动态熵权TOPSIS法计算各港口经济发展评价结果,见图1。

图1 47个港口经济发展评价结果

由图1可知,各港口经济发展差异显著,且不同时期变化较大,其中:香港港、上海港、深圳港和宁波舟山港始终较强,具有寡头优势;广州港、大连港和厦门港等大中型港口发展势头强劲,且该类港口逐渐增多;盐城港、锦州港和汕尾港等大部分中小型港口相对较弱。从变化趋势看,2012年之前总体呈上升趋势,之后大部分港口有不同程度的下降,尤其大中型港口下降明显,如:营口港、大连港和天津港等3个环渤海港口2012—2018年年平均下降率分别为6.16%、4.19%和4.14%;威海港、苏州港和中山港等中型港口发展情况基本不变;南方中小型港口,尤其海南和东南沿海港口发展较好,如八所港、三亚港和福州港年平均增长率分别为11.97%、11.12%和5.3%。可见东北地区部分港口发展进入萧条期,而南方港口发展势头较好,反映出近年来中小型港口的发展进入了快车道。

3.1.2 空间布局分析

根据港口经济发展评价结果,借助ArcGIS中的标准分类方法将历年港口经济发展布局分为弱发展、较弱发展、较强发展和强发展4类,见表2。

由表2可知,港口经济发展布局中发展较强的港口集中在长三角港口群、珠三角港口群和环渤海港口群的中心位置,发展较弱的港口位于边缘地区、东南港口群和西南港口群。具体看:香港港、上海港和深圳港发展最强,在整个沿海地区具有绝对优势;宁波舟山港、广州港、天津港和青岛港等也较强,在各自港口群内具有优势,其他如丹东港、台州港和东莞港等表现出“减弱—增强—减弱”的变化过程。从港口群发展变化看:前期环渤海港口群和长三角港口群发展较好,西南港口群和东南港口群发展较差;后期长三角港口群和西南港口群增长较快,环渤海港口群中绝大多数港口出现负增长。从各港口经济发展变化看,明显的特征是各港口群内核心大型港口发展放缓,外围边缘中小型港口发展势头强劲,“边缘挑战”现象越来越明显。可知,这些港口虽然在腹地货源、资金等方面被核心港口剥夺,具有灯下黑效应,但同时也受到了核心港口的辐射带动作用,随着港口整体发展增强,多门户港口并存局面逐渐显现。

表2 港口经济发展布局 导出到EXCEL

3.2 空间层次划分

求解得到评价对象2000年、2006年、2012年和2018年的时间权重W_t分别为0.08、0.10、0.16和0.66,然后根据动态熵权TOPSIS法中综合贴近度的计算公式,求出2000—2018年港口经济发展综合值和各子系统综合值;采用Jenks自然断裂法对港口空间层次和类型进行划分。

3.2.1 划分依据

(1)依据港口经济发展综合值(见图2),借鉴已有文献,将港口划分为国际航运中心、国家级枢纽港、区域性枢纽港、地方性枢纽港和一般性港口。

图2 港口经济发展综合值

(2)依据子系统综合值(见图3)将港口划分为硬实力型、货运规模型、港城联动型、外贸通达型和潜力发展型。区位环境和设施条件是港口基础实力的直接体现,将两个子系统综合值标准化处理后取加权平均值,定位为硬实力型;运营规模体现港口货物吞吐量、周转量和货物处理能力,定位为货运规模型;财务状况和城市支持度是港口经济和腹地经济的直观反映,两者互为依托、相辅相成,将两者综合值标准化处理后取加权平均值,定位为港城联动型;空间可达性体现港口与其他港口的货运联系强度和便利水平,定位为外贸通达型;发展潜力是港口凭借自身优势、政策倾斜等具有较大的潜力趋势,定位为潜力发展型。根据各港口5类综合值,找出对港口发展贡献最大的子系统,确定该港口所属类型。

图3 子系统综合值

3.2.2 层次划分

(1)港口层次按港口经济发展综合值划分,结果见表3。①上海港和香港港属于国际航运中心,综合实力最强,形成我国港口的“双核”高地,上海港是我国集装箱吞吐量、航线数量、航班密度最大的港口,具有金融机构、海事法庭、保险理赔等完善的航运服务功能,使上海具有绝对的优势建设国际航运中心;香港港具有广阔的海外腹地、开放的自由贸易政策、先进的管理技术和发达的经济金融支撑,使香港港成为国际航运中心。②天津港、青岛港、宁波舟山港、深圳港、广州港等为国家级枢纽港,凭借优越的区位条件和腹地发达的经济水平使货物吞吐量遥遥领先。比如:宁波舟山港2018年货物吞吐量10亿t,作为我国东部沿海除上海港外最大的航运枢纽,对促进长三角区域一体化、推动交通运输网络形成、提升综合经济实力作用巨大。③大连港、唐山港、苏州港、南京港、厦门港、珠海港、北部湾港为区域性枢纽港,一方面这些港口城市经济水平较高,对港口支持度较大,另一方面这些港口对其周边区域资源吸引较大。比如:北部湾港对内为云南、贵州和重庆等地的南向门户和我国西部陆海联运新通道的运输支点,对外为东盟国际通道与MSR衔接的重要枢纽。④营口港、烟台港、连云港港、南通港等为地方性枢纽港,也是区域性枢纽港的重要支线港和喂给港,货源集聚和内外通达性相对较强。比如:南通港衔接MSR和长江经济带,江海联运和水水中转等使南通港集疏运能力、物流集聚能力和资源配置能力不断增强。

表3 港口层次按综合值划分结果 导出到EXCEL

(2)港口层次按子系统综合值划分,结果见表4。①大连港、秦皇岛港和日照港等属于硬实力型,占比14.9%,该类港口环境、区位优越,设施数量多。比如:大连港是我国东北最大的出海口,拥有集装箱、油品和汽车滚装等专业泊位和超大型深水码头,以及国内规模最大的原油、成品油和液体化工品罐群,在“一带一路”、冰上丝绸之路和辽宁自贸区建设政策下,逐渐显露出东北亚航运中心的优势。②营口港、唐山港、天津港、连云港港等属于货运规模型,该类港口货运量和货物处理能力最突出。比如:连云港港作为新亚欧大陆桥东桥头堡和“一带一路”双向开放的海上门户,依托完善的集疏运体系和陇海铁路广阔腹地而货源充足,中欧班列运行便捷,正成为辐射带动能力强的海陆运输综合枢纽。③锦州港、烟台港、江阴港等属于港城联动型,该类港口与城市关系紧密,两者互为依托、互利共赢,具有以港兴城、以城促港特点。比如:江阴港利用自身优势,依托上海港、苏州港等大港推进临港产业建设、发展临港物流等,资源集聚能力不断提升,产业溢出效应也促使城市经济增长,对打造长三角制造业和服务业高地、建设港产城融合示范区意义重大。④青岛港、威海港、盐城港等属于外贸通达型,占比最大,该类港口与其他港口货运联系较强,可达性和便利水平较高。比如:青岛港与全球130多个国家和地区的450多个港口有贸易往来,青岛港积极实施国际化、互联网战略,通过资本投入、管理输出等在世界范围内布局青岛港战略。⑤丹东港、黄骅港、南通港、苏州港等属于潜力发展型,该类港口自身蕴含巨大发展潜力。比如:海口港地处中国南海北端,邻近东盟,交通便利程度极高,2018年该港货物、集装箱和旅客吞吐量增长率分别为15%、17%和11%;三亚港货物和旅客周转量增速分别为15%和22%,随着MSR建设和海南自由贸易港建设的推进,该港口航运、物流、贸易等迎来黄金时期。

表4 港口层次按子系统综合值划分结果 导出到EXCEL

(3)将上述两类划分结果加以组合,得到港口经济发展的组合层次,划分结果见表5。港口具有双重属性,既具有港口经济发展规模所属的层次,又具有有针对性的发展类型,如:深圳港既为国家级枢纽港,又属于货运规模型港口,随着货物吞吐量和中转量等规模不断增大可进一步发展为国际航运中心;大连港既是我国东北地区的区域性枢纽港,又属于硬实力型港口,可借助中日韩自贸区和冰上丝绸之路等进一步发展为国家级枢纽港;海口港既是海南岛地方性枢纽港,又是潜力发展型港口,其集聚了岛内超过半数的货源,随着近年来中国-东盟合作深入、MSR建设和海南自由贸易港建设的推进,具有建设成为中国南部开放门户、泛南海国际贸易和航运枢纽的巨大潜力。

表5 港口经济发展的组合层次划分 导出到EXCEL

4 结 论

本文通过构建港口经济发展指标体系,对中国沿海港口经济发展演变特征进行测度并进行空间层次和类型划分,主要结论如下:(1)各港口经济发展差异显著,在不同时期变化较大,根据大型、中型和小型港口发展情况,港口整体发展符合金字塔型。(2)发展布局在空间上呈整体分散、局部连片集中的分布特征,总体呈南强北弱的发展特征。(3)根据各港口经济发展综合值,将港口划分为国际航运中心、国家级枢纽港、区域性枢纽港、地方性枢纽港和一般性港口。(4)根据子系统对港口经济发展贡献程度,将港口划分为硬实力型、货运规模型、港城联动型、外贸通达型和潜力发展型。本文对中国沿海港口经济发展过程进行了研究,有助于各港口部门明确其在发展演变过程中的特点,通过港口空间层次划分使得港口进一步明确其所属的地位及适宜发展的类型,为国家进行港口规划和整体布局提供决策支持。同时,本文提出的动态熵权TOPSIS法可应用到多个领域对评价对象在多个时间节点的相互影响进行动态评价。

鉴于近年来国家及沿海省份不断出台港口、航运发展相关政策,结合港口经济发展的演变特征,各港口应结合其自身发展情况和区域特色制定总体发展规划,如:长江下游港口应利用好区位优势,大力发展江海联运、海铁联运和水水中转等,完善集疏运网络;海南省港口应抓住21世纪海上丝绸之路建设和海南自由贸易港建设政策对该地区的倾斜,全力发展和探索具有中国特色的自由贸易港;辽宁半岛港口应借助中日韩自贸区和冰上丝绸之路等对东北地区发展的利好条件进一步提升经济发展水平。

随着中国港口越来越多参与海外港口和自贸区建设,下一步应结合国外重点港口,统筹考虑港口区位优势、运输通道和航运安全等,对港口发展的层级格局和国际定位进行深入研究,分析各地区港口发展的影响因素。

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