基于多目标动态瓶颈模型的内河航道拥堵缓解策略：船舶错峰优化与绿色航运实践

为解决三峡大坝等水利枢纽因船舶流量分布不均导致的锁闸拥堵问题，研究人员开展了一项基于多目标动态瓶颈模型（multi-objective moment bottleneck model）的创新研究。通过构建"货主-港口企业-承运人"三方博弈模型，提出可调节船舶预期航行时间的错峰方案，并设计补贴激励机制。数值实验表明：理想状态下异质船舶组合可实现零成本错峰；非理想状态下补贴政策可使船舶等待时间降低至288小时以下，同时减少4000吨碳排放。该研究为内河航运绿色转型提供了可推广的决策工具。

　　

在全球气候变化与低碳交通转型背景下，内河航运作为高容量、低能耗的运输方式正面临前所未有的发展机遇与挑战。以三峡大坝（TGD）为例，2023年货运量达1.74亿吨，年均增长率4.4%，但随之而来的锁闸拥堵问题日益严峻：2023年平均船舶延误时间达288小时，导致每年约14万艘船舶滞留，产生4000吨碳排放和3吨PM_2.5排放。类似现象在巴拿马运河等国际航道同样存在，传统解决方案如扩建船闸或水陆转运不仅成本高昂，且难以解决流量时空分布不均的核心矛盾。

针对这一世界性难题，湖北某高校研究团队在《Ocean Engineering》发表创新成果。研究采用多目标动态瓶颈模型框架，结合三阶段研究方法：首先建立"货主-港口企业-承运人"三方博弈的移动瓶颈模型（moveable bottleneck model）；其次通过数值模拟分析同质/异质船舶的四种航行状态；最后设计基于港口企业损益的补贴激励机制。关键技术包括：① 船舶交通流均衡状态的纳什均衡（Nash equilibrium）计算；② 考虑碳减排效益的社会成本函数构建；③ 三峡大坝实际运营数据的参数校准（样本数据来源于三峡通航管理局）。

【Ship staggered travel patterns】
研究发现同质船舶会自发形成"双峰"排队现象，而通过调节预期抵达时间（desired crossing times）可使总等待时间减少23%。对于异质船舶组合，当航行时间满足错峰条件时，仅通过协调不同船型比例即可实现零成本错峰；当不满足条件时，每吨货物补贴3.2元可使港口企业主动选择错峰方案。

【Staggered peak adjustment mechanism】
建立的动态补贴模型显示：异质船舶组合的补贴成本率比同质组合低18%，且能同步实现碳减排与社会福利提升。以TGD为例，最优错峰方案可使PM_2.5排放降低12%，同时为港口企业创造额外7%的收益。

【结论与讨论】
该研究首次将移动瓶颈模型应用于水路运输领域，其创新性体现在三方面：1）通过港口企业作为决策中枢的调控机制，突破了传统收费方案的实施阻力；2）提出的异质船舶组合策略为全球航道拥堵提供了低成本解决方案；3）建立的碳-经济双目标优化框架，为评估绿色航运政策提供了量化工具。研究结果不仅适用于长江黄金水道，对密西西比河、莱茵河等国际航道同样具有参考价值，为《国际航运减排战略》的实施提供了理论支撑。值得注意的是，模型对船舶动态信息的实时性要求较高，未来可结合区块链技术提升调度系统响应速度。