二、不同交通工具技术特点决定的交通运输系统的层次性
在古代，水运是最为先进的交通工具。工业文明被称为海洋文明，也体现了水运在其中的关键地位。但随着各种新型交通工具（铁路、汽车、航空等）的出现和在速度上的发展，水运因其航速的有限而相对地位有所下降。过去几十年中国经济高速发展过程中，我们把交通基础设施的投资重点集中在铁路、公路、航空、地铁等方向，对水运有所忽视，甚至认为它是落后的代名词。随着全长134.2公里的广西平陆运河于2022年8月28日正式开工建设，水运的优势突然间再次映入人们的眼帘，全国各地大量运河项目开始规划。水运因其卓越的成本优势，在低值大宗货物（如粮食、矿石、砂石、建材等）的运输上具有不可替代的地位。江浙地区等因其天然的河网纵横，散货船运一直就非常普遍地存在，对该地区经济发展具有良好的基础性作用。因此，这一轮水运大开发会给中国带来一个“新水运时代”。不同交通工具技术细节上的差异，以及工业文明不同货物的技术和价值特点，决定了工业文明的交通系统必须具有层次性。不同交通工具是适应不同货物的。如果交通系统里欠缺了一大类交通工具的支持，整个工业文明体系就会遭遇极大的困难。
水运的历史地位和核心成本优势
在农业文明时代，水运可称为是一种最为先进的交通工具。它不仅运载量极大，远远超过陆地的马车和人力，而且在速度和航程上也遥遥领先，其成本更是所有交通运输工具中最低的。人力的步行速度一般在5公里/小时，马车虽然短时最高速度可达60公里/小时，但长期持续速度一般很难超过10公里/小时。古代风帆水运可利用自然的风力，只要有风，船舶航速的持续性比较好。尤其在顺流而下时，本身还可利用天然的河流速度（上游山区一般3到7公里/小时，下游平原地区一般1公里/小时左右），因此实现20-25公里/小时的水运速度是很常见的。超过10公里/小时更是普遍情况。这是中国古代修建著名的京杭大运河技术原因所在，这条运河极大地促进了中国南北经济联系，甚至是中国古代国家统一的重要支撑。
交通工具的运输成本可以从多个角度来进行分析，主要包括：
-
交通线路、枢纽等建设和运营维护成本。
-
能源消耗成本。
-
运输工具的折旧。
-
人员成本。
-
其他。
水运的交通线路一般是采用天然的河道、湖泊、海洋，除了极少数河道疏浚、运河工程外，几乎是不需要建设投资的。即使需要较大投资的运河，一旦建设完成，与天然的河道类似，后期维护成本也极低，一般也不存在明显的使用寿命限制。海运的主要投资是在港口上。陆地上的道路不仅每一寸都需要建设投资，而且需要定期维护，可能还需要扩建，甚至因使用寿命问题而需要重建。因此，在交通线路成本上，水运远远低于陆地交通技术。即使从现在来看也是如此。水运的弱项只是河流为天然形成，并不一定是人类运输希望的线路。尤其是河道的弯曲，导致线路拉长，不如陆地上人为建设的道路距离短。
能源消耗。滚动摩擦力的计算公式为F=μ*N，其中F是滚动摩擦力，μ是滚动摩擦系数，N是法向反力，也就是车辆的载荷加自重的总重量。而车辆克服摩擦力所做的功等于摩擦力乘上行驶的距离。因为滚动摩擦系数大致是个定数，因此陆地上的交通工具能源消耗一般是与载荷和距离大致成正比。另外它也与路况高度相关。与速度有一定关系，但关系不是太大。主要是因为风阻与速度的平方成正比，因此当车辆行驶速度高到一定程度，风阻就会迅速增加。所以，高速上的汽车在较大速度范围内，百公里油耗虽然有差异，但相对是比较接近的。
船舶的能源消耗也是用于抵消船舶的阻力，只是阻力的技术类型不同。船舶阻力有多种类型，其中占主导的兴波阻力是与船舶的长度成正比，与速度呈指数关系。也就是说，只要适当地降低速度，可以呈指数关系地降低能源消耗。而船舶的载荷量与船长呈3次方的关系，就是船长增加到原来的2倍，载荷量会增加到原来的8倍。构成船舶阻力的另一个类型是水的摩擦阻力，它是与船长的平方成正比。相同功率的发动机，推动船舶时对应的载荷量，往往是汽车的成百上千倍。因此，对于船舶来说，适当地增加船的尺寸，减少船的航速，就可以使单位载荷能源消耗上的经济性得到1至3个数量级的改善。这对应船舶的一个弱项就是速度上高度受限。今天的水运航速，与古代几乎没有太多提升。因为现代陆上运输工具技术不断的进步，水运在速度上持续呈现劣势。但对于时间性要求不强，低值的大宗货物运输来说，慢一点就不是问题了。这类货物就算运到目的地了，往往也是要存放在仓库里很长时间，所以它们慢一点不仅不是问题，可能还省了仓储费了。
相对来说，船舶的结构比陆上的火车和汽车要简单，单位载荷对应的交通工具建造成本一般会较低，并且载荷量越大，单位载荷的造价就越低。例如，千吨级散货船单位载荷价格一般为2到3万元，5000吨级就下降为7千元左右。典型的10吨级载重卡车单位载荷价格一般在2万左右，单纯从这来看与千吨级散货船单位造价差不多。但是，大型散货船的报废年限一般是25到30年，小型散货船是20至25年。而载重卡车的报废年限一般为15年，或400万公里，这个也可折算成4000万吨公里。由此计算的每万吨公里平均折旧的成本为50元。以5000吨散货船每年三分之二时间行驶（其他时间为装卸，修船，休假，等待定单等时间），航行速度20公里/小时计算，全生命周期内的总运量为175.2亿吨公里。由此计算的每万吨公里折旧成本为4元。这个估计没有考虑维修、通货膨胀、利率等影响因素。但由此简单估算可以定性地了解到船舶在交通工具建造成本折旧这一项上要比汽车低一个数量级。
在人员配置上，长江5000吨散货船人员配置要求是4人。一般载重卡的人员配置是2人。按照相同时间内的单位运输量来计算，水运每吨公里的人员分摊成本同样低于汽车运输一个数量级以上。
通过以上简单分析，水运的成本优势是非常大的。即使到了现在，它的运输成本上的优势依然是非常杰出的。
三、近代水运因速度等劣势造成的相对衰落
水运在具有成本优势的同时，速度却长期陷于停滞状态。即使到了现在，内河航运在速度上与古代几乎没有多大区别。随着现代多个交通技术的发明和发展，水运因其速度和其他方面的劣势出现了相对的衰落。尤其是人员交通需求，对时间性要求越来越高。除了速度劣势外，水运线路高度依赖于自然形成的河道，这在工业文明发展过程中越来越难以适应。例如要开发某一个矿藏的话，大载量的运输能力是必不可少的。但矿藏旁边很难正好有河流来支撑水运。因此，随着火车、汽车尤其是飞机的发明与发展，这些现代高速交通工具有效支撑了对速度要求越来越高、位置越来越自由的交通需求。
在相当长的时期内，“铁公基”成为国内投资的固有词汇，铁路与公路、尤其高铁与高速公路获得重点投资，飞速的发展。水运除了沿海港口建设外，内河水运呈现持续衰落的状态，使人们浅意识中产生水运落后甚至面临被淘汰的错觉。这种潜意识的最好证明，就是大量公路桥梁建设中很少考虑其对水运带来的拦阻作用问题。正在建设中的广西平陆运河就需要改建或拆除15座桥梁。
另一个重要的影响来源就是美国的历史经验。美国是很早就重视开发运河和水运。但在现代铁路和公路等交通网络发展起来后，水运就逐渐衰落，很多人工开挖的运河甚至遭到废弃。所以，在美国经济学界的确普遍存在内河水运过时论的潜在看法。中国学术界研究什么问题都是以美国的经验马首是瞻，自然内河水运过时论在中国也是一个相对普遍的看法。中国自己的经历似乎也在证明这个观点。
1998至2017年中国铁路客运量分析
1998至2017年公路客运量变化
2013年公路客运量发生显著下降原因有多个方面。主要方面是因统计口径的巨大变化，城市公交和出租车不再计入公路客运量统计。扣除这个方面的影响，此后公路客运量还是持续地下降，其原因是高铁的大发展不断引走部分客流。另外高速公路大发展使得私家车出行越来越方便，乘座公路公共交通工具的客流持续减少。因此，真正的公路客流总量并不是减少，还是持续增加的，只是出行方式变成私家车了。至2020年，中国私人汽车保有量达2.43亿辆，比2000年增加了38倍。因此，公路客运量还是持续高速增长的。
1998至2017年民航客运量变化
1998至2017年水运客运量变化
从以上分析可见，在中国经济最高速发展的1998至2017年的约20年间，铁路、公路、航空的客运都实现了3倍至10倍的增长，水运客运仅增长约40%。大量长途的水运停止运营，以上水运客运量还是在大力发展水上旅游等对时间要求不强的需求后实现的。
虽然水运在一般客运上的发展比较迟缓，但在货运周转量上的增长却快得多。2020年相比2010年仅10年时间就增长了55%。同期全国货物周转总量从14.18万亿吨公里增长到20.19万亿吨公里，增长了42.4%。水运货运量的增长是快于总体货运量的，并且在2020年占全部货运周转量的52%，超过半壁江山。由此可见水运在货运上地位的重要性。
有人员、高价值货物等，他们对时间性要求比较高，对运输成本相对不敏感；
有服装、玩具、家电等单位重量价值中等的货物；
也有建材、粮食、包装食品、砂石、矿石等低值大宗货物。
如果某个地区没有水运的支持，其交通网络体系中就缺少最基础的一大块，承接产业转移的能力就受到极大的制约，很难成为完整意义上的新工业化发展的中心地带。这是当前水运受到越来越多地高度重视的关键原因所在。
四、美国过早出现制造业空心化的地理原因
以上所讨论的规律也从另一个角度为美国工业化发展的过程所验证。美国东部和西部都非常发达，北方的大湖地区也是工业化的中心地带。在第二次世界大战前后，美国曾是世界工厂、基建狂魔，今天罩在中国头上的所有制造业发展的光环，事实上在半个世纪以前都闪耀在美国头上。最近几十年美国不断地出现产业空心化，这个似乎是世界工业化过程的普遍规律。但是，美国与欧洲曾经的工业化国家是非常不同的。欧洲工业化国家普遍国土狭小，在工业化以后很快整个国土就开发完成，很难再有新的土地可供开发了。美国内陆至今却依然有着极为广阔的空闲土地，其自然资源极为丰富，人口众多并且有着很好的移民传统，能源成本很低。理论上说他应该还有极为广阔的可开发空间存在，可以不用将产业那么早地转移到国外。但为什么半个世纪以前在西部沿海开发完后，就急于将产业向外转移了呢？其中一个非常重要的原因就在于其地理因素。
虽然美国内陆地区存在极为广阔的未开发土地，铁路网络高峰时期达到40多万公里运营里程，高速公路四通八达，航空业极为发达。但是，美国在地理上从东向西被分割成几个相对隔离的条块，未开发的空闲土地上难以存在水运网络。
尤其不利的是：几乎是唯一的准全国性河网——密西西比河是南北走向，从南部墨西哥湾新奥尔良市入海，与东部和西部最发达的沿海城市都不直接相连。因为众多因素的影响，新奥尔良市从来就没被认为是一个美国经济中心，更谈不上世界经济中心。由于这里是飓风地带，自然灾害极为严重。20世纪的1997年到21世纪的2004年，新奥尔良的市区人口历史高峰时期超过79万人。但随着2005年的飓风卡特里娜袭击，导致居民纷纷撤离新奥尔良，现如今该市的人口只有37万多人，算上整个都会区人口也就124多万。与之相比，纽约有834万人，与长江出海口上海市的2487万人相比更是只算一个小区的人口规模。这么少的人口远远不足以支撑其成为一个有广大区域影响力、尤其国际影响力的经济中心。深处墨西哥湾这个相对封闭海域，也不便于和太平洋及大西洋航道相连。
美国大湖地区虽然经伊利湖流经安大略湖，最终可经加拿大在魁北克入海，但伊利湖与安大略湖之间的航道却被尼亚加拉大瀑布隔断。而向美国东部沿海又被南北走向的阿巴拉契亚山脉阻隔，两地之间的交通必须翻越这座山脉。这条山脉北起加拿大的纽芬兰和拉布拉多，向西南一直不中断地延伸至阿拉巴马州中部，接近亚特兰大市，距离墨西哥湾已经不到500公里了。该山脉全长近3200千米，宽130～560千米呈东北-西南走向。
在美国西部，被一条更高，更宽，更长（从美国最北的美加边境一直延伸到最南的美墨西边境）的落基山脉隔断，只在西部太平洋沿岸存在一条狭长的适宜开发地带。
因此，从水运的角度看，美国事实上是切分成了东部大西洋沿岸，中部密西西比河及大湖区沿岸，西部太平洋沿岸三个相对隔离的经济区。东西向的铁路和高速公路要穿越很多漫长的人烟稀少地区，经济效益很难保证。
为了打通大湖地区与东部沿海的通道，早在1780年代美国独立战争期间，就有人提出在尼亚加拉瀑布上游、伊利湖边的布法罗附近开凿一条运河，将伊利湖和位于安大略湖南岸的重镇罗彻斯特连通起来，通过人工船闸的方式来帮助船只克服落差。后来该运河正式规划一直通达到东部沿海的纽约市入海，被称为伊利运河。1817年7月4日，伊利运河开工，1825年完工。
尽管以今天角度看来，区区12米宽、1.2米深的伊利运河也就是一条小水沟，但它的开通对美国早期的经济发展却起到非常巨大的作用，一个最典型的体现就是纽约这个城市的崛起。在伊利运河开通之前，纽约仅仅是一个1万人口的小镇。而伊利运河开通后，纽约作为连接东部沿海与大湖经济区的出海口，迅速成长为美国乃至世界的经济中心。纽约港占美国货物周转量的比例从运河开通前的6%增长为60%。运河的开通产生了巨大的经济效益，使得美国西部到东部沿海货物的运输时间缩短了三分之一，运费更是下降到了原来的三分之一到十分之一。后来美国又修建了其他多条运河。
以上历史证明了以下几个方面：
-
水运的确对经济发展，尤其制造业发展具有非常重大的意义和价值。
-
尽管美国地理条件非常不适合建设运河，不同河段间距很远，使得纯粹靠人工开挖的运河段一般都很长，少有百公里以内的。但因其巨大的经济效益，还是克服极大困难修建了多条运河。一个最典型的案例是田纳西-汤比格比运河。这条运河长度为374公里，其建设条件极为艰难，因此从最初开始规划到1971年至1984年建成，花了整整上百年的时间。其间因工程建设的困难，甚至有人设想用原子弹来炸开部分山地以节省工程成本。
-
美国天然的地理条件，使其无法形成全国统一的水运网络，从而难以形成全国统一的大市场。在众多拥有空闲土地的区域，尤其荒芜的落基山脉高原，没有可资利用的水运条件，使得这些地区难以作为制造业区域进行开发。西部沿海主要发展成高科技、影视文创等产业集群，一方面是其科技创新的成功，另一方面也是其地理条件极为苛刻的限制，无法发展需要水运支撑的工业集群。由于伊利运河的成功，其他地区纷纷效仿建设了很多条运河。但随着美国铁路和高速公路的兴旺发达，美国运河逐步凋零，大多逐步废弃。伊利运河的货运量逐年下降，并早在20世纪初就接近于停运状态。伊利运河的运能太小了，无法支持大湖地区的制造业有太多的发展空间。这是美国为什么存在大量未开发土地，却过早出现制造业向外转移的关键原因。制造业的外迁使美国的铁路也逐渐荒芜。1916年达到历史最高峰的40.8745万公里铁路，逐步被废弃拆除了近一半，目前剩余的铁路通车里程为22.8128万公里，并且状况很差，设备老化陈旧，年久失修的情况非常严重，导致事故频发，火车出轨成为常态。即使如此，仅从通车里程数量看美国还是比中国高出近一倍（中国目前为12.1万公里）。现在美国想重新吸引制造业回归是极为困难的，关键原因就在于其缺乏支撑重新大规模工业化的水运和铁路运输条件。
