王明蘋(píng),楊仕勇,王成新＊,劉瑞超

(1.山東師范大學(xué)人口·資源與環(huán)境學(xué)院,山東濟(jì)南 250014;2.山東省國(guó)土資源信息中心,山東濟(jì)南 250014）

高速公路對(duì)城市群空間相互作用的影響研究
——以山東半島城市群為例

王明蘋(píng)1,楊仕勇2,王成新1＊,劉瑞超1

(1.山東師范大學(xué)人口·資源與環(huán)境學(xué)院,山東濟(jì)南 250014;2.山東省國(guó)土資源信息中心,山東濟(jì)南 250014）

高速公路的出現(xiàn)和發(fā)展,深刻影響著城市群內(nèi)空間的相互作用,研究這種作用則有助于把握城市群空間結(jié)構(gòu)發(fā)展演化的規(guī)律和機(jī)制.以山東半島城市群為例,運(yùn)用引力模型、邊界模型、高速公路空間襲奪效應(yīng)模型和城市群空間緊湊度模型進(jìn)行計(jì)算和分析.結(jié)果發(fā)現(xiàn),城市群內(nèi)空間引力的變化與高速公路密度水平緊密相關(guān),高速公路建設(shè)和運(yùn)營(yíng)影響著區(qū)域城市群內(nèi)各城市之間對(duì)空間的爭(zhēng)奪,并產(chǎn)生不同的襲奪效應(yīng),城市群空間緊湊度也提高.同時(shí),提出了“高速公路空間襲奪效應(yīng)”的概念及公式,以定量分析高速公路在某時(shí)間段內(nèi)對(duì)兩城市之間空間襲奪所發(fā)揮的作用.

高速公路;相互作用;襲奪效應(yīng);山東半島城市群

近 20年來(lái),國(guó)內(nèi)高速公路建設(shè)如火如荼,帶來(lái)交通方式的革命性變化,同時(shí)也對(duì)城市群空間結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了巨大影響.侯敏[1]、朱巍[2]、周素紅[3]和王開(kāi)泳[4]等都曾對(duì)交通系統(tǒng)與城市形態(tài)、空間結(jié)構(gòu)的相互關(guān)系進(jìn)行了深入研究.姚士謀[5]、王成新[6]、李平[7]、藍(lán)萬(wàn)棟[8]和楊忠臣[9]等分別研究了高速公路給城市空間帶來(lái)的影響.但眾多研究中,定性研究居多,定量研究較為少見(jiàn).在高速公路蓬勃發(fā)展、地位日益重要的今天[10],定量研究其對(duì)城市群空間作用的影響,對(duì)于準(zhǔn)確把握和理解城市群發(fā)展演化的機(jī)制和規(guī)律、促進(jìn)城市群的健康發(fā)展具有重要的時(shí)代意義.本文利用各種模型,從城市空間引力、城市可控制空間以及城市群空間緊湊度等方面探究高速公路對(duì)城市群空間相互作用的影響.

1 研究區(qū)域概況

山東半島城市群 (簡(jiǎn)稱(chēng)半島城市群）包括濟(jì)南、青島、煙臺(tái)、淄博、濰坊、威海、東營(yíng)、日照 8個(gè)城市,面積 7.3萬(wàn) km2,占山東省總面積的 46.5%;2007年總?cè)丝?4 010.6萬(wàn),占全省的 42.9%;GDP總量達(dá)17 108.16億元,占全省的 65.9%.山東省高速公路建設(shè)相比全國(guó)較為超前.1993年建成第一條高速公路 ——濟(jì) (南 ）-青 (島 ）高速公路 ,全長(zhǎng) 318 km,1998年山東省高速公路里程首次躍居全國(guó)第一,分別于 1999年、2000年在全國(guó)率先突破 1 000 km與2 000 km,2001年實(shí)現(xiàn)全省東西、南北高速公路大貫通,2002年又在全國(guó)首次實(shí)現(xiàn)了省會(huì)與各城市的高速連接.2007年底,山東高速公路總里程突破4 000 km.目前,山東省內(nèi)已形成密集、優(yōu)質(zhì)的高速公路網(wǎng).快速發(fā)展的高速公路網(wǎng)絡(luò)改變了城市群空間相互作用,對(duì)城市群的空間結(jié)構(gòu)產(chǎn)生著日益重要而深遠(yuǎn)的影響.

2 研究方法

2.1 數(shù)據(jù)的獲取

鑒于數(shù)據(jù)獲取的可行性、典型性和實(shí)用性,從半島城市群高速公路的實(shí)際發(fā)展情況出發(fā),合理甄選數(shù)據(jù) (表 1）.以 1993、2000和 2007年為特征年份,選取所需數(shù)據(jù).所取數(shù)據(jù)以山東省統(tǒng)計(jì)年鑒、山東省城市統(tǒng)計(jì)年鑒以及各地市統(tǒng)計(jì)年鑒為主要來(lái)源.

表 1 山東半島城市群 1993,2000和 2007年概況Tab.1 The profile of Shandong peninsula urban agglomeration in 1993,2000 and 2007

2.2 研究方法

城市群內(nèi)部的空間相互作用集中體現(xiàn)在各城市間的空間引力、空間襲奪和空間緊湊度方面,建立模型衡量城市群空間相互作用.

2.2.1 空間引力模型 利用式 (1）、(2）分別計(jì)算城市間的空間相互吸引力和城市總空間引力,衡量群內(nèi)城市間的空間相互作用.

其中,Iij表示城市i與j之間的空間引力;K為介質(zhì)常數(shù);rij表示城市i與j之間的交通時(shí)間;α、為彈性指數(shù);β為測(cè)量距離摩擦作用的指數(shù),此處k、α、均可取 1;指標(biāo)P采用反映城市的國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值(GDP）和人口數(shù)量的綜合指標(biāo),以濟(jì)南為標(biāo)準(zhǔn)值,其中 GDP和人口數(shù)量在指標(biāo)中的權(quán)重各占 50%.Ii表示城市i對(duì)半島城市群其他 7個(gè)城市的總空間引力.

2.2.2 空間邊界模型 高速公路建設(shè)和運(yùn)營(yíng)牽動(dòng)群內(nèi)各城市實(shí)際可以控制的空間發(fā)生改變.為衡量這種群內(nèi)城市間的空間爭(zhēng)奪,引用空間邊界模型進(jìn)行分析研究.

其中,Rij表示城市i到j(luò)的可控制空間邊界(單位:km）;dij表示城市i與城市j間的直線距離;α、、β、k、P與式(1）一致.

2.2.3 高速公路空間襲奪效應(yīng)模型 為衡量群內(nèi)城市空間邊界變動(dòng)與高速公路發(fā)展之間的關(guān)系,本文提出“高速公路空間襲奪效應(yīng)”的概念,即每單位的兩城市間高速公路密度增幅差值所體現(xiàn)的城市空間襲奪量,以此定量分析高速公路在某時(shí)間段內(nèi)對(duì)兩城市之間空間襲奪所表現(xiàn)出的最終作用,用式(4）表示:

其中,SOij表示某時(shí)間段在高速公路作用下城市i對(duì)城市j的空間襲奪效應(yīng);Rij1、Rijn表示該時(shí)間段起止年份城市i至j的可控制空間邊界;Δ ρi-Δ ρj表示該時(shí)間段起止年份城市i與城市j的高速公路密度增長(zhǎng)量的差.

2.2.4 空間緊湊度模型 城市群空間緊湊度是指城市群內(nèi)部各種生產(chǎn)要素在空間上的集聚程度,是衡量土地集約利用[11]和空間產(chǎn)出效益的核心指標(biāo),是城市群空間相互作用的最終表現(xiàn).空間緊湊度的計(jì)算公式為[12]:

其中:Isi為空間相互作用指數(shù)[13],Isp為人口密度指數(shù),Isu為城鎮(zhèn)密度指數(shù),?s、βs、γs為權(quán)重,采用熵技術(shù)支持下的AHP模型求得 ?s=0.35、βs=0.28、γs=0.37.Pi、Pj為第i、j城市的總?cè)丝?GDPi、GDPj為第i、j城市的地區(qū)生產(chǎn)總值.Dij為第i、j城市的距離,n為城市群內(nèi)城市個(gè)數(shù).Xi表示選取的某個(gè)城市群第i城市的相應(yīng)指標(biāo)值,表示相應(yīng)指標(biāo)的平均值.ηj為不同城市等級(jí)的權(quán)重(通過(guò)熵技術(shù)支持下的專(zhuān)家群民主決策法計(jì)算獲得）,j為 1～5,即超大城市、特大城市、大城市、中等城市和小城市 5個(gè)等級(jí),相應(yīng)的權(quán)重分別為 0.36、0.28、0.20、0.12和0.04,Ai為第i地級(jí)市的面積.Nj為相應(yīng)等級(jí)的城市數(shù)量(含縣級(jí)單位）[12].

3 結(jié)果與分析

3.1 高速公路對(duì)城市群空間引力的影響

利用引力模型公式(1）、(2）計(jì)算,結(jié)果見(jiàn)表 2.

3.1.1 高速公路快速提升群內(nèi)城市空間引力 高速公路開(kāi)通后,半島城市群各城市之間的空間引力均增大,其中青島和濰坊最為典型,主要原因在于高速公路強(qiáng)大的時(shí)效優(yōu)勢(shì).高速公路大大縮短了各城市之間的時(shí)間距離,城市間的相互影響更為深刻,城市流強(qiáng)度同時(shí)大大增強(qiáng)[6],城市之間的相互依賴(lài)性快速提高,城市之間的空間引力變大,有效地促進(jìn)了城市群的形成和發(fā)展[14].

表 2 山東半島城市群城市總空間引力與高速公路密度及其變動(dòng)情況Tab.2 The urban total space gravity and the highway's density of Shandong peninsula urban agglomeration

3.1.2 高速公路密度水平牽動(dòng)群內(nèi)城市空間引力規(guī)律性變化 第一,低水平高速公路密度狀態(tài)下,城市總空間引力對(duì)高速公路增長(zhǎng)的反應(yīng)較為靈敏.1993—2000年,城市總空間引力與高速公路密度增幅的比值 (除東營(yíng)、濰坊）較大.這是因?yàn)楦咚俟返某霈F(xiàn)打破了舊的地域聯(lián)系格局,高速公路在城市聯(lián)系中發(fā)揮了其他要素?zé)o法比擬的優(yōu)勢(shì).

第二,隨高速公路密度的增長(zhǎng),城市總空間引力對(duì)高速公路增長(zhǎng)的反應(yīng)靈敏度有所減緩.2000—2007年城市總空間引力與高速公路密度增幅的比值 (除東營(yíng)和濰坊外）相對(duì)較小.這是因?yàn)樵诟咚俟钒l(fā)展的同時(shí),整個(gè)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)大環(huán)境在迅速改善,其他要素水平也在提高,這從側(cè)面對(duì)高速公路的發(fā)展提出了更高的要求.

第三,較高水平高速公路密度狀態(tài)下,如果群內(nèi)某城市高速公路密度增長(zhǎng)快,其城市總空間引力增幅就大 (圖 1）,東營(yíng)、濰坊除外.2000—2007年,高速公路密度增幅青島 (0.036 km/km2）最大,濟(jì)南、煙臺(tái)、淄博和威海 4個(gè)城市居中,日照 (0.012 km/km2）最小.此時(shí),城市總空間引力的增幅青島最大,濟(jì)南、煙臺(tái)、淄博和威海又居中,日照最小僅 0.051.

第四,東營(yíng)和濰坊并不完全符合上述提到的 3條規(guī)律.可見(jiàn),高速公路并非是單獨(dú)影響群內(nèi)城市總空間引力的要素,城市的功能定位、城市區(qū)位等因素也是影響要素.

圖 1 2000—2007年城市總空間引力增幅與高速公路密度增幅Fig.1 The rate of increase of urban total space gravity and the rate of increase highway’s density be tween 2000 and 2007

3.2 高速公路對(duì)群內(nèi)城市空間控制邊界的影響

以濟(jì)南和青島為例根據(jù)式 (3）、(4）進(jìn)行計(jì)算,結(jié)果見(jiàn)表 3(數(shù)據(jù)來(lái)源:山東省統(tǒng)計(jì)年鑒 1993,2000,2007）.

(1）空間襲奪正效應(yīng)SOij為正值,高速公路空間襲奪表現(xiàn)正效應(yīng),高速公路在 2個(gè)城市空間襲奪中的作用表現(xiàn)明顯,是i城市空間襲奪的有利因素.

表 3 濟(jì)南、青島對(duì)半島城市群內(nèi)其他城市的高速公路空間襲奪效應(yīng)Tab.3 The capture effects of space of highway of Jinan and Qingdao in Shandong peninsula urban agglomeration

(2）空間襲奪負(fù)效應(yīng)SOij為負(fù)值,高速公路空間襲奪表現(xiàn)負(fù)效應(yīng),高速公路在兩城市空間襲奪中的作用表現(xiàn)明顯,是i城市空間襲奪的制約因素.

(3）空間襲奪零效應(yīng)SOij為零,高速公路空間襲奪表現(xiàn)零效應(yīng),高速公路的作用被其他因素掩蓋,沒(méi)有明顯表現(xiàn),在城市空間襲奪中失效.

3.3 高速公路提升城市群空間緊湊度

利用式(5）計(jì)算山東半島城市群空間緊湊度,結(jié)果見(jiàn)表 4(數(shù)據(jù)來(lái)源于山東省統(tǒng)計(jì)年鑒 1993,2000,2007）.

表 4 山東半島城市群空間緊湊度與高速公路平均密度Tab.4 The urban agglomeration spatial compactness and highway's average density of Shandong peninsula urban agglomeration

運(yùn)用 SPSS對(duì)城市空間緊湊度與高速公路平均密度進(jìn)行相關(guān)分析,結(jié)果發(fā)現(xiàn):城市空間緊湊度與高速公路平均密度的相關(guān)系數(shù)高達(dá) 0.956,即高速公路密度越高,城市群空間緊湊度越大.可見(jiàn),隨著高速公路的建設(shè)和發(fā)展,城市群空間緊湊度日益增大,城市群空間結(jié)構(gòu)也將復(fù)雜化、穩(wěn)定化[15-16].究其原因,首先,高速公路的出現(xiàn)使得 2個(gè)城市之間的時(shí)間距離縮小,空間相互引力增強(qiáng),空間相互作用指數(shù)增大,這就使城市群空間緊湊布局具備了動(dòng)力和潛力;其次,高速公路促進(jìn)城市規(guī)模擴(kuò)大,城市人口密度指數(shù)增大;再次,高速公路提升城市等級(jí),其強(qiáng)大的連鎖效應(yīng)促進(jìn)城市規(guī)模升級(jí).

4 結(jié)論

在城市群逐漸成為我國(guó)城市化主體形態(tài)的 21世紀(jì),高速公路作為現(xiàn)代社會(huì)的主導(dǎo)交通方式,對(duì)城市群之間的空間相互作用產(chǎn)生深刻而長(zhǎng)遠(yuǎn)的影響.一是,高速公路密度水平牽動(dòng)城市群內(nèi)城市空間引力的規(guī)律性變化,總共呈現(xiàn) 4種變化類(lèi)型;二是,高速公路建設(shè)和運(yùn)營(yíng)對(duì)群內(nèi)各城市之間的空間襲奪發(fā)揮正、負(fù)和零 3種效應(yīng),更好地促進(jìn)了城市群的融合.三是高速公路對(duì)城市群空間緊湊度的提升具有顯著的積極意義,有效促進(jìn)了城市群的發(fā)展.當(dāng)然,城市群空間相互作用的影響因素很多,經(jīng)濟(jì)、社會(huì)的各個(gè)因素都參與其中.高速公路作為一種新的交通方式,既是經(jīng)濟(jì)和城市發(fā)展的結(jié)果,又勢(shì)必促進(jìn)區(qū)域城市群的快速發(fā)展.

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Abstract:The appearance and development of highway affected Urban Agglomeration Spatial Interaction deeply.The research can help to grasp the development evolution and the mechanis m of the spatial structure of urban agglomeration.The Shandong peninsula urban agglomeration,as a case,was analyzed using gravity model,the boundary model,capture effect of space of highwaymodel and urban agglomeration spatial compactnessmodel.The results showed that the changes of space gravity inside urban agglomeration were closely connected with the density of highway.The operation and construction of highway competite for spaces between cities.Different capture effects turned up at same time,and urban agglomeration spatial compactnesswas also raised.Besides,“capture effect of space of highway”was proposed in order to analyze qualitatively the effect of the highway on the compaction for space between cities in a certain period of time.

Key words:highway;interaction;capture effect;Shandong peninsula urban agglomeration

【責(zé)任編輯 成 文】

IM PACT OF HIGHWAY ON URBAN AGGLOM ERATI ON SPATI AL INTERACTI ON:A CASE OF SHANDONG PENINSULA URBAN AGGLOM ERATI ON

WANGMingping1,YANG Shiyong2,WANG Chengxin1＊,L IU Ruichao1
(1.College of Population Resource and Environment,ShandongNormalUniversity,Jinan 250014,China;2.Land Resources Information Center of Shandong Provinee,Jinan 250014,China）

F290

A

2010-03-22

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目 (40771060）;山東省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(Q2006E02）

王明蘋(píng) (1984—）,女,山東泰安人,2008級(jí)碩士研究生,Email:848241229@l63.com;王成新 (1971—）,男,山東新泰人,博士,副教授,主要研究方向:區(qū)域發(fā)展與城市規(guī)劃,Email:wcx315@yahoo.com.cn.

＊通訊作者

1000-5463(2010）04-0117-05