韓 燕，張 苑，陳宇紅

（1.蘭州交通大學(xué) 經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，甘肅 蘭州 730070 ；2.中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所 經(jīng)濟(jì) 地理與區(qū)域發(fā)展研究室，北京 100101）

0 引言

高速鐵路是現(xiàn)代交通運(yùn)輸業(yè)的衍生物，因其高速高效、節(jié)能環(huán)保、安全舒適等優(yōu)勢(shì)，產(chǎn)生“時(shí)空壓縮”效應(yīng)，提高城市交通可達(dá)性，進(jìn)而促進(jìn)城市之間的經(jīng)濟(jì)聯(lián)系[1-3]。Hansen[4]在1959 年首次將可達(dá)性定義為“交通網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)相互作用機(jī)會(huì)的大小”，可達(dá)性目前已經(jīng)成為評(píng)價(jià)交通便利性的一個(gè)重要指標(biāo)[5-7]。Gutierrez 等[8]通過分析歐洲高速鐵路對(duì)沿線城市和區(qū)域通達(dá)性的影響，驗(yàn)證高速鐵路可以縮短旅行時(shí)間，促進(jìn)地區(qū)相互之間的聯(lián)系和發(fā)展。孟德友等[2]探討高速鐵路開通前后河南沿線城市可達(dá)性的改變，提出高速鐵路可以縮短地區(qū)間的時(shí)空距離。隨著GIS 技術(shù)的廣泛使用，學(xué)者開始運(yùn)用GIS 軟件分析高速鐵路對(duì)可達(dá)性的影響。姜博等[1]借助GIS 技術(shù)，對(duì)平均加權(quán)旅行時(shí)間進(jìn)行空間分析，比較分析“四縱四橫”高速鐵路網(wǎng)絡(luò)下中國(guó)陸路交通可達(dá)性的演變過程。

高速鐵路帶來的“時(shí)空壓縮”效應(yīng)，促進(jìn)了城市間的經(jīng)濟(jì)交流，因而不少學(xué)者開始關(guān)注在高速鐵路背景下，地區(qū)間經(jīng)濟(jì)聯(lián)系強(qiáng)度的變化，而研究方法較多采用引力模型、潛力模型來衡量地區(qū)間的經(jīng)濟(jì)聯(lián)系度。李磊等[9]將長(zhǎng)三角都市圈16 個(gè)市作為研究對(duì)象，利用加權(quán)平均旅行時(shí)間公式、引力模型公式測(cè)算在高速鐵路運(yùn)行前后的交通可達(dá)性和對(duì)外經(jīng)濟(jì)聯(lián)系總量變化情況。趙威等[10]借助時(shí)間距離測(cè)算模型、引力模型、經(jīng)濟(jì)潛能模型等方法，探討高速鐵路建成前后對(duì)于沿線城市可達(dá)性和空間經(jīng)濟(jì)格局的影響。研究尺度主要分為單條高速鐵路對(duì)沿線各城市區(qū)域[10-12]、區(qū)域及城市群經(jīng)濟(jì)聯(lián)系影 響[13]，以及高速鐵路網(wǎng)絡(luò)對(duì)全國(guó)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展影響等3 個(gè)維度[14]。甘肅省作為西北地區(qū)的典型省份，是“絲綢之路”的重要節(jié)點(diǎn)，高速鐵路開通給甘肅省帶來的影響在“一帶一路”建設(shè)中尤為突出。2014 年12 月蘭新高速鐵路(蘭州西—烏魯木齊)的開通對(duì)我國(guó)西部欠發(fā)達(dá)地區(qū)而言，是帶動(dòng)地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的新動(dòng)力。因此，選取甘肅省地級(jí)市為研究單元，探討高速鐵路開通前后城市可達(dá)性及其內(nèi)部城市間經(jīng)濟(jì)聯(lián)系空間格局演變，為甘肅省經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展提供依據(jù)。甘肅省地級(jí)市包括蘭州、嘉峪關(guān)、金昌、白銀、天水、武威、張掖、平?jīng)?、酒泉、慶陽(yáng)、定西。鑒于隴南于2016 年開通鐵路，甘南、臨夏仍未開通鐵路，暫不研究甘南、臨夏、隴南3 個(gè)地級(jí)市的可達(dá)性及經(jīng)濟(jì)聯(lián)系格局。選取2014 年、2017 年為研究節(jié)點(diǎn)，從城市間可達(dá)性及經(jīng)濟(jì)聯(lián)系度2 方面，通過可達(dá)性系數(shù)測(cè)算、引力模型構(gòu)建，并結(jié)合GIS 空間分析方法，綜合分析高速鐵路開通前后甘肅省城市可達(dá)性及經(jīng)濟(jì)聯(lián)系格局 演變。

1 甘肅省高速鐵路開通下城市可達(dá)性分析

1.1 可達(dá)性系數(shù)

可達(dá)性受到地理位置、交通條件等因素的綜合影響，是基于時(shí)間距離的加權(quán)平均旅行時(shí)間。通過給最短旅行時(shí)間賦予經(jīng)濟(jì)權(quán)重，可以弱化地理位置對(duì)可達(dá)性的影響，強(qiáng)化經(jīng)濟(jì)發(fā)展與可達(dá)性之間的聯(lián)系，能更加精確地測(cè)度城市可達(dá)性水平[15]，計(jì)算公式如下。

式中：Mi為城市i的加權(quán)平均旅行時(shí)間，min；n為研究的總區(qū)域個(gè)數(shù)；Tij為城市i到城市j的最短鐵路旅行時(shí)間，min；Pj為城市j的城市質(zhì)量指標(biāo)，表示城市j對(duì)周邊城市的吸引力和輻射力，借鑒相關(guān)研究[16]，用城市j的GDP、常住人口等指標(biāo)來測(cè)度，選用GDP 與常住人口的算術(shù)平方根來表征Pj。

考慮到鐵路流量對(duì)可達(dá)性的影響，建立基于列車頻次的可達(dá)性系數(shù)，得到頻次加權(quán)平均旅行時(shí)間，以反映可達(dá)性的真實(shí)性，計(jì)算公式如下。

式中：Ni為城市i頻次加權(quán)平均旅行時(shí)間，min/次；ni為城市i鐵路站點(diǎn)每日列車頻次數(shù)，以每日城市i出發(fā)、經(jīng)停和到達(dá)城市i這3 種情況的列車頻次之和計(jì)算。

可以發(fā)現(xiàn)，ni越大，城市i的可達(dá)性系數(shù)越高；反之越低，Ni越小，城市i可達(dá)性越高，反之越低。

1.2 計(jì)算分析

將甘肅省各城市的GDP、常住人口和最短旅行時(shí)間帶入公式中，得到結(jié)果并整理。高速鐵路開通前后甘肅省城市可達(dá)性及變動(dòng)情況如表1 所示。2014 年無高速鐵路的條件下，甘肅省11 個(gè)市的加權(quán)平均旅行時(shí)間為6.37 h，高速鐵路開通后，加權(quán)平均旅行時(shí)間下降到5.93 h，高速鐵路甘肅段的建設(shè)提升了甘肅省部分城市間的可達(dá)性。由于城市本身地理位置等，城市間可達(dá)性水平存在很大差異。高速鐵路網(wǎng)絡(luò)形成前，以蘭州、武威為中心，由“中心－外圍”遞減趨勢(shì)，高速鐵路網(wǎng)絡(luò)形成后，受高速鐵路線路的影響顯著，尤其高速鐵路沿線城市均獲得大幅度提升，其中天水可達(dá)性縮短71.18%，提升幅度最大。蘭州、定西、張掖可達(dá)性分別提高70.31%，64%和63.43%，也獲得較大提升；邊緣地區(qū)和無高速鐵路地區(qū)如白銀、金昌、嘉峪關(guān)和酒泉獲得了小幅度地提升；而武威、平?jīng)觥c陽(yáng)不升反降，可達(dá)性較差。高速鐵路開通后，可達(dá)性由“蘭州—武威為中心，向外圍地區(qū)輻射”轉(zhuǎn)變?yōu)椤耙蕴m州—天水—定西為交通中心，沿高速鐵路為軸線對(duì)外輻射”的格局。

根據(jù)可達(dá)性測(cè)算結(jié)果，2014—2017 年，列車總體頻次提升66.02%，其中蘭州的列車頻次提升165.84%，天水、張掖、定西的列車頻次也得到大幅度提升?？梢园l(fā)現(xiàn)列車頻次的提升對(duì)可達(dá)性有促進(jìn)作用，即可達(dá)性變化率與列車頻次變化率有正相關(guān)關(guān)系，所以列車頻次對(duì)驅(qū)動(dòng)高速鐵路經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要作用是不容小覷的。高速鐵路開通前后甘肅省城市可達(dá)性空間變化分析如圖1 所示。

表1 高速鐵路開通前后甘肅省城市可達(dá)性及變動(dòng)情況Tab.1 Urban accessibility and variation before and after the opening of high-speed railway in Gansu province

圖1 高速鐵路開通前后甘肅省城市可達(dá)性空間變化分析Fig.1 Analysis of spatial change of the urban accessibility before and after the opening of high-speed railway in Gansu province

2014 年甘肅省高速鐵路尚未開通，地理位置是影響區(qū)域可達(dá)性的主要因素，蘭州、定西、武威市甘肅省的交通中心。隨著高速鐵路的建設(shè)運(yùn)營(yíng)，高速鐵路成為影響可達(dá)性的又一因素，因此蘭州、定西繼續(xù)維持交通中心的地位，而武威的交通地位略有下降，天水的可達(dá)性逐漸提升，成為可達(dá)性排名第3 的城市。部分邊緣地區(qū)受高速鐵路和地理位置的雙重影響，與核心城市相比，可達(dá)性的差距進(jìn)一步拉大，如蘭州和慶陽(yáng)相差7.21 h。

2 甘肅省高速鐵路開通下城市經(jīng)濟(jì)聯(lián)系度分析

2.1 引力模型構(gòu)建

區(qū)域可達(dá)性提升的直接效應(yīng)是地區(qū)之間的經(jīng)濟(jì)聯(lián)系加強(qiáng)，區(qū)域經(jīng)濟(jì)聯(lián)系量是衡量區(qū)域經(jīng)濟(jì)聯(lián)系強(qiáng)度的指標(biāo)[2]，用引力模型來衡量經(jīng)濟(jì)聯(lián)系量，已被廣泛應(yīng)用于經(jīng)濟(jì)聯(lián)系強(qiáng)度的研究中，公式如下。

式中：Rij為城市i和城市j之間的經(jīng)濟(jì)聯(lián)系度，Rij越大，城市間經(jīng)濟(jì)聯(lián)系強(qiáng)度越強(qiáng)，億元· 萬人/min2，Pi和Pj分別代表城市i和城市j的質(zhì)量；Dij為城市i到達(dá)j的最短鐵路旅行時(shí)間，min。

式中：Ri為i城市的經(jīng)濟(jì)聯(lián)系總強(qiáng)度，Ri越大，表示該城市經(jīng)濟(jì)聯(lián)系強(qiáng)度越大。

2.2 計(jì)算分析

2.2.1 城市經(jīng)濟(jì)聯(lián)系度分析

通過公式計(jì)算高速鐵路開通前后甘肅省11 個(gè)城市間的經(jīng)濟(jì)聯(lián)系強(qiáng)度。高速鐵路開通前后城市間經(jīng)濟(jì)聯(lián)系強(qiáng)度如表2 所示。

表2 高速鐵路開通前后城市間經(jīng)濟(jì)聯(lián)系強(qiáng)度Tab.2 The economic linkage intense among cities before and after the opening of high-speed railway

由表2 可知，高速鐵路建成前，城市間經(jīng)濟(jì)聯(lián)系度平均值為36.06，而高速鐵路建成后，經(jīng)濟(jì)聯(lián)系度平均值為125.65，增長(zhǎng)了近2.48 倍，說明隨著高速鐵路的開通運(yùn)營(yíng)，可達(dá)性的提高，11 個(gè)城市間的經(jīng)濟(jì)聯(lián)系度增強(qiáng)；受經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和地理位置的影響，2014 年，經(jīng)濟(jì)聯(lián)系度前4 位的城市分別為酒泉、嘉峪關(guān)、定西，其中蘭州的經(jīng)濟(jì)聯(lián)系度為88.95，占11 個(gè)市總體比重的22.43%，是甘肅省城市經(jīng)濟(jì)聯(lián)系的核心，排名最后的金昌占總體比重的2.14%，與蘭州差距較大；高速鐵路開通后，2017 年，第1 位仍是蘭州，其次是定西、酒泉、嘉峪關(guān)，其中蘭州經(jīng)濟(jì)聯(lián)系度為440.25，占總體比重的31.85%，而排名最后的慶陽(yáng)，所占總體比重僅為0.76%，首位城市與其他城市的差距被進(jìn)一步拉大，內(nèi)部經(jīng)濟(jì)聯(lián)系極化效應(yīng)加劇。

11 個(gè)市經(jīng)濟(jì)聯(lián)系度變動(dòng)幅度差異較大，其中天水、定西在高速鐵路開通前后變動(dòng)幅度最大，增長(zhǎng)率分別為692.98%，661.51%，高速鐵路開通大力推動(dòng)了天水、定西與其他城市的經(jīng)濟(jì)聯(lián)系，且定西經(jīng)濟(jì)聯(lián)系度趕超酒泉、嘉峪關(guān)，從排名第4上升到第2。高速鐵路沿線城市嘉峪關(guān)、酒泉、張掖均得到了不同程度的漲幅，高速鐵路開通進(jìn)一步推動(dòng)了城市之間的經(jīng)濟(jì)聯(lián)系。省會(huì)城市蘭州在經(jīng)濟(jì)發(fā)展較快的情況下，仍得到了394.94%的增長(zhǎng)，發(fā)展動(dòng)力較足；無高速鐵路城市中的武威漲幅度較大，為102.85%，排名第6，白銀、平?jīng)龅慕?jīng)濟(jì)聯(lián)系度與高速鐵路沿線城市相比增長(zhǎng)幅度很小，分別為14.00%和5.17%。在2014 年，經(jīng)濟(jì)聯(lián)系度排名最后的金昌增長(zhǎng)224.31%，從排名第11 位上升到第9 位，與內(nèi)部其他城市之間的經(jīng)濟(jì)聯(lián)系增強(qiáng)。值得注意的是，由于城市地理位置、列車站點(diǎn)及列車頻次的原因，2014 年到2017 年，慶陽(yáng)市經(jīng)濟(jì)聯(lián)系度為負(fù)增長(zhǎng)，下降14.76%。

根據(jù)空間變化圖發(fā)現(xiàn)，高速鐵路開通前經(jīng)濟(jì)聯(lián)系強(qiáng)度呈“以蘭州—定西和酒泉—嘉峪關(guān)為中心，向外輻射”的格局，高速鐵路開通后，蘭州—定西這一中心的經(jīng)濟(jì)聯(lián)系度顯著增強(qiáng)，且?guī)?dòng)天水發(fā)展，形成蘭州—定西—天水這一新的經(jīng)濟(jì)聯(lián)系中心。由于高速鐵路效應(yīng)，甘肅省內(nèi)部城市之間平均旅行時(shí)間縮短，可達(dá)性獲得提升，城市之間的經(jīng)濟(jì)聯(lián)系增強(qiáng)。高速鐵路開通后，11 個(gè)城市之間可達(dá)性和經(jīng)濟(jì)聯(lián)系度在地理分布上出現(xiàn)部分空間耦合，蘭州—定西—天水既是交通中心，也是經(jīng)濟(jì)聯(lián)系中心；處于河西地區(qū)的酒泉和嘉峪關(guān)由于其地處偏遠(yuǎn)，交通可達(dá)性較差，但其經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平較好，所以經(jīng)濟(jì)聯(lián)系度較高，而位于邊緣地區(qū)的城市如平?jīng)?、慶陽(yáng)，由于高速鐵路產(chǎn)生的極化效應(yīng)，加劇了其淪為交通和經(jīng)濟(jì)雙重洼地的風(fēng)險(xiǎn)。高速鐵路開通前后甘肅省城市經(jīng)濟(jì)聯(lián)系空間變化如圖2 所示。

2.2.2 城市經(jīng)濟(jì)聯(lián)系方向分析

根據(jù)公式 ⑶，測(cè)算各個(gè)城市之間的經(jīng)濟(jì)聯(lián)系強(qiáng)度。城市主要經(jīng)濟(jì)聯(lián)系方向及聯(lián)系度如表3 所示。

圖2 高速鐵路開通前后甘肅省城市經(jīng)濟(jì)聯(lián)系空間變化Fig.2 The economic linkage intense among cities before and after the opening of high-speed railway

表3 城市主要經(jīng)濟(jì)聯(lián)系方向及聯(lián)系度Tab.3 The direction and degree of main economic linkage in cities

2014—2017 年，蘭州的主要經(jīng)濟(jì)聯(lián)系方向和經(jīng)濟(jì)聯(lián)系度發(fā)生了很大改變。嘉峪關(guān)的主要經(jīng)濟(jì)聯(lián)系方向沒有改變，經(jīng)濟(jì)聯(lián)系度增加1 倍；金昌的主要經(jīng)濟(jì)聯(lián)系方向減少，與武威的聯(lián)系強(qiáng)度略有增加；白銀的主要經(jīng)濟(jì)聯(lián)系方向仍是蘭州，且聯(lián)系更加緊密；天水的主要經(jīng)濟(jì)聯(lián)系方向無變化，城市之間經(jīng)濟(jì)聯(lián)系強(qiáng)度增加顯著；武威的主要經(jīng)濟(jì)聯(lián)系方向發(fā)生改變，且強(qiáng)度均有增加；張掖增加新的經(jīng)濟(jì)聯(lián)系方向，聯(lián)系度略有增加；平?jīng)鲂略鼋?jīng)濟(jì)聯(lián)系城市，但與慶陽(yáng)的聯(lián)系強(qiáng)度減弱；酒泉的主要經(jīng)濟(jì)聯(lián)系方向有所減少，但與嘉峪關(guān)經(jīng)濟(jì)聯(lián)系強(qiáng)度增強(qiáng)；慶陽(yáng)的主要經(jīng)濟(jì)聯(lián)系方向增加，與蘭州的經(jīng)濟(jì)聯(lián)系強(qiáng)度稍有增加；定西的主要經(jīng)濟(jì)聯(lián)系方向無變化，聯(lián)系強(qiáng)度顯著增加，聯(lián)系更加緊密。

借助GIS 空間分析對(duì)聯(lián)系方向可視化，同時(shí)為更能清楚地展示城市之間的主要經(jīng)濟(jì)聯(lián)系方向，對(duì)經(jīng)濟(jì)聯(lián)系度小于等于1 的數(shù)值進(jìn)行排除處理，得到城市空間經(jīng)濟(jì)聯(lián)系方向的演變情況。高速鐵路開通前后甘肅省城市經(jīng)濟(jì)聯(lián)系方向變化如圖3 所示。高速鐵路開通使蘭州與定西、天水的經(jīng)濟(jì)聯(lián)系強(qiáng)度增加顯著，聯(lián)系更加緊密，而與酒泉、嘉峪關(guān)的經(jīng)濟(jì)聯(lián)系強(qiáng)度只略有增加；2014 年，城市之間的經(jīng)濟(jì)聯(lián)系強(qiáng)度較為均衡，2017 年盡管聯(lián)系度均有增加，但出現(xiàn)經(jīng)濟(jì)聯(lián)系度極高、極低現(xiàn)象，蘭州及周邊城市偏高，無高速鐵路區(qū)和邊緣區(qū)偏低，城市之間的經(jīng)濟(jì)聯(lián)系差異加劇，高速鐵路沿線城市經(jīng)濟(jì)聯(lián)系度較高，拉大了與邊緣區(qū)的差距，非高速鐵路城市存在被邊緣化的風(fēng)險(xiǎn)。

圖3 高速鐵路開通前后甘肅省城市經(jīng)濟(jì)聯(lián)系方向變化Fig.3 Changes in the direction of urban economic linkage before and after the opening of high-speed railway in Gansu province

3 研究結(jié)論

借助加權(quán)平均旅行時(shí)間、可達(dá)性指數(shù)和引力模型對(duì)高速鐵路開通前后甘肅省11 個(gè)市可達(dá)性的空間格局演變及城市之間的經(jīng)濟(jì)聯(lián)系強(qiáng)度進(jìn)行了探討。

（1）高速鐵路開通后，所研究的11 個(gè)城市中有8 個(gè)城市的平均旅行時(shí)間縮短，平均旅行時(shí)間變動(dòng)幅度最大的是天水市，時(shí)間縮短80.32 min；蘭州市列車頻次增加了165.84%，變動(dòng)率最大?？紤]到城市鐵路交通流量的異質(zhì)性，可達(dá)性系數(shù)是基于列車頻次的加權(quán)平均旅行時(shí)間。計(jì)算結(jié)果表明， 8 個(gè)城市可達(dá)性得到了提升，最大變動(dòng)率為71.18%；高速鐵路沿線城市蘭州、天水、定西、張掖、酒泉、嘉峪關(guān)可達(dá)性均得到了改善；無高速鐵路城市中白銀得到較大幅度的提升，金昌小幅度提升，而武威、平?jīng)?、慶陽(yáng)可達(dá)性下降，除無高速鐵路開通這一原因外，列車頻次減少也是造成可達(dá)性下降的主要原因。將高速鐵路開通前后可達(dá)性進(jìn)行可視化，觀察其格局演變，發(fā)現(xiàn)11 個(gè)城市可達(dá)性由“蘭州—武威為中心，向外圍地區(qū)輻射”空間格局轉(zhuǎn)變?yōu)椤耙蕴m州—天水—定西為交通中心，沿高速鐵路軸線對(duì)外輻射”空間格局。

（2）高速鐵路開通后，除慶陽(yáng)外，10 個(gè)城市的經(jīng)濟(jì)聯(lián)系度均得到了提升，平均提升212.25%，變化顯著。高速鐵路建成前后，蘭州的經(jīng)濟(jì)聯(lián)系強(qiáng)度都是最強(qiáng)的，且遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他城市，說明蘭州始終是甘肅省內(nèi)部城市中的經(jīng)濟(jì)中心和交通樞紐。高速鐵路高速鐵路開通運(yùn)營(yíng)后，蘭州的區(qū)域核心地位得到進(jìn)一步加強(qiáng)。在高速鐵路開通后，天水、定西的經(jīng)濟(jì)聯(lián)系強(qiáng)度提升顯著，定西超趕嘉峪關(guān)、酒泉成為排名第2 的經(jīng)濟(jì)聯(lián)系中心，天水加入經(jīng)濟(jì)聯(lián)系中心的行列，與非高速鐵路城市相比，高速鐵路沿線的城市在高速鐵路開通后經(jīng)濟(jì)聯(lián)系強(qiáng)度提升更為突出，呈現(xiàn)出“一軸兩核”的經(jīng)濟(jì)格局趨勢(shì)，嘉峪關(guān)—酒泉，蘭州—定心—天水組成區(qū)域內(nèi)2 個(gè)重要的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)極，并沿高速鐵路沿線向外輻射。對(duì)比高速鐵路開通前后經(jīng)濟(jì)聯(lián)系方向的變化發(fā)現(xiàn)，城市之間的經(jīng)濟(jì)聯(lián)系差異呈擴(kuò)大趨勢(shì)，出現(xiàn)明顯的地域分化現(xiàn)象，相互作用度尚處于非均衡階段。

（3）高速鐵路開通前后可達(dá)性和經(jīng)濟(jì)聯(lián)系強(qiáng)度變化比較發(fā)現(xiàn)，高速鐵路對(duì)沿線城市的輻射帶動(dòng)作用逐漸增強(qiáng)，甘肅省內(nèi)部極化效應(yīng)加劇，非高速鐵路城市和邊緣城市的可達(dá)性、經(jīng)濟(jì)聯(lián)系強(qiáng)度上漲較慢，甚至出現(xiàn)下降的現(xiàn)象，與核心城市差距逐漸拉大，同時(shí)可達(dá)性和經(jīng)濟(jì)聯(lián)系強(qiáng)度在空間上出現(xiàn)耦合現(xiàn)象，交通中心和區(qū)域經(jīng)濟(jì)聯(lián)系中心在空間上重合。