高速公路对城市群空间相互作用的影响研究——以山东半岛城市群为例

王明苹,杨仕勇,王成新＊,刘瑞超

(1.山东师范大学人口·资源与环境学院,山东济南 250014;2.山东省国土资源信息中心,山东济南 250014）

高速公路对城市群空间相互作用的影响研究
——以山东半岛城市群为例

王明苹1,杨仕勇2,王成新1＊,刘瑞超1

(1.山东师范大学人口·资源与环境学院,山东济南 250014;2.山东省国土资源信息中心,山东济南 250014）

高速公路的出现和发展,深刻影响着城市群内空间的相互作用,研究这种作用则有助于把握城市群空间结构发展演化的规律和机制.以山东半岛城市群为例,运用引力模型、边界模型、高速公路空间袭夺效应模型和城市群空间紧凑度模型进行计算和分析.结果发现,城市群内空间引力的变化与高速公路密度水平紧密相关,高速公路建设和运营影响着区域城市群内各城市之间对空间的争夺,并产生不同的袭夺效应,城市群空间紧凑度也提高.同时,提出了“高速公路空间袭夺效应”的概念及公式,以定量分析高速公路在某时间段内对两城市之间空间袭夺所发挥的作用.

高速公路;相互作用;袭夺效应;山东半岛城市群

近 20年来,国内高速公路建设如火如荼,带来交通方式的革命性变化,同时也对城市群空间结构产生了巨大影响.侯敏[1]、朱巍[2]、周素红[3]和王开泳[4]等都曾对交通系统与城市形态、空间结构的相互关系进行了深入研究.姚士谋[5]、王成新[6]、李平[7]、蓝万栋[8]和杨忠臣[9]等分别研究了高速公路给城市空间带来的影响.但众多研究中,定性研究居多,定量研究较为少见.在高速公路蓬勃发展、地位日益重要的今天[10],定量研究其对城市群空间作用的影响,对于准确把握和理解城市群发展演化的机制和规律、促进城市群的健康发展具有重要的时代意义.本文利用各种模型,从城市空间引力、城市可控制空间以及城市群空间紧凑度等方面探究高速公路对城市群空间相互作用的影响.

1 研究区域概况

山东半岛城市群 (简称半岛城市群）包括济南、青岛、烟台、淄博、潍坊、威海、东营、日照 8个城市,面积 7.3万 km2,占山东省总面积的 46.5%;2007年总人口 4 010.6万,占全省的 42.9%;GDP总量达17 108.16亿元,占全省的 65.9%.山东省高速公路建设相比全国较为超前.1993年建成第一条高速公路 ——济 (南 ）-青 (岛 ）高速公路 ,全长 318 km,1998年山东省高速公路里程首次跃居全国第一,分别于 1999年、2000年在全国率先突破 1 000 km与2 000 km,2001年实现全省东西、南北高速公路大贯通,2002年又在全国首次实现了省会与各城市的高速连接.2007年底,山东高速公路总里程突破4 000 km.目前,山东省内已形成密集、优质的高速公路网.快速发展的高速公路网络改变了城市群空间相互作用,对城市群的空间结构产生着日益重要而深远的影响.

2 研究方法

2.1 数据的获取

鉴于数据获取的可行性、典型性和实用性,从半岛城市群高速公路的实际发展情况出发,合理甄选数据 (表 1）.以 1993、2000和 2007年为特征年份,选取所需数据.所取数据以山东省统计年鉴、山东省城市统计年鉴以及各地市统计年鉴为主要来源.

表 1 山东半岛城市群 1993,2000和 2007年概况Tab.1 The profile of Shandong peninsula urban agglomeration in 1993,2000 and 2007

2.2 研究方法

城市群内部的空间相互作用集中体现在各城市间的空间引力、空间袭夺和空间紧凑度方面,建立模型衡量城市群空间相互作用.

2.2.1 空间引力模型 利用式 (1）、(2）分别计算城市间的空间相互吸引力和城市总空间引力,衡量群内城市间的空间相互作用.

其中,Iij表示城市i与j之间的空间引力;K为介质常数;rij表示城市i与j之间的交通时间;α、为弹性指数;β为测量距离摩擦作用的指数,此处k、α、均可取 1;指标P采用反映城市的国内生产总值(GDP）和人口数量的综合指标,以济南为标准值,其中 GDP和人口数量在指标中的权重各占 50%.Ii表示城市i对半岛城市群其他 7个城市的总空间引力.

2.2.2 空间边界模型 高速公路建设和运营牵动群内各城市实际可以控制的空间发生改变.为衡量这种群内城市间的空间争夺,引用空间边界模型进行分析研究.

其中,Rij表示城市i到j的可控制空间边界(单位:km）;dij表示城市i与城市j间的直线距离;α、、β、k、P与式(1）一致.

2.2.3 高速公路空间袭夺效应模型 为衡量群内城市空间边界变动与高速公路发展之间的关系,本文提出“高速公路空间袭夺效应”的概念,即每单位的两城市间高速公路密度增幅差值所体现的城市空间袭夺量,以此定量分析高速公路在某时间段内对两城市之间空间袭夺所表现出的最终作用,用式(4）表示:

其中,SOij表示某时间段在高速公路作用下城市i对城市j的空间袭夺效应;Rij1、Rijn表示该时间段起止年份城市i至j的可控制空间边界;Δ ρi-Δ ρj表示该时间段起止年份城市i与城市j的高速公路密度增长量的差.

2.2.4 空间紧凑度模型 城市群空间紧凑度是指城市群内部各种生产要素在空间上的集聚程度,是衡量土地集约利用[11]和空间产出效益的核心指标,是城市群空间相互作用的最终表现.空间紧凑度的计算公式为[12]:

其中:Isi为空间相互作用指数[13],Isp为人口密度指数,Isu为城镇密度指数,∂s、βs、γs为权重,采用熵技术支持下的AHP模型求得 ∂s=0.35、βs=0.28、γs=0.37.Pi、Pj为第i、j城市的总人口,GDPi、GDPj为第i、j城市的地区生产总值.Dij为第i、j城市的距离,n为城市群内城市个数.Xi表示选取的某个城市群第i城市的相应指标值,表示相应指标的平均值.ηj为不同城市等级的权重(通过熵技术支持下的专家群民主决策法计算获得）,j为 1～5,即超大城市、特大城市、大城市、中等城市和小城市 5个等级,相应的权重分别为 0.36、0.28、0.20、0.12和0.04,Ai为第i地级市的面积.Nj为相应等级的城市数量(含县级单位）[12].

3 结果与分析

3.1 高速公路对城市群空间引力的影响

利用引力模型公式(1）、(2）计算,结果见表 2.

3.1.1 高速公路快速提升群内城市空间引力 高速公路开通后,半岛城市群各城市之间的空间引力均增大,其中青岛和潍坊最为典型,主要原因在于高速公路强大的时效优势.高速公路大大缩短了各城市之间的时间距离,城市间的相互影响更为深刻,城市流强度同时大大增强[6],城市之间的相互依赖性快速提高,城市之间的空间引力变大,有效地促进了城市群的形成和发展[14].

表 2 山东半岛城市群城市总空间引力与高速公路密度及其变动情况Tab.2 The urban total space gravity and the highway's density of Shandong peninsula urban agglomeration

3.1.2 高速公路密度水平牵动群内城市空间引力规律性变化 第一,低水平高速公路密度状态下,城市总空间引力对高速公路增长的反应较为灵敏.1993—2000年,城市总空间引力与高速公路密度增幅的比值 (除东营、潍坊）较大.这是因为高速公路的出现打破了旧的地域联系格局,高速公路在城市联系中发挥了其他要素无法比拟的优势.

第二,随高速公路密度的增长,城市总空间引力对高速公路增长的反应灵敏度有所减缓.2000—2007年城市总空间引力与高速公路密度增幅的比值 (除东营和潍坊外）相对较小.这是因为在高速公路发展的同时,整个社会、经济大环境在迅速改善,其他要素水平也在提高,这从侧面对高速公路的发展提出了更高的要求.

第三,较高水平高速公路密度状态下,如果群内某城市高速公路密度增长快,其城市总空间引力增幅就大 (图 1）,东营、潍坊除外.2000—2007年,高速公路密度增幅青岛 (0.036 km/km2）最大,济南、烟台、淄博和威海 4个城市居中,日照 (0.012 km/km2）最小.此时,城市总空间引力的增幅青岛最大,济南、烟台、淄博和威海又居中,日照最小仅 0.051.

第四,东营和潍坊并不完全符合上述提到的 3条规律.可见,高速公路并非是单独影响群内城市总空间引力的要素,城市的功能定位、城市区位等因素也是影响要素.

图 1 2000—2007年城市总空间引力增幅与高速公路密度增幅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 高速公路对群内城市空间控制边界的影响

以济南和青岛为例根据式 (3）、(4）进行计算,结果见表 3(数据来源:山东省统计年鉴 1993,2000,2007）.

(1）空间袭夺正效应SOij为正值,高速公路空间袭夺表现正效应,高速公路在 2个城市空间袭夺中的作用表现明显,是i城市空间袭夺的有利因素.

表 3 济南、青岛对半岛城市群内其他城市的高速公路空间袭夺效应Tab.3 The capture effects of space of highway of Jinan and Qingdao in Shandong peninsula urban agglomeration

(2）空间袭夺负效应SOij为负值,高速公路空间袭夺表现负效应,高速公路在两城市空间袭夺中的作用表现明显,是i城市空间袭夺的制约因素.

(3）空间袭夺零效应SOij为零,高速公路空间袭夺表现零效应,高速公路的作用被其他因素掩盖,没有明显表现,在城市空间袭夺中失效.

3.3 高速公路提升城市群空间紧凑度

利用式(5）计算山东半岛城市群空间紧凑度,结果见表 4(数据来源于山东省统计年鉴 1993,2000,2007）.

表 4 山东半岛城市群空间紧凑度与高速公路平均密度Tab.4 The urban agglomeration spatial compactness and highway's average density of Shandong peninsula urban agglomeration

运用 SPSS对城市空间紧凑度与高速公路平均密度进行相关分析,结果发现:城市空间紧凑度与高速公路平均密度的相关系数高达 0.956,即高速公路密度越高,城市群空间紧凑度越大.可见,随着高速公路的建设和发展,城市群空间紧凑度日益增大,城市群空间结构也将复杂化、稳定化[15-16].究其原因,首先,高速公路的出现使得 2个城市之间的时间距离缩小,空间相互引力增强,空间相互作用指数增大,这就使城市群空间紧凑布局具备了动力和潜力;其次,高速公路促进城市规模扩大,城市人口密度指数增大;再次,高速公路提升城市等级,其强大的连锁效应促进城市规模升级.

4 结论

在城市群逐渐成为我国城市化主体形态的 21世纪,高速公路作为现代社会的主导交通方式,对城市群之间的空间相互作用产生深刻而长远的影响.一是,高速公路密度水平牵动城市群内城市空间引力的规律性变化,总共呈现 4种变化类型;二是,高速公路建设和运营对群内各城市之间的空间袭夺发挥正、负和零 3种效应,更好地促进了城市群的融合.三是高速公路对城市群空间紧凑度的提升具有显著的积极意义,有效促进了城市群的发展.当然,城市群空间相互作用的影响因素很多,经济、社会的各个因素都参与其中.高速公路作为一种新的交通方式,既是经济和城市发展的结果,又势必促进区域城市群的快速发展.

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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

【责任编辑 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

国家自然科学基金项目 (40771060）;山东省自然科学基金项目(Q2006E02）

王明苹 (1984—）,女,山东泰安人,2008级硕士研究生,Email:848241229@l63.com;王成新 (1971—）,男,山东新泰人,博士,副教授,主要研究方向:区域发展与城市规划,Email:wcx315@yahoo.com.cn.

＊通讯作者

1000-5463(2010）04-0117-05