基于GIS的川东北地区人口分布时空演变特征

晏自红，唐梦鸽，魏 兰，罗明良，陈忠升，秦子晗

（1西华师范大学国土资源学院，四川南充 637009；2西华师范大学地表过程与环境变化研究所，四川南充 637009）

0 引言

人口分布是指在一定时间内人口群体在地理空间中的分散及组合情况[1]，是反映一个地区的自然条件差异及经济发展水平高低的重要指标[2]。人口分布主要受社会生产方式和经济发展水平的制约[3]。研究人口分布在时间维度和空间维度上的演变特征，能够及时掌握区域人口空间分布的规律性，有利于人们掌握人口布局，为政府制定相关政策和规划提供帮助[4-6]。

人口空间分布是城市地理学和人口地理学的研究热点[7-8]，人口空间分布及演化作为人口问题研究的核心内容具有重要的理论与实践意义[9]。时空演变也是GIS 的研究热点[10-12]，近几年来，诸多研究学者将GIS分析方法应用到人口分布时空演变的动态分析研究中。如杨成凤等[13]对四川省人口分布的时间与空间演化特征进行了探索性空间统计分析；吴连霞等[14-15]从经济的角度研究了人口结构的空间集散演化特征；廖传清等[16]从人口密度、人口城镇化和人口老龄化等多尺度的角度，研究了长江中下游城市群的人口空间演化。前人研究内容侧重在人口的空间分布与集聚，人口结构与经济发展耦合的差异以及城市群的空间演化，人口分布与经济发展的聚集比较。研究尺度有县域尺度及地市州尺度，尽管现有研究取得了众多成果，但对川渝陕甘结合部，如川东北地区的人口分布及其演变的研究仍有待深入。

四川省正在实施“一干多支”发展战略，以推动全省区域协同发展[17]。对川东北地区人口及其发展变化情况进行分析，有利于协调区域布局，推动川东北经济区振兴发展，对加快培育川东北城市群，建设东向北向进出川综合运输大通道，加快特色资源开发利用，深化川陕革命老区综合改革试验起着一定的参考作用。本研究基于川东北地区县域尺度人口统计年鉴数据，采用GIS空间分析技术对川东北地区人口分布的时空演变特征进行分析，以期掌握人口分布的规律，协调人口合理布局，为川东北地区制定人口与经济发展战略，为建成川渝陕甘结合部的区域经济中心提供科学的依据，为全面建成小康社会，打赢脱贫攻坚战，奠定基础，提供方向。

1 资料与方法

1.1 研究区概况

川东北地区是四川省东北部的简称，包括南充、达州、广安、巴中和广元5 个地级市，共34 个区县（见图1），幅员6.4×104km2，占全省总面积近1/8。川东北地区2014年年末户籍总人口占全省的29%，人口密度大约为全省平均水平的2.5 倍，是典型的人多地少的区域。同时，该区域发展基础较为薄弱、发展水平相对较低。川东北经济区有13个国家扶贫开发工作重点县，也是四川省内集革命老区、贫困地区、边远山区为一体的欠发达区域。川东北经济区人口较为密集，人力资源较为丰富，是全省重要的人力资源富集区，并且地理区位独特，发展潜力巨大，是成渝经济区的北部中心区域[18]。因此，研究人口分布的时空演变特征，揭示区域人口空间分布的规律性，掌握人口的布局，对各级政府制定政策和实现区域人口、资源、环境和经济的发展至关重要。

1.2 数据来源

研究单位以县域为基础，川东北地区共有34个县（市、区），即34 个研究单位。由于巴中市2013 年1 月18 日设立恩阳区，达州市2013 年7 月18 日撤销达县，设立达川区，广安市2013 年2 月22 日设立前锋区，这些区域均涉及到行政区域的变化，为了数据的统一性以及处理方便，仍然采用2013 年之前的行政区域图，即包括32 个研究单元。本研究采用年末户籍总人口数据，能够反映人口空间分布的演化趋势。原始数据源于《四川省统计年鉴》（2001—2015年）人口数据，从中提取川东北地区34个县（市、区）2000—2014年年末户籍总人口。

1.3 研究方法

1.3.1 人口增量与密度变化 人口增量就是人口增长数量，对2000—2014 年人口数据的增减进行分析，得出分县的人口增量数据。人口密度是指单位面积土地上居住的人口数目，是反映某一区域范围内居住人口疏密程度的指标，一般用人/km2表示[19]。

1.3.2 人口重心模型 人口重心的概念源于力学，它是指某时刻研究区域内的人口分布在空间平面上全部力矩达到平衡的支点，它可以通过与区域几何中心的比较来判断该研究区域人口分布的均衡状况[20]。就人口分布均衡的区域而言，人口分布重心是该区域的几何重心，而人口分布不均衡区域则能够通过数学模型计算得出[21]。在实际计算中，常用公式(1)[22]计算。

1.3.3 空间自相关 全局空间自相关概括了在一个总的空间范围内空间依赖的程度，它可以描述某种现象在不同区域之间整体上的空间关联与空间差异，以此来判断整个研究区域内人口分布在空间上的集聚特征，常用Moran指数来表示[13]。全局Moran指数I的计算，见公式(2)。

式中：n为空间单元的数量；Xi和Xj表示某属性特征X分别在空间单元i和j上的观测值；S2是X值与其均值的方差；系数Wij是用于量测空间自相关的权重，一般被定义为i、j之间距离的倒数。

Moran 指数I的取值范围为-1～1，Moran’sI>0 表示空间正相关性，其值越大，空间相关性越明显，Moran’sI<0 表示空间负相关性，其值越小，空间差异越大，Moran’sI=0，则表明不存在空间相关性，即空间呈随机分布。

全局自相关只是在整体上揭示了某种现象在空间上的依赖程度，无法揭示局部的空间依赖模式，而局部自相关分析可以进一步揭示空间事物分布的空间异质性特征。局部自相关分析可用空间联合局域指标[23]来衡量。LISA 为每个要素计算指数值和Z得分，Z得分高且为正值，表示该要素与相近值要素邻近，都高于或低于平均值；Z值高且为负时，表明该要素与具有不同值的要素邻近[24]。

2 结果与分析

2.1 川东北地区人口发展特征

川东北地区是一个明显的地少人多的区域，2014年川东北地区年末户籍总人口为2612万人，约为四川省总人口的29%。川东北五市人口分布差异较大，南充市总人口最多达到了759 万人，占川东北总人口的3/10，大约为人口数量最低的广元市（310.1 万人）的2.45倍。2000—2014年间，川东北总人口呈上升趋势，总人口增长速度较快。2000—2009年，总人口持续增长，2009 年总人口为2604.8 万人，年均增长率为8.35‰，但在2010年出现人口负增长的现象，人口数量下降到2602.2 万人。2010—2014 年间，总人口先增加，后减少，在2012年达到峰值，为2625.4万人。在这14 年间，年平均增长率为5.56‰。增长速度较为缓慢。区域内部，广安、南充、达州地区人口总量变化呈现出与整个川东北地区大体同步的趋势，广元市人口波动起伏较大，巴中市人口持续增长，仅在2014 年有所下降。增长率变化特征大致相似，均起伏较大（见图2）。

2.2 人口密度空间变化

川东北地区人口密度波动不大，呈较平缓的增长趋势。2014 年就各个市区来看，广元市人口密度最低，人口最为稀疏，为194人/km2。广安市人口密度相较于其他城市密度最大，人口最集中，在2014 年人口密度达到峰值为747人/km2，是广元市的3.85倍，巴中市、达州市、南充市的人口密度分别为358、390、615人/km2。

由2000年、2007年、2014年人口密度分布图（见图3）的总体趋势可看出：人口分布从北向南逐渐集中。川东北地区人口主要集中在偏南方向，形成了北部稀疏、南部密集的整体形态。南充、广安、达州在川渝城市群的辐射范围内，经济较为发达，对人口的吸引力较大。而川东北地区北部，部分区县远离市中心区域和经济发达城市，邻近甘肃边远区县，气候环境较为恶劣，地势较为陡峭，经济发展相对落后，对人口的吸引力也不如经济发达的区域。人口分散较广，人口相对稀疏。川东北地区人口密度差异较大，在2014 年，人口密度最大的通州区（2187 人/km2）为最低的青川县（76 人/km2）的28.78 倍。达州是四川五大区域中心城市之一，通州区位于达州市的经济中心，经济发达，使得人口向中心地带集聚，形成了人口的高密度区。

2000 年人口密度较低的区域为邻近甘肃和陕西的区域，有7个县的人口密度低于200人/km2。在川东北地区的中部区域人口分布较为集中，人口密度在200～500 人/km2的县有9 个。人口最为集中的区域是川东北地区的东南方向，在这一方向上，有14 个县人口密度几乎都达到了500～1000 人/km2。人口密度超过1000 人/km2的高密度区域分别为顺庆区和通州区。2007 年人口密度为500～1000 人/km2的县域城市相较与2000年有所上升，增加了邻水县和巴州区。人口密度最大的是通州区，达到了1492人/km2。2014年川东北地区人口密度仍然主要集中在东南方向，人口密度为500～1000 人/km2，县域个数占整个川东北地区的1/2，200 人/km2以下减少了1 个，200～500 人/km2增加了1 个，即南江县。通州区的人口密度再一次达到新高为2187人/km2。

2.3 人口分布演化特征分析

2.3.1 人口空间集聚特征 运用ArcGIS 10.2 软件中的空间统计工具模块中的空间自相关，计算2014年的人口密度的全局Moran’sI指数为0.213，Z值为1.97，P=0.049，通过0.05显著性检验水平。从全局空间自相关分的析结果可知，川东北地区人口空间分布呈正相关，有明显的聚集性。也就是说，存在人口分布稀疏的区域与人口分布稀疏的区域相接，人口密度大的区域与人口密度大的区域相接的情况较为显著。

利用Luc Anselin[22]提出的局部Moran’sI统计量识别出川东北地区人口密度分布冷点、热点和空间异常值。然后，将Z得分结果按从冷到热的方式渲染（见图4）。在2000年顺庆区和岳池县属于高值聚集，旺苍县属于低值聚集，2007 年空间聚集情况和2000 年相似。但在2014 年人口密度的局部空间集聚性则不明显。结果表明2000—2014 年人口密度的空间集聚程度逐渐降低。

2.3.2 人口重心迁移 按照葛履龙等[25]的方法，利用ArcGIS 10.2 软件计算出川东北各县区的区域重心坐标，再将不同年份的人口数量赋上其权重值，计算出川东北各县区的区域人口重心坐标，得到人口重心迁移图（见图5）。由图5可看出，2000—2014年川东北地区的人口重心一直都在营山县内，人口分布重心迁移的趋势是：在营山县内，向东南方向迁移。2000 年到2014 年从(106.673°E,31.270°N)迁移到(106.693°E,31.266°N)，往东迁移了0.02°，往南迁移了0.004°，共迁移了2491.60 m。总体来看，在南北方向上，人口重心的迁移量较小，迁移量约为328.50 m。在东西方向上，从西往东迁移了1915.56 m。在东西方向上的不平衡性超过南北方向。

就阶段性而言，2000—2002 年人口重心迁移量非常小。向东南方向迁移，迁移速度为71.1 m/a。2002—2008年，先向东南方向，再向东方向，继而向东南方向迁移，总的迁移趋势仍然不变，迁移速率248.1 m/a。相比前些年，速度较快，但整体而言，向东南方向迁移，迁移速率为165.1 m/a。2010—2014 年，迁移速率为129.6 m/a。

5 结论与讨论

本研究应用人口重心迁移模型和空间自相关的分析方法，对川东北地区年末户籍人口数量和密度的分布现状的时空演变特征进行分析，得出如下主要结论：

（1）从现状来看，川东北地区的人口分布差异不太明显，人口大多集中在川东北地区的南方区域。南充市人口最多，广元市人口最少。人口密度较大的区域集中在南充、广安和达州西南方向的部分县域。南充、广安、达州都在成渝经济区的范围内，成渝经济区重点打造“双核五带”的空间布局，要将“渝广达发展带”建成东北部重要的经济增长带。这对南充、广安、达州的人口吸引力有着一定影响，会使得人口逐步朝着这些地方集聚。

（2）从人口数量及其密度的变化来看，川东北地区的年末人口数量呈增长趋势。2000—2009 年增长迅速，2009—2014年缓慢增长。人口密度最小的地方是广元市，广安市人口密度最大，是广元市的3.97倍。广元市地处山区，山高坡陡，自然环境条件稍弱于地势平缓的川东北偏南的区域。

（3）从人口重心迁移来看，川东北地区的人口重心始终在营山县内，迁移速度慢，且迁移量小；迁移的整体趋势从西北方向向东南方向迁移，人口重心的迁移趋势是朝着东南方向的重庆移动。从空间距离上看，营山县到重庆市的直线距离约93 km，广安市到重庆市的直线距离约100 km，而与成都距离246.6 km。这可能表明，重庆市对广安市人口聚集更具吸引力。

（4）从空间自相关分析来看，川东北地区的人口密度在空间上呈正相关，具有显著的空间集聚性。人口密度大的区域主要是集中在川东北地区的南方区域，人口密度较小的区域主要是集中在川东北地区的北方区域。局部的空间集聚性逐渐减弱。2000 年和2007年顺庆区和岳池县属于高值聚集，旺苍县属于低值聚集。2014年则聚集不显著。