青藏高原县域交通优势度-自然环境承载-社会经济需求关系评估

苗毅，戴特奇，王成新，宋金平，魏浩轩，陈培安

（1.山东师范大学地理与环境学院，山东 济南 250300； 2.北京师范大学地理科学学部，北京 100875）

交通是人地关系地域系统的重要构成，影响着地区通达水平及相互作用的广度与深度、活力与潜力、机遇和方向，备受学者关注［1-4］。为判断地区交通状况的优劣，金凤君等［5］、樊杰［6］围绕“质、量、势”构建了交通优势度的综合评价指标，并成为主体功能区规划的重要单项指标之一。此后，交通优势度还被广泛应用于多学科视角下的区域交通评价研究［7］。诸多学者针对国家［8］、区域［9］、省域［10］、城市［11］、县域［12］等多尺度、不同地形区的交通状况进行了实证探讨，并在数据获取与评价技术手段不断革新的基础上融合了可达性和稳定性的测算［11，13］。相关领域的丰硕成果有效契合了区域交通建设需求，推动了交通地理学的发展。

区域高质量发展导向下，人们更关注于生态环境保护与社会经济发展的协同。现实中，交通优越的地区不一定能够满足当地的需求，而交通较差的地区也未必需要大力投资建设，交通与自然生态系统、人类社会系统之间的关系亟待梳理［14］。一方面，交通的发展旨在服务于社会经济发展产生的需求，大量学者围绕交通与人口、城镇化、产业等的关系开展探讨［11，15-19］；另一方面，交通设施的建设与运营往往存在侵占用地、扰动生态系统等负外部性，需关注交通引致的人类活动增加带来的资源消耗、环境代价［17，20-22］。综合而言，交通的发展只有与社会经济的需求水平、自然环境的承载力水平相协调，才能有效助力区域高质量发展，也就需要更加综合的视角来判断其间关系［4，23］。然而，既有相关领域的研究在综合性集成分析以及青藏高原等特殊地域单元的实证方面，均尚待丰富化、系统化。

作为典型大尺度生态脆弱区，青藏高原的交通问题广受关注，形成包括交通设施建设难点的对策［24-25］、可达性演变的细致探讨［26-28］、对地域系统的多维度复杂影响［29-31］等大批兼具科学价值与现实意义、符合青藏高原实际特点的成果，也提出青藏高原的交通状况伴有技术等级低、线路单一、运输规模经济效应不足等突出问题［11］，是“十四五”规划中“补强西部基础设施建设短板”的重点区域。不过，青藏高原的自然环境条件在很大程度上决定其交通建设布局或无法完全契合社会经济状况，甚至应基于其生态环境敏感性等而避免建设［32］。

据此，如何在不损害青藏高原生态安全的根本前提下，满足其基本出行及边防需求，进而服务国家战略、实现民生福祉亟须关注，以此为研究区具有现实必要性与典型代表性。既有研究已对青藏高原交通设施体系、自然环境系统、人类社会系统等进行了集成探讨，但仍有进一步丰富的空间［33-36］。伴随数据获取、评价技术的丰富，以及第二次青藏科考实地调研对当地交通特点与问题的新认知，融合地域特征与多种交通方式，兼顾自然环境与人类社会系统的综合探索已有一定基础，兼顾多尺度、多维度的探讨也能够为当地交通发展与规划布局提供契合实际的参考，有助于更好地实现其高质量发展、服务国家战略需求，对探讨及解决其他生态脆弱区、发展迟滞区等的交通问题也具有参考价值［37］。

1 研究区、方法与数据

1.1 研究区概况

作为世界屋脊、亚洲水塔、地球第三极，青藏高原是极具特殊性的大尺度地域单元与重要生态安全屏障，具有高寒低氧、冻土广布、生态环境脆弱、地形条件复杂、人类活动稀疏、社会发展迟滞、地缘关系复杂等突出特点［38］，其交通设施建设亦面临诸多困难。但在西部大开发等政策扶持及建设者、科研人员的持续探索下，青藏高原现代综合交通运输趋于呈现体系化、高速化与完善化的新格局，不断取得诸多成就，包括2006年青藏铁路的全线通车、2013年墨脱公路的连通、2019年西藏乡镇公路的全覆盖等。据此，兼顾数据可得性与可比性，该研究以青藏高原215个县域为评价单元，探讨2015、2020年两期结果。

1.2 研究方法

1.2.1 评价指标体系构建

首先，基于既有研究，集成“量”“质”“势”“稳”改进交通优势度模型。其中，路网密度T1、干线影响度T2、道路连接度T4参照既有算法，交通可达性T3以加权通行时间成本计算，以成本低为优，故为负向指标，具体以各地经由所有公路、铁路站、机场到各目的地的最短时间的均值，并考虑运输结构加权综合计算得到。其次，良好自然环境是人和社会持续发展的基础，青藏高原是典型的生态环境脆弱区及重要生态安全屏障，故在既有研究基础上，结合青藏高原区位特点，考虑交通设施建设中可能的约束条件等，自然环境承载维度采用海拔高度、地表坡度、承载空间、生态价值四方面的指标［39-40］。第三，交通设施建设与服务功能的供给是满足人民对美好生活的向往，使发展成果惠及全体人民的重要表现，同时青藏高原还需关注边境地区地缘关系的特殊性与国土国民安全，从社会经济需求维度考虑人口规模、产业结构、经济效益及稳固边防需求。各计算说明见表1。

表1 评价指标体系

1.2.2 TOPSIS法

TOPSIS法是利用贴近理想结果、远离非理想结果的思路进行得分评判及排序的方法［45］。计算过程为：首先，对前述指标按属性采用抽样标准差法进行标准化处理，如式（1），以消除量纲影响且将坐标原点平移至样本中心位置，具有更好的可比性。式中，xi为某区县结果，X为其均值，n为区县数量。其次，以各指标得分中的最高值、最低值为最优、最劣解。第三，计算各评价单元的各项指标到最优解、最劣解的差，作为负向、正向两类距离。最后，以正向距离与两类距离之和的比，作为对理想解的贴近度，以此得到交通优势度、自然环境承载、社会经济需求方面的综合得分。具体计算基于SPSSAU软件。

1.2.3 结构差异度与相对关系指数

为完整反映各区县三个维度得分之间的差异性以及相对优劣，借鉴既有结构分析方法［46］，采用结构差异度指数V与相对关系指数R，判断三个维度间的关系及发现不足。其中，差异度指数V如式（2）：

式中：T、D、C分别为前述交通优势度、自然环境承载、社会经济需求水平，i为区县，V得分均≥0且越接近0表明各维度间越协调、对应性越好。在此基础上，判断不同维度间差异对总体差异度的贡献，进一步提取三者之间的占比，如式（3）：

式中：Vr为差异度贡献率，Vr＜33%表明对总体差异度贡献较小，Vr＞50%表明对总体差异度贡献突出。在明晰结构差异的基础上，为判断交通优势度、自然环境承载、社会经济需求水平间的相对优势，形成适应性的对策，基于区位商的思路构建相对关系指数，如式（4）：

式中：R以不同维度得分比例判断，结果以1为阈值划分，R（TC）>1为交通优势度下提供出行服务水平较自然环境的“供过于载”、R（DT）>1为交通较社会经济需求的“供不应求”、R（DC）>1为社会经济较自然环境的“需求过载”。

1.3 研究数据

针对前述研究内容与方法，涉及的数据包括交通矢量数据及运输数据，自然、生态方面的矢量或栅格类型的空间数据，以及人口经济方面的统计数据。数据来源与预处理见表2。

表2 数据来源与预处理

2 结果分析

2.1 交通优势度维度

首先，各区县路网密度整体较低但均有明显提升，县域差距悬殊导致高值区县在以西宁城区为核心的东部边缘及以拉萨为中心的南部地带高度极化，藏北高原限于高寒及多年冻土等的影响而存在大范围连片低密度、慢增长区县，藏东南边境的墨脱、察隅、错那及阿里地区札达、普兰等沿边区县同样较低。其次，干线影响度呈“中心-条带-散点”的分布特征，西宁等省会、主要城市等趋于享有较好的干线服务，西藏以桑珠孜区等较好，阿里地区噶尔县也因建有机场而形成局部相对高值，可见大型区域交通设施的建设仍很大程度地考虑了交通服务的相对均衡，铁路与航空运输的“从无到有”亦能作为提高部分区县对外联系的重点。第三，各区县对外平均通行时间由2015年的9.5～42.6 h改善为2020年的9.2～40.3 h。不同交通方式中，公路、铁路耗时较长且县际极差大，航空运输的时间成本压缩明显，体现了航空运输对青藏高原的重要作用，但区位影响下边远地区的可达性劣势仍然存在，比如阿里机场虽提升了噶尔县干线影响度，但可达性仍较差。第四，得益于“十三五”期间青藏高原乡镇道路的建设，各区县道路连接度明显提升，但高值分布相对分散，除部分市辖区成为较高得分中心外，北部也整体较好，但隆子、安多等县受高山峡谷地形影响而较差。

总的来看，以西宁城西区（2015年0.94，2020年0.97）等市辖区等为核心的青藏高原东北部区县，形成高值的连片分布，西藏则形成围绕拉萨城关区等市辖区（2015年0.50，2020年0.57）、日喀则桑珠孜区（2015年0.40，2020年0.51）等地市辖区的中心-外围结构，交通劣势区县在中西部及藏东南地区等形成连片分布（图1（i）、图1（j））。其中，中西部区县存在道路网络密度、干线影响度、可达性等方面的明显劣势，如具有机场等的噶尔县（2015年0.26，2020年0.22）等也限于区位劣势而不具备交通优势，而藏东南地区还在道路连接度方面具有欠缺，即当地交通系统稳定性较差。

图1 交通优势度维度结果

2.2 自然环境承载维度

首先，海拔高度方面，从适宜人类活动与交通设施建设的角度来看，主要是青藏高原中西部的区县，受海拔高度要素的约束更为明显。其次，地表坡度方面主要以青藏高原边缘地区起伏较大，尤其是藏东南与横断山区的区县该指标约束更突出，很大程度上给交通设施建设与运营带来较大困难。第三，生态价值高值区在以双湖县、尼玛县等为中心的中西部地区，2015—2020年整体变化并不明显，具有以青藏高原东南部区县趋于降低的特点，各县得分的均值降幅为0.30%，167个县域（占比77.7%）出现了降低。第四，承载空间以中北部范围较大的区县得分较高，以此为中心向周围递减，低值主要在以西宁、拉萨等为中心的区县。

总的来看，自然环境承载维度以青藏高原北部区县较高，而以拉萨为中心向东西延展的区域均呈低值带状分布，一定程度上与“交通优势度”的分布格局相反（图2（i）、图2（j））。此外，还值得关注的是，诸多区县该维度得分在研究期限内有所降低，反映青藏高原地区在研究期限内的发展可能趋于活跃但其模式或相对粗放，对地区自然生态系统形成了一定干扰。

图2 自然环境承载维度结果

2.3 社会经济需求维度

首先，人口规模表现为东部边缘及西北部区县较大，且后者在研究期限内增加明显；青藏高原内部的区县人口规模普遍相对较小，尤其以西藏西部区县人口更相对稀疏。其次，产业结构主要以青海西北部、西藏南部及青藏高原东部边缘等较高，市辖区往往较县、县级市高。西藏诸多区县研究期限内的经济结构转型较快，导致二三产业增量亦较明显。第三，稳固边防需求的空间分异寓于到边境的距离，28个（13%）边境县有直接的稳固边防的交通需求，27个（12.6%）县对稳固边防具有补充性、衔接性作用，二者占比总体来看相对较大。最后，人均GDP以西宁、成都部分区县及格尔木市等东部县域较突出，西藏内以拉萨、日喀则及林芝的市辖区相对较高，青海南部及西藏中西部相对较差，但研究期限内增长亦较快。

综合来看，在考虑稳固边防需求的情况下，社会经济需求综合得分较高的区县，主要在格尔木市及青藏高原边缘区县，对应着相对较多的（或潜在的）交通出行需求，而青藏高原中部区县相对较低（图3（i）、图3（j））。此外，研究期限内，得分较低的区县中，相当一部分的人口增长较明显，即当前交通出行需求可能较小，但未来出行需求的增长可能较明显，这也是未来交通设施建设与布局中值得关注的内容。

图3 社会经济需求维度结果

2.4 耦合协调及相对关系

首先，根据Pearson相关性发现交通优势度与自然环境承载、社会经济需求呈显著的正相关特点，且“供需关系”一定程度上相关更为紧密（表3）。其中，C1得分的增加（海拔降低）与交通优势度得分的正相关性最强，与既有研究提出青藏高原人口分布明显受海拔高度等环境影响的结论较相似［33］；而C3生态价值与C4承载空间基本表现为负相关，即二者得分较高的区县往往对应较低的交通优势度。社会经济需求方面，以人口规模D1与交通优势度的正相关性更突出，但值得一提的是，D3稳固边防需求与交通优势度基本表现为显著的负相关性，即边境区县的交通优势度有待改善。

表3 三个维度及指标之间的Pearson相关性

其次，结构差异度的结果表明，2015年36个、2020年28个县域在三个维度得分之间具有中等以上的结构性差异，空间上以青藏高原西北部分区县为主（图4（a）、图4（b）），是未来青藏高原交通设施优化布局中值得关注的部分。在此，如何以交通带动发展、形成保护尤为值得关注，而对青藏高原等大尺度生态脆弱区也尤为值得关注自然生态系统的稳定。从差异度结果来看，青藏高原西北部地区的结构性差异较大，主要来源于交通优势度与自然环境承载之间的不对应且以前者相对滞后。从差异度贡献率与相对关系来看，祁连山、横断山附近区县及格尔木等地，表现出交通较自然环境的“供过于载”；青藏高原中部及边境区县多表现出交通优势度与社会经济需求间的不对应，且二者为交通优势度条件下提供出行服务较社会经济需求的“供不应求”，特别是边境区县的差异在一定程度上对应着Pearson相关性结果中“稳固边防需求与交通优势度负相关”的特征；青藏高原北部与中东部存在大量且逐渐增多的“需求过载”型区县，未来相关区县应更强调对生态环境的保护。

图4 结构差异度与相对关系结果

从优化思路来看，青藏高原东南部等结构性差异较小、无上述三类结构性差异问题的区县，应发挥交通设施建设的规模效益及利用效率。而对相当一部分结构差异明显、交通与地域关系尚不够协调的区县而言，其优化需具体判别、因地制宜：首先，祁连山国家公园等在内的甘肃、青海东部、四川西部、云南北部的县域，以及西藏日喀则、拉萨、林芝等地市下辖的县域，交通优势度已相对超前或至少超前于其自然环境承载，未来应对社会经济需求的进一步提高，应重点关注交通线路的“提质”，着重提高道路质量与养护水平，新线路的建设以高技术等级道路为重点；第二，羌塘高原范围内及边境附近的区县结构性差异整体相对较大，但交通设施的优化仍需具体分析，尽管前者交通优势度偏弱，但综合三个维度看亦不适合大规模新建交通设施，可依据社会经济需求与自然环境承载间的关系特点考虑要素迁移，后者应重点建设高等级交通干线及衔接，以满足当地交通需求和国土凝聚力［47］。但边境地区交通运输也面临规模不经济的问题，故在充分尊重主观意愿的基础上，可适当引导羌塘高原双湖等县域的人口、社会经济要素向邻近边境集聚，既能更好地保障青藏高原的生态安全，又有助于边境一带促成点轴开发系统，实现民生福祉，以及保护与发展的双赢［48］；且在自然条件及运输规模经济的约束下，未来可在当地积极推行建设成本、生态环境影响、运输规模需求均较低的通用机场建设，并搭建配套服务与政策引导［49］。此外，曲麻莱、玛多等三江源地区县域，以社会经济需求与自然环境承载间的结构性差异较突出，故虽然上述地区或不具备交通优势，但对社会经济需求较自然环境承载“相对超前”的县域，应着重结合生态保护区的实际诉求，避免大规模新建交通设施。

3 结论与讨论

3.1 结论

青藏高原是中国重要的生态安全屏障，且显著区别于理论上的“均质平原”，其地域特点很大程度上决定了交通设施无法完全基于社会经济需求进行布局建设，甚至应避免建设。该研究综合考虑交通优势度与自然环境承载、社会经济需求等维度间的关系并搭建评价体系，以揭示县域存在的交通与所在区域不协调等问题，并尝试提出针对性的对策。

（1）交通优势度方面以西宁市辖区等为核心，沿青藏高原东部边缘地带呈带状优势分布特征，西藏也形成了围绕拉萨等地市辖区的中心-外围结构。限于区位劣势，具有机场等交通干线的噶尔县也不具备优势。自然环境承载和社会经济需求方面，得分在空间上具有一定的相反的分布特征，前者以中北部县域较高，且多数县域自然环境承载维度的得分趋低，而当前社会经济需求维度得分较高的县域主要在青藏高原中东部及边境一带，且未来可能相对较快地增长，上述两个趋势值得关注。

（2）各区县三个维度的得分整体表现为正相关性，但仍需要关注的是，存在相当部分区县（2015年36个，2020年28个）在三个维度的得分方面具有中度以上的结构性差异，即交通与地域之间的关系亟待优化。其中，中部区县交通服务与社会经济需求的相对过载，以及诸多边境县交通发展的“供不应求”等失调更为值得关注。

（3）针对青藏高原不同区县的三个维度的情况，尝试提出适应性的对策，尤其是针对交通、社会经济需求“过载”的区县，应避免大规模新增设施对地区可持续发展的负面影响，羌塘高原、三江源等地的县域可依据实际特点考虑向G219沿线边境县、周边人口相对集中的中心城市等地迁移人口等社会经济要素。边境具有“供不应求”问题的县域应加快建设高等级交通干线、改善道路网络衔接及发展通用航空运输，以满足居民出行需求和国土凝聚力，同时促成边境一带的点轴开发，进而促进交通与区域的协调、保护与发展的双赢。

3.2 讨论与展望

高质量发展导向下的交通问题并不局限于“交通”本身，需在保护与发展的权衡中判断。新时代背景下，青藏高原的交通设施建设发展迎来新契机，其高质量发展亦有赖于把握好交通作为增强发展活力、促进人地协调的新动能。该研究围绕交通优势度与自然环境承载、社会经济需求间的关系进行实证探讨，有益于对区域交通评价思路与方法提供补充，为交通设施体系、自然生态系统、人类社会系统的协同优化提供交通地理视角的参考，亦有助于对综合判断交通状况提供启示，更好地服务于国土空间规划及“十四五”期间基础设施建设要求。

此外，该研究仍有诸多不足及后续值得关注之处。其一，伴随川藏铁路全线建设，以及未来可能的人口迁移特点与影响等带来的新问题与新需求，仍有待基于情景对比加以进一步探讨、验证、更新；其二，囿于数据可得性，描述自然环境承载、社会经济需求等区域特征的指标尚不够详尽丰富，尤其是未能采用出行满意度等感知方面的真实数据；其三，青藏高原内区县面积普遍较大，未来仍需在更精细的空间尺度和更长的时间尺度梳理二者关系，深入判断优化“阈值”，即何种区位条件下，交通需求应让步于自然环境保护，或何种情况下应以满足社会经济需求为首要目标等，这也有助于提出更有针对性、更具有落地性的优化建议，更好地以交通设施优化服务于区域高质量发展［4］。