基于GIS四川縣域尺度人口聚集格局及層域劃分

竇馨逸，昌小莉，羅明良，譚亞玲，董丞妍

（西華師范大學(xué)a.國(guó)土資源學(xué)院；b.校醫(yī)院，四川南充637009）

基于GIS四川縣域尺度人口聚集格局及層域劃分

竇馨逸a，昌小莉a，羅明良a，譚亞玲b，董丞妍a

（西華師范大學(xué)a.國(guó)土資源學(xué)院；b.校醫(yī)院，四川南充637009）

近20年來(lái)四川省人口分布變化明顯，研究其時(shí)空變化特征具有重要意義。基于四川省1993、2003及2009年縣域人口數(shù)據(jù)，采用人口相對(duì)增量分析了縣域人口序列變化；利用熱點(diǎn)分析及引力模型，劃分了人口分布的聚集區(qū)、區(qū)域人口中心及其空間層域組合。結(jié)果表明，1993—2003年93%的縣域人口相對(duì)增長(zhǎng)，11個(gè)相對(duì)減少；2003～2009年92%的縣域人口相對(duì)增長(zhǎng)，12個(gè)相對(duì)降低。人口密度較大的區(qū)域集中于成都平原及川中丘陵區(qū)；人口熱點(diǎn)區(qū)趨向集中、冷點(diǎn)區(qū)減少，形成熱點(diǎn)—過(guò)渡—冷點(diǎn)區(qū)的圈層構(gòu)造。區(qū)域人口形成東西兩大分區(qū)，西區(qū)成都市為一級(jí)體系中心，涵蓋成都、樂(lè)山、西昌、會(huì)理及綿陽(yáng)、三臺(tái)等二級(jí)體系；川內(nèi)的其他縣域形成包括達(dá)州、南充、巴中、瀘州及宜賓等在內(nèi)的眾多二級(jí)分區(qū)，東區(qū)一級(jí)分區(qū)的中心城市尚未形成。自然地理環(huán)境、社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件及突發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害對(duì)四川省人口空間變化有較大影響。

人口分布格局；熱點(diǎn)分析；引力模型；縣域尺度；四川省

一、引言

人口問(wèn)題是人口、資源、環(huán)境及可持續(xù)發(fā)展的核心問(wèn)題之一［1］，人口增長(zhǎng)已經(jīng)給全球資源、環(huán)境承載能力造成了巨大壓力，人口分布空間格局的研究正日漸興起［2］。人口分布是人口發(fā)展過(guò)程在空間上的表現(xiàn)形式，是人口地理學(xué)的一個(gè)重要課題［3］。改革開(kāi)放以來(lái)，我國(guó)的人口區(qū)域空間格局表現(xiàn)出新的時(shí)代特征［4］，前人從全國(guó)尺度［4，5］、區(qū)域尺度［6，7］及典型區(qū)域城市［8，9］等不同尺度對(duì)人口空間格局進(jìn)行了研究。人口格局模型與模擬研究見(jiàn)于人口遷移空間格局模擬［10］、城市人口分布模擬［11-13］、全國(guó)尺度人口地理演變和分布研究［14，15］，以及中國(guó)流動(dòng)人口的地域模型的研究［16，17］。

四川是我國(guó)西部的人口大省，同時(shí)又是典型的多民族聚居地；地貌類(lèi)型復(fù)雜、人口總量大，人地關(guān)系如何協(xié)調(diào)發(fā)展一直受到關(guān)注［18］；在重慶單列直轄市、“成渝經(jīng)濟(jì)區(qū)”構(gòu)建以及新的區(qū)域經(jīng)濟(jì)格局初步形成等宏觀背景下，疊加近年來(lái)地質(zhì)災(zāi)害影響，人口時(shí)空分布格局如何協(xié)調(diào)與適應(yīng)，是值得關(guān)注的研究議題。本文以四川省為例，基于1993、2003及2009年縣域尺度人口數(shù)據(jù)，從時(shí)間和空間兩方面對(duì)20年四川人口變化進(jìn)行分析，基于人口相對(duì)增量分析了人口隨時(shí)間變化特征；利用熱點(diǎn)分析、引力模型，劃分了四川縣域人口分布的熱點(diǎn)—過(guò)渡—冷點(diǎn)區(qū)域，刻畫(huà)了不同尺度區(qū)域人口分布中心及其空間組合；并從自然和人文因素兩方面探討了人口格局演化原因。研究可以直觀揭示四川縣域尺度人口分布格局，為制定相關(guān)的人口優(yōu)化措施和城市規(guī)劃調(diào)控政策提供依據(jù)，也可為協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展水平、區(qū)域經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會(huì)的長(zhǎng)治久安提供參考［6］。

二、數(shù)據(jù)與方法

（一）數(shù)據(jù)來(lái)源

本文數(shù)據(jù)來(lái)源于四川省統(tǒng)計(jì)年鑒，收集了研究區(qū)域1993、2003及2009年的人口數(shù)據(jù)。研究區(qū)域內(nèi)因經(jīng)歷重慶市單列直轄市的行政區(qū)劃調(diào)整，因而縣域行政區(qū)劃按2009年管轄范圍實(shí)施統(tǒng)計(jì)分析。

（二）研究方法

1.人口相對(duì)增量及密度

人口增量即人口增長(zhǎng)數(shù)量，以2003及2009年人口數(shù)量為基準(zhǔn)，對(duì)1993—2003年、2003—2009年各縣人口總量增減情況進(jìn)行分析，建立分縣人口增量數(shù)據(jù)。人口密度是衡量人口分布的主要指標(biāo)，反映了一定地區(qū)的人口密集程度，用每平方千米常住的平均居民數(shù)量來(lái)表示，稱(chēng)為人口算術(shù)密度。人口密度掩蓋了所計(jì)算范圍的內(nèi)部差異，考慮的范圍越小人口密度就越能反映出人口分布的真實(shí)情況［3］。

式中，D為人口密度，P為人口數(shù)量（萬(wàn)人），S為面積（km2）。

Getis-OrdGi*指數(shù)主要通過(guò)對(duì)子區(qū)域中的信息分別進(jìn)行分析，探索區(qū)域信息變化，判斷區(qū)域內(nèi)部空間的異質(zhì)性，識(shí)別不同空間區(qū)域的高值簇與低值簇，即熱點(diǎn)區(qū)與冷點(diǎn)區(qū)的空間分布，能很好的反映某一區(qū)域與臨近區(qū)域單元屬性值的關(guān)聯(lián)程度，計(jì)算公式為［19］：

為便于解釋和比較，對(duì)公式（1）進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理后得到：

3.重力模型

研究旨在縣域尺度人口空間聯(lián)系大致情況，采用一般引力模型度量［20］：

通過(guò)遍歷計(jì)算，即可得到各個(gè)縣市區(qū)Ci對(duì)應(yīng)的引力最大縣市區(qū)Ci。在ArcGIS中，將Ci及Ci兩兩連線，即可得到各個(gè)縣市區(qū)“最大引力連接線”分布；四川省縣域單元多達(dá)158個(gè)，“最大引力連接線”使圖面信息龐雜，研究在“最大引力連接線”基礎(chǔ)上，構(gòu)建四川省縣域尺度人口體系空間組合。

三、結(jié)果與分析

（一）人口數(shù)量時(shí)序變化特征

基于1993、2003及2009年人口數(shù)量，運(yùn)用Arc-Scence對(duì)人口數(shù)量進(jìn)行三維渲染分析，得到以下人口數(shù)量（圖1）。從圖1.a、b及c可以看出，四川省縣域人口分布不均勻，20年來(lái)成都市人口一支獨(dú)大；整體看來(lái)成都平原和川中丘陵區(qū)人口數(shù)量最大［21］，川南次之，川西高原地區(qū)人口最少。1993年人口超過(guò)百萬(wàn)的縣市有23個(gè)，其中成都市超過(guò)兩百萬(wàn)；此外百萬(wàn)人口聚集縣域最多的區(qū)域是川中丘陵地區(qū)，再次是川南地區(qū)。2003年百萬(wàn)人口縣市數(shù)量有所增加，百萬(wàn)人口縣市為27個(gè)，成都市人口達(dá)到360萬(wàn)。2009年百萬(wàn)人口縣市達(dá)到29個(gè)，成都市人口超過(guò)400萬(wàn)；顯然成都市人口增長(zhǎng)速度遠(yuǎn)超于各縣市。從四川省人口總量上看，1993—2003年人口增長(zhǎng)了400多萬(wàn)，但是2003—2009年6年間人口增長(zhǎng)數(shù)量比前十年還要多數(shù)十萬(wàn)。

圖1　四川縣域人口分布總體特征

（二）人口相對(duì)增量

圖2　四川人口相對(duì)增量

圖3　四川人口分布熱點(diǎn)區(qū)域演變

基于人口相對(duì)增量數(shù)據(jù)，基于人口相對(duì)增量專(zhuān)題圖（圖2）。從圖2.a可見(jiàn)1993—2003年人口增長(zhǎng)超過(guò)10萬(wàn)人的有8個(gè)縣市，其中成都市增長(zhǎng)達(dá)67萬(wàn)人，川中丘陵區(qū)是另一顯著增長(zhǎng)區(qū)域。2003—2009年增長(zhǎng)超過(guò)10萬(wàn)人的縣市有6個(gè)，成都市人口增長(zhǎng)最快，川中丘陵區(qū)次之。從圖2可知人口增長(zhǎng)數(shù)量較大的地區(qū)也是人口數(shù)量較多的地區(qū)，部分縣市區(qū)人口持續(xù)增長(zhǎng)。川中丘陵區(qū)的遂寧、南充、廣安、綿陽(yáng)等地自然地理?xiàng)l件較好，兼之位于成都、重慶經(jīng)濟(jì)輻射范圍內(nèi)；近期受“成渝經(jīng)濟(jì)區(qū)”的宏觀影響，經(jīng)濟(jì)發(fā)展較快，人口增長(zhǎng)也較快［22］；瀘州市區(qū)人口增加則是因?yàn)?995年行政區(qū)劃調(diào)整，瀘縣的11個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)劃歸給瀘州市區(qū)。

以人口相對(duì)減少5萬(wàn)人為標(biāo)準(zhǔn)，1993—2003年蓬溪、瀘縣及沐川，2003—2009年安縣、榮縣、富順縣人口相對(duì)負(fù)增長(zhǎng)較為顯著。人口減少的重要原因之一即是地質(zhì)災(zāi)害，如汶川由2003年11.3萬(wàn)人減少到2009年10.3萬(wàn)人，鄭長(zhǎng)德［23］、沈茂英［24］對(duì)災(zāi)區(qū)人口分布變動(dòng)的研究，和本文研究結(jié)果較為相似；其二是行政區(qū)劃調(diào)整，如納溪、瀘縣、蓬溪等縣市；其三是人口流動(dòng)，如青神、鹽亭等縣市，大量人口向城市移動(dòng)［25］。

（三）人口分布熱點(diǎn)區(qū)

為揭示四川縣域人口分布熱點(diǎn)區(qū)域變化特征，以1993、2003及2009年的人口密度為依據(jù)，得到相應(yīng)的人口分布熱點(diǎn)圖3.a～c?；贕etis-OrdGi*指數(shù)的冷熱點(diǎn)劃分標(biāo)準(zhǔn)［26］，四川省縣域人口分布存在明顯的“熱點(diǎn)區(qū)—過(guò)渡區(qū)—冷點(diǎn)區(qū)”的整體圈層結(jié)構(gòu)。

表1　2009年四川人口區(qū)熱點(diǎn)區(qū)分布

熱點(diǎn)區(qū)在1993—2003、冷點(diǎn)區(qū)在2003—2009年間有一定調(diào)整：熱點(diǎn)區(qū)域形成長(zhǎng)軸西北—東南向約260km、短軸西南—東北向約230km的半橢圓，向都江堰、郫縣、成都、簡(jiǎn)陽(yáng)、樂(lè)至一線的長(zhǎng)軸中心收縮，短軸中東北部的梓潼、南部、儀隴及西南部的南溪縣由人口集中分布的熱點(diǎn)區(qū)退化為次熱點(diǎn)區(qū)。冷點(diǎn)區(qū)域成弧形，弧心指向熱點(diǎn)區(qū)域；冷點(diǎn)區(qū)域在2003—2009年間經(jīng)歷調(diào)整，最終形成由松潘、紅原、馬爾康、金川、爐霍、丹巴、道孚、康定、瀘定、石棉、九龍、甘洛、冕寧、越西、美姑、喜德、西昌、昭覺(jué)、普格、德昌及布拖等21縣組成的人口密度冷點(diǎn)區(qū)域。冷點(diǎn)區(qū)域及熱點(diǎn)區(qū)域之間為過(guò)渡區(qū)域，總體上以龍門(mén)山區(qū)、峨眉中山區(qū)及涼山山原區(qū)為主。縣域人口分布的圈層結(jié)構(gòu)上與四川省地貌格局相吻合，即地形起伏度不大的平原及丘陵區(qū)構(gòu)成四川人口熱點(diǎn)集中分布區(qū)；盆周山地形成典型的人口稀少區(qū)域；而高原區(qū)人口略有增加。2009年最終得到的人口密度的熱點(diǎn)區(qū)、次熱點(diǎn)區(qū)、過(guò)渡區(qū)、次冷點(diǎn)區(qū)及冷點(diǎn)區(qū)詳見(jiàn)表1。

（四）區(qū)域人口中心及其空間組合體系

表2　2009年四川省縣域人口多尺度中心及其空間組合

前述對(duì)人口分布熱點(diǎn)區(qū)研究發(fā)現(xiàn)，1993—2003以及2003—2009年間總體差異不大，本節(jié)以2009年四川省分縣人口數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，采用引力模型對(duì)人口聚集中心及其組合特征進(jìn)行了分析。鑒于四川省幅員廣闊及“成渝經(jīng)濟(jì)區(qū)”對(duì)東部人口吸引的實(shí)際情況，研究發(fā)現(xiàn)采用b=1分析四川縣域人口一級(jí)二級(jí)分區(qū)較為適宜；b=2適用于劃分三級(jí)分區(qū)。

研究首先采用b=1計(jì)算縣域人口聚集中心及其空間組合，將四川縣域人口聚集中心分為東西兩個(gè)一級(jí)分區(qū)：西部包括成都平原及其周邊縣市區(qū)，以及其北部、南部及西部的廣泛地區(qū)；其他東部地區(qū)整體構(gòu)成一級(jí)分區(qū)。值得關(guān)注的是，由于川東北、川東南人口均較為密集，加以“成渝經(jīng)濟(jì)區(qū)”中重慶的引力作用，導(dǎo)致東部地區(qū)的一級(jí)人口聚集中心尚未形成，僅有以達(dá)縣、平昌、巴中、渠縣、南充、射洪、安岳、資中、自貢、瀘縣及宜賓為中心的二級(jí)人口體系，各中心及其人口空間組合詳見(jiàn)表2。與東部高密度人口分布、多個(gè)二級(jí)中心的形成完全相反，西部成形的二級(jí)中心僅有成都、廣元、綿陽(yáng)、三臺(tái)、樂(lè)山、西昌、會(huì)理，其下屬的各縣市區(qū)詳見(jiàn)表2；成都二級(jí)體系龐大，涵蓋的典型區(qū)域包括阿壩、甘孜、鹽源、康定等，約占四川省總面積的55%。

考慮到成都及其空間組合的二級(jí)人口體系過(guò)大，研究采用b=2分解成都二級(jí)體系，以得到三級(jí)體系及其空間組合。最終得到的細(xì)分三級(jí)體系中心有甘孜-阿壩、彭州、崇慶、眉山、成都、康定、漢源、鹽源、越西、美姑、昭覺(jué)以及馬邊。在三級(jí)體系中甘孜—阿壩仍占據(jù)四川省約34%的面積，但其人口只占四川總?cè)丝诘?.77%，是典型的人口稀疏區(qū)。

圖4　2009年四川省縣域尺度人口體系組合

四、人口分布影響因素

（一）自然地理?xiàng)l件

從地形起伏度分析了自然因素對(duì)人口分布的影響。根據(jù)數(shù)字地貌制圖規(guī)范，基于地形起伏度將四川省分為平原（＜30m）、臺(tái)地（30～70m）、丘陵（70～200m）、小起伏山地（200～500m）、中起伏山地（500～1000m）、大起伏山地（1000～2500m）、極大起伏山地（＞2500m）［27］七級(jí)。由圖5可知近20a年來(lái)成都平原及中起伏山地區(qū)人口總增量基本維持平衡，臺(tái)地、丘陵和小起伏山地等區(qū)域的人口增量明顯。中起伏山地地區(qū)由于地勢(shì)起伏較大、交通不便等原因，20a來(lái)人口增量并不大。平原區(qū)地勢(shì)平坦、土壤肥沃、農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)好，人口較為稠密；但由于省內(nèi)平原比例較小，起伏不大的臺(tái)地、丘陵及小起伏山地等地貌區(qū)是人口最多的區(qū)域，該區(qū)域是四川人口分布的熱點(diǎn)地區(qū)，約占總?cè)丝?3%。

圖5　1993—2009年不同地形起伏度區(qū)域人口總量變化

（二）社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件

人口分布受到包括政治因素、經(jīng)濟(jì)發(fā)展情況和交通狀況等在內(nèi)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素影響，綜合反映人口遷移的社會(huì)現(xiàn)象。在政治文化因素促進(jìn)人口的集聚方面，成都市是四川省的政治中心，具有更好的基礎(chǔ)設(shè)施、就業(yè)機(jī)會(huì)和更好的生活環(huán)境，是近20年人口相對(duì)增量較大的區(qū)域；秉承歷史人口基數(shù)，現(xiàn)在已經(jīng)成為四川省人口密度最大的地區(qū)。川中丘陵地區(qū)的南充市高等教育密集分布，以及廣安、巴中等的特色資源形成區(qū)域名片，人口也呈密集分布。區(qū)域GDP的空間分布和人口分布呈正相關(guān)態(tài)勢(shì)。經(jīng)濟(jì)越發(fā)達(dá)的地區(qū)人口越多，經(jīng)濟(jì)不發(fā)達(dá)的地區(qū)人口相對(duì)較少。成都市是四川省的經(jīng)濟(jì)中心，對(duì)區(qū)域人口聚集有很大的引力；而“成渝經(jīng)濟(jì)區(qū)”的構(gòu)建，影響了四川人口向東遷移，形成西部多級(jí)中心集聚、東部人口聚集中心較為分散的格局。交通干線尤其是鐵路和公路的分布使人口呈條帶型分布并和人口分布呈正相關(guān)。成渝、成寶、成昆等主要鐵路以及成渝、成綿高速公路沿線是人口聚集區(qū)域之一；川東北的南充、廣安、巴中及達(dá)州等市的鐵路、高速路網(wǎng)不斷改善也推動(dòng)當(dāng)?shù)氐娜丝诎l(fā)展。

多方面的社會(huì)因素相互影響和聯(lián)系，共同影響了四川省縣域尺度人口分布。人口趨向于大、中等城市及GDP較高、交通條件較好的區(qū)域。四川人口主要向川東北、川東南的大、中等城市移動(dòng)，如成都市及其周邊的溫江、新都及雙流；川東南的自貢、富順和川東北的西充、南充、蓬安等城市。

五、結(jié)論

基于GIS的人口空間分析能夠比較全面地反映四川省人口的分布狀況。通過(guò)對(duì)四川省縣域尺度時(shí)空研究可以得到以下結(jié)論：1993—2003年93%的縣域人口相對(duì)增長(zhǎng)，11個(gè)相對(duì)減少；2003—2009年92%的縣域人口相對(duì)增長(zhǎng)，12個(gè)相對(duì)降低。人口集中分布在成都平原及川中丘陵區(qū)，1993—2009年人口熱點(diǎn)區(qū)域分布更集中，冷點(diǎn)區(qū)域減少，人口更趨于集中化。四川省縣域尺度人口分為東西兩大分區(qū)，西區(qū)以成都市為一級(jí)中心；東區(qū)人口中心城市尚未成形，聚集中心較為分散。總體上人口分布主要受到自然地理?xiàng)l件及社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件影響。

縣域尺度人口分析較為宏觀的把握了四川縣域人口分布，沒(méi)有對(duì)縣級(jí)以下的城市進(jìn)行分析；由于縣市區(qū)行政調(diào)整，兼之研究時(shí)間跨度較大，其結(jié)論可能存在偏差。未來(lái)的研究應(yīng)當(dāng)從人口數(shù)據(jù)柵格化等方面展開(kāi)，以得到人口精細(xì)化分布格局。

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Population Spatiotemporal Pattern at County Scale in Sichuan Province based on GIS

DOU Xin-yia，CHANG Xiao-lia，LUO Ming-lianga，TAN Ya-lingb，DONG Cheng-yana
（a.Land And Resource School；b.Hospital of China West Nromal University，Nanchong Sichuan，637009）

Great changes have taken place in every county of Sichuan at recent 20a，and it is very significance to investigate the spatiotemporal distribution characteristic in Sichuan province.This paper analysed the population changes in county scale at 1993，2003 and 2009 based on GIS technology with the parameters of population relative increment，population density，hotspot areas，population center of gravity.The terrain relief and elevation variation coefficient was used to explain the influence factor in physical environment.The result shows that from 1993 to 2003 there are about 93%counties in which population continues to grow while in other 11 counties population becomes less.When it comes to 2003-2009，population continues to grow in about 92% counties while other 12 counties become less.The larger clustered distribution of population density locates in Chengdu Plain and the Sichuan hilly region.Since nearly 20a，the population center of gravity overall is located in Ziyang city，the population center shifts to southwest in 1993-2003，to north-east in 2003-2009.The population spatial distribution shows a clustered phenomenon. The extent of hotspots tends to concentrate while the population descrease in cold-spot area.Natural conditions，social economic conditions and unexpected geological disasters in sichuan province has a great influence on the spatial change.

Population Spatiotemporal pattern；hotspot analysis；gravity model；county scale；Sichuan province

C924.24

A

1007-0672（2015）01-0012-05

2014-07-04

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（項(xiàng)目批準(zhǔn)號(hào)：41101348）、師范院校地理信息科學(xué)專(zhuān)業(yè)“三三制”人才培養(yǎng)項(xiàng)目（項(xiàng)目批準(zhǔn)號(hào)：403265）。

竇馨逸，女，四川樂(lè)山人，西華師范大學(xué)，研究方向：GIS應(yīng)用；羅明良（通訊作者），男，河南信陽(yáng)人，博士后，西華師范大學(xué)副教授，研究方向：GIS應(yīng)用及數(shù)字地貌。