許　均，周國華,　唐承麗，高　靜

(1.湖南師范大學 資源與環(huán)境科學學院，湖南 長沙　410081；2.重慶師范大學 地理與旅游學院，重慶　400047)

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長沙都市圈空間界定的定量研究

許均1，周國華1,唐承麗1，高靜2

(1.湖南師范大學 資源與環(huán)境科學學院，湖南 長沙410081；2.重慶師范大學 地理與旅游學院，重慶400047)

摘要：都市圈作為經(jīng)濟社會發(fā)展重要的地理形態(tài)之一，一直以來備受關(guān)注，對都市圈進行空間范圍界定是研究都市圈空間結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ).長沙都市圈是長株潭城群的核心，合理界定都市圈的地域范圍有助于長沙與周邊地區(qū)的資源整合，促進經(jīng)濟社會協(xié)調(diào)發(fā)展.借鑒國內(nèi)外成熟的都市圈范圍界定方法，將經(jīng)濟距離和城市綜合質(zhì)量引入引力模型和場強模型中，基于縣域尺度，以長沙市區(qū)周邊200km為輻射半徑，最終得到都市圈地域范圍為包括長沙市區(qū)在內(nèi)的27個縣、市、市區(qū).并用經(jīng)濟距離、引力和場強組成判斷向量，把長沙都市圈劃分為三個圈層：核心圈層、緊密圈層、機會圈層.

關(guān)鍵詞：長沙都市圈；經(jīng)濟距離；引力模型；場強模型；空間界定

引言

都市圈或大都市區(qū)是經(jīng)濟社會高度一體化的地理單元，在目前國內(nèi)外的都市圈或大都市區(qū)的研究中，一般把都市圈界定為以大城市為依托，以極為便捷的交通體系為紐帶，以城市職能的空間聚集與擴散為條件，以核心城市與外圍地區(qū)有效的資源整合為結(jié)果，以生活圈的空間范圍為界限，超越行政區(qū)劃發(fā)展的高度一體化的地域形態(tài)[1].國內(nèi)外學者依據(jù)區(qū)域發(fā)展的不同階段與特點，形成多種理論研究方向，提出許多較為相近的城鎮(zhèn)空間形態(tài)的概念[2].隨著我國城市化步伐的加快，渤海灣、長三角、珠三角都市圈已經(jīng)形成，并正在形成一批初具規(guī)模的都市圈.但都市圈如何進行準確地界定一直是我國地理學者、經(jīng)濟學者關(guān)注的熱點.早先的學者對都市圈的空間界定大部分停留在定性層面，方法較為單一.如謀士姚等以城市群的角度來判定都市圈，主要指標是范圍內(nèi)的總?cè)丝谠?500萬到3000萬之間，城鎮(zhèn)人口比例超過40%[3].孫胤社以北京市為例，客流量與北京的比值在50%以上的縣城將其劃入北京大都市區(qū)[4].之后眾多學者把定量方法帶到了都市圈的空間界定研究.高汝熹、羅明義認為在進行都市圈的空間劃分時，應(yīng)該以核心城市也就是首位城市為中心，以若干中小城市為依托，綜合考慮城市之間交通便捷度，并考慮行政區(qū)劃完整性等原則，強調(diào)了首位城市對外圍地區(qū)的影響但忽略了它們之間的相互作用[5].楊開忠等學者在都市圈的空間界定中引入引力模型、場強模型等定量方法，并采用了城區(qū)市區(qū)人口、城市時間距離等指標對北京都市圈進行定量研究[6].張召堂等人權(quán)衡了各種定量方法的優(yōu)缺點，采取了高汝喜的經(jīng)濟距離計算方法.并在最后的范圍確定中引用了判別向量[7].

隨后一大批學者相繼對南京、武漢、廣州、長春、西安、沈陽、等城市[8-13]進行了不同輻射半徑和不同尺度的都市圈空間界定研究.湖南省的都市圈研究主要集中于長株潭城市群的空間界定[14]，對長沙都市圈空間范圍界定的定量研究相對較少.中國宏觀經(jīng)濟學會提出過長沙都市圈的概念，主要由長沙、湘潭、株洲、婁底、益陽、衡陽、常德以及江西省的萍鄉(xiāng)等城市構(gòu)成.史永銘、談文勝等提出了“環(huán)長沙一小時經(jīng)濟圈”的概念，主要是以長沙市為中心，及其周邊的株洲、湘潭、益陽、婁底、常德、衡陽等組成的1小時經(jīng)濟圈.本研究采用經(jīng)濟距離、引力模型和場強模型等定量方法對長沙都市圈進行地域范圍界定，為長沙市作為湖南省省會以及長株潭城市群核心城市的戰(zhàn)略發(fā)展提供科學依據(jù)和政策支持.

1研究區(qū)概況與都市圈輻射半徑選取

1.1研究區(qū)域概況

長沙是湖南省省會，也是長株潭城市群的核心城市，一直發(fā)揮著良好的集聚與擴散作用.截止2014年底，長沙市的GDP總量占全省的28.9%，人均GDP是全省平均水平的2.7倍，經(jīng)濟總量占長株潭城市群總量的67.8%.固定資產(chǎn)投資、工業(yè)增加值和社會消費品零售總額分別為全省27.5%、33.4%和31.3%.

1.2都市圈輻射半徑選取

都市圈是由核心城市和經(jīng)濟聯(lián)系緊密的腹地組成，目前較多的城市輻射半徑是以“一小時經(jīng)濟圈”或“一小時生活圈”即一小時之內(nèi)交通可以到達的地方為依據(jù).湖南省內(nèi)經(jīng)濟聯(lián)系主要是以公路和鐵路運輸為主，隨著高速公路體系的完善，公路交通運輸主要以高速公路為主，平均時速可達到90-120km.隨著武廣高鐵湖南段的開通，湖南省的鐵路交通迎來了更大的發(fā)展，高鐵的平均時速可達到250-350km.從這兩種交通方式來看，“一小時高速公路經(jīng)濟圈”輻射半徑在100km左右，“一小時高速鐵路圈”輻射半徑在300km左右.但是，以高速鐵路時速為輻射半徑勢必會擴大都市圈的影響范圍，單純以高速公路時速也相對縮小了都市圈的影響范圍，本研究參考了國內(nèi)其他省會城市的都市圈相關(guān)研究，發(fā)現(xiàn)大多數(shù)城市都在200km左右，如成都都市圈把30-50km劃為緊密層，50-150km劃為松散層、武漢都市圈明確提出100km為輻射范圍、蘭州根據(jù)《蘭州都市圈規(guī)劃綱要》，以蘭州西站為中心, 以半徑為100km為空間范圍等.核心城市的輻射半徑不應(yīng)過小也不應(yīng)過大，綜合考慮本研究的長沙都市圈的研究半徑在200km較為合理，研究對象為32縣、市、市區(qū).

2研究方法

2.1數(shù)據(jù)來源

本研究的城市質(zhì)量研究數(shù)據(jù)來源于湖南省2014年統(tǒng)計年鑒及相關(guān)縣、市、市區(qū)國民經(jīng)濟和和社會發(fā)展統(tǒng)計公報.部分數(shù)據(jù)參考縣、市、市區(qū)科技局網(wǎng)站.空間距離數(shù)據(jù)和鐵路、公路車次信息來源于中國客運站網(wǎng)站、湖南省汽車客運站便民服務(wù)網(wǎng)站和中國鐵路客戶服務(wù)中心網(wǎng)站.

2.2引力模型與場強模型

區(qū)域空間相互作用一直以來是國內(nèi)外地理學界研究的熱點，區(qū)域經(jīng)濟聯(lián)系研究開始于上世紀50年代，之后賴利( W.Reily )的“ 零售引力定律”、康弗(P. D.Converse)的“斷裂點模型”、齊普夫(G.K.Zips)的“引力模型”等[16-17]為城市間經(jīng)濟聯(lián)系的定量研究提供了方法.在一般的區(qū)域研究中應(yīng)用較多的是下式中的表達方式.

(1)

式中：Iij為i城市和j城市之間的引力, K為引力系數(shù)，Sj為核心城市的場強.為了便于研究，本研究取K=1；Mi和Mj表示某種社會測度的量，ai和βj兩指數(shù)分別表示i和j兩城市的測度量的影響力，取值的大小和測度量影響力的大小正相關(guān)；D表示i和j城市間的空間距離，γ為距離摩擦系數(shù)，系數(shù)越大，城市間距離的影響越大，系數(shù)越小，城市間距離的影響越小.大量研究表明，γ值取2比較合適[18].這樣表示城市之間的相互作用與城市的質(zhì)量正相關(guān)，與城市之間的距離負相關(guān).

2.3模型修正

2.3.1空間距離修正簡單地把兩座城市之間的距離作為研究的空間距離很難具有說服力，在實際的經(jīng)濟聯(lián)系中還必須考慮社會、經(jīng)濟、交通等因素的存在.因此，本研究采取的是經(jīng)濟距離這一概念.目前，經(jīng)濟距離的定量方法應(yīng)用較為廣泛的是高汝熹教授提出的.其公式為

E=a*b*D

(2)

式中:E為城市之間的經(jīng)濟距離，D為城市之間實際的空間距離，a與b為修正權(quán)數(shù).a為第一次修正權(quán)數(shù)(通勤距離修正權(quán)數(shù))，取值大小由兩者之間交通便捷度決定；b為第二次修正權(quán)數(shù)(經(jīng)濟落差修正數(shù))，取值大小由外圍城市與核心城市的人均GDP之比決定.具體取值見表1.

表1　修正權(quán)數(shù)

2.3.2城市質(zhì)量界定城市質(zhì)量用何種確切的指標來確定，目前還沒有統(tǒng)一的標準.現(xiàn)有研究中，大部分學者選取的都是人口數(shù)量或GDP等，部分學者采取人口數(shù)量、GDP與建成區(qū)面積或財政收入開立方來代表城市質(zhì)量，這樣界定雖然便于研究，但城鎮(zhèn)質(zhì)量是對城鎮(zhèn)經(jīng)濟、社會、文化、科技、醫(yī)療等方面的綜合發(fā)展實力的評定，所以，在進行城市綜合質(zhì)量層次指標體系構(gòu)建時，需要綜合考慮上述影響因素.基于此，在分析諸影響因素的基礎(chǔ)上，依據(jù)數(shù)據(jù)的可得性，從城鎮(zhèn)規(guī)模、城鎮(zhèn)經(jīng)濟、城鎮(zhèn)生活三個方面的14個指標構(gòu)建了評價指標體系(表2).

表2　城市質(zhì)量綜合評價指標體系

3都市圈空間界定量化分析

3.1城市質(zhì)量

城市綜合實力的大小對周圍城市的吸引力和輻射能力有很大的影響.對32個縣、市、市區(qū)采取建立綜合指標體系測度城市質(zhì)量，運用主成分分析方法，對表2的14個統(tǒng)計數(shù)據(jù)進行處理，最終，根據(jù)主成分分析結(jié)果得到各城市綜合得分Z，其中Z值可能有負數(shù)出現(xiàn)，為了便于計算，本研究將所得綜合得分Z值進行加2正值化后再乘以100，結(jié)果如表3所示.

結(jié)果分析：長沙市區(qū)2014年底常住人口達367.6萬人，市區(qū)城鎮(zhèn)化率達90%左右.此外，長沙市區(qū)GDP達到了4033.6億元，是第二名常德市的4倍多，主成分最終綜合得分是排在第二名株洲市的4倍多，完全滿足其作為核心城市的基本條件.

表3　城市綜合質(zhì)量

表4　各城市空間距離與經(jīng)濟距離(單位：km)

3.2經(jīng)濟距離

表5　經(jīng)濟距離分組

經(jīng)濟距離不同于空間距離的是其考慮了城市之間的綜合交通方式，由于湖南省內(nèi)城市之間有水路運輸和航空聯(lián)系的較少，所以，本研究采用的交通聯(lián)系方式為公路交通和鐵路交通.由于湖南省近年來高鐵發(fā)展勢頭迅猛，所以鐵路交通分為普通鐵路和高速鐵路兩種方式.根據(jù)所得數(shù)據(jù)，求出城市之間的經(jīng)濟距離，見表4.將求出的經(jīng)濟距離由大到小分為4組，經(jīng)濟距離越大，組號越大，反之越小，最后依據(jù)各城市經(jīng)濟距離所在組號給經(jīng)濟距離判定值賦值，具體結(jié)果如表5所示.

3.3引力和場強計算

在城市綜合質(zhì)量和經(jīng)濟距離的基礎(chǔ)上對城市之間引力和場強進行測度.應(yīng)用引力模型和場強模型計算出長沙都市圈內(nèi)城市之間的經(jīng)濟聯(lián)系量和場強強度，見表6.依據(jù)所得引力和場強值，將備選城市分為以下四組.如表7和表8所示.

表6　各城市引力與場強

表7　引力分組

表8　場強分組

4長沙都市圈地域范圍劃定

根據(jù)都市圈的定量計算，可以分別得到各個城市的城市質(zhì)量、引力和場強.城市質(zhì)量代表了城市的綜合實力，引力和場強代表了城市與核心城市之間的相互作用關(guān)系，這三者的大小與長沙市的經(jīng)濟聯(lián)系大小總體上呈正相關(guān)，在一定的影響范圍內(nèi)，城市質(zhì)量越大，與長沙市的經(jīng)濟往來越多，引力和場強越大，與長沙市的經(jīng)濟聯(lián)系和社會關(guān)聯(lián)也相應(yīng)的更緊密.所以從三個判斷向量的大小可以判定該城市是否能劃入到長沙都市圈和劃入哪個圈層.

引入判別向量(E,I,S),判定的規(guī)則為：假如(E′，I′，S′)有任何兩個或兩個以上值為1則劃入核心圈層；有任何兩個或者兩個以上值為2則劃入緊密圈層；有任何兩個或者兩個以上值為3則劃入機會圈層，假如三個值都為4則不劃入長沙都市圈，反之都應(yīng)劃入.最終結(jié)果如表9所示.

表9　判別向量

圖1　長沙都市圈地域范圍與圈層結(jié)構(gòu)Fig.1　The region and structures of Changsha Metropolitan area

衡東縣、雙峰縣、南縣、桃源縣、衡陽縣這5座城市因為與長沙市間沒有普快和高鐵，只有公路交通聯(lián)系，導(dǎo)致距長沙市的經(jīng)濟距離都在220km以上，加上本身的經(jīng)濟實力不強，引力和場強相應(yīng)較小，與長沙市的經(jīng)濟聯(lián)系較弱，三個判別向量都為4，故不劃入長沙都市圈的影響范圍.最終結(jié)果表明，長沙市都市圈包括27個縣級行政單位，其中8各市區(qū)為長沙市區(qū)、株洲市區(qū)、湘潭市區(qū)、益陽市區(qū)、婁底市區(qū)、常德市區(qū)、岳陽市區(qū)、衡陽市區(qū)；11個縣為長沙縣、寧鄉(xiāng)縣、湘潭縣、湘陰縣、株洲縣、衡山縣、攸縣、岳陽縣、平江縣、漢壽縣、桃江縣；8個縣級市為瀏陽市、醴陵市、湘鄉(xiāng)市、韶山市、汨羅市、臨湘市、沅江市、漣源市.綜合上述結(jié)果，結(jié)合判斷向量的劃定，可以把長沙都市圈的范圍劃為三個等級，如圖1所示，分別為核心圈層、緊密圈層、機會圈層.

5結(jié)論與討論

城市群和都市圈是城市發(fā)展到一定階段的必然趨勢，主要推動力在于科技的進步、交通通訊條件的改變、經(jīng)濟實力的提升等.都市圈的形成與發(fā)展，促進了要素的流通，降低了資源配置的交易成本，從而推動了區(qū)域一體化發(fā)展.本研究應(yīng)用了改進的引力模型和場強模型對長沙都市圈進行了空間界定，并在地域范圍的基礎(chǔ)上進行了等級劃分，最終形成了三個圈層結(jié)構(gòu)：核心圈層、緊密圈層和機會圈層.

核心圈層：這個圈層是長沙都市圈最核心的部分，包括了長沙市區(qū)在內(nèi)的14個縣、市、市區(qū).數(shù)量占長沙都市圈輻射城市數(shù)量的一半，這些地區(qū)大部分有較優(yōu)越的交通條件，并與長沙市區(qū)距離較近，形成一個與長沙市區(qū)聯(lián)系緊密的城鎮(zhèn)群體.

緊密圈層：這個圈層包含了5個縣、市、市區(qū)，這些城市對長沙經(jīng)濟發(fā)展的依附性較高，其中，衡陽市區(qū)和婁底市區(qū)離長沙市區(qū)較遠，但良好的交通條件和緊密的經(jīng)濟聯(lián)系，為長沙都市圈的發(fā)展提供了強大的市場.

機會圈層：這個圈層涵蓋了7個縣、市、市區(qū)，由于距長沙市區(qū)較遠和公共交通方式受限，再加上自身經(jīng)濟實力不強，在長沙都市圈的發(fā)展過程中處于邊緣地區(qū)，需要不斷提升自身綜合實力，加強與長沙市區(qū)的經(jīng)濟聯(lián)系，改變目前經(jīng)濟發(fā)展的不利條件.

都市圈是在一定的區(qū)域范圍內(nèi)，以一個或者多個經(jīng)濟實力超強的大城市為核心城市，并以一系列性質(zhì)、功能、規(guī)模不同的中小城市為依托，構(gòu)成的聯(lián)系緊密的空間組織.因此，長沙都市圈在制定發(fā)展戰(zhàn)略的過程中，必須發(fā)揮各個城市的特色，協(xié)調(diào)好各城市的功能，提升效率，實現(xiàn)都市圈協(xié)調(diào)、有序發(fā)展.

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Quantitative Analysis of Spatial Scale Demarcation of Changsha Metropolitan Area

XU Jun1，ZHOU Guo-hua1，TANG Cheng-li1，GAO Jing2

(1.School of Resources and Environment Science, Hunan Normal University, Changsha 410081, China；2.College of Geographical Science and Tourism，Chongqing Normal University，Chongqing 400047，China)

Abstract:Metropolitan area, as an important geography appearance in the development of social and economic, has been in focus. Defining the spatial scope is the foundation to study spatial structure of metropolitan area. Changsha metropolitan area is the core of Changsha-Zhuzhou-Xiangtan urban agglomeration, thus defining its territorial scope is helpful to resources integration between Changsha and its vicinity and the harmonious development of economy and society. Using the certified defining method of metropolitan area scope for reference, economic distance and urban overall quality were put into the gravity and field intensity model, on the basis of the scale of county, taking 200km away from Changsha as a radiation radius, we concluded the scope of Changsha metropolitan area, which covers 27 counties, cities, and districts, including the urban Changsha. Then by use of determinable vector consisted of economic distance, gravity, and field intensity, Changsha metropolitan area was divided into three layers: the core layer, intensive layer, and chanceful layer.

Key words:Changsha metropolitan area; economic distance; gravity model; field intensity model; spatial definition

中圖分類號:F291

文獻標志碼:A

文章編號：1001-2443(2016)02-0175-06

作者簡介：許均(1989-)，男，江西吉安人，碩士研究生，主要從事城市與區(qū)域規(guī)劃方面的研究.

基金項目：國家自然科學基金(41371144).

收稿日期：2015-03-31

DOI：10.14182/J.cnki.1001-2443.2016.02.015

引用格式：許均，周國華，唐承麗，等.長沙都市圈空間界定的定量研究[J].安徽師范大學學報：自然科學版，2016，39(2)：175-180.