基于GIS的川東北地區(qū)人口分布時(shí)空演變特征

晏自紅，唐夢(mèng)鴿，魏 蘭，羅明良，陳忠升，秦子晗

（1西華師范大學(xué)國土資源學(xué)院，四川南充 637009；2西華師范大學(xué)地表過程與環(huán)境變化研究所，四川南充 637009）

0 引言

人口分布是指在一定時(shí)間內(nèi)人口群體在地理空間中的分散及組合情況[1]，是反映一個(gè)地區(qū)的自然條件差異及經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平高低的重要指標(biāo)[2]。人口分布主要受社會(huì)生產(chǎn)方式和經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的制約[3]。研究人口分布在時(shí)間維度和空間維度上的演變特征，能夠及時(shí)掌握區(qū)域人口空間分布的規(guī)律性，有利于人們掌握人口布局，為政府制定相關(guān)政策和規(guī)劃提供幫助[4-6]。

人口空間分布是城市地理學(xué)和人口地理學(xué)的研究熱點(diǎn)[7-8]，人口空間分布及演化作為人口問題研究的核心內(nèi)容具有重要的理論與實(shí)踐意義[9]。時(shí)空演變也是GIS 的研究熱點(diǎn)[10-12]，近幾年來，諸多研究學(xué)者將GIS分析方法應(yīng)用到人口分布時(shí)空演變的動(dòng)態(tài)分析研究中。如楊成鳳等[13]對(duì)四川省人口分布的時(shí)間與空間演化特征進(jìn)行了探索性空間統(tǒng)計(jì)分析；吳連霞等[14-15]從經(jīng)濟(jì)的角度研究了人口結(jié)構(gòu)的空間集散演化特征；廖傳清等[16]從人口密度、人口城鎮(zhèn)化和人口老齡化等多尺度的角度，研究了長江中下游城市群的人口空間演化。前人研究內(nèi)容側(cè)重在人口的空間分布與集聚，人口結(jié)構(gòu)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展耦合的差異以及城市群的空間演化，人口分布與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的聚集比較。研究尺度有縣域尺度及地市州尺度，盡管現(xiàn)有研究取得了眾多成果，但對(duì)川渝陜甘結(jié)合部，如川東北地區(qū)的人口分布及其演變的研究仍有待深入。

四川省正在實(shí)施“一干多支”發(fā)展戰(zhàn)略，以推動(dòng)全省區(qū)域協(xié)同發(fā)展[17]。對(duì)川東北地區(qū)人口及其發(fā)展變化情況進(jìn)行分析，有利于協(xié)調(diào)區(qū)域布局，推動(dòng)川東北經(jīng)濟(jì)區(qū)振興發(fā)展，對(duì)加快培育川東北城市群，建設(shè)東向北向進(jìn)出川綜合運(yùn)輸大通道，加快特色資源開發(fā)利用，深化川陜革命老區(qū)綜合改革試驗(yàn)起著一定的參考作用。本研究基于川東北地區(qū)縣域尺度人口統(tǒng)計(jì)年鑒數(shù)據(jù)，采用GIS空間分析技術(shù)對(duì)川東北地區(qū)人口分布的時(shí)空演變特征進(jìn)行分析，以期掌握人口分布的規(guī)律，協(xié)調(diào)人口合理布局，為川東北地區(qū)制定人口與經(jīng)濟(jì)發(fā)展戰(zhàn)略，為建成川渝陜甘結(jié)合部的區(qū)域經(jīng)濟(jì)中心提供科學(xué)的依據(jù)，為全面建成小康社會(huì)，打贏脫貧攻堅(jiān)戰(zhàn)，奠定基礎(chǔ)，提供方向。

1 資料與方法

1.1 研究區(qū)概況

川東北地區(qū)是四川省東北部的簡稱，包括南充、達(dá)州、廣安、巴中和廣元5 個(gè)地級(jí)市，共34 個(gè)區(qū)縣（見圖1），幅員6.4×104km2，占全省總面積近1/8。川東北地區(qū)2014年年末戶籍總?cè)丝谡既〉?9%，人口密度大約為全省平均水平的2.5 倍，是典型的人多地少的區(qū)域。同時(shí)，該區(qū)域發(fā)展基礎(chǔ)較為薄弱、發(fā)展水平相對(duì)較低。川東北經(jīng)濟(jì)區(qū)有13個(gè)國家扶貧開發(fā)工作重點(diǎn)縣，也是四川省內(nèi)集革命老區(qū)、貧困地區(qū)、邊遠(yuǎn)山區(qū)為一體的欠發(fā)達(dá)區(qū)域。川東北經(jīng)濟(jì)區(qū)人口較為密集，人力資源較為豐富，是全省重要的人力資源富集區(qū)，并且地理區(qū)位獨(dú)特，發(fā)展?jié)摿薮螅浅捎褰?jīng)濟(jì)區(qū)的北部中心區(qū)域[18]。因此，研究人口分布的時(shí)空演變特征，揭示區(qū)域人口空間分布的規(guī)律性，掌握人口的布局，對(duì)各級(jí)政府制定政策和實(shí)現(xiàn)區(qū)域人口、資源、環(huán)境和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展至關(guān)重要。

1.2 數(shù)據(jù)來源

研究單位以縣域?yàn)榛A(chǔ)，川東北地區(qū)共有34個(gè)縣（市、區(qū)），即34 個(gè)研究單位。由于巴中市2013 年1 月18 日設(shè)立恩陽區(qū)，達(dá)州市2013 年7 月18 日撤銷達(dá)縣，設(shè)立達(dá)川區(qū)，廣安市2013 年2 月22 日設(shè)立前鋒區(qū)，這些區(qū)域均涉及到行政區(qū)域的變化，為了數(shù)據(jù)的統(tǒng)一性以及處理方便，仍然采用2013 年之前的行政區(qū)域圖，即包括32 個(gè)研究單元。本研究采用年末戶籍總?cè)丝跀?shù)據(jù)，能夠反映人口空間分布的演化趨勢(shì)。原始數(shù)據(jù)源于《四川省統(tǒng)計(jì)年鑒》（2001—2015年）人口數(shù)據(jù)，從中提取川東北地區(qū)34個(gè)縣（市、區(qū)）2000—2014年年末戶籍總?cè)丝凇?/p>

1.3 研究方法

1.3.1 人口增量與密度變化 人口增量就是人口增長數(shù)量，對(duì)2000—2014 年人口數(shù)據(jù)的增減進(jìn)行分析，得出分縣的人口增量數(shù)據(jù)。人口密度是指單位面積土地上居住的人口數(shù)目，是反映某一區(qū)域范圍內(nèi)居住人口疏密程度的指標(biāo)，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學(xué)，它是指某時(shí)刻研究區(qū)域內(nèi)的人口分布在空間平面上全部力矩達(dá)到平衡的支點(diǎn)，它可以通過與區(qū)域幾何中心的比較來判斷該研究區(qū)域人口分布的均衡狀況[20]。就人口分布均衡的區(qū)域而言，人口分布重心是該區(qū)域的幾何重心，而人口分布不均衡區(qū)域則能夠通過數(shù)學(xué)模型計(jì)算得出[21]。在實(shí)際計(jì)算中，常用公式(1)[22]計(jì)算。

1.3.3 空間自相關(guān) 全局空間自相關(guān)概括了在一個(gè)總的空間范圍內(nèi)空間依賴的程度，它可以描述某種現(xiàn)象在不同區(qū)域之間整體上的空間關(guān)聯(lián)與空間差異，以此來判斷整個(gè)研究區(qū)域內(nèi)人口分布在空間上的集聚特征，常用Moran指數(shù)來表示[13]。全局Moran指數(shù)I的計(jì)算，見公式(2)。

式中：n為空間單元的數(shù)量；Xi和Xj表示某屬性特征X分別在空間單元i和j上的觀測值；S2是X值與其均值的方差；系數(shù)Wij是用于量測空間自相關(guān)的權(quán)重，一般被定義為i、j之間距離的倒數(shù)。

Moran 指數(shù)I的取值范圍為-1～1，Moran’sI>0 表示空間正相關(guān)性，其值越大，空間相關(guān)性越明顯，Moran’sI<0 表示空間負(fù)相關(guān)性，其值越小，空間差異越大，Moran’sI=0，則表明不存在空間相關(guān)性，即空間呈隨機(jī)分布。

全局自相關(guān)只是在整體上揭示了某種現(xiàn)象在空間上的依賴程度，無法揭示局部的空間依賴模式，而局部自相關(guān)分析可以進(jìn)一步揭示空間事物分布的空間異質(zhì)性特征。局部自相關(guān)分析可用空間聯(lián)合局域指標(biāo)[23]來衡量。LISA 為每個(gè)要素計(jì)算指數(shù)值和Z得分，Z得分高且為正值，表示該要素與相近值要素鄰近，都高于或低于平均值；Z值高且為負(fù)時(shí)，表明該要素與具有不同值的要素鄰近[24]。

2 結(jié)果與分析

2.1 川東北地區(qū)人口發(fā)展特征

川東北地區(qū)是一個(gè)明顯的地少人多的區(qū)域，2014年川東北地區(qū)年末戶籍總?cè)丝跒?612萬人，約為四川省總?cè)丝诘?9%。川東北五市人口分布差異較大，南充市總?cè)丝谧疃噙_(dá)到了759 萬人，占川東北總?cè)丝诘?/10，大約為人口數(shù)量最低的廣元市（310.1 萬人）的2.45倍。2000—2014年間，川東北總?cè)丝诔噬仙厔?shì)，總?cè)丝谠鲩L速度較快。2000—2009年，總?cè)丝诔掷m(xù)增長，2009 年總?cè)丝跒?604.8 萬人，年均增長率為8.35‰，但在2010年出現(xiàn)人口負(fù)增長的現(xiàn)象，人口數(shù)量下降到2602.2 萬人。2010—2014 年間，總?cè)丝谙仍黾?，后減少，在2012年達(dá)到峰值，為2625.4萬人。在這14 年間，年平均增長率為5.56‰。增長速度較為緩慢。區(qū)域內(nèi)部，廣安、南充、達(dá)州地區(qū)人口總量變化呈現(xiàn)出與整個(gè)川東北地區(qū)大體同步的趨勢(shì)，廣元市人口波動(dòng)起伏較大，巴中市人口持續(xù)增長，僅在2014 年有所下降。增長率變化特征大致相似，均起伏較大（見圖2）。

2.2 人口密度空間變化

川東北地區(qū)人口密度波動(dòng)不大，呈較平緩的增長趨勢(shì)。2014 年就各個(gè)市區(qū)來看，廣元市人口密度最低，人口最為稀疏，為194人/km2。廣安市人口密度相較于其他城市密度最大，人口最集中，在2014 年人口密度達(dá)到峰值為747人/km2，是廣元市的3.85倍，巴中市、達(dá)州市、南充市的人口密度分別為358、390、615人/km2。

由2000年、2007年、2014年人口密度分布圖（見圖3）的總體趨勢(shì)可看出：人口分布從北向南逐漸集中。川東北地區(qū)人口主要集中在偏南方向，形成了北部稀疏、南部密集的整體形態(tài)。南充、廣安、達(dá)州在川渝城市群的輻射范圍內(nèi)，經(jīng)濟(jì)較為發(fā)達(dá)，對(duì)人口的吸引力較大。而川東北地區(qū)北部，部分區(qū)縣遠(yuǎn)離市中心區(qū)域和經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)城市，鄰近甘肅邊遠(yuǎn)區(qū)縣，氣候環(huán)境較為惡劣，地勢(shì)較為陡峭，經(jīng)濟(jì)發(fā)展相對(duì)落后，對(duì)人口的吸引力也不如經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的區(qū)域。人口分散較廣，人口相對(duì)稀疏。川東北地區(qū)人口密度差異較大，在2014 年，人口密度最大的通州區(qū)（2187 人/km2）為最低的青川縣（76 人/km2）的28.78 倍。達(dá)州是四川五大區(qū)域中心城市之一，通州區(qū)位于達(dá)州市的經(jīng)濟(jì)中心，經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，使得人口向中心地帶集聚，形成了人口的高密度區(qū)。

2000 年人口密度較低的區(qū)域?yàn)猷徑拭C和陜西的區(qū)域，有7個(gè)縣的人口密度低于200人/km2。在川東北地區(qū)的中部區(qū)域人口分布較為集中，人口密度在200～500 人/km2的縣有9 個(gè)。人口最為集中的區(qū)域是川東北地區(qū)的東南方向，在這一方向上，有14 個(gè)縣人口密度幾乎都達(dá)到了500～1000 人/km2。人口密度超過1000 人/km2的高密度區(qū)域分別為順慶區(qū)和通州區(qū)。2007 年人口密度為500～1000 人/km2的縣域城市相較與2000年有所上升，增加了鄰水縣和巴州區(qū)。人口密度最大的是通州區(qū)，達(dá)到了1492人/km2。2014年川東北地區(qū)人口密度仍然主要集中在東南方向，人口密度為500～1000 人/km2，縣域個(gè)數(shù)占整個(gè)川東北地區(qū)的1/2，200 人/km2以下減少了1 個(gè)，200～500 人/km2增加了1 個(gè)，即南江縣。通州區(qū)的人口密度再一次達(dá)到新高為2187人/km2。

2.3 人口分布演化特征分析

2.3.1 人口空間集聚特征 運(yùn)用ArcGIS 10.2 軟件中的空間統(tǒng)計(jì)工具模塊中的空間自相關(guān)，計(jì)算2014年的人口密度的全局Moran’sI指數(shù)為0.213，Z值為1.97，P=0.049，通過0.05顯著性檢驗(yàn)水平。從全局空間自相關(guān)分的析結(jié)果可知，川東北地區(qū)人口空間分布呈正相關(guān)，有明顯的聚集性。也就是說，存在人口分布稀疏的區(qū)域與人口分布稀疏的區(qū)域相接，人口密度大的區(qū)域與人口密度大的區(qū)域相接的情況較為顯著。

利用Luc Anselin[22]提出的局部Moran’sI統(tǒng)計(jì)量識(shí)別出川東北地區(qū)人口密度分布冷點(diǎn)、熱點(diǎn)和空間異常值。然后，將Z得分結(jié)果按從冷到熱的方式渲染（見圖4）。在2000年順慶區(qū)和岳池縣屬于高值聚集，旺蒼縣屬于低值聚集，2007 年空間聚集情況和2000 年相似。但在2014 年人口密度的局部空間集聚性則不明顯。結(jié)果表明2000—2014 年人口密度的空間集聚程度逐漸降低。

2.3.2 人口重心遷移 按照葛履龍等[25]的方法，利用ArcGIS 10.2 軟件計(jì)算出川東北各縣區(qū)的區(qū)域重心坐標(biāo)，再將不同年份的人口數(shù)量賦上其權(quán)重值，計(jì)算出川東北各縣區(qū)的區(qū)域人口重心坐標(biāo)，得到人口重心遷移圖（見圖5）。由圖5可看出，2000—2014年川東北地區(qū)的人口重心一直都在營山縣內(nèi)，人口分布重心遷移的趨勢(shì)是：在營山縣內(nèi)，向東南方向遷移。2000 年到2014 年從(106.673°E,31.270°N)遷移到(106.693°E,31.266°N)，往東遷移了0.02°，往南遷移了0.004°，共遷移了2491.60 m?？傮w來看，在南北方向上，人口重心的遷移量較小，遷移量約為328.50 m。在東西方向上，從西往東遷移了1915.56 m。在東西方向上的不平衡性超過南北方向。

就階段性而言，2000—2002 年人口重心遷移量非常小。向東南方向遷移，遷移速度為71.1 m/a。2002—2008年，先向東南方向，再向東方向，繼而向東南方向遷移，總的遷移趨勢(shì)仍然不變，遷移速率248.1 m/a。相比前些年，速度較快，但整體而言，向東南方向遷移，遷移速率為165.1 m/a。2010—2014 年，遷移速率為129.6 m/a。

5 結(jié)論與討論

本研究應(yīng)用人口重心遷移模型和空間自相關(guān)的分析方法，對(duì)川東北地區(qū)年末戶籍人口數(shù)量和密度的分布現(xiàn)狀的時(shí)空演變特征進(jìn)行分析，得出如下主要結(jié)論：

（1）從現(xiàn)狀來看，川東北地區(qū)的人口分布差異不太明顯，人口大多集中在川東北地區(qū)的南方區(qū)域。南充市人口最多，廣元市人口最少。人口密度較大的區(qū)域集中在南充、廣安和達(dá)州西南方向的部分縣域。南充、廣安、達(dá)州都在成渝經(jīng)濟(jì)區(qū)的范圍內(nèi)，成渝經(jīng)濟(jì)區(qū)重點(diǎn)打造“雙核五帶”的空間布局，要將“渝廣達(dá)發(fā)展帶”建成東北部重要的經(jīng)濟(jì)增長帶。這對(duì)南充、廣安、達(dá)州的人口吸引力有著一定影響，會(huì)使得人口逐步朝著這些地方集聚。

（2）從人口數(shù)量及其密度的變化來看，川東北地區(qū)的年末人口數(shù)量呈增長趨勢(shì)。2000—2009 年增長迅速，2009—2014年緩慢增長。人口密度最小的地方是廣元市，廣安市人口密度最大，是廣元市的3.97倍。廣元市地處山區(qū)，山高坡陡，自然環(huán)境條件稍弱于地勢(shì)平緩的川東北偏南的區(qū)域。

（3）從人口重心遷移來看，川東北地區(qū)的人口重心始終在營山縣內(nèi)，遷移速度慢，且遷移量??；遷移的整體趨勢(shì)從西北方向向東南方向遷移，人口重心的遷移趨勢(shì)是朝著東南方向的重慶移動(dòng)。從空間距離上看，營山縣到重慶市的直線距離約93 km，廣安市到重慶市的直線距離約100 km，而與成都距離246.6 km。這可能表明，重慶市對(duì)廣安市人口聚集更具吸引力。

（4）從空間自相關(guān)分析來看，川東北地區(qū)的人口密度在空間上呈正相關(guān)，具有顯著的空間集聚性。人口密度大的區(qū)域主要是集中在川東北地區(qū)的南方區(qū)域，人口密度較小的區(qū)域主要是集中在川東北地區(qū)的北方區(qū)域。局部的空間集聚性逐漸減弱。2000 年和2007年順慶區(qū)和岳池縣屬于高值聚集，旺蒼縣屬于低值聚集。2014年則聚集不顯著。