基于GIS的川東北地區人口分布時空演變特征

晏自紅，唐夢鴿，魏 蘭，羅明良，陳忠升，秦子晗

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

0 引言

人口分布是指在一定時間內人口群體在地理空間中的分散及組合情況[1]，是反映一個地區的自然條件差異及經濟發展水平高低的重要指標[2]。人口分布主要受社會生產方式和經濟發展水平的制約[3]。研究人口分布在時間維度和空間維度上的演變特征，能夠及時掌握區域人口空間分布的規律性，有利于人們掌握人口布局，為政府制定相關政策和規劃提供幫助[4-6]。

人口空間分布是城市地理學和人口地理學的研究熱點[7-8]，人口空間分布及演化作為人口問題研究的核心內容具有重要的理論與實踐意義[9]。時空演變也是GIS 的研究熱點[10-12]，近幾年來，諸多研究學者將GIS分析方法應用到人口分布時空演變的動態分析研究中。如楊成鳳等[13]對四川省人口分布的時間與空間演化特征進行了探索性空間統計分析；吳連霞等[14-15]從經濟的角度研究了人口結構的空間集散演化特征；廖傳清等[16]從人口密度、人口城鎮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。前人研究內容側重在人口的空間分布與集聚，人口結構與經濟發展耦合的差異以及城市群的空間演化，人口分布與經濟發展的聚集比較。研究尺度有縣域尺度及地市州尺度，盡管現有研究取得了眾多成果，但對川渝陜甘結合部，如川東北地區的人口分布及其演變的研究仍有待深入。

四川省正在實施“一干多支”發展戰略，以推動全省區域協同發展[17]。對川東北地區人口及其發展變化情況進行分析，有利于協調區域布局，推動川東北經濟區振興發展，對加快培育川東北城市群，建設東向北向進出川綜合運輸大通道，加快特色資源開發利用，深化川陜革命老區綜合改革試驗起著一定的參考作用。本研究基于川東北地區縣域尺度人口統計年鑒數據，采用GIS空間分析技術對川東北地區人口分布的時空演變特征進行分析，以期掌握人口分布的規律，協調人口合理布局，為川東北地區制定人口與經濟發展戰略，為建成川渝陜甘結合部的區域經濟中心提供科學的依據，為全面建成小康社會，打贏脫貧攻堅戰，奠定基礎，提供方向。

1 資料與方法

1.1 研究區概況

川東北地區是四川省東北部的簡稱，包括南充、達州、廣安、巴中和廣元5 個地級市，共34 個區縣（見圖1），幅員6.4×104km2，占全省總面積近1/8。川東北地區2014年年末戶籍總人口占全省的29%，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域。同時，該區域發展基礎較為薄弱、發展水平相對較低。川東北經濟區有13個國家扶貧開發工作重點縣，也是四川省內集革命老區、貧困地區、邊遠山區為一體的欠發達區域。川東北經濟區人口較為密集，人力資源較為豐富，是全省重要的人力資源富集區，并且地理區位獨特，發展潛力巨大，是成渝經濟區的北部中心區域[18]。因此，研究人口分布的時空演變特征，揭示區域人口空間分布的規律性，掌握人口的布局，對各級政府制定政策和實現區域人口、資源、環境和經濟的發展至關重要。

1.2 數據來源

研究單位以縣域為基礎，川東北地區共有34個縣（市、區），即34 個研究單位。由于巴中市2013 年1 月18 日設立恩陽區，達州市2013 年7 月18 日撤銷達縣，設立達川區，廣安市2013 年2 月22 日設立前鋒區，這些區域均涉及到行政區域的變化，為了數據的統一性以及處理方便，仍然采用2013 年之前的行政區域圖，即包括32 個研究單元。本研究采用年末戶籍總人口數據，能夠反映人口空間分布的演化趨勢。原始數據源于《四川省統計年鑒》（2001—2015年）人口數據，從中提取川東北地區34個縣（市、區）2000—2014年年末戶籍總人口。

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量，對2000—2014 年人口數據的增減進行分析，得出分縣的人口增量數據。人口密度是指單位面積土地上居住的人口數目，是反映某一區域范圍內居住人口疏密程度的指標，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，它是指某時刻研究區域內的人口分布在空間平面上全部力矩達到平衡的支點，它可以通過與區域幾何中心的比較來判斷該研究區域人口分布的均衡狀況[20]。就人口分布均衡的區域而言，人口分布重心是該區域的幾何重心，而人口分布不均衡區域則能夠通過數學模型計算得出[21]。在實際計算中，常用公式(1)[22]計算。

1.3.3 空間自相關 全局空間自相關概括了在一個總的空間范圍內空間依賴的程度，它可以描述某種現象在不同區域之間整體上的空間關聯與空間差異，以此來判斷整個研究區域內人口分布在空間上的集聚特征，常用Moran指數來表示[13]。全局Moran指數I的計算，見公式(2)。

式中：n為空間單元的數量；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Wij是用于量測空間自相關的權重，一般被定義為i、j之間距離的倒數。

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

全局自相關只是在整體上揭示了某種現象在空間上的依賴程度，無法揭示局部的空間依賴模式，而局部自相關分析可以進一步揭示空間事物分布的空間異質性特征。局部自相關分析可用空間聯合局域指標[23]來衡量。LISA 為每個要素計算指數值和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值高且為負時，表明該要素與具有不同值的要素鄰近[24]。

2 結果與分析

2.1 川東北地區人口發展特征

川東北地區是一個明顯的地少人多的區域，2014年川東北地區年末戶籍總人口為2612萬人，約為四川省總人口的29%。川東北五市人口分布差異較大，南充市總人口最多達到了759 萬人，占川東北總人口的3/10，大約為人口數量最低的廣元市（310.1 萬人）的2.45倍。2000—2014年間，川東北總人口呈上升趨勢，總人口增長速度較快。2000—2009年，總人口持續增長，2009 年總人口為2604.8 萬人，年均增長率為8.35‰，但在2010年出現人口負增長的現象，人口數量下降到2602.2 萬人。2010—2014 年間，總人口先增加，后減少，在2012年達到峰值，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。區域內部，廣安、南充、達州地區人口總量變化呈現出與整個川東北地區大體同步的趨勢，廣元市人口波動起伏較大，巴中市人口持續增長，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

川東北地區人口密度波動不大，呈較平緩的增長趨勢。2014 年就各個市區來看，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 年人口密度達到峰值為747人/km2，是廣元市的3.85倍，巴中市、達州市、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）的總體趨勢可看出：人口分布從北向南逐漸集中。川東北地區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。南充、廣安、達州在川渝城市群的輻射范圍內，經濟較為發達，對人口的吸引力較大。而川東北地區北部，部分區縣遠離市中心區域和經濟發達城市，鄰近甘肅邊遠區縣，氣候環境較為惡劣，地勢較為陡峭，經濟發展相對落后，對人口的吸引力也不如經濟發達的區域。人口分散較廣，人口相對稀疏。川東北地區人口密度差異較大，在2014 年，人口密度最大的通州區（2187 人/km2）為最低的青川縣（76 人/km2）的28.78 倍。達州是四川五大區域中心城市之一，通州區位于達州市的經濟中心，經濟發達，使得人口向中心地帶集聚，形成了人口的高密度區。

2000 年人口密度較低的區域為鄰近甘肅和陜西的區域，有7個縣的人口密度低于200人/km2。在川東北地區的中部區域人口分布較為集中，人口密度在200～500 人/km2的縣有9 個。人口最為集中的區域是川東北地區的東南方向，在這一方向上，有14 個縣人口密度幾乎都達到了500～1000 人/km2。人口密度超過1000 人/km2的高密度區域分別為順慶區和通州區。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。人口密度最大的是通州區，達到了1492人/km2。2014年川東北地區人口密度仍然主要集中在東南方向，人口密度為500～1000 人/km2，縣域個數占整個川東北地區的1/2，200 人/km2以下減少了1 個，200～500 人/km2增加了1 個，即南江縣。通州區的人口密度再一次達到新高為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 運用ArcGIS 10.2 軟件中的空間統計工具模塊中的空間自相關，計算2014年的人口密度的全局Moran’sI指數為0.213，Z值為1.97，P=0.049，通過0.05顯著性檢驗水平。從全局空間自相關分的析結果可知，川東北地區人口空間分布呈正相關，有明顯的聚集性。也就是說，存在人口分布稀疏的區域與人口分布稀疏的區域相接，人口密度大的區域與人口密度大的區域相接的情況較為顯著。

利用Luc Anselin[22]提出的局部Moran’sI統計量識別出川東北地區人口密度分布冷點、熱點和空間異常值。然后，將Z得分結果按從冷到熱的方式渲染（見圖4）。在2000年順慶區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 軟件計算出川東北各縣區的區域重心坐標，再將不同年份的人口數量賦上其權重值，計算出川東北各縣區的區域人口重心坐標，得到人口重心遷移圖（見圖5）。由圖5可看出，2000—2014年川東北地區的人口重心一直都在營山縣內，人口分布重心遷移的趨勢是：在營山縣內，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。總體來看，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 結論與討論

本研究應用人口重心遷移模型和空間自相關的分析方法，對川東北地區年末戶籍人口數量和密度的分布現狀的時空演變特征進行分析，得出如下主要結論：

（1）從現狀來看，川東北地區的人口分布差異不太明顯，人口大多集中在川東北地區的南方區域。南充市人口最多，廣元市人口最少。人口密度較大的區域集中在南充、廣安和達州西南方向的部分縣域。南充、廣安、達州都在成渝經濟區的范圍內，成渝經濟區重點打造“雙核五帶”的空間布局，要將“渝廣達發展帶”建成東北部重要的經濟增長帶。這對南充、廣安、達州的人口吸引力有著一定影響，會使得人口逐步朝著這些地方集聚。

（2）從人口數量及其密度的變化來看，川東北地區的年末人口數量呈增長趨勢。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，山高坡陡，自然環境條件稍弱于地勢平緩的川東北偏南的區域。

（3）從人口重心遷移來看，川東北地區的人口重心始終在營山縣內，遷移速度慢，且遷移量小；遷移的整體趨勢從西北方向向東南方向遷移，人口重心的遷移趨勢是朝著東南方向的重慶移動。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，重慶市對廣安市人口聚集更具吸引力。

（4）從空間自相關分析來看，川東北地區的人口密度在空間上呈正相關，具有顯著的空間集聚性。人口密度大的區域主要是集中在川東北地區的南方區域，人口密度較小的區域主要是集中在川東北地區的北方區域。局部的空間集聚性逐漸減弱。2000 年和2007年順慶區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。