甘肃省高速铁路对城市可达性及 经济联系格局影响研究

韩 燕，张 苑，陈宇红

（1.兰州交通大学 经济管理学院，甘肃 兰州 730070 ；2.中国科学院地理科学与资源研究所 经济 地理与区域发展研究室，北京 100101）

0 引言

高速铁路是现代交通运输业的衍生物，因其高速高效、节能环保、安全舒适等优势，产生“时空压缩”效应，提高城市交通可达性，进而促进城市之间的经济联系[1-3]。Hansen[4]在1959 年首次将可达性定义为“交通网络中各节点相互作用机会的大小”，可达性目前已经成为评价交通便利性的一个重要指标[5-7]。Gutierrez 等[8]通过分析欧洲高速铁路对沿线城市和区域通达性的影响，验证高速铁路可以缩短旅行时间，促进地区相互之间的联系和发展。孟德友等[2]探讨高速铁路开通前后河南沿线城市可达性的改变，提出高速铁路可以缩短地区间的时空距离。随着GIS 技术的广泛使用，学者开始运用GIS 软件分析高速铁路对可达性的影响。姜博等[1]借助GIS 技术，对平均加权旅行时间进行空间分析，比较分析“四纵四横”高速铁路网络下中国陆路交通可达性的演变过程。

高速铁路带来的“时空压缩”效应，促进了城市间的经济交流，因而不少学者开始关注在高速铁路背景下，地区间经济联系强度的变化，而研究方法较多采用引力模型、潜力模型来衡量地区间的经济联系度。李磊等[9]将长三角都市圈16 个市作为研究对象，利用加权平均旅行时间公式、引力模型公式测算在高速铁路运行前后的交通可达性和对外经济联系总量变化情况。赵威等[10]借助时间距离测算模型、引力模型、经济潜能模型等方法，探讨高速铁路建成前后对于沿线城市可达性和空间经济格局的影响。研究尺度主要分为单条高速铁路对沿线各城市区域[10-12]、区域及城市群经济联系影 响[13]，以及高速铁路网络对全国区域经济发展影响等3 个维度[14]。甘肃省作为西北地区的典型省份，是“丝绸之路”的重要节点，高速铁路开通给甘肃省带来的影响在“一带一路”建设中尤为突出。2014 年12 月兰新高速铁路(兰州西—乌鲁木齐)的开通对我国西部欠发达地区而言，是带动地区经济社会发展的新动力。因此，选取甘肃省地级市为研究单元，探讨高速铁路开通前后城市可达性及其内部城市间经济联系空间格局演变，为甘肃省经济协调发展提供依据。甘肃省地级市包括兰州、嘉峪关、金昌、白银、天水、武威、张掖、平凉、酒泉、庆阳、定西。鉴于陇南于2016 年开通铁路，甘南、临夏仍未开通铁路，暂不研究甘南、临夏、陇南3 个地级市的可达性及经济联系格局。选取2014 年、2017 年为研究节点，从城市间可达性及经济联系度2 方面，通过可达性系数测算、引力模型构建，并结合GIS 空间分析方法，综合分析高速铁路开通前后甘肃省城市可达性及经济联系格局 演变。

1 甘肃省高速铁路开通下城市可达性分析

1.1 可达性系数

可达性受到地理位置、交通条件等因素的综合影响，是基于时间距离的加权平均旅行时间。通过给最短旅行时间赋予经济权重，可以弱化地理位置对可达性的影响，强化经济发展与可达性之间的联系，能更加精确地测度城市可达性水平[15]，计算公式如下。

式中：Mi为城市i的加权平均旅行时间，min；n为研究的总区域个数；Tij为城市i到城市j的最短铁路旅行时间，min；Pj为城市j的城市质量指标，表示城市j对周边城市的吸引力和辐射力，借鉴相关研究[16]，用城市j的GDP、常住人口等指标来测度，选用GDP 与常住人口的算术平方根来表征Pj。

考虑到铁路流量对可达性的影响，建立基于列车频次的可达性系数，得到频次加权平均旅行时间，以反映可达性的真实性，计算公式如下。

式中：Ni为城市i频次加权平均旅行时间，min/次；ni为城市i铁路站点每日列车频次数，以每日城市i出发、经停和到达城市i这3 种情况的列车频次之和计算。

可以发现，ni越大，城市i的可达性系数越高；反之越低，Ni越小，城市i可达性越高，反之越低。

1.2 计算分析

将甘肃省各城市的GDP、常住人口和最短旅行时间带入公式中，得到结果并整理。高速铁路开通前后甘肃省城市可达性及变动情况如表1 所示。2014 年无高速铁路的条件下，甘肃省11 个市的加权平均旅行时间为6.37 h，高速铁路开通后，加权平均旅行时间下降到5.93 h，高速铁路甘肃段的建设提升了甘肃省部分城市间的可达性。由于城市本身地理位置等，城市间可达性水平存在很大差异。高速铁路网络形成前，以兰州、武威为中心，由“中心－外围”递减趋势，高速铁路网络形成后，受高速铁路线路的影响显著，尤其高速铁路沿线城市均获得大幅度提升，其中天水可达性缩短71.18%，提升幅度最大。兰州、定西、张掖可达性分别提高70.31%，64%和63.43%，也获得较大提升；边缘地区和无高速铁路地区如白银、金昌、嘉峪关和酒泉获得了小幅度地提升；而武威、平凉、庆阳不升反降，可达性较差。高速铁路开通后，可达性由“兰州—武威为中心，向外围地区辐射”转变为“以兰州—天水—定西为交通中心，沿高速铁路为轴线对外辐射”的格局。

根据可达性测算结果，2014—2017 年，列车总体频次提升66.02%，其中兰州的列车频次提升165.84%，天水、张掖、定西的列车频次也得到大幅度提升。可以发现列车频次的提升对可达性有促进作用，即可达性变化率与列车频次变化率有正相关关系，所以列车频次对驱动高速铁路经济发展的重要作用是不容小觑的。高速铁路开通前后甘肃省城市可达性空间变化分析如图1 所示。

表1 高速铁路开通前后甘肃省城市可达性及变动情况Tab.1 Urban accessibility and variation before and after the opening of high-speed railway in Gansu province

图1 高速铁路开通前后甘肃省城市可达性空间变化分析Fig.1 Analysis of spatial change of the urban accessibility before and after the opening of high-speed railway in Gansu province

2014 年甘肃省高速铁路尚未开通，地理位置是影响区域可达性的主要因素，兰州、定西、武威市甘肃省的交通中心。随着高速铁路的建设运营，高速铁路成为影响可达性的又一因素，因此兰州、定西继续维持交通中心的地位，而武威的交通地位略有下降，天水的可达性逐渐提升，成为可达性排名第3 的城市。部分边缘地区受高速铁路和地理位置的双重影响，与核心城市相比，可达性的差距进一步拉大，如兰州和庆阳相差7.21 h。

2 甘肃省高速铁路开通下城市经济联系度分析

2.1 引力模型构建

区域可达性提升的直接效应是地区之间的经济联系加强，区域经济联系量是衡量区域经济联系强度的指标[2]，用引力模型来衡量经济联系量，已被广泛应用于经济联系强度的研究中，公式如下。

式中：Rij为城市i和城市j之间的经济联系度，Rij越大，城市间经济联系强度越强，亿元· 万人/min2，Pi和Pj分别代表城市i和城市j的质量；Dij为城市i到达j的最短铁路旅行时间，min。

式中：Ri为i城市的经济联系总强度，Ri越大，表示该城市经济联系强度越大。

2.2 计算分析

2.2.1 城市经济联系度分析

通过公式计算高速铁路开通前后甘肃省11 个城市间的经济联系强度。高速铁路开通前后城市间经济联系强度如表2 所示。

表2 高速铁路开通前后城市间经济联系强度Tab.2 The economic linkage intense among cities before and after the opening of high-speed railway

由表2 可知，高速铁路建成前，城市间经济联系度平均值为36.06，而高速铁路建成后，经济联系度平均值为125.65，增长了近2.48 倍，说明随着高速铁路的开通运营，可达性的提高，11 个城市间的经济联系度增强；受经济发展水平和地理位置的影响，2014 年，经济联系度前4 位的城市分别为酒泉、嘉峪关、定西，其中兰州的经济联系度为88.95，占11 个市总体比重的22.43%，是甘肃省城市经济联系的核心，排名最后的金昌占总体比重的2.14%，与兰州差距较大；高速铁路开通后，2017 年，第1 位仍是兰州，其次是定西、酒泉、嘉峪关，其中兰州经济联系度为440.25，占总体比重的31.85%，而排名最后的庆阳，所占总体比重仅为0.76%，首位城市与其他城市的差距被进一步拉大，内部经济联系极化效应加剧。

11 个市经济联系度变动幅度差异较大，其中天水、定西在高速铁路开通前后变动幅度最大，增长率分别为692.98%，661.51%，高速铁路开通大力推动了天水、定西与其他城市的经济联系，且定西经济联系度赶超酒泉、嘉峪关，从排名第4上升到第2。高速铁路沿线城市嘉峪关、酒泉、张掖均得到了不同程度的涨幅，高速铁路开通进一步推动了城市之间的经济联系。省会城市兰州在经济发展较快的情况下，仍得到了394.94%的增长，发展动力较足；无高速铁路城市中的武威涨幅度较大，为102.85%，排名第6，白银、平凉的经济联系度与高速铁路沿线城市相比增长幅度很小，分别为14.00%和5.17%。在2014 年，经济联系度排名最后的金昌增长224.31%，从排名第11 位上升到第9 位，与内部其他城市之间的经济联系增强。值得注意的是，由于城市地理位置、列车站点及列车频次的原因，2014 年到2017 年，庆阳市经济联系度为负增长，下降14.76%。

根据空间变化图发现，高速铁路开通前经济联系强度呈“以兰州—定西和酒泉—嘉峪关为中心，向外辐射”的格局，高速铁路开通后，兰州—定西这一中心的经济联系度显著增强，且带动天水发展，形成兰州—定西—天水这一新的经济联系中心。由于高速铁路效应，甘肃省内部城市之间平均旅行时间缩短，可达性获得提升，城市之间的经济联系增强。高速铁路开通后，11 个城市之间可达性和经济联系度在地理分布上出现部分空间耦合，兰州—定西—天水既是交通中心，也是经济联系中心；处于河西地区的酒泉和嘉峪关由于其地处偏远，交通可达性较差，但其经济发展水平较好，所以经济联系度较高，而位于边缘地区的城市如平凉、庆阳，由于高速铁路产生的极化效应，加剧了其沦为交通和经济双重洼地的风险。高速铁路开通前后甘肃省城市经济联系空间变化如图2 所示。

2.2.2 城市经济联系方向分析

根据公式 ⑶，测算各个城市之间的经济联系强度。城市主要经济联系方向及联系度如表3 所示。

图2 高速铁路开通前后甘肃省城市经济联系空间变化Fig.2 The economic linkage intense among cities before and after the opening of high-speed railway

表3 城市主要经济联系方向及联系度Tab.3 The direction and degree of main economic linkage in cities

2014—2017 年，兰州的主要经济联系方向和经济联系度发生了很大改变。嘉峪关的主要经济联系方向没有改变，经济联系度增加1 倍；金昌的主要经济联系方向减少，与武威的联系强度略有增加；白银的主要经济联系方向仍是兰州，且联系更加紧密；天水的主要经济联系方向无变化，城市之间经济联系强度增加显著；武威的主要经济联系方向发生改变，且强度均有增加；张掖增加新的经济联系方向，联系度略有增加；平凉新增经济联系城市，但与庆阳的联系强度减弱；酒泉的主要经济联系方向有所减少，但与嘉峪关经济联系强度增强；庆阳的主要经济联系方向增加，与兰州的经济联系强度稍有增加；定西的主要经济联系方向无变化，联系强度显著增加，联系更加紧密。

借助GIS 空间分析对联系方向可视化，同时为更能清楚地展示城市之间的主要经济联系方向，对经济联系度小于等于1 的数值进行排除处理，得到城市空间经济联系方向的演变情况。高速铁路开通前后甘肃省城市经济联系方向变化如图3 所示。高速铁路开通使兰州与定西、天水的经济联系强度增加显著，联系更加紧密，而与酒泉、嘉峪关的经济联系强度只略有增加；2014 年，城市之间的经济联系强度较为均衡，2017 年尽管联系度均有增加，但出现经济联系度极高、极低现象，兰州及周边城市偏高，无高速铁路区和边缘区偏低，城市之间的经济联系差异加剧，高速铁路沿线城市经济联系度较高，拉大了与边缘区的差距，非高速铁路城市存在被边缘化的风险。

图3 高速铁路开通前后甘肃省城市经济联系方向变化Fig.3 Changes in the direction of urban economic linkage before and after the opening of high-speed railway in Gansu province

3 研究结论

借助加权平均旅行时间、可达性指数和引力模型对高速铁路开通前后甘肃省11 个市可达性的空间格局演变及城市之间的经济联系强度进行了探讨。

（1）高速铁路开通后，所研究的11 个城市中有8 个城市的平均旅行时间缩短，平均旅行时间变动幅度最大的是天水市，时间缩短80.32 min；兰州市列车频次增加了165.84%，变动率最大。考虑到城市铁路交通流量的异质性，可达性系数是基于列车频次的加权平均旅行时间。计算结果表明， 8 个城市可达性得到了提升，最大变动率为71.18%；高速铁路沿线城市兰州、天水、定西、张掖、酒泉、嘉峪关可达性均得到了改善；无高速铁路城市中白银得到较大幅度的提升，金昌小幅度提升，而武威、平凉、庆阳可达性下降，除无高速铁路开通这一原因外，列车频次减少也是造成可达性下降的主要原因。将高速铁路开通前后可达性进行可视化，观察其格局演变，发现11 个城市可达性由“兰州—武威为中心，向外围地区辐射”空间格局转变为“以兰州—天水—定西为交通中心，沿高速铁路轴线对外辐射”空间格局。

（2）高速铁路开通后，除庆阳外，10 个城市的经济联系度均得到了提升，平均提升212.25%，变化显著。高速铁路建成前后，兰州的经济联系强度都是最强的，且远远大于其他城市，说明兰州始终是甘肃省内部城市中的经济中心和交通枢纽。高速铁路高速铁路开通运营后，兰州的区域核心地位得到进一步加强。在高速铁路开通后，天水、定西的经济联系强度提升显著，定西超赶嘉峪关、酒泉成为排名第2 的经济联系中心，天水加入经济联系中心的行列，与非高速铁路城市相比，高速铁路沿线的城市在高速铁路开通后经济联系强度提升更为突出，呈现出“一轴两核”的经济格局趋势，嘉峪关—酒泉，兰州—定心—天水组成区域内2 个重要的经济增长极，并沿高速铁路沿线向外辐射。对比高速铁路开通前后经济联系方向的变化发现，城市之间的经济联系差异呈扩大趋势，出现明显的地域分化现象，相互作用度尚处于非均衡阶段。

（3）高速铁路开通前后可达性和经济联系强度变化比较发现，高速铁路对沿线城市的辐射带动作用逐渐增强，甘肃省内部极化效应加剧，非高速铁路城市和边缘城市的可达性、经济联系强度上涨较慢，甚至出现下降的现象，与核心城市差距逐渐拉大，同时可达性和经济联系强度在空间上出现耦合现象，交通中心和区域经济联系中心在空间上重合。