高玉祥，韓 峰，任 潔，陳國棟，牛進德

(蘭州交通大學(xué)土木工程學(xué)院， 蘭州 730070)

鐵路是國民經(jīng)濟發(fā)展的大動脈，對區(qū)域發(fā)展具有引導(dǎo)、支撐和保障能力，對沿線經(jīng)濟發(fā)展也有積極的帶動作用。區(qū)域經(jīng)濟的快速增長和對外聯(lián)系的不斷增強，對鐵路運輸?shù)男枨髸饾u增大，而地區(qū)鐵路網(wǎng)的不斷完善，能夠進一步激發(fā)該地區(qū)的經(jīng)濟活力，引導(dǎo)社會經(jīng)濟更好地向前發(fā)展。張文嘗提出了“交通經(jīng)濟帶”理論，研究了交通運輸對區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展、社會空間結(jié)構(gòu)的作用[1]。齊喆等構(gòu)建綜合交通承載力模型，對京津冀城市群的各種交通運輸方式及綜合交通承載力的變化趨勢進行向量回歸的定量分析[2]，主要研究了鐵路對社會發(fā)展的帶動作用和發(fā)達地區(qū)交通的承載力情況，沒有在定量的層面上研究問題。羅鵬飛和關(guān)穎分別探討了高速鐵路對區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展的影響和安徽省縣域交通可達性與區(qū)域經(jīng)濟的空間耦合及關(guān)聯(lián)類型[3-4]，并將可達性引入到鐵路的帶動作用分析中。白永平等利用統(tǒng)計分析和GIS結(jié)合的方法，探討了蘭新鐵路沿線經(jīng)濟帶區(qū)域經(jīng)濟差異的時空格局及空間作用類型，薛靜分析了青海省公路網(wǎng)時空演化與區(qū)域經(jīng)濟的耦合關(guān)系[5-6]。戢曉峰等運用Arc GIS空間分析、交通優(yōu)勢度模型和耦合協(xié)調(diào)度模型等方法，對云南省縣域城鎮(zhèn)化與交通優(yōu)勢度的時空演化特征進行系統(tǒng)分析[7]。這些都是針對某一具體指標(biāo)進行研究，未將有關(guān)的指標(biāo)綜合到一起，系統(tǒng)分析鐵路網(wǎng)建設(shè)與區(qū)域發(fā)展的關(guān)系。

目前很多學(xué)者對不同時間和尺度下的公路網(wǎng)空間格局及演化規(guī)律進行研究，分析公路網(wǎng)對區(qū)域發(fā)展的促進作用[8-9]。也有學(xué)者研究了一定區(qū)域范圍內(nèi)鐵路網(wǎng)的擴張規(guī)律，但對鐵路網(wǎng)與區(qū)域發(fā)展的耦合協(xié)調(diào)關(guān)系的研究則較少[10-13]。以甘肅省14個市(州)為研究對象，運用地學(xué)統(tǒng)計方法、熵值法、Arc GIS軟件等對甘肅省鐵路網(wǎng)與區(qū)域發(fā)展的耦合關(guān)系進行研究，為甘肅省今后的鐵路建設(shè)規(guī)劃提供決策支持。

1 研究區(qū)域概況

1.1 路網(wǎng)交通現(xiàn)狀

甘肅省位于中國西部、黃河上游，周邊與陜西、寧夏、新疆、四川等省區(qū)接壤，是通往新疆、中亞、西亞的戰(zhàn)略要道，同時也是西南、西北聯(lián)系的樞紐，地理位置十分重要。甘肅鐵路網(wǎng)主要以隴海線、寶蘭高鐵、蘭新線、蘭新高鐵為主軸串聯(lián)省內(nèi)大部分城市，蘭青線、寶中線、西平線和干武線等為支撐形成了連接省內(nèi)市州和周圍省份“魚刺狀”分布的鐵路運輸網(wǎng)。截止2017年末，甘肅省鐵路通車總里程已達到5 000 km以上，其中高速鐵路1 200 km左右[14]，鐵路發(fā)展現(xiàn)狀如圖1所示。但甘肅省鐵路網(wǎng)覆蓋面不足，個別市州依然沒有鐵路通達，發(fā)展不平衡現(xiàn)象依然存在，嚴(yán)重限制了鐵路對這些地區(qū)社會經(jīng)濟發(fā)展的帶動作用。

圖1 2017年甘肅省鐵路網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀

1.2 區(qū)域經(jīng)濟現(xiàn)狀

2017年全省GDP依舊保持較快增長，蘭州市GDP超越2000億元，位于全省第一，總量和緊隨其后的慶陽、天水、酒泉三市總和相當(dāng)，位于經(jīng)濟的第一梯隊。甘南州GDP為136億元，排名全省最后。工業(yè)城市金昌、嘉峪關(guān)經(jīng)濟增長較為緩慢，發(fā)展力明顯不足。其余各城市GDP總量和發(fā)展速度相差不大，以7%左右的平均增長速度向前發(fā)展，在“一帶一路”發(fā)展倡議實施下甘肅迎來了新的經(jīng)濟增長點。

1.3 數(shù)據(jù)來源

鐵路網(wǎng)各項指標(biāo)數(shù)據(jù)來源甘肅省“十三五”鐵路發(fā)展規(guī)劃，甘肅省旅游交通示意圖2018版(湖南地圖出版社)，區(qū)域經(jīng)濟數(shù)據(jù)取自《2011年甘肅省統(tǒng)計年鑒》、《2016年甘肅省統(tǒng)計年鑒》、甘肅省各市(州)2011年、2016年國民經(jīng)濟和社會發(fā)展統(tǒng)計公報[15-16]。

2 研究方法

2.1 耦合作用原理

耦合是指兩個或多個系統(tǒng)通過內(nèi)部要素之間的各種相互作用而彼此影響的現(xiàn)象，反映的是各個系統(tǒng)之間相互依賴、相互影響的協(xié)同關(guān)系。

交通運輸可以實現(xiàn)勞動力及生產(chǎn)資料的空間轉(zhuǎn)移，通過提高區(qū)域的交通可達性提升運輸效率、區(qū)位優(yōu)勢來促進經(jīng)濟發(fā)展。反過來區(qū)域發(fā)展過程中經(jīng)濟要素在空間上的轉(zhuǎn)移需要各種交通運輸工具來完成，促使運輸能力的增強和交通格局的優(yōu)化，其相互作用機制如圖2所示。

圖2 鐵路網(wǎng)與區(qū)域經(jīng)濟耦合作用機制

2.2 指標(biāo)體系選擇

指標(biāo)體系的建立主要遵循以下原則。

(1)科學(xué)性，以科學(xué)合理的原則建立指標(biāo)體系來客觀、真實反映各指標(biāo)間的關(guān)系。

(2)可行性，應(yīng)選擇易獲取、有代表性的數(shù)據(jù)。

(3)完備性，指標(biāo)體系要覆蓋足夠的內(nèi)容，可反映鐵路網(wǎng)與區(qū)域經(jīng)濟的耦合關(guān)系。

(4)動態(tài)性，選取的指標(biāo)體系可以對不同時間的鐵路網(wǎng)與區(qū)域經(jīng)濟的空間耦合進行描述，并預(yù)測未來的發(fā)展趨勢。

根據(jù)以上原則，把鐵路網(wǎng)與區(qū)域經(jīng)濟耦合系統(tǒng)分解為兩個子系統(tǒng)，指標(biāo)體系如圖3所示。

圖3 指標(biāo)體系結(jié)構(gòu)

通過以上分析，鐵路網(wǎng)的發(fā)展會促進沿線區(qū)位優(yōu)勢的提高、提升區(qū)域可達性，帶動沿線經(jīng)濟快速發(fā)展。區(qū)域經(jīng)濟快速發(fā)展又需要完善的交通網(wǎng)來為其服務(wù)，實現(xiàn)人員和物資的快速轉(zhuǎn)移。從這個耦合機制出發(fā)，選取C1～C6作為鐵路網(wǎng)指標(biāo)體系，由于當(dāng)?shù)厝丝?、游客?shù)量是潛在客運量大小的重要表征，在車站設(shè)置、線路平面位置選擇中有重要作用，故本文把其作為鐵路網(wǎng)系統(tǒng)指標(biāo)來衡量。C7～C12是區(qū)域發(fā)展指標(biāo)，GDP、人均GDP都代表對交通的需求強度，GDP越高越需要修建鐵路來帶動經(jīng)濟，三大產(chǎn)業(yè)的總值及旅游收入從社會發(fā)展方面反映區(qū)域發(fā)展水平。

利用Arc GIS軟件，將甘肅行政區(qū)劃數(shù)據(jù)和鐵路網(wǎng)數(shù)據(jù)導(dǎo)入，計算出2016年的各市州鐵路網(wǎng)密度，并用Spatial Analysis中的IDW(反距離權(quán)重插值法)對路網(wǎng)密度空間化[17]，結(jié)果見圖4。

圖4 2016甘肅省鐵路網(wǎng)密度示意

2.3 指標(biāo)權(quán)重計算

以圖3中指標(biāo)及其相應(yīng)數(shù)據(jù)為樣本，利用熵值法可分別計算出2011年、2016年、2021年三年鐵路網(wǎng)與區(qū)域經(jīng)濟系統(tǒng)各指標(biāo)的權(quán)重[18]，過程如下。

求第j個屬性下第i個方案Ai的貢獻度

(1)

求出所有方案對屬性Xj的貢獻總量

(2)

熵值逆向化

(3)

各指標(biāo)權(quán)重aj計算

(4)

計算得到的2016年各指標(biāo)權(quán)重見表1。

表1 2016年評價指標(biāo)權(quán)重

3 耦合關(guān)系動態(tài)分析

3.1 耦合度和耦合協(xié)調(diào)指數(shù)計算

設(shè)變量Ui(i=1，2，…，n)，Uj(j=1，2，…，n)表示系統(tǒng)，多個系統(tǒng)相互作用時耦合度用Cn=n{(U1U2…Un)/π(Ui+Uj)}1/n來表示，本研究只有鐵路網(wǎng)、區(qū)域經(jīng)濟兩個對象，即只有兩個系統(tǒng)，所以簡化為

(5)

式中，C為兩個系統(tǒng)的耦合度；F(x)和G(x)分別為鐵路網(wǎng)與區(qū)域經(jīng)濟的綜合評價值，由下式計算

(6)

式中，aj、bj分別為兩個子系統(tǒng)中各指標(biāo)占子系統(tǒng)的指標(biāo)權(quán)重；xj、yj分別為用極差標(biāo)準(zhǔn)化方法得到的評價指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化值。

標(biāo)準(zhǔn)化值由下式計算

(7)

式中，cij表示樣本i的j個指標(biāo)數(shù)值；cjmax、cjmin分別表示為第j項指標(biāo)最大值與最小值。

在研究各市(州)的鐵路網(wǎng)與區(qū)域經(jīng)濟的耦合關(guān)系時，用耦合度反映兩個系統(tǒng)關(guān)系會出現(xiàn)與實際不符情況，不能夠真實反映出鐵路網(wǎng)與區(qū)域經(jīng)濟的協(xié)同發(fā)展情況[19]，故引入耦合協(xié)調(diào)度模型

D(xy)=(CT)1/2

(8)

式中，D為耦合協(xié)調(diào)度；C為耦合度；T為鐵路網(wǎng)與區(qū)域經(jīng)濟的綜合協(xié)調(diào)指數(shù)，反映鐵路網(wǎng)與區(qū)域經(jīng)濟相互促進、協(xié)同發(fā)展對協(xié)調(diào)度的影響。

綜合協(xié)調(diào)指數(shù)

T=αF(x)+βG(y)

(9)

式中，α、β為待定系數(shù)，由于鐵路路網(wǎng)系統(tǒng)與區(qū)域經(jīng)濟系統(tǒng)對甘肅省的經(jīng)濟社會整體發(fā)展有同等重要的貢獻作用，故α和β均設(shè)為0.5。

3.2 各市耦合度的類型劃分

借鑒前人的研究成果[20]，對鐵路網(wǎng)和區(qū)域經(jīng)濟的耦合協(xié)調(diào)度等級劃分如表2所示。

表2 耦合協(xié)調(diào)度等級劃分

鐵路網(wǎng)與區(qū)域經(jīng)濟失調(diào)有兩種類型，一種是區(qū)域經(jīng)濟快速發(fā)展而鐵路路網(wǎng)建設(shè)沒有跟上，交通制約經(jīng)濟發(fā)展導(dǎo)致兩者不協(xié)調(diào)，如慶陽市和金昌市；另一種是高速鐵路建設(shè)速度超前，區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展緩慢導(dǎo)致兩系統(tǒng)不協(xié)調(diào)。

將甘肅省各市(州)2011年鐵路路網(wǎng)系統(tǒng)和區(qū)域經(jīng)濟系統(tǒng)的各項指標(biāo)值代入以上公式，計算得到各市(州)的鐵路網(wǎng)與區(qū)域經(jīng)濟的耦合協(xié)調(diào)度類型，并在Arc GIS中進行空間化得到圖5。

圖5 2011年耦合協(xié)調(diào)類型分布示意

蘭州是優(yōu)質(zhì)耦合協(xié)調(diào)類城市，說明鐵路網(wǎng)系統(tǒng)與區(qū)域經(jīng)濟系統(tǒng)進入良性循環(huán)階段，二者相互促進。酒泉、天水是甘肅省經(jīng)濟發(fā)展比較好的城市，區(qū)域內(nèi)有被譽為“亞歐大陸橋”的隴?！m新鐵路大通道，促進了當(dāng)?shù)亟?jīng)濟迅速發(fā)展。

白銀、定西、平?jīng)?、武威和張掖是勉強耦合協(xié)調(diào)類城市，鐵路網(wǎng)建設(shè)基本可以滿足經(jīng)濟發(fā)展的需要，這些地區(qū)應(yīng)該以改善交通條件為契機，加快交通運輸對經(jīng)濟的帶動作用。

慶陽是甘肅能源產(chǎn)業(yè)基地，近年來經(jīng)濟發(fā)展迅速，但由于沒有鐵路，交通運輸對經(jīng)濟發(fā)展的帶動作用明顯不足。甘南、臨夏是甘肅主要的少數(shù)民族集聚區(qū)，交通不便使區(qū)域內(nèi)豐富的旅游資源沒有很好利用，減弱了旅游業(yè)作為支柱產(chǎn)業(yè)帶動當(dāng)?shù)匕l(fā)展的作用。隴南市大部分為山區(qū)，由于地形地質(zhì)條件復(fù)雜，鐵路建設(shè)遲滯不前，區(qū)域內(nèi)有眾多的國家森林公園，且與世界知名旅游勝地“九寨溝”接壤，可達性限制了旅游產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

嘉峪關(guān)和金昌都處于失調(diào)的邊緣，市內(nèi)已經(jīng)形成覆蓋全市、暢通高效的鐵路運輸網(wǎng)，由于兩者都是工業(yè)城市，經(jīng)濟發(fā)展處在轉(zhuǎn)型階段，需要合理調(diào)整產(chǎn)業(yè)布局來拓寬經(jīng)濟發(fā)展空間。

2011年—2016年是鐵路建設(shè)快速發(fā)展的六年，尤其是2013年、2014年甘肅省鐵路項目完成投資居全國第一，與全國平均發(fā)展差距進一步縮小，2016年的鐵路建設(shè)量包括后期運營的寶蘭高鐵和蘭渝鐵路，耦合協(xié)調(diào)類型空間分布如圖6所示。

圖6 2016年耦合協(xié)調(diào)類型空間分布示意

蘭州市依舊是優(yōu)質(zhì)耦合協(xié)調(diào)類型城市，且正在建設(shè)地鐵項目，屆時將會實現(xiàn)城市鐵路網(wǎng)與區(qū)域鐵路路網(wǎng)的一體化，促進蘭州成為我國在“一帶一路”建設(shè)中的重要交通樞紐。

蘭新高鐵和寶蘭高鐵打通了內(nèi)地連接新疆的鐵路客運大通道，對促進新疆地區(qū)與內(nèi)地之間的經(jīng)濟往來和文化交流具有重要意義，串聯(lián)了省內(nèi)的天水、定西、蘭州、張掖、嘉峪關(guān)和酒泉六大城市。蘭渝鐵路縮短西南、西北的列車可達時間，是陸上絲綢之路和海上絲綢之路的聯(lián)系紐帶，開通后隴南市由瀕臨失調(diào)型轉(zhuǎn)變?yōu)榱嗣銖婑詈蠀f(xié)調(diào)型，對促進甘肅東南部地區(qū)的旅游產(chǎn)業(yè)有很大的推動作用。

通過“十三五”鐵路項目建設(shè)規(guī)劃和預(yù)測得到的各項經(jīng)濟指標(biāo)數(shù)據(jù)，對2021年甘肅省的鐵路路網(wǎng)與區(qū)域經(jīng)濟的協(xié)調(diào)類型進行模擬分析，為當(dāng)下的甘肅省的鐵路建設(shè)提供一些具有參考性的建議，發(fā)現(xiàn)路網(wǎng)發(fā)展比較薄弱的一些地區(qū)鐵路路網(wǎng)和區(qū)域經(jīng)濟的耦合類型都逐步由失調(diào)型向協(xié)調(diào)型轉(zhuǎn)變，耦合協(xié)調(diào)類型空間分布如圖7所示。

圖7 2021年耦合協(xié)調(diào)類型空間分布示意

蘭合鐵路、銀西高鐵和格敦鐵路建成以后，能源大市慶陽的協(xié)調(diào)類型由瀕臨失調(diào)轉(zhuǎn)變?yōu)槊銖婑詈鲜д{(diào)，高速鐵路會給慶陽市經(jīng)濟增長帶來新的活力。蘭合鐵路連通了蘭州、臨夏和甘南，縮短了兩大自治州與省會間的可達時間，對推動少數(shù)民族地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展、文化交流具有重要的意義。

對比分析各市州不同時間節(jié)點的耦合協(xié)調(diào)度，如圖8所示。

圖8 各市(州)耦合協(xié)調(diào)度變化

從圖8可以看出，甘肅省各市州鐵路網(wǎng)與區(qū)域經(jīng)濟的耦合協(xié)調(diào)度在不斷變化，蘭州在不同的時間斷面都是耦合協(xié)調(diào)度最高的城市，甘南州由于路網(wǎng)建設(shè)不足，耦合協(xié)調(diào)度始終是最低的。隨著鐵路的不斷建設(shè)完善，在建設(shè)資源有限的情況下優(yōu)先發(fā)展瀕臨失調(diào)地區(qū)的鐵路網(wǎng)，使該地區(qū)的路網(wǎng)建設(shè)進一步優(yōu)化完善。各市州鐵路網(wǎng)與區(qū)域經(jīng)濟的耦合協(xié)調(diào)度呈現(xiàn)一個動態(tài)變化的過程，當(dāng)某地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展較好時，通過修建鐵路來提升耦合協(xié)調(diào)度，使兩者的發(fā)展相互協(xié)調(diào)。路網(wǎng)建設(shè)優(yōu)于經(jīng)濟發(fā)展時，該地區(qū)會由于鐵路交通來帶動經(jīng)濟向前發(fā)展。

3.3 甘肅省鐵路網(wǎng)發(fā)展的建議

“十二五”期間甘肅省的鐵路建設(shè)取得了顯著的成績，但由于國土面積較大，主要城市分布較為分散，鐵路網(wǎng)密度依然比較低，路網(wǎng)發(fā)展與周邊省區(qū)比較如表3所示。

表3 甘肅省鐵路營運里程與周邊省區(qū)比較

甘肅省鐵路網(wǎng)密度僅占到全國平均水平的70%，路網(wǎng)覆蓋面與周邊省區(qū)相比較依然不足，“魚刺狀”的路網(wǎng)形態(tài)功能較為單一，對外運輸通道不完善，對內(nèi)各市(州)之間沒有直達的便捷通道。民族地區(qū)、革命老區(qū)由于受經(jīng)濟條件制約，大鐵路項目經(jīng)濟評價結(jié)果弱，路網(wǎng)發(fā)展依然緩慢。

蘭州作為省會是未來城市化和工業(yè)化重點發(fā)展的區(qū)域，需要建設(shè)規(guī)模合理、效率更高的鐵路網(wǎng)運輸體系，提高鐵路的承載能力，保障蘭州—西寧城市群一體化發(fā)展。

臨夏、甘南是甘肅省主要的民族地區(qū)，今后應(yīng)該重點推動鐵路網(wǎng)建設(shè)，以適度超前的鐵路網(wǎng)建設(shè)來帶動民族地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展和促進文化交流，通過發(fā)展優(yōu)質(zhì)旅游業(yè)來打造新的經(jīng)濟增長點。

平?jīng)?、慶陽是能源大市，有豐富的石油、煤炭資源，應(yīng)該進一步加大鐵路網(wǎng)建設(shè)力度，將平?jīng)?、慶陽地區(qū)與隴海運輸通道連接，構(gòu)建能源外運通道實現(xiàn)經(jīng)濟跨越式發(fā)展。

4 結(jié)論

(1)甘肅省大部分地區(qū)的鐵路網(wǎng)與區(qū)域經(jīng)濟呈勉強耦合或低度耦合關(guān)系，鐵路網(wǎng)與區(qū)域經(jīng)濟相互促進、協(xié)調(diào)發(fā)展的作用不強。

(2)部分市州之間沒有直達的鐵路通道，鐵路網(wǎng)的社會化參與度較低，限制了鐵路網(wǎng)對區(qū)域經(jīng)濟的帶動作用和線網(wǎng)整體運輸能力的有效發(fā)揮。

(3)甘肅省應(yīng)針對各個城市的鐵路網(wǎng)和區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展情況，指定差別化的鐵路網(wǎng)建設(shè)方案，優(yōu)化省內(nèi)路網(wǎng)布局，實現(xiàn)“鐵路帶動區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展、區(qū)域經(jīng)濟推動鐵路建設(shè)”的協(xié)調(diào)發(fā)展模式。