Содержание к диссертации
Стр.
Введение 5
Часть I. Теоретико-методологические основы системного моделирования
регионального расселения 15
Глава 1. Развитие идей математического моделирования систем
населенных пунктов 15
1.1. Теория центральных мест В. Кристаллера. Правило Зипфа 15
1 ^.Количественный анализ и моделирование сети поселений 23
Моделирование городов 35
Моделирование пространственного взаимодействия населенных пунктов 53
Основные виды моделей систем населенных пунктов 67
Глава 2. Проблемы моделирования систем расселения 84
Проблема делимитации территориальных систем расселения 84
Факторы развития систем расселения 108
Проблема регулирования и саморегулирования развития систем
расселения 113
Глава 3. Теоретические положения системного моделирования
регионального расселения 121
Теоретико-методологическая база моделирования регионального расселения 121
Региональная система расселения как объект моделирования 128
Система моделей региональной системы расселения 137
Показатели иерархической структуры системы расселения 150
Анализ и синтез иерархической структуры системы расселения
Постановка проблемы. 171
Модель системы опорных центров региональной системы расселения... 173
Общий вид модели 173
Методика оценки уровня благосостояния населения 176
Реализация модели на материалах Чувашии 185
Методы моделирования динамики структуры расселения 220
Метод матричного моделирования динамики структуры расселения... 220
Анализ динамики структуры системы расселения с помощью дифференциальных уравнений 235
Оценка структурных сдвигов в системе расселения 238
Анализ взаимовлияния структур системы расселения 245
Использование методов структурного анализа при моделировании динамики структуры расселения для территории, охватывающей опорные центры (на примере Чувашии) 249
Анализ влияния факторов на динамику людности поселений 269
Модель локальной системы расселения 274
Часть II. Методы и модели системного моделирования регионального
расселения 144
Глава 4. Моделирование иерархической структуры региональной системы
расселения 144
4.1. Об одном подходе выявления иерархии поселений и подсистем расселения 144
(на примере расселения Чувашии) 162
Глава 5. Моделирование системы опорных центров региональной
многоуровневой иерархической системы расселения 171
Краткая характеристика системы расселения Чувашской Республики 185
Подготовка исходных данных 194
Результаты моделирования 211
Глава 6. Моделирование динамики структуры расселения для территории,
охватывающей опорные центры 220
Глава 7. Моделирование локальных систем расселения 269
Глава 8. Некоторые подходы моделирования города 284
8.1. Моделирование людности города 284
Об одном подходе к моделированию сбалансированного развития города 289
О моделировании пространственной структуры города с учетом
качества окружающей среды 295
Заключение 299
Литература 306
Введение к работе
Изучение расселения людей всегда имело большое значение для познания исторического процесса территориальной организации хозяйства, социальной сферы и использования природных ресурсов и условий. Именно в населенных пунктах, являющихся и местом жительства людей и местом нахождения социально-экономических объектов, в концентрированном виде проявляется взаимодействие человека, производства и природы.
Важность изучения расселения населения определяются следующими моментами. Во-первых, расселение населения, являясь "формой пространственной организации общества" (Хорев, Смидович, 1981, с. 3), представляя собой подсистему территориально-общественной системы и, соответственно, имея собственные механизмы самоорганизации и саморегулирования, оказывает также и обратное влияние на развитие и территориальную организацию производства и общества в целом. Наблюдается усиление этого обратного воздействия. Отсюда, во-вторых, процессы самоорганизации, присущие расселению требуют специального изучения, в частности методами моделирования. В-третьих, возрастают и расширяются потребности общества в улучшении социально-культурных и экологических условий проживания населения, которые неотделимы от форм расселения. В- четвертых, увеличиваются возможности общества в выборе и реализации регулирующих мер наиболее эффективных путей (стратегий) развития процесса расселения населения.
В современных условиях развития общества совокупности населенных пунктов вследствие усиления функциональной их взаимосвязанности превращаются в системы. Взаимообусловленность развития поселений территорий разных масштабов приводит к формированию и развитию территориальных систем расселения разного ранга (иерархического уровня). Важное место в иерархии систем расселения занимают региональные системы расселения. Это связано с большей социально-экономической самостоятельностью регионов, повышением их роли в жизни общества.
Соответственно возрастает роль региональных систем расселения как для решения местных (региональных) социально-экономических задач, так общегосударственных.
Познание механизмов функционирования и развития территориальных систем расселения, прогнозирование их будущего развития и, на этой основе, разработка мер регулирования процесса их территориальной организации - основное направление исследования расселения населения. Регулирование территориальной организации систем населенных пунктов направлено на решение вопросов, связанных с улучшением жизненных условий и повышением трудовой активности населения, рациональным использованием и охраной природных условий и ресурсов, развитием социальной инфраструктуры. Естественно, что эти вопросы решаются в рамках комплексного развития и организации всех элементов территории ввиду того, что система расселения является составной частью территориально- общественной системы.
Решение указанных задач в полной мере возможно путем системного моделирования. Под системным моделированием понимается синтез теоретических положений с методами, моделирование географического объекта как системы, использование системы моделей (Липец, 1987, 1990). Важное место в системном моделировании занимают математические методы. Процесс исследования географических систем с помощью математических моделей, которые сохраняют многообразие географической информации, вероятно, можно назвать математико-географическим моделированием. Математико- географическое моделирование, являясь по форме математическими, по своему содержанию остается географическими не только потому, что оно воспроизводит основные черты географических объектов (систем), а, главным образом, ввиду того, что оно базируется на определенной содержательной географической концепции. Математический метод является одним из инструментов исследования таких сложных и динамических систем, как географические системы, в частности региональные системы расселения.
Преимуществом его, как известно, является четкая формулировка задач, возможность учета в количественном виде отношений между элементами системы и между системами, без чего невозможно прогнозирование их развития. Однако построение и реализация математических моделей является только одним из этапов процесса системного моделирования. В этом процессе главными элементами являются содержательные моменты, опирающиеся на определенные теоретико-методологические положения той области географической науки, к которой относится моделируемая система.
Основные положения использования математического аппарата в географии были сформулированы в трудах Б.Л. Гуревича, Ю.Г. Саушкина (1966), В.М. Гохмана, Б.Л. Гуревича, Ю.Г. Саушкина (1968), В.М. Гохмана, Ю.Г. Саушкина (1971), A.M. Смирнова (1971), B.C. Михеевой (1971), Ю.Г. Липеца (Lipets, 1972) и других. Рассматривались они и автором данной работы совместно с коллегами (Архипов, Блажко, Преображенский, Ступишин, Трофимов, 1971, 1972; Arkhipov, Blazhko, Preobrazhensky, Stupishin, Trofimov, 1972; Preobrazhensky, Arkhipov, Blazhko, Stoupishin, Trofimov, 1972; Архипов, Блажко и др., 1976). Значительное влияние на формирование методологии математико-географического моделирования оказали работы В. Бунге (1967) и П. Хаггета (1968). Однако, очевидно, что стройной общей методологии математико-географического моделирования, математической географии, по выражению Ю.Г. Саушкина (1971, с. 22), до настоящего времени еще не создано. Сказанное имеет место также и для отдельных предметных областей географии, в частности для теории расселения населения.
В области разработки вопросов методологии и методики математического моделирования систем расселения и городов можно отметить работы В.Н. Белоусова (1981), Н.И. Блажко (1964), Н.И. Блажко, C.B. Григорьева, Я.И. Заботина (1970), Ф.М. Бородкина, C.B. Соболевой, В.А. Сухарева (1977), С.М. Гусейн-Заде (1979, 1982, 1983, 1988), А.И. Егорова, Н.П. Тихомирова, Ю.М. Черкасова (1981), Г.А. Заболоцкого (1977), М.Г. Завельского (1979), П.В. Ивандикова, Н.П. Тихомирова (1981), П. Корцелли (1977), Ф.М. Листенгурта,
Ю.М. Медведкова (1964, 1965), И.А. Портянского, Г.С. Юсина, 1987), Марксоо А. (1977), И.С. Матлина (1975), И.К. Паниной, Б.Л. Шмульяна (1979), Ю.С. Попкова (1979, 1981), Ю.С. Попкова, Б.Л. Шмульяна (1981), И.А. Портянского (1979), В.И. Ресина, Ю.С. Попкова (2000), Н.Ф. Тимчука (1980), С.Е. Ханина (1980, 1984, 1994), Б.Л. Шмульяна (1978, 1979), В.А. Шупера (1979, 1983, 1988, 1995, 1996) и других. Но в этих работах рассматривались, по преимуществу, отдельные положения методологии системного и математико-географического моделирования расселения населения, главным образом, городских систем расселения. В зарубежных исследованиях конца 20 века основное внимание уделялось моделированию городов, городских систем и урбанизированных территорий (Форрестер, 1974; Lowry, 1963; Simmonds, 1994, 1999; Wilson, 1972; Webster, Wu, 1999 и др.). Вопросы же системного и математико- географического моделирования единых (интегральных) систем расселения, включающих в себя как городские, так и сельские поселения, практически являются неразработанными, как в нашей отечественной географической науке, так и зарубежной.
Целью данной работы является разработка вопросов методологии и методики математико-географического моделирования в рамках системного моделирования регионального расселения, которое включает в себя как городские, так и сельские поселения. Для достижения сформулированной цели были поставлены следующие задачи:
изучить накопленный опыт в области разработки методологии и методики математико-географического системного моделирования расселения населения для выяснения степени их разработанности и определения возможных направлений научного поиска;
проанализировать наименее разработанные проблемы в исследуемой области и предложить подходы к их решению;
предложить систему моделей регионального расселения;
разработать методы моделирования иерархической структуры системы расселения;
составить и апробировать модель опорных центров многоуровневой иерархической региональной системы расселения;
разработать методы моделирования динамики структуры расселения для территории, охватывающей опорные центры, по отдельным уровням иерархии поселений;
разработать принципы и составить модель локальной системы расселения, сформированной на базе локального хозяйственного комплекса;
предложить некоторые подходы математического моделирования города.
Объектом данного исследования являются математические модели регионального расселения. Предметом исследования являются методология и методика системного моделирования регионального расселения.
Общеметодологической базой данного исследования послужили труды Э.Б. Алаева, Е.Г. Анимицы, H.H. Баранского, В.Н. Белоусова, Н.И. Блажко, В.В. Владимирова, Г.А. Гольца, В.М. Гохмана, В.Г. Давидовича, В.Д. Зайцева, С.А. Ковалева, A.M. Колотиевского, A.B. Кочеткова, Г.М. JIanno, Е.Е. Лейзеровича, Ю.Г. Липеца, Ф.М. Листенгурта, И.М. Маергойза, С.Я. Ныммик, E.H. Перцика, Н.В. Петрова, Ю.Л. Пивоварова, В.В. Покшишевского, П.М. Поляна, Ю.С. Попкова, О.С. Пчелинцева, Б.Б. Родомана, Ю.Г. Саушкина, A.M. Смирнова, A.M. Трофимова, Б.С. Хорева, Д.Г. Ходжаева, М.Д. Шарыгина, В.А. Шупера и других. Теоретические положения, разработанные в трудах этих ученых, в частности понятия о региональных и локальных системах расселения, концепции единой системы расселения, опорного каркаса расселения, групповых систем расселения, были использованы при разработке методологии и методики системного моделирования регионального расселения. Большую роль для разработки методологических вопросов данного исследования сыграла теория центральных мест Кристаллера-Лёша. Концепция иерархичности расселения была одной из основных при выработке методологических положений системного моделирования регионального расселения, которое рассматривалось как интегральная территориальная система расселения.
В работе были использованы географические и математические методы. Географические методы (сравнительный, картографический) применялись на этапах систематизации информации и анализа полученных результатов. Из математических методов при построении моделей территориальных систем расселения наибольшее применение нашли методы матрично-векторной алгебры, обычных, конечно-разностных и дифференциальных уравнений.
Информационной базой работы послужили материалы статистических органов республики Татарстан, данные собранные с помощью студентов географического факультета Казанского университета в городах и республиках республики Татарстан во время экспедиций 1983,1984 годов, руководителем которых автор являлся, материалы статистических сборников и бюллетеней Госкомстата Чувашской Республики.
Основные результаты данного исследования сводятся к следующему:
предложен один из возможных способов решения проблемы делимитации территориальных систем расселения;
разработана логическая модель взаимосвязей в системе расселения, которая раскрывает процессы ее саморегулирования и регулирования;
предложена система моделей регионального расселения, включающая в свой состав модель иерархической структуры, модель развития опорных центров, модели динамики структур расселения для территории, охватывающей опорные центры, модели локальных систем расселения и модели отдельных поселений. Предлагается поэтапная реализация системы моделей.
разработана методика анализа и моделирования иерархической структуры региональной системы расселения, базирующаяся на теории центральных мест В. Кристалл ера, использующая параметры модифицированной формулы Беккманна-Парра и проверенная на материалах Чувашской Республики.
построена модель развития опорных центров регионального расселения как многоуровневой иерархической системы расселения, которая реализована на материалах Чувашии;
в рамках модели развития опорных центров разработана методика оценки уровня благосостояния населения с учетом транспортной доступности опорных центров- поселений. Данная методика была необходима для "увязки" показателей миграции с уровнем благосостояния населения.
разработана матричная модель динамики структуры расселения, которая апробирована на большом количестве материалов Татарии и Чувашии, показала свою работоспособность и эффективность. Данная модель была использована для анализа и прогнозирования структуры расселения по отдельным уровням иерархии поселений территории, охватывающей опорные центры. Преимуществом матричной модели перед другими методами анализа структурных сдвигов в системе расселения является возможность ее использования для целей прогнозирования.
сформулированы принципы и предложена одна из возможных моделей локальной системы расселения, формирующейся на базе локального хозяйственного комплекса;
рассмотрены некоторые подходы к моделированию города. Составлена модель сбалансированного развития города, в которой демографический потенциал увязывается с его градообразующей базой. Модель использована для прогнозирования развития г. Канаш Чувашской Республики. Предложена также модель функционально-пространственной структуры города с учетом качества окружающей среды. С помощью демографической модели была дана прогнозная оценка численности и половозрастного состава г. Чебоксары.
Научная новизна работы заключается в разработке основных положений методологии системного моделирования регионального расселения, системы моделей и математических методов моделирования региональной системы расселения.
Практическое значение работы заключается в возможности использования ее результатов для построения моделей локальных и региональных систем расселения и применения их для целей прогнозирования развития населенных пунктов. Модель развития опорных центров региональной многоуровневой иерархической системы расселения была построена в рамках выполнения гранта РФФИ №98-06-0357 "Математическое моделирование развития региональной системы населенных пунктов". Данные о миграционной подвижности населения, полученные в ходе исследования Нижнекамской локальной системы расселения, были использованы Советом Министров Татарской АССР для выработки мер по сдерживанию оттока населения из села в город (1984 г.). Результаты изучения миграции населения республики Татарстан, как факторов развития городских поселений, были использованы при разработке Программы "Народонаселение Татарстана и его эффективная занятость до 2001 г." (Казань, 1991). Автор являлся руководителем одного из разделов Программы. Матричный метод моделирования динамики структуры системы расселения был использован в диссертационной работе М.Р. Мустафина (1985 г.). Данный метод и некоторые другие использовались в ряде дипломных работ студентов-географов Казанского и Чувашского университетов. Результаты работы были использованы в учебных пособиях "Математические методы в географии" (Казань, 1976) и "Экономическая и социальная география Чувашии" (Чебоксары, 1998). Некоторые из методов использовались в курсах "Теория и методы изучения народонаселения", читавшихся автором студентам экономико-географам Казанского университета. В настоящее время эти методы используются автором в учебных курсах "География населения" и "Математические методы в географии" географического факультета Чувашского государственного университета.
Основные положения диссертации были доложены на Втором Всесоюзном межведомственном совещании по применению математических методов в географии (Казань, 1971), III и IV Междуведомственных совещаниях по географии населения (Пермь, 1973; Тбилиси 1979), Международных географических конгрессах (Монреаль, 1972; Москва, 1976; Париж, 1984), III Всесоюзном симпозиуме по теоретическим вопросам географии (Одесса, 1977), на VII съезде Географического общества СССР (Ленинград, 1980),
Международной конференции "Миграция и населенность в социалистических странах" (Брно, 1984), Всесоюзной конференции "Теория, методология и практика системных исследований" (Москва, 1985), на Всероссийской научной конференции "Современная география и окружающая среда" (Казань, 1996), на Всероссийской научно-практической конференции "Экономическая география и региональное развитие" (Уфа, 1997), на Всероссийской научно-практической конференции "Прогнозирование и планирование социально-экономического развития регионов" (Чебоксары, 1999), на межрегиональной научно- практической конференции "География населения и расселения" (Н. Новгород,
, на Международной научно-практической конференции "Чувашская Республика на рубеже тысячелетий: история, экономика, культура" (Чебоксары,
, на Международной научной конференции "Социально-экономические и экологические проблемы развития сельской местности" (Саранск, 2000), на межрегиональной научно-практической конференции "Актуальные географические проблемы регионов" (Чебоксары, 2000), на Всероссийской научно-практической конференции "Математическое моделирование экономических систем и процессов" (Чебоксары, 2000), других конференций и совещаний.
Работа структурно состоит из двух частей.
Первая часть посвящена методологии моделирования территориальных систем расселения и содержит три главы. В первой главе дан анализ развития методологии и методов математико-географического моделирования расселения населения. Во второй главе рассмотрены основные проблемы моделирования систем расселения, которые до настоящего времени не получили окончательного разрешения. К их числу были отнесены проблемы делимитации, учета факторов развития и функционирования, регулирования и саморегулирования систем расселения. Третья глава является одной из основных в работе. В ней рассмотрены особенности региональной системы расселения как объекта моделирования и предложена система моделей регионального расселения.
Вторая часть, состоящая из пяти глав, посвящена методам математического моделирования регионального расселения и реализует положения, изложенные в первой части. В четвертой главе предложен метод анализа и моделирования иерархической структуры региональной системы расселения. В пятой главе приведена модель развития опорных центров региональной системы расселения, которая рассмотрена как многоуровневая и иерархическая. Модель реализована на материалах Чувашской Республики. В шестой главе рассмотрены методы моделирования динамики структуры системы расселения. Автором предложена матричная модель, которая может быть использована для прогнозных целей. Рассмотрены также методы дифференциальных уравнений и векторной алгебры. Ввиду того, что структура системы расселения, относящейся к классу сложных, является множественной, в данной главе рассмотрен один из методов анализа взаимовлияния структур (структурных характеристик). Матричная модель была использована для анализа динамики структур расселения по отдельным уровням иерархии. Седьмая глава посвящена рассмотрению моделирования локальной системы расселения. В восьмой главе рассмотрены модели города: демографическая, модель сбалансированного развития города и модель функционально- пространственной структуры города, где учитывается качество окружающей среды.
Предлагаемые в данной работе методологические положения системно- математического моделирования территориальных систем расселения направлены на решение задач прогнозирования и регулирования расселения населения. Естественно, что в одной работе охватить все стороны такой сложной проблемы как моделирование расселения населения невозможно. Основное внимание в работе уделено моделированию структуры и иерархически соподчиненных друг другу опорных центров систем расселения.