CC BY
171
УДК 711.4 МАЗАЕВ А. Г
Способы полицентрической оптимизации систем расселения
В статье рассматривается вопрос количественной характеристики меры полицентрич-ности региональной системы расселения на примере Уральского федерального округа. На основе Динамической модели развития систем расселения предлагаются два различных способа оптимизации расселения. В результате обоснован критерий практической оптимизации развития системы расселения.
Ключевые слова: система расселения, полицентрическая оптимизация систем расселения, структурный анализ распределения населения, модель равновесия Кристал-лера, Динамическая модель развития расселения.
MAZAEV A. G.
OPTIMIZATION METHODS OF POLYCENTRIC SETTLEMENT SYSTEMS
The article discusses the characteristics of quantitative measures of regional polycentric settlement system on the example of the Urals Federal District. On the basis of the dynamic model of settlement systems are offered two different ways to optimize the settlement. As a result, the criterion substantiated practical optimization of the settlement system.
Keywords: settlement system, polycentric settlement systems optimization, structural analysis of population distribution, model of Kristallers balance, Dynamic model of settlement.
Мазаев Антон
Григорьевич
кандидат архитектуры, советник РААСН, зав. лабораторией Филиала ФГБУ «ЦНИИП Минстроя России» УралНИИпроект
e-mail: trebich..74@mail.ru
Статья посвящена ключевому вопросу в теории оптимизации систем расселения — поиску и обоснованию ключевых количественных и качественных параметров, позволяющих отличить оптимальное состояние расселения от неоптимального, показать величину этого различия и дать возможность указать пути его сокращения. Благодаря разработанному ранее комплексу методик исследования состояния расселения это становится возможным.
В качестве «точки опоры» для рассмотрения различных состояний расселения будет рассмотрено «равновесие Кристаллера» — состояние, которое сам В. Кристаллер рассматривал в качестве обязательного и финального состояния расселения. В рамках нашего теоретического подхода данное состояние рассматривается как частный случай развития расселения, который достигается в определенных специфических условиях высокоплотного староосвоен-ного пространства. «Равновесие Кристаллера» является самым известным в теории расселения концептом и характеристикой состояния расселения. В данной статье рассмотрены его количественные и качественные показатели.
Модель равновесия Кристаллера как способ оптимизации системы расселения
Модель равновесия В. Кристаллера можно и нужно трактовать как практически единственную последовательно проведенную в тео-
рии попытку оптимизировать расселение и дать развернутое описание этого оптимизированного состояния. Учитывая тематику нашего исследования, необходимо и нам рассмотреть единственную попытку дать последовательное научное обоснование понятию оптимизированного расселения. «В этой теории... первичность географического пространства по отношению к протекающему в нем процессу самоорганизации определяет потенциальные формы, возникающие в результате развития этого процесса». Финальная симметрия гексагональной решетки центральных мест — «это форма стабилизации системы расселения». «Любая деятельность людей дифференцирует пространство, даже совершенно однородное. При этом существует конечное число способов устойчивой пространственной организации различных территориальных систем. Один из этих способов описывается теорией центральных мест» [2, 17, 27].
В рамках разработанных методик анализа развития систем расселения можно дать количественную и качественную характеристику равновесия Кристаллера. Если говорить о параметрах оптимизации, то, безусловно, такое равновесие имеет под собой экономическое обоснование и ориентировано на оптимизацию экономических показателей. Об этом говорится в многочисленных работах, посвященных теории В. Кристаллера: «Центральными местами В. Кристаллер называет экономические центры, которые обслуживают товарами и услугами
Таблица 1. Иерархия центральных мест
Ранг центрального места в иерархии Численность населения центрального места, по В. Кристаллеру (Е. Н. Перцик [4]) Население центра из работы Проста [Мерлен] Расстояния между центральными местами одного ранга, км Зона обслуживания, км2 Число центральных мест данного ранга Индексы центров
7 500 000 300 000 186 35 000 1 1
6 100 000 190 000 108 11 650 2 2-3
5 30 000 27 000 62 3 880 6 4-9
4 10 000 9 000 36 1 243 18 10-27
3 4 000 3 500 21 414 54 28-81
2 2 000 1 500 12 140 162 82-243
1 1000 800 7 47 486 244-729
не только себя, но и население своей округи (зоны сбыта). Зоны обслуживания и сбыта с течением времени имеют тенденцию оформляться в правильные шестиугольники, а вся заселенная территория покрывается шестиугольниками без просветов (кристаллеровская решетка)... Каждое центральное место имеет тем большую зону сбыта, чем выше уровень иерархии, к которому оно принадлежит. Кроме продукции, необходимой для зоны своего ранга (своего шестиугольника), центр производит (предоставляет) товары и услуги, типичные для всех центров низших рангов» [2, 14].
Иллюстрация 1. Распределение населения по уровням иерархии расселения в соответствии с моделью В. Кристал-лера (при верхнем элементе расселения с численностью 500 тыс. жителей). Автор Мазаев А. Г
Как видно, экономическая составляющая является основой для всех построений. При этом возникает состояние расселения, имеющее вполне конкретные количественные и качественные характеристики. «Чтобы удовлетворить вышеуказанным требованиям. необходимо размещение одного пункта более высокого порядка в центре, а соподчиненных ему пунктов — в углах правильной шестиугольной решетки. Каждый такой шестиугольник с семью населенными пунктами (считая и центральный) входил вместе с соседними примыкающими шестиугольниками в более обширную зону, притом глав-
Иллюстрация 2. Распределение населения по уровням иерархии расселения в соответствии с моделью В. Кристал-лера (при верхнем элементе расселения с численностью 1 500 тыс. жителей). Автор Мазаев А. Г.
ный город центрального шестиугольника является центральным местом для всей зоны» [3, 68].
Модель равновесия Кристаллера с точки зрения структурного анализа распределения населения
В. Кристаллер выделил семь уровней иерархии расселения (центр земли, округа, района, общины, город в пределах общины, поселок или село с административными службами, торговый центр) с примерными параметрами (Таблица 1). В соответствии с положениями его теории в таблице отображена модель распределения населения по рангам в иерархии центральных мест и размеры зон их влияния. Согласно разработанному ранее авторскому методу морфологического анализа структуры расселения методом скользящих средних, можно провести изучение того нормативного распределения населения по его уровням, которое вытекает из «равновесия Кристаллера».
В Таблице 1 представлен модельный расчет количества уровней в иерархии Кристаллера и количества населения на каждом из них (по данным Е. Н. Перцика [4]). Благодаря этим данным, согласно разработанному ранее методу анализа путем скользящих средних, становится возможным рассчитать количество уровней в расселении «по Кристалле-ру», количество населения на каждом из них, а также средние уровни, которые возникают при таком расчете.
Анализ системы расселения, находящейся в состоянии, описанном моделью Кристаллера, методом скользящих средних дает несколько неожиданный результат — мы вправе ожидать какого-то подобия пирамидального распределения населения по ярусам расселения в соответствии с пирамидальным характером построения иерархии расселения в самой этой модели. Вместо этого
мы видим схему иерархии расселения с узким средним ярусом, что отрицает пирамидальный характер распределения населения по кристаллеровской модели.
Характеристики, которые выявляются в ходе анализа, показывают сведенную воедино краткую характеристику расселения, сильно отличающуюся от равномерного распределения населения по иерархии расселения.
1 Первый факт, который бросается в глаза, — это низкий средний уровень численности населения в системе расселения, построенной по модели В. Кристал-лера, — всего 2,86 тыс. жителей. Отношение между верхним и средним уровнем расселения составляет 500/2,86 = 174,82 раза. Это говорит о большом отрыве верхнего этажа расселения от среднего уровня по данной системе расселения и высоком уровне поляризации данной системы.
2 Наличие пяти этажей в структуре расселения. Это достаточно высокая дифференциация расселения, население распределено по большому числу ярусов расселения, иначе говоря — оно живет в большом числе типов городов, сильно различающихся между собой по своей численности.
3 Значительное число жителей, проживающих на уровне расселения ниже среднего, — на данном уровне всего проживает 38,83% (или 810 тыс. из 2 086 тыс.) суммарного населения всей системы расселения. Это объясняется тем, что число населенных пунктов этого уровня просто громадно — 648 населенных пунктов из 729 (или 88,8%). За счет строгого заполнения всех уровней расселения, в том числе и самых нижних, на нижних этажах расселения остается более трети всего населения данной системы расселения.
4 Весьма незначительное число жителей находится на среднем ярусе расселения, он подобен тонкой «шее», связывающей нижний ярус расселения с самым верхним ярусом расселения, представленным единственным крупным центром данной системы расселения (единственным центральным местом, по терминологии В. Кристаллера). К ней относятся уровни +1, +2 и +3. Каждый из этих уровней по отдельности содержит в себе население не более чем 396 тыс. человек, что составляет максимально 19% от всего населения данной системы расселения.
5 При этом суммарно на всех трех связующих самый нижний и самый верхний уровнях расселения проживают 776 тыс. человек (или 37,2%).
Поэтому при укрупненном рассмотрении системы расселения кристаллеровского типа население в ней распределяется практически поровну между тремя мегаярусами по следующей схеме:
♦ Нижний ярус, уровень ниже среднего (-1), на нем размещается 38,8% населения всей данной системы расселения.
♦ Три промежуточных между нижним и самым верхним уровнем расселения яруса (+1,+2 и +3), на них размещается 37,2%.
♦ Верхний уровень, на котором размещается 23,9% населения этой же системы расселения. Аналогичный анализ проведен для модельной системы расселения при значении главного и единственного центрального места, равного 1 500 тыс. жителей (Иллюстрация 2). Данная величина избрана в силу того, что она максимально близка к величине Екатеринбурга — главного города Уральского федерального округа, который является главным центральным местом по отношению ко всей региональной системе расселения.
При анализе распределения такой величины устанавливается сущностная аналогия между распределением для системы расселения с центральным местом
Иллюстрация 3. Изменение коэффициента поляризации (Р) Уральской макрорегиональной системы расселения на протяжении переписного периода (1856-2010 гг.) в рамках Динамической модели развития расселения. Автор Мазаев А. Г
в 1 500 тыс. и в 500 тыс. жителей. При этом наблюдается ряд различий, на которые необходимо указать:
♦ упрощение структуры распределения расселения — вместо пяти ярусов осталось четыре. Это выглядит парадоксально, так как численность населения системы расселения увеличилась, а число ее ярусов сократилось. Объяснение состоит, по-видимому, в том, что с увеличением размеров системы расселения происходит «подтягивание» нижних уровней вверх;
♦ за счет этого «шея», т. е. связующие верхний уровень, между самым верхним и самым нижним ярусом расселения увеличивается. Иными словами, увеличивается доля жителей, живущих на средних ярусах расселения, что соответствует увеличению доли средних и крупных городов в общей структуре распределения населения;
♦ общая величина населения такой системы расселения составляет 6 192 тыс. человек, что практически в два раза меньше, чем система расселения Уральского макрорегиона, которая составляет 12 234 тыс. человек (по состоянию на 2014 г.).
Равновесие Кристаллера и мера его полицентрич-ности
Ранее разработана авторская методика оценки степени полицентричности системы расселения, которая позволяет определить его условную меру, а также показать динамику полицентричности с течением времени. Благодаря ей возможно оценить «местоположение» системы расселения и дать качественную оценку и прогноз ее дальнейшей эволюции. В данной модели ключевое значение имеет понятие «поляризация расселения». Для оценки степени поляризации вышеуказанная методика оценки степени поляризации основана на формуле, которая позволяет оценить степень поляризации системы расселения. Введен специальный коэффициент поляризации (Р), который напрямую связан с ее степенью. Чем он выше, тем поляризация тоже выше. В общем виде формула методики расчета степени поляризации имеет следующий вид:
Ут
Vm
+
V
тах-1
тах-1
Ут
тах-2
Ут
ь„г
Уг
(1)
п
Иллюстрация 4. Графическое изображение двух принципиальных паттернов полицентрической поляризации. Автор Мазаев А. Г.
где Р — коэффициент поляризации; Ьтзх — максимальный уровень расселения, достигнутый в данной системе расселения на данное время; Ьср — средний уровень численности населения в данной системе расселения;
Утях — численность населения, проживающего на самом верхнем ярусе расселения в данной системе; ^шах-1 — численность населения, проживающего на ярусе расселения на один ниже, самого верхнего, в данной системе расселения; ^шах-2 — численность населения, проживающего на ярусе расселения на два ниже, самого верхнего, в данной системе расселения;
— численность населения, проживающего во всей урбанизированной части системы расселения; п — количество переходов между ярусами расселения (в системе расселения из четырех ярусов переходов будет три).
Данная формула позволяет учесть и свести воедино несколько факторов:
♦ Первая дробь показывает перепад между самым верхним и средним уровнями расселения. Чем он больше, тем выше уровень поляризации.
♦ Вторая дробь показывает средний коэффициент различия между ярусами расселения. Чем больше контраст между числом жителей, живущих на соседних ярусах, тем этот коэффициент выше.
♦ Третья дробь показывает долю жителей, проживающих на самом верхнем ярусе системы расселения по отношению ко всем городским
жителям такой системы. Чем коэффициент выше, тем выше доля самого верхнего яруса в расселении за счет всех остальных.
Благодаря разработке данной методики стало возможным определить меру полицентричности любой конкретной системы расселения, причем любого уровня и сложности. В соответствии с этим проведено изучение меры полицентричности равновесия Кристаллера в различных его вариантах, начиная от простейших трехуровневых моделей до представленной в данном исследовании семиуровневой модели для системы расселения масштаба, приблизительно соответствующего Уральскому федеральному округу. Полученный результат можно признать неожиданным — постоянного значения коэффициента поляризации для этого состояния расселения не существует, он меняется для различных типов равновесия Кристаллера пропорционально тому, как система расселения в рамках этого состояния становится все более крупной и многоуровневой.
Сформированная модель развития расселения Уральского макрорегиона нашла свое отражение в конкретизации Динамической модели развития расселения (Иллюстрация 3). Здесь в сжатом виде показана эволюция уральского расселения на протяжении последних полутора веков (показано желтым цветом). Мы видим неоднозначный, зигзагообразный путь ее развития. Переходное состояние от очагового к дисперсному состоянию расселения, характерному
для 1856 г. обозначалось коэффициентом Р=5,756, что выше среднего за весь рассмотренный период. Иными словами, на рубеже перехода от очагового к дисперсному расселению степень поляризации системы расселения была высока. Но в 1897 г. она упала до беспрецедентно низкого значения Р = 0,896, что отражало деполяризованное состояние уральского расселения на рубеже XIX и XX вв. Практически на каждом ярусе расселения жило примерно одинаковое число жителей, разница между верхним и средним уровнями была невелика. Затем, к 1939 г. произошел резкий взлет этого показателя до Р = 7,312, что отражало ускоренную поляризацию расселения в ходе форсированной индустриализации. Затем этот показатель устойчиво рос вплоть до 1970 г., когда составил Р=7,768.
Далее наметилось падение этого показателя до уровня Р = 5,655 в 1989 г., что, по нашему мнению, однозначно связано с процессом создания второго «острова расселения» в районах Западной Сибири, что привлекло на нижние этажи расселения большое количество населения и сгладило контраст между ярусами расселения. В дальнейшем, после 1989 г., с прекращением нового градообразования, процесс поляризации начался с новой силой. К настоящему времени (в 2010 г.) Р = 7,046 и продолжает подбираться к историческому максимуму 1970 г., но с весьма разряженной и сворачивающейся при этом сетью сельских населенных мест.
IE«
729
Иллюстрация 6. Пример предельного случая распределения населения по этажам расселения, характеризующий случай моноцентрической поляризации (распределение системы расселения Армении). Автор Мазаев А. Г.
Два способа обеспечить полицентрическое распределение населения
В рамках анализа распределения населения по этажам расселения возможно большое количество различных структур, но лишь ограниченное число из них могут соответствовать критериям полицентрической поляризации. Выделено два варианта возможного распределения населения, приближающегося к полицентрической поляризации. Они отличаются между собой принципиально разным способом обеспечения полицентрич-ности.
Первый способ отличается максимально малой разницей между численностью населения на разных ярусах расселения. Иными словами, на каждом таком уровне находится примерно одинаковое число жителей. В этом случае не происходит значительного отрыва жителей крупных и крупнейших городов от остальной массы населения. Не происходит и вырождения системы расселения в моноцентрическую, когда над данным регионом начинают буквально господствовать один-два крупнейших города, при этом остальная территория опустынивается.
Второй способ характеризуется как можно более высокой долей населения самого нижнего яруса (-1) в общей структуре распределения населения и как можно более высоким средним уровнем численности населения. В этом случае в системе расселения господствует большое число малых городов, в которых сосредоточена значительная доля населения. Пространственный контроль за территорией обеспечивается при этом плотной сетью малых городов, с малыми промежутками между ними. При этом не требуется большой равномерности в распределении населения по ярусам расселения. Возможен разрыв между самым верхним уровнем и уровнями выше и ниже среднего. Близкий тип распределения имеет равновесие Кристаллера. Его отличие состоит лишь в том, что при равновесии Кристаллера средний уровень расселения очень низко заполнен. В нашем же случае верхний уровень одинаково сильно «нависает» и над средним и над нижними уровнями расселения. В качестве примера взята национальная система расселения Армении — страны, где Ереван господствует как единственный крупный город (Иллюстрация 6).
Оба этих варианта составляют пару оптимумов, к которым должно стремиться при оптимизации всего расселения. Мероприятия по коррекции распределения населения по этажам расселения должны быть направлены на трансформацию этого распределения в одну из двух указанных сторон. Благодаря этому выводу становится возможным планирование практических мероприятий по коррекции расселения.
Благодаря формализации больших массивов данных о распределении населения в данной системе расселения при помощи метода скользящих средних появилась возможность на новом уровне осмыслить Динамическую модель развития расселения (Иллюстрация 5). Заданные на ней состояния формализованы при помощи формулы (1), благодаря чему стало возможным дать их числовые характеристики. Согласно проведенным расчетам равновесное состояние системы расселения характеризуется показателем полицентричности со значением от 0 до 1. Промежуток, характерный для полицентрической поляризации, имеет значение этого показателя от 1 до 7. Моноцентрическая поляризация имеет значение соответствующего показателя от 7 и до бесконечности (такое значение принимает коэффициент поляризации при наличии единственного
населенного пункта на данной территории).
Заключение
1 Определен коэффициент поляризации и при помощи метода скользящих средних формализованы ключевые характеристики конкретной системы расселения, входящие в состав Динамической модели расселения. Получены паттерны, характеризующие предельные граничные состояния равновесия Кристаллера и моноцентрической поляризации, а также желательный промежуток множественных состояний системы расселения между этим двумя состояниями.
2 При помощи структурного анализа и числовых коэффициентов выявлены характеристики расселения восходящего развития расселения. Показаны два способа его оптимизации, которые дают желательное значение. В результате возник четкий критерий и ориентир оптимизации развития системы расселения.
3 Благодаря этому становится возможным дать систему рекомендаций по оптимизации расселения как в целом, так и на уровне его элементов. Такие рекомендации должны стать основой для подготовки документа стратегического планирования — Стратегии пространственного развития УрФО.
Список использованной литературы
1 Бразовская Н. В. Методы оптимизации : учеб. пособие / Алтайский гос. техн. ун-т им. И. И. Ползунова [Центр дистанц. обучения]. Барнаул : Изд-во АлтГТУ, 2000. 120 с.
2 Гаврилов А. И. Региональная экономика и управление. URL: http://www.srinest.com/book_824_ chapter_15_6. SUBARENDA.html.
3 Шупер В. А. Самоорганизация городского расселения // Рос. открытый ун-т. М. : Б. и., 1995. 166 с.
4 Теория «центральных мест». URL: http://fuHref.ru/job_db6b151375b3 f081256711ae38a0c4ce.html
