Известия РАН. Серия географическая, 2020, T. 84, № 6, стр. 819-831

ВВЕДЕНИЕ

Эволюция систем расселения – хорошо изученный в общественной географии вопрос [3, 4, 9, 36, 37]. Его рассмотрение обычно начинают с некоторого состояния, которое вводится имплицитно, процесс формирования начальной сети поселений представляется почти неизученным [8, 14]. В случае регионов древней истории земледельческого (и других способов оседлого) хозяйства достаточно полное восстановление картины поэтапного возникновения и развития поселений крайне затруднительно. Более удобен для реконструкции случай заселения территории, до начала процесса массовой колонизации почти не имевшей сети населенных пунктов, например, в странах переселенческого капитализма [1, 13], в том числе в США. Здесь расселение сопровождалось довольно детальной (и хорошо сохранившейся) документацией, данные которой позволяют смоделировать процесс развития сети поселений и определить, насколько он зависим от характеристик природного ландшафта.

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

Основные представления о закономерностях развития систем расселения проистекают из работ времен “количественной революции” в географии [2, 6, 9, 15], основанных на пионерных исследованиях центральных мест [7, 22]. Эти ранние представления о пространственной самоорганизации и эволюции систем развиваются сегодня в нескольких научных направлениях: новой экономической географии [26, 27], теории сложных систем [17, 19] и самоорганизации [16, 39, 34 ], исследовании иерархий в системах расселения [19], а также в рамках сетевого подхода [18]. Вместе с тем, задача моделирования возникновения исходной конфигурации сети расселения, за некоторыми исключениями (например, частный случай проекции речных торговых сетей на Москву [31]), насколько известно авторам, не ставилась. Таким образом, в существующей литературе весьма детально рассмотрены процессы развития сложившихся систем расселения, но наблюдается явный недостаток внимания к моделированию их становления.

ГИПОТЕЗА

Исходные условия, с которыми сталкиваются первопоселенцы (колонисты), будем считать лишенными антропогенного воздействия, включая в такую “природность” деятельность неоседлого населения.

Процесс освоения территории начинается из точки, в которой появляются поселенцы, и откуда они начинают ее исследование с целью последующего основания поселения. В процессе такого исследования происходит своеобразное сканирование мест по комплексу параметров пригодности для заселения, которые являются функцией природного ландшафта (далее будем называть этот комплекс благоприятностью территории). Целесообразно разделить все характеристики ландшафта на две группы: определяющие проницаемость, от которых зависят время достижения точки и будущая связанность пункта с остальной сетью поселений, и определяющие собственно пригодность точки для заселения. Если состав первой группы относительно очевиден (открытая/лесистая местность, расчлененность, заболоченность, пересеченность, судоходные водотоки и водоемы), то вторая зависит от того типа природопользования, который собирались практиковать в этом месте колонисты.

Выбор места основания поселения определяется весьма разнородной системой факторов, которые можно разделить на объективные и субъективные. Под объективными будем понимать факторы, влияющие на материальную сторону жизни колонистов: наличие источников воды, доступность месторождений необходимого ископаемого сырья, наличие земли, пригодной для обработки или выпаса скота, характер увлажнения территории (в том числе заболоченность) и другие. Субъективными будем называть те факторы, которые прямо не связаны с физической стороной жизни поселенцев и зависят от религиозных, культурных, профессиональных, эстетических и иных особенностей жизненного уклада сообщества. Отнесем к субъективным также ошибочные размещения, обусловленные неполнотой знаний о территории, ошибками оценок и планирования, случайностью или другими факторами. Даже при полной рациональности системы выбора места оно может быть неоптимальным также потому, что нахождение самой точки оптимума не столь существенно в пределах некой окрестности этой точки, допустимой по соображениям объективной или субъективной рациональности жителей [35].

Основание поселения в месте, являвшемся оптимальным в момент самого основания, не гарантирует его сохранения и развития в будущем. Смена технологических укладов, влекущая за собой трансформацию системы землепользования, изменение плотности и характера сети расселения могут подавить или актуализировать другие функции этого места и лежащих в окрестностях мест-конкурентов, что, применительно к поселению, будет выражаться в росте и развитии или, наоборот, сжатии и депрессии, т.е. потенциал места и местоположения изменчив во времени [10, 11]. Проиллюстрируем это примером на рис. 1.

Рис. 1.

Условный профиль благоприятности абстрактной территории. Составлено авторами.

Предположим, что заселение идет по линии профиля из нулевой точки в положительном направлении горизонтальной оси. Территория имеет неодинаковую благоприятность, но ее недостаточно для существования поселений, значит они не возникают. Как только колонисты достигают первого места, где значение благоприятности становится достаточным (выходит в положительную часть графика, выделено кругом), они основывают поселение. Однако емкость этого места невелика, что вскоре вынудит их продолжить исследование, которое приведет их к обнаружению второго, более выраженного пика. Предшествующее поселение будет заброшено, или его развитие будет стагнировать, поскольку попадет в зону подавляющего влияния второго, могущего стать более крупным в силу бóльшего потенциала. Очевидно, что возможна инерция в случае, например, статусного выделения первого поселения, но такие факторы мы относим к субъективным и не рассматриваем далее. В дальнейшем возможны разные траектории развития, определяющиеся не только (и не столько) локальной конкуренцией поселений, сколько другими факторами, выходящими за рамки настоящего исследования: специализацией территории и города, положением в системах расселения страны и мировых городов и др.

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

Для моделирования процесса отбора поселенцами мест произведем следующие операции.

1. Определим временные границы процесса формирования сети расселения (от проникновения на нее колонистов до состояния, когда собственное влияние поселений друг на друга становится критически важным, а значит модель, основанная на интерпретации только природных факторов, далее неудовлетворительна).

2. Выделим на основании анализа истории освоения территории факторы, влиявшие на выбор мест расположения поселений.

3. Введем параметры, количественно описывающие эти факторы на основании доступных массивов данных о состоянии природной среды к моменту начала освоения.

4. Построим на их основе поле благоприятности территории для существования поселений. Локальные максимумы значений этого поля – наиболее вероятные места основания поселений.

5. Сравним расположение этих максимумов с реальной исторической картиной расселения и оценим адекватность примененного метода.

Пример: освоение Северного Иллинойса

Выбор территории Северного Иллинойса для моделирования обусловлен двумя факторами: во-первых, доступностью детальных данных о доевропейской растительности, во-вторых, относительной компактностью и одновременностью заселения ареала изучения, что дает возможность достаточно подробно познакомиться с деталями заселения территории и выделить значимые для основания поселений факторы. Окончанием формирования сети расселения Северного Иллинойса можно считать 1835 г., т.е. момент инкорпорирования (получения городского статуса) крупнейшего поселения территории – Чикаго, что было сигналом весьма высокой степени освоенности. Будем также придерживаться традиционного определения южной границы Северного Иллинойса по 80 интерстейту¹¹, т.е. приблизительно по 41° с.ш.

Ранняя история Северного Иллинойса документирована начиная с появления на территории французских исследователей. Постоянные индейские поселения на ней к этому моменту практически отсутствовали. “Европейская” история территории делится на три этапа.

1. Открытие территории и ее первичное обследование с господством натурального хозяйства индейцев (1671–1804 гг.).

На протяжении первого столетия европейского освоения, во времена французского подданства, территория Северного Иллинойса использовалась исключительно в качестве транзитного места на пути между южными береговыми колониями Луизианы и северными канадскими центрами. Сообщение на этом маршруте было не слишком интенсивным и прерывалось полностью в периоды конфликтов с индейцами. Экономическое значение Иллинойса для французов было весьма низким [21, 28].

2. Фронтирное освоение с господством трапперства²², появление фортов и мелких факторий (1804–1832 гг.).

Первые постоянные поселенцы прибывали по долинам крупных рек, двигаясь на запад из лесистых Теннеси и Кентукки [33], поэтому все старейшие населенные пункты Иллинойса были построены в залесенных долинах рек Огайо, Миссисипи, Иллинойс и их притоков [30, 32] (рис. 2). Колонисты предпочитали не рисковать попытками заселения прерий и ведения на них сельскохозяйственной деятельности³³, т.е. фронтир имел весьма фрагментарный, прерывистый характер [5]. Расселение имело характер мелких заимок, концентрация даже в мелкие сельские населенные пункты не происходила [29]. В формировании первичных поселений была велика роль торговых мехозаготовительных компаний – передовых агентов влияния, шедших сразу за фронтирменами. Именно они первыми “прощупывали” территории на предмет основания торговых постов, впоследствии становившихся ядрами поселений, а также использовавших речную сеть для транзита добытой рухляди в крупные центры переработки и сбыта [24]. Для складирования и надежной охраны использовалась сеть промежуточных фортов [25].

Рис. 2.

Схема использования географического положения Северного Иллинойса до инкорпорирования Чикаго. Со-ставлено авторами.

Другим важным фактором, повлиявшим на расселение в Северном Иллинойсе, оказались свинцово-цинковые залежи в холмах на крайнем северо-западе региона [32]. В окрестностях Галены (основана в 1826 г.) в первой половине XIX в. добывалось до 80% всего свинца США. Население графства к 1830 г. достигло 2000 человек, практически все они были заняты на разработках руд и в металлургии [20].

3. Окончание фронтирного периода (1832–1835 гг.).

Начало регулярного судоходства по Великим озерам [29] привело к активации местоположения будущего города Чикаго (см. рис. 2) – в месте максимального сближения притоков р. Иллинойс и впадающей в оз. Мичиган р. Чикаго, соединяющем бассейны Великих озер и Миссисипи.

Резкий рост населения Чикаго (в 30 раз за период с 1832 по 1835 г.) был обусловлен притоком капитала с востока благодаря озерной торговле, вложениям в скупку земель со стороны банков и схемам прямых инвестиций федерального правительства в развитие портовой инфраструктуры. Прежний монополист местной экономики – Американская меховая компания, традиционно связанная с торговлей с индейцами – покинула город в 1835 г. [25], что стало знаком завершения фронтирной эпохи.

Таким образом, формирование сети населенных пунктов пришлось на период 1804–1832 гг., главными факторами этого процесса стали расстояния до водных объектов, наличие лесных массивов (в первую очередь пойменных лесов) и залежей полезных ископаемых.

Данные и их обработка

Моделирование процесса распространения населения по территории базируется на анализе благоприятности местности для ведения хозяйства, характерного для рассматриваемого исторического периода. На основе имеющихся в наличии исходных данных конструируются распределения частных компонент благоприятности: доступности, соответствующей удаленности от рек, пригодности земельных угодий и наличия полезных ископаемых. Затем частные компоненты суммируются, в результате чего получается поле благоприятности. Наиболее значительные локальные максимумы этого поля соответствуют, по мнению авторов, точкам, вероятность возникновения населенных пунктов в которых существенно выше, чем в окружающем пространстве. Общая концепция модели представлена на рис. 3.

Рис. 3.

Общая концепция моделирования первичного размещения населенных пунктов. Составлено авторами.

Моделирование выполнялось на растровой сетке с шагом 1 км в ГИС-пакете ArcGIS 10.1 с использованием как стандартных инструментов ГИС-пакета, так и пользовательских Python-скриптов. Для моделирования поля благоприятности и процесса распространения населения были использованы пространственные данные о рельефе местности, полезных ископаемых, состоянии речной сети и растительности территории на наиболее раннее известное время. Авторы не делают поправку на неполноту знаний колонистов о территории, относя этот фактор к субъективным. Алгоритм получения частных компонентов благоприятности показан на рис. 4.

Рис. 4.

Схема моделирования частных компонент благоприятности. Составлена авторами.

Данные о рельефе были получены с глобальной цифровой модели рельефа Global Multi-resolution Terrain Elevation Data 2010 (GMTED2010) [40], созданной Государственной геологической службой США совместно с Национальным агентством геопространственной разведки (NGA).

О полезных ископаемых было известно следующее: в северо-восточной части исследуемой территории (в районе Галены) находилось поле добычи свинцово-цинковых руд [38]. Точечные объекты, соответствующие предполагаемому положению поля, были выявлены авторами на основании картографических данных.

Для моделирования компонентов, связанных с речными путями сообщения, были использованы пространственные данные из Национального Атласа США (обновление 2006 г.), предоставляемые в виде шейп-файлов [41]. Эти данные были генерализованы авторами с целью согласовать детальность гидрографической сети с масштабом исследования и исключить из модели водотоки, не игравшие, вследствие своей малой величины, роли транспортных артерий. Были также исключены все каналы и водохранилища.

В качестве данных о растительном покрове территории на первую половину XIX в. были взяты наборы векторных данных, подготовленные организацией Illinois Natural History Survey в формате шейп-файлов [42]. Они созданы путем векторизации карт, составленных на основе полевых материалов, собранных при обследовании общественных земель (Public Land Survey System, PLSS), осуществлявшемся Главной земельной службой в период с 1804 по 1843 г., т.е. в основном по состоянию на момент начала развития территории, практически без влияния фронтального освоения. Всего в классификаторе Главной земельной службы выделяется 42 генерализированных типа местности, из которых в пределах изучаемого региона встречаются 11: barrens – неплодородные земли; bottomlands – пойменные участки; cultural – освоенные территории; forest – залесенные территории (без разделения); marsh, slough, swamp – три разных типа болот; other wetland – влажные биотопы за пределами пойм; prairie – прерии; water – водные объекты; wet prairie – влажные прерии.

Данные о полигонах по типу местности весьма детальные, показаны объекты величиной в первые десятки метров в поперечнике, что существенно меньше шага сетки растровой модели (1 км). В ходе растеризации большая часть мелких объектов была генерализирована.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Все три компонента благоприятности затем были просуммированы в равных долях, было получено первичное поле благоприятности (рис. 5).

Рис. 5.

Поле благоприятности Северного Иллинойса для формирования поселений. Составлено авторами.

Существенные для целей исследования максимумы поля благоприятности были найдены и выделены следующим путем. Сначала для каждой ячейки было найдено максимальное значение из соседних ячеек в радиусе 15 км, причем значение самой этой ячейки не учитывалось при расчете. Такая форма области поиска называется annulus в терминологии ГИС-пакета ArcGIS. Радиус 15 км был выбран исходя из средней скорости передвижения конной повозки, равной 3–5 милям в час [20], и транспортному радиусу в 2 часа. Из этого можно заключить, что для того, чтобы использовать некое локализованное в точке преимущество, населенный пункт должен отстоять от нее не более чем на 15 км, иначе точка не будет доступна в течение дневного цикла. В результате получился растр, на котором значение в ячейке, являющейся локальным максимумом, оказалось ниже исходного значения, а для всех остальных точек – выше исходного (и в точности равнялось наибольшему значению в радиусе 15 км от ячейки). Затем, если вычесть значения полученного растра из исходного (то есть из рассчитанных значений благоприятности), то в результате положительные значения сохранятся только за локальными максимумами, а у всех остальных ячеек значения будут отрицательны. После этого легко сконвертировать локальные максимумы растра в точечные объекты (рис. 6).

Рис. 6.

Расположение максимумов поля благоприятности. Составлено авторами.

Проанализируем далее, насколько близки оказались реальные населенные пункты к рассчитанным центрам. Для этого воспользуемся самой ранней картой территории северного Иллинойса, выполненной картографами Палаты представителей Конгресса США в 1839 г. по материалам середины десятилетия [43]. Карта была привязана средствами пакета ArcGIS, затем с нее были оцифрованы все населенные пункты исследуемой территории. В соответствии с условными обозначениями населенные пункты были разделены на три класса: крупные, средние и мелкие. Результат представлен на рис. 7.

Рис. 7.

Реальное и расчетное положение населенных пунктов. Составлено авторами.

Примечание: величина значков, обозначающих расчетное положение населенных пунктов, пропорциональна значению благоприятности; величина значков, обозначающих реальное положение населенных пунктов, соответствует людности, указанной на карте 1839 г.

Далее все полученные точки населенных пунктов анализировались на предмет расстояния до ближайшего расчетного центра. Для этого вокруг смоделированных максимумов благоприятности были построены буферные зоны радиусом 5, 10, 15, 20 и 25 км, на которые были наложены точки населенных пунктов. Было найдено общее количество населенных пунктов, попавших в каждую из зон. В тех случаях, когда населенный пункт попадал в зону “тяготения” более чем одного центра, этот пункт учитывался в зоне более близкого центра, поскольку абсолютное значение поля благоприятности условно и может быть нелинейно связано с реальным населением в начальный период развития, а на более поздних этапах большее влияние на численность населения будут оказывать связи с другими поселениями.

Далее необходимо было задать границы зоны дисперсии, т.е. указать, насколько далеко от расчетного центра может отстоять населенный пункт, положение которого интерпретируется нами как смоделированное. Таковым расстоянием была выбрана 15-километровая зона (аналогично использованной для определения локальных максимумов).

При этом точность положения расчетных центров не абсолютна. На нее отрицательно влияет генерализация исходных данных до ячеек растра со стороной в 1 км и ограниченная номенклатура исходных данных (генерализированы мелкие водотоки, почвенные условия учитывались опосредованно через тип растительности, залегание водоносных горизонтов, ареалы обитания диких зверей, ареалы распространения малярии, оказывавшей существенное воздействие на расселение в те времена и др.) Результаты обобщены на диаграмме (рис. 8).

Рис. 8.

Распределение населенных пунктов по зонам вокруг расчетных центров. Населенные пункты: 1 – крупные, 2 – средние, 3 – мелкие (размерная классификация соответствует трем типам знаков на карте 1839 г., граничные значения людности в источнике не приводятся). Составлено авторами.

Диаграмма показывает, что 68.6% населенных пунктов попали в окружность 15 км от расчетных центров, причем 36.3% попали в 10-километровую зону, в то время как лишь 18.6% не попали и в 20-километровую окрестность. Низкий процент населенных пунктов, попавших в пятикилометровую зону, объясняется в первую очередь теми инструментальным ограничениями, о которых шла речь выше. Такой результат позволяет утверждать, что представленная модель весьма хорошо отражает существовавшую реальность.

Вне 15-километровой зоны оказались в основном (81%) мельчайшие населенные пункты, в то время как среди крупных населенных пунктов 85% попали в 15-километровую зону, а 43% – в 5‑километровую. Это говорит о том, что модель с высокой точностью объясняет положение крупных и средних населенных пунктов, в то время как мелкие селения в своем расположении ориентируются, по-видимому, на более локальные факторы, которые не были учтены в данной модели, т.е. для существования мелких населенных пунктов вполне достаточно “фонового” значения построенного нами поля благоприятности, они не требуют для себя существенных пиков.

ВЫВОДЫ

Размещение двух третей всех населенных пунктов соответствует положению максимумов природной благоприятности. Это свидетельствует о том, что в целом на первых этапах развития расселения физико-географические условия действительно определяют размещение большинства населенных пунктов, то есть модель работает корректно. Доля субъективности выбора места размещения населенного пункта не столь велика: по-видимому, производя большое количество попыток, люди выбирают весьма экономически выгодные места для постоянного проживания. Вместе с тем доля населенных мест, существование которых не объясняется экономической рациональностью, весьма высока – целая треть. Мы предполагаем, что такие небольшие населенные пункты (в которых проживают несколько десятков человек), по-видимому, именно в силу своей небольшой величины не предъявляют выраженных требований к природному вместилищу – для того, чтобы такие мелкие населенные пункты существовали, достаточно и весьма скромного потенциала благоприятности. Для объяснения их местоположения, по-видимому, необходимы данные более высокого разрешения, которые позволят “разглядеть” небольшие локальные преимущества, при нынешнем масштабе “проваливающиеся” через километровую сетку растров, а также учет дополнительных факторов благоприятности. Таким образом, при помощи математико-картографического моделирования показано, как физико-географические факторы детерминируют процесс расселения на первых его этапах, задавая начальные условия для дальнейшей пространственной самоорганизации общества.