城市建成区扩张与城市化发展的耦合协调研究——以京津冀地区为例

张红祥，张前进，周吉星

（天津城建大学地质与测绘学院，天津300384）

城市化是人类社会发展的客观趋势，对国家现代化建设和社会发展进步具有重要意义[1]. 近年来我国城市化发展迅速，2018 年城市化率已达到59.58%，高于改革开放初期40%以上[2]. 然而城市化在快速发展的过程中，管理者缺乏前瞻性和统筹协调，导致城市数量激增，城市空间扩张与经济社会发展脱节，土地利用不合理，半城市化等发展问题[3-5]，制约着城市发展质量的提升[6].城市化本身是一个复杂系统，涉及多方影响因素，加强城市发展相关因素的内在联系，实现协调发展，对于解决城市化发展过程中产生的问题，提升城市发展质量具有重要意义.

在城市协调发展研究初期，城市化与区域经济、生态环境、土地利用[7-10]的相互关系是研究的重点，其主要探究城市化与外部系统的联系和相互影响关系，以实现城市化系统与外部系统和谐发展[11].随着研究的深入以及对城市化认识的加深，对城市建成区扩张，人口聚集，经济发展，基础设施的健全和文化环境的提升等具体方面的变化成为研究的新热点[12-15]，这些因素与城市化发展的关系更为密切，不仅为城市发展提供空间支持，也给城市发展带来持久动力.然而，以往这些研究一般只注重人口、空间、经济与社会文化等某两方面的关系，没有综合考虑影响城市化的多个因素之间的相互关系，也较少地利用空间数据描述城市的空间变化以及城市化各系统间耦合协调关系的空间分布.因此，本研究从时间和空间维度探索京津冀城市化发展进程中城市建成区扩张与城市内部人口、经济、社会发展等多个方面因素之间复杂的变化关系，为地区城市协调发展提供科学参考.

1 数据来源与方法

1.1 研究区概况

京津冀地区包括北京、天津2 个直辖市和河北省的11 个地级市，总面积21.8 万km2，是我国经济实力雄厚，对外开放程度高、吸纳人口多的地区之一.2014年我国政府将京津冀协同发展纳入国家重大战略，使得地区内城市联系更加紧密.截至2018 年三地地区生产总值合计8.5 万亿元，人口1.1 亿，作为我国北方经济社会发展的重心，京津冀地区城市的发展对于疏解首都非核心功能，优化城市结构，实现区域内城市的协调发展具有重要意义.

1.2 数据来源

京津冀13 个城市的空间扩张数据来自于Landsat卫星遥感影像（地理空间数据云网站:http:// www.gscloud.cn/）.采用监督分类与目视结合的交互方式获得符合精度要求的2008 年，2011 年，2014 年，2017 年四期城市建成区的空间分布数据.对于人口—经济—社会城市化等方面的数据，利用相关性分析法，结合已有研究成果，选择与经济社会联系紧密的指标反映城市化的发展水平.指标数据主要来源于2008—2017年《北京统计年鉴》、《天津统计年鉴》和《河北统计年鉴》.

1.3 研究方法

1.3.1 城市空间扩张与城市化发展评价方法

为了定量地研究城市建成区扩张与城市化发展耦合协调水平，本研究建立了城市建成区扩张与城市化发展评价指标体系[16].其中，建成区变化是城市空间扩张最直观、最显著的表现，反映土地变化和扩展，主要用建成区面积，建成区比重和人均建成区表示.城市化发展水平主要通过人口、经济、社会城市化水平等方面反映，其中人口城市化反映人口的集聚和非农人口的转化，主要通过年末总人口，城市人口密度和第三产业人口等指标衡量人口城市化程度.经济城市化反映生产要素的聚集和综合实力的提升，主要通过城市人均GDP，非农产业占比，人均固定资产投资等指标衡量[17-19]. 社会城市化反映人们生活方式和价值观的转变以及城市基础设施的完善，主要通过交通，医疗卫生公共资源和互联网普及水平来衡量.

1.3.2 确定权重与综合水平计算

为保证结果的可靠性，降低数据的维度和数量级差异，采用极值标准化方法将数据进行归一化[20]，公式如下

式中:Xij是指标标准化值；Yij是第i 个指标，第j 个样本的原始数据；minYij，maxYij分别为某一指标的最小值和最大值.

由于每一种赋权方法都存在各自的局限性，为了降低单一赋权法带来的偏差，使数据具有更高的可信度和精度，采用主观层次分析法与客观熵值法，将两种方法计算权重的均值作为最终的权重[21]，降低单一赋权法的弊端和局限，计算得到城市建成区扩张与城市化发展评价指标体系及权重（见表1）. 权重计算公式如下

式中:F 代表综合得分；Wi代表指标的权重；Zij是指标标准化后样本占该指标比重；n 代表指标个数.

1.3.3 耦合协调度计算

耦合度能够表示两个事物之间相互作用的强弱，可以衡量存在协同关系的系统是否有序，并无好坏之分，其取值在[0，1]之间，耦合度越接近于1 说明两者间关联度越高[22].在城市化进程中，建成区扩张与城市化发展的变化速率存在差异，只要两者的差异不超过一定的限度，就可以认为两者是协调发展的.耦合协调模型反映了系统间的相互作用关系以及系统间是否具有较好的协调发展水平，兼顾了系统的整体性，完整性和内在性.其计算公式为

式中:k 为调节系数，一般取值为2；C 为耦合度；T 代表建成区扩张与城市化发展的整体效益；α 和β 分别表示空间扩张与城市化发展两个系统重要性的权重，这里认为两者同等重要，均为0.5；F2代表城市空间扩张水平；F1代表城市化发展水平；D 表示耦合协调度.

2 结果与分析

2.1 建成区扩张与城市化发展的综合发展水平

2008—2017 年京津冀地区城市的建成区扩张与城市发展水平均有所提升，其中建成区扩张变化显著，而城市发展水平则相对平缓，产生了两个系统不平衡发展的情况.2008—2017 年京津冀地区城市的建成区扩张水平的平均增长量为0.07，而同期人口—经济—社会城市化水平的平均增长量仅为0.04，与之相应的京津冀地区超过半数的城市，建成区扩张速度显著高于城市人口，经济，社会发展的速度，呈现出建成区扩张过热的状态.建成区扩张为城市经济社会持续发展提供了空间支持，是城市化发展的必经阶段，但对于多数城市来说，建成区过快扩张会加剧当地基础设施建设不足，公共服务资源紧张的矛盾，制约着城市化质量进一步提升.

2.2 城市建成区扩张与城市化发展耦合协调的时间变化分析

通过耦合协调度计算，获得京津冀地区城市建成区扩张与城市化发展耦合度C 和耦合协调水平D（见表2）.研究期内两个系统耦合度的平均数为0.808 7，说明地区的建成区扩张水平和城市化水平联系紧密并相互影响，两个系统共同发展推动地区耦合协调程度的提升，地区总体的耦合协调水平由勉强协调为主的阶段发展到中度协调为主的阶段.

2008—2011 年，京津冀地区耦合协调水平处于初级发展时期，区域内整体耦合协调水平较低，处于勉强协调为主的阶段，在这一时期末，天津进入高度协调阶段，石家庄进入中度协调阶段，秦皇岛市进入了勉强协调阶段.其中，天津市是京津冀地区除北京之外综合实力最强的城市，无论在城市建成区总量还是城市发展的整体水平上都具有显著优势，2008 年到2011 年其城市建成区扩张和城市化发展协调推进，建成区面积增长量和非农人口增长量居于地区首位，人均固定投资和人均社会消费品零售额实现了翻番.石家庄作为河北的省会，在京津冀一体化发展中对于资金和人才的吸引力强于河北省其他城市，以经济总量提升和非农人口增加为主要动力的城市化水平的发展促进了城市耦合阶段的提升.秦皇岛是京津冀辐射东北的重要门户，受地形及发展策略的影响其城市建成区面积相对较小，2008 年到2011 年其城市建成区规模扩大，带动城市协调水平提升，使城市由中度失调发展为勉强协调.

表2 城市建成区扩张与城市化发展耦合协调度

2011—2018 年，京津冀地区耦合协调水平处于发展巩固时期，这一时期越来越多的城市进入中度协调阶段，但没有新的城市达到高度协调水平. 2011—2014 年，唐山、保定、邯郸发展为中度协调阶段，承德由极度失调进入中度失调阶段.建成区扩张是带动唐山、保定城市耦合协调水平提升的主要因素，这一时期两地的建成区增长量显著高于地区的其他城市.邯郸市建成区扩张和城市化发展两个系统的增速差距小于0.1，两个系统的增长推进了城市协调水平的发展.承德市在城市规模，综合实力方面相对其他城市不具备优势，因此其耦合协调水平虽然得到提升，但仍处于较低的层次.2014 年以后，在城市建成区扩张加快的影响下，廊坊、沧州、邢台进入中度协调阶段.在这一时期，石家庄是除北京、天津外地区耦合协调水平最高的城市，但其尚处于量变的阶段，耦合协调阶段没有明显的提升.

2.3 城市空间扩张与城市化发展耦合协调的空间分析

参照已有研究[23]，对京津冀地区城市的耦合协调度分类，如图1 所示.其中，Ⅰ类为极度失调（0～0.2），Ⅱ类为中度失调（0.2～0.4），Ⅲ类为勉强协调（0.4～0.6），Ⅳ类为中度协调（0.6～0.8），Ⅴ类为高度协调（0.8～1）.京津冀南部地区城市的耦合协调发展水平高于北部，尤其是2014 年以来，南部地区城市耦合协调水平不断发展，而北部地区城市则处在较低耦合协调阶段且没有明显的进步.这种现象主要受自然条件和发展战略的影响，南部地区地形平坦，益于人口聚集和城市发展.此外，京津冀南部的城市多处于京津冀协同发展的关键功能区，如京津唐是重要的工业城市走廊；保定、石家庄、邢台、邯郸是京保石发展轴上的重要节点城市，具有突出战略位置，有较多的政策支持和发展机遇.京津冀北部地区地形复杂，以山地为主，不利于人口的集聚及大规模生产建设活动.承德，张家口虽然紧邻北京市，在“大都市阴影效应”下，生产资源流失[24]加剧了其城市经济社会发展乏力的状况.在京津冀协同发展规划中，北部地区城市属于生态涵养区，城市定位以绿色生态和旅游发展为主，现阶段北部地区城市急需通过产业调整来打造自身特色产业，增强城市影响力，带动地区社会经济发展.

图1 京津冀地区城市耦合协调水平变化

3 结 论

城市的协调发展要求城市各个系统相互协作，从空间拓展和经济社会进步，基础设施完善，人民生活改善中找到平衡点.本研究结合耦合协调模型探讨了京津冀地区城市在2008—2017 年城市建成区扩张与城市化发展的动态变化规律和影响因素，为缩小区域内城市的发展差距，促进地区城市综合水平的提升提供参考.主要结论如下.

（1）2008—2017 年，京津冀地区城市建成区扩张与城市发展两个系统不平衡发展，超过半数的城市，建成区扩张速度显著高于城市人口、经济、社会发展的速度.

（2）随着时间的推移，京津冀地区建成区扩张和城市化发展的耦合协调水平在提升，处于中度协调为主的阶段.

（3）2008—2017 年，京津冀地区建成区扩张与城市化发展的耦合协调水平在空间上分布不均，呈现南部地区高于北部地区的局面，这种现象主要受自然条件和地区发展战略的影响.