黄河流域城镇人口和用地变化的关联格局及地域类型

朱肖勇 付占辉 乔家君 黄梦姣 杨宇豪

摘要 黄河流域城镇人口和城镇用地的关联格局及地域类型对人地系统协调发展具有重要指导意义。基于人口普查和城镇用地栅格数据，运用城镇人口变化指数、城镇用地扩展强度指数、标准差椭圆等方法，揭示2000—2020年黄河流域城镇人口和城镇用地时空分异动态特征，并构建城镇人口和城镇用地协同发展系数，划分城镇化地域类型。结果表明，①黄河流域2000—2020年城镇人口增长和城镇用地扩展均呈阶段式变化，城镇人口由中高速增长为主，转为以中低速增长为主，城镇用地面积呈现持续增加的趋势，同一城市不同阶段的城镇扩展强度具有由强变弱的特征；②黄河流域2000—2020年城镇人口和城镇用地的标准差椭圆长、短轴的差值不断增大，城镇人口增长和城镇用地扩张在时空格局上吻合性较强；③黄河流域城镇化地域类型可以划分为5类，2000—2010年城镇化地域类型呈现自西向东依次分布的趋势，2010—2020年呈现自东南向西北依次分布的格局。黄河流域新型城镇化发展应构筑区域协同发展体系，加快产业结构转型升级，统筹城乡发展，促进黄河流域人地系统可持续发展。

关键词 城镇人口;城镇用地;关联格局;地域类型;黄河流域

中图分类号：K902  DOI：10.16152/j.cnki.xdxbzr.2024-03-010

The correlation pattern and regional types of urban population andland use changes in the Yellow River Basin

ZHU Xiaoyong1， FU Zhanhui1，2， QIAO Jiajun1，2， HUANG Mengjiao1， YANG Yuhao1

（1.College of Geography and Environmental Science， Henan University， Kaifeng 475004， China；2.Key Laboratory of Geospatial Technology for Middle and Lower Yellow River Regions，Ministry of Education， Henan University， Kaifeng 475004， China）

Abstract Identifying the correlation pattern and regional types between urban population and urban land use in the Yellow River Basin is of great guiding significance for the coordinated development of the human land system. Based on population census and urban land grid data， using methods such as urban population change index， urban land expansion intensity index， and standard deviation ellipse， this study reveals the spatiotemporal differentiation dynamic characteristics of urban population and urban land in the Yellow River Basin from 2000 to 2020， and constructs a coefficient for coordinated development of urban population and urban land， dividing urbanization regional types. The results show that： ① From 2000 to 2020， the urban population growth and urban land expansion in the Yellow River Basin showed a phased change， with urban population mainly increasing at a medium to high speed， and then transitioning to a medium to low speed. The urban land area in the Yellow River Basin shows a continuous increasing trend， and the urban expansion intensity of the same city at different stages has a   decreasing  characteristics from strong to weak. ② The difference between the long and short axes of the standard deviation ellipse of urban population and urban land in the Yellow River Basin from 2000 to 2020 continues to increase， indicating a strong consistency between urban population growth and urban land expansion in terms of spatial and temporal patterns. ③ The urbanization regional types in the Yellow River Basin can be divided into five categories. From 2000 to 2010， the urbanization regional types showed a trend of distribution from west to east， and from 2010 to 2020， they showed a pattern of distribution from southeast to northwest. The development of new urbanization in the Yellow River Basin should build a regional coordinated development system， accelerate the transformation and upgrading of industrial structure， coordinate urban and rural development， and promote the sustainable development of the human land system in the Yellow River Basin.

Keywords urban population; urban land; correlation pattern; regional type;  Yellow River Basin

改革开放以来，中国经济进入快速增长期，城镇化进程不断加快。为寻求更高的经济效益，大量农村人口向城市流动，而城镇人口的增加促使城镇用地面积不断扩大，城镇规模和城镇数量大幅增长［1-2］。城镇化的实质是城乡关系转型、地域空间重构以及生产要素重配等一系列复杂过程［3］，城镇化在推动经济社会快速发展、提高居民生活质量的同时也带来了诸多矛盾与问题，具体表现为城乡发展不平衡、乡村空心化、“人-地”发展不协调、人口老龄化、生态环境破坏等［4-7］。城镇人口与城镇用地是城镇化发展过程中的2个核心内容，城镇空间拥挤与城镇用地闲置正是人口和用地不协调发展的问题表现。城镇人口和城镇用地协调发展是新型城镇化的必然要求，是保持经济持续健康发展的强大引擎［7］。因此，协调人口增长与用地扩张之间的关系对推进新型城镇化高质量发展具有重要的指导意义［8］。

当前对人口和土地问题的讨论主要涉及人口与土地耦合特征分析［9-12］、土地利用转型与城镇化之间的关系［13-14］、城镇化类型划分与发展模式路径［15-17］、城镇化影响因素与驱动机制［18-19］、新型城镇化与乡村振兴的协调发展［20-21］、城镇土地扩张与可持续发展［22-24］等。吴一凡等以中国636个建制市为研究对象，构建人口与土地城镇化耦合发展关系指数，指出人口与用地呈现同步增长的趋势，揭示城市经济发展水平对人口与土地城镇化耦合的非决定性作用［10］;马立呼等认为长江中游城市群土地扩张速度远高于人口增长速度，两者之间的耦合关系不断增强［9］;王洋等构建城镇化水平综合测度体系，将全国城镇化水平类型区划分为4类，运用偏相关分析法得出市场力和行政力是主要的驱动因素［17］;冯一凡等利用随机森林和GTWR模型，解析了黄河下游滩区城镇空间呈圈层式扩展的时空分异格局，并认为社会经济与产业结构是城镇扩张的主导驱动力［25］;潘爱民等运用离差系数测度人口城镇化与土地城镇化的失调程度，认为湘江流域人口城镇化和土地城镇化的失调态势呈现“上游>中游>下游”的空间特征［26］。上述研究成果对推进城镇化进程，提高城镇化水平具有重要意义。

党的二十大报告指出，促进区域协调发展，深入实施新型城镇化战略，需要大力推进“以人为核心”的新型城镇化，以城市群、都市圈为依托构建大中小城市协调发展格局。黄河流域是我国重要的生态屏障、农产品主产区以及华夏文明发源地，实现城镇化高质量发展，对缩小东西差异、保护生态环境和确保粮食安全具有重大意义。目前关于黄河流域的研究多从经济［27-28］、生态［29-30］、人地系统［31］、耦合特征［32］、城镇用地［33］等视角出发，而较少探究城镇人口与城镇用地之间的发展差异。同时，流域作为区域联系的重要纽带，对区域均衡发展起到至关重要的作用［27］。因此，本文以黄河流域71个地市为研究单元，以人口普查和城镇用地栅格数据为基础，采用城镇人口变化指数、城镇用地扩展强度、标准差椭圆等方法，构建空间模型，揭示黄河流域城镇人口和城镇用地时空演化格局，并根据城镇人口和城镇用地变化进行城镇化地域类型划分，深入分析黄河流域城镇化发展过程，探讨黄河流域城镇人口和城镇用地的变化规律，为黄河流域新型城镇化高质量发展提供科学指导。

1 研究区概况、数据来源与研究方法

1.1 研究区概况

黄河发源于青藏高原巴颜喀拉山北麓的约古宗列盆地，流经青海、四川、甘肃、宁夏、内蒙古、山西、陕西、河南、山东9省区，流域面积达75.24×104 km2，地势西高东低，流域内气候类型复杂多样。黄河流域城镇化水平差异较大，经济发展不平衡，东部地区经济发展迅速，城镇化水平高;西部地区地广人稀，经济发展缓慢，城镇化水平较低。参考水利部黄河水利委员会划定的自然流域范围，并在刘晨光［28］、李敏纳［34］等研究基础上，确定本研究的黄河流域范围为甘肃、河南、内蒙古、宁夏、青海、山东、陕西、山西和四川9个省级行政区的71个地市（包括自治州、盟）（见图1）。

1.2 数据来源

城镇人口数据来源于第五次人口普查（2000年）、第六次人口普查（2010年）和第七次人口普查（2020年）。2000年、2010年和2020年3个时期的城镇用地栅格数据来源于中国科学院资源与环境科学数据中心中国多时期土地利用遥感监测数据集（CNLUCC），分辨率为30 m。

1.3 研究方法

1.3.1 城镇人口变化指数

城镇人口变化指数可以直观地反映某一地区城镇人口在某一时期的变化率［35-36］。其计算公式为

UPCi={{（Wt2i/Wt1i）∧［（1/n-1）］}-1}×100%（1）

式中：UPCi表示城镇人口变化指数;Wt1i、Wt2i分别为城市i在研究时段t1、t2时的城镇人口;n为研究时段t1、t2的间隔时间。

1.3.2 城镇用地扩展强度指数

城镇用地扩展强度指数表示某一地区城镇用地面积的变化率，可以直观反映各地区城镇用地面积的变化幅度与速度，城镇用地扩展强度指数可用于反映黄河流域城镇用地的发展速度，经过标准化处理后，使不同阶段的城镇用地扩展速度具有可比性［37-38］。其计算公式为

UERi=Ut2i-Ut1iUt1i×Δt（2）

式中：UERi表示城镇用地扩展强度指数;Ut1i、Ut2i分别为城镇i在研究时段t1、t2时的城镇用地面积;Δt为研究的时间跨度。

1.3.3 标准差椭圆

标准差椭圆是分析区域空间要素分布及变化等多方面特征的方法， 以城镇人口和城镇用地的平均分布中心为重心， 重心移动方向反映城镇人口和城镇用地分布变化的空间轨迹。 以城镇人口和城镇用地分布的主趋势方向为方位角， 以长、 短半轴反映城镇人口和城镇用地在空间分布中的集聚程度和离散程度， 长半轴表示分布的方向， 短半轴表示分布的范围， 长、 短半轴的值差距越大， 方向性则越明显， 其具体计算公式见参考文献［39-40］。

1.3.4 城镇化地域类型划分

本文使用修正的城市用地规模弹性系数来衡量人口增长与城镇用地扩张之间的协调关系，采用人均城市用地约束参数，构建人口增长与城镇用地扩张系数［9，12］。其计算公式为

CPI=CRiPRi×R（3）

R=LPt/LPItLPo/LPIo（4）

式中：CPI为人口增长与城镇用地扩张协调系数;CRi和PRi分别为城镇用地面积和城市城镇人口的年平均增长率;R为人均城市用地约束系数；LPt和LPo分别为目标年和基年的人均城镇用地面积;LPIt和LPIo分别为目标年和基年的理想人均城镇用地面积。关于LPI的取值范围，参考相关研究结果［11-12，41］，并根据《城市用地分类与规划建设用地标准》（GB 50137—2011）的相关规定， 按照特大城市、 大城市、 中等城市、 小城市的标准，  分别取95、 100、 105、 110 m2／人作为人均城镇用地的理想值。

参照相关研究［42-43］，根据CPI<0（CRi<0或PRi<0）或CPI>0（CRi<0且PRi<0）、0≤CPI≤0.5、0.51.7作为区间值，将人口增长与城镇用地扩张协调类型分为人地有所收缩型、人口显著增长型、人口明显增长型、人地基本协调型、土地明显扩张型、土地显著扩张型5类［12］，分类标准如表1所示。

2 结果分析

2.1 黄河流域城镇人口时空格局

在Arcgis10.8中根据城镇人口变化指数（见表2），将2000—2020年黄河流域城镇人口增速变化情况分为负增长、低速增长、中速增长和高速增长4个阶段（见图2）。

2000—2010年黄河流域城镇人口变化趋势以中高速增长为主，占比78.87％。其中，高速增长占比40.85％，集中分布于上游和中游“几字弯”地区，形成了区域性的集聚，下游地区只有新乡、菏泽等5个地市;中速增长占比38.03％，呈“人”字形分布于上、中、下游地区，但主要集中分布在中下游地区，占比77.78％，上游地区只有天水、白银等6个地市;低速增长占比19.72％，集中分布于上游和下游地区，形成了以济南、乌海为中心的扩散结构，在中游地区呈零星状分布。城镇人口负增长地市仅有吴忠市，减少了14.72％，但城镇人口比重提高18.06％。

2010—2020年黄河流域城镇人口增长速度减缓，以中低速增长为主，占比78.87％。其中，低速增长占比40.84％，以“几字弯”为中心，向上游和下游扩散分布;中速增长占比38.03％，在上、中、下游分别形成了以西宁、咸阳、菏泽为中心的圈层结构;高速增长占比19.72％，集中分布于上游的青海、甘肃、宁夏等地区，下游仅有濮阳、商丘、郑州3个地市。城镇人口负增长地市只有铜川市，减少了9.47％，但城镇人口比重提高5.78％。

整体来看，2000—2020年黄河流域城镇人口呈中高速增长，具有明显的阶段性特征。2000—2010年上游地区以高速增长为主，中游地区以中高速增长为主，下游地区以中低速增长为主，形成了自东向西城镇人口增长速度逐渐加快的阶梯分布格局。2010—2020年上游地区城镇人口增长差异性显著，中游地区以中速增长为主，下游地区以低速增长为主，形成了自东北向西南城镇人口增长速度逐渐加快的空间分布格局。

2.2 黄河流域城镇用地扩展强度时空特征

在Arcgis10.8中根据城镇用地扩展强度指数，将2000—2020年的黄河流域城镇用地扩展强度分为缓慢扩展、低速扩展、中速扩展、快速扩展和高速扩展5个阶段（见图3）。2000—2020年黄河流域城镇用地面积呈持续增加趋势，由5 569.67 km2增长到14 450.61 km2。2000—2010年城镇用地扩展强度以中速、快速和高速扩展为主，占比88.73%，UER指数最高的滨州市为0.387 7， 最低的海北藏族自治州为0.000 2。 2010—2020年城镇用地扩展强度以中速、 缓慢和低速扩展为主， 占比83.09%， 主要分布在中下游地区， UER指数最高的阿拉善盟为0.266 5， 最低的运城市为0.000 2。

城镇用地的扩展强度呈现明显的阶段性特征，同一城市不同阶段的城镇扩展强度具有由强变弱的特征，2000—2010年城市的扩展强度普遍高于2010—2020年的扩展强度，说明随着改革开放进程的推进，城镇用地面积达到峰值，城镇用地扩展强度由快速扩展转为缓慢扩展。2个时期的城镇扩展强度指数均值分别为0.095 3、0.034 9，说明2000—2010年不同地区城市的发展速度差异较大，而2010—2020年高速发展地区城镇用地扩展速度变缓，低城镇化地区城镇用地扩展速度加快，各地区城镇化发展差异减小。

2.3 黄河流域城镇人口和城镇用地的重心变化

黄河流域2000—2020年城镇人口分布重心由长治市转移到临汾市，空间上向西南方向移动（见图4），标准差椭圆的长轴向西延伸，说明城镇人口向西发展的趋势更加明显，长、短轴差值明显增大，扁率增大，方向性更加明显，集聚程度增强。黄河流域2000—2020年城镇用地分布重心一直在东部地区，先由长治向东部地区转移，再向长治转移，说明2000—2010年黄河流域中下游地区城镇用地扩张速度变快，长、短轴的差值变小，离散程度明显。而2010—2020年黄河流域城镇用地扩张速度变缓，长、短半轴的差值逐渐增大，方向性明显，集聚程度增强。整体来看，黄河流域2000—2020年城镇人口和城镇用地的空间分布和发展趋势存在一致性，空间上呈“东—西”方向分布，有向西部地区延伸的趋势，分布重心一直在东部地区，但西部地区的增速变大。

3 黄河流域城镇化地域类型划分

3.1 黄河流域城镇化地域类型变化

2000年以来，黄河流域城镇化进入快速发展阶段，城镇化地域类型从以土地显著扩张型为主，转变为人口显著增长型为主（见图5）。人地有所收缩型占比较少，2000—2010年的吴忠市由于城镇人口减少，城镇用地面积增加，地域类型由人地有所收缩型转变为土地明显扩张型；2010—2020年铜川市由于城镇人口外流严重，减少9.47％，地域类型由人地协调型转变为人地有所收缩型。

人口增长型是最主要的城镇化地域类型，2000—2010年共有29个地市，占比40.85％，其中，人口显著增长型占比22.54％，人口明显增长型占比18.31％；2010—2020年共有49个地市，占比69.01％，其中，人口显著增长型占比49.29％，人口明显增长型占比19.72％。2010—2020年，有65.52％的地市依旧为人口增长型，有20.69%的城市转变为土地扩张型，有13.79%的地市转变为人地协调型。

土地扩张型地域类型变化较大，2000—2010年共33个地市，占比46.48％，其中，土地显著扩张型占比35.21％，土地明显扩张型占比11.27％。2010—2020年共15个地市，占比21.13％，减少了54.55％，其中，土地显著扩张型占比12.68％，土地明显扩张型占比8.45％。2010—2020年，有15.16％的地市依旧为土地扩张型，主要转变为人口增长型，占转变类型的78.79％，转变为人地协调型的地市占比8％。人地基本协调型地域类型数量较少，但变化较大，2000—2010年共8个地市，占比11.27％，2010—2020共6个地市，占比8.45％。人地基本协调型在2010—2020年有1个转变为人地有所收缩型，4个转变为人口增长型，3个转变为土地扩张型。

3.2 黄河流域城镇化地域类型空间格局

2000—2010年，黄河流域城镇化地域类型以土地显著扩张型为主，人口显著增长型和人口明显增长型为辅（见图6）。从空间上看，黄河流域城镇化地域类型空间差异性显著，呈现自西向东5个类型依次分布的趋势，东部地区以土地扩张型为主，西部地区以人口增长型为主。土地显著扩张型集中分布在中下游地区，占比84％，除分布在上游地区的石嘴山、固原、庆阳、西安4个地市外，其余21个均分布在中下游地区;土地明显扩张型分布较少，集中分布在中游和上游地区;人口显著增长型集中分布在上游地区的青海和甘肃2个省份，占比68.75％;人口明显增长型主要集中分布在中上游的“几字弯”地区，除下游地区的商丘、新乡、濮阳3个地市以外，其余均分布在中上游地区；人地基本协调型呈零星分布，只有白银、延安、阳泉等8个地市；人地有所收缩型仅有吴忠1个地市。

2010—2020年，黄河流域城镇化地域类型以人口显著增长型为主，人口明显增长型为辅。从空间上看，黄河流域城镇化地域空间分布格局变化较大，大致呈现自东南向西北5个类型依次分布的格局，东南地区以人口显著增长型为主，西北地区以土地显著扩张型为主。人口显著增长型在黄河流域成片分布，呈蔓延式扩张，黄河流域中下游大部分地区由2000—2010年的土地显著扩张型转为人口显著增长型，这一时期，城镇化进程加快，产业集聚，就业机会增加，吸引人口不断向中下游城市集聚;人口明显增长型集中分布在上游地区，形成了以固原为中心向外扩散的圈层结构;土地显著扩张型数量大幅减少，相比2000—2010年减少64％，集中分布在“几字弯”的两边;土地明显扩张型和人地基本协调型数量较少，呈零星状分布;人地有所收缩型仅有陕西省的铜川市。

整体来看，黄河流域2个时期人口增长和城镇用地扩张协调类型发展差异较大。城镇化地域类型转变趋势明显，大部分由土地扩张型转变为人口增长型。2000—2010年城镇用地的快速扩张和城镇人口的迅速增加共同驱动城镇化进程加快，城镇人口的增加对房地产业等的发展具有刺激作用，经济的快速发展必然导致城镇用地的扩张，黄河流域城镇化率提升了13.22％;2010—2020年土地显著扩张型占12.68％，人口迅猛增加成为最明显的特征，城镇人口增加对城镇化率的提升具有显著的正向效应，黄河流域城镇化率提升了15.84％。

4 结论与讨论

4.1 结论

基于2000—2020年人口普查和城镇用地栅格数据，以黄河流域71个地市为研究对象，运用人口变化指数、城镇用地扩张强度指数、标准差椭圆和协调发展系数等方法，对黄河流域2000—2020年城镇人口和城镇用地的时空变化格局和城镇化地域类型进行定量分析，结果表明。

1）黄河流域2000—2020年城镇人口增长和城镇用地扩展均呈阶段式发展，具有明显的区域差异性。2000—2010年人口增长以中高速增长为主，呈现东部地区人口增长相对缓慢，西部地区人口增长快的趋势;2010—2020年人口增长以中低速增长为主，由东北向西南方向呈三级阶梯状变化，增长幅度逐渐增大。2000—2020年黄河流域城镇用地面积呈持续性增加的趋势，空间差异性较大，同一城市不同阶段的城镇扩展强度具有由强变弱的特征，2000—2010年的城市扩展强度普遍高于2010—2020年。

2）黄河流域2000—2020年城镇人口和城镇用地的重心变化和发展趋势存在一致性。标准差椭圆长、短轴的差值呈增加趋势，集聚效应明显，空间上呈“东—西”方向分布，有向西部地区延伸的趋势，城镇人口增长和城镇用地扩张在时空格局上吻合性较强。

3）黄河流域2000—2020年基于人口增长和城镇用地扩张的城镇化地域类型可以划分为5类，在不同阶段具有不同的特征。城镇化地域类型转变趋势明显，由土地显著扩张型为主转变为人口显著增长型为主。2000—2010年黄河流域城镇化地域类型以土地显著扩张型为主要类型，呈现自西向东5个类型依次分布的趋势;2010—2020年黄河流域城镇化地域类型以人口显著增长型为主，大概呈现自东南向西北5个类型依次分布的格局。

4.2 讨论

通过对黄河流域城镇人口和城镇用地时空演变过程的分析发现，二者在时空变化上具有一致性，人口变化始终是城镇化地域类型转变的主要驱动力。自然地理因素对城镇化地域类型发展起限制作用，黄河流域地形自西向东呈三级阶梯状变化，海拔逐渐变低，受地形因素制约，上游地区城镇用地面积扩张速度缓慢，城镇化水平明显低于中下游地区。经济因素是城镇化地域类型转变的主导因素，黄河流域上、中、下游经济发展不平衡，城镇化水平差异较大。本研究发现城镇用地的扩展呈现阶段性变化，这一点与冯一凡等的研究论述相一致［25］，此外，通过构建城镇人口和城镇用地协同发展系数，揭示了黄河流域上、中、下游城镇化地域类型变化的显著性差异。因此，必须坚持因地制宜的原则，促进黄河流域协调发展。结合城镇人口和城镇用地时空演变及地域类型的变化，提出以下政策建议。

上游地区利用自然资源优势，以生态保护为前提，立足特色资源禀赋，发展培育优势产业，依托特色农业，延伸产业链，形成农产品加工产业集群;提升农业经济规模化、集约化、专业化生产水平，培育发展若干地区特色农产品的销售基地以及电商品牌，吸引高质量人口向城镇空间集聚。中游地区加强财政支持力度，强化组织保障，优化营商环境，吸引技术型企业落地;同时，统筹要素资源，加快产业结构升级转型，推动农业、工业、服务业协同发展，优化产业结构布局，提高自主创新能力，大力实施人才强省战略。下游地区土地资源紧张，应根据人口规模规划城镇用地，合理高效促进土地资源开发;促进高新技术发展，加快产业转移，淘汰落后产业，明确重点产业，提升企业用地效率，推动产业园区标准化建设，加强城市与周围地区的联系，促进联动发展，构建黄河流域协调发展新格局。

本文从流域视角讨论城镇人口与城镇用地的之间的关系，并对城镇化地域类型的转变进行了探讨，总结得到黄河流域上、中、下游城镇化地域类型转变差异性显著的空间变化特征，对把握黄河流域城镇动态变化格局具有一定意义，但囿于篇幅和数据的可获得性，仍有一定局限。①未对城镇动态格局变化的驱动机制进行探析;②本文是基于地级尺度的探讨，由于尺度效应和数据获取的限制，没有从县级或者镇级尺度进行分析，多尺度研究可以更好地捕捉城镇化发展的复杂性，更准确地反映城镇化进程的具体问题。在未来的研究中可结合人口流动、生态环境等视角，获取多尺度数据，探讨城镇动态变化的格局及驱动机制，为黄河流域城镇高质量发展提供科学依据。

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（编 辑 李 波）

基金项目：国家自然科学基金（42371223）;河南省自然科学基金（232300420430）。

第一作者：朱肖勇，男，从事经济地理学与乡村地理学研究，zhuxy202204@163.com。

通信作者：乔家君，男，博士，教授，从事乡村地理学与乡村振兴研究，jjqiao@henu.edu.cn。