城市群協同發展視角下自然資源與城市化耦合協調分析
——以京津冀城市群為例

馮惠懿唐秀美李作麟

(1.長安大學土地工程學院，陜西 西安 710061；2.北京市農林科學院信息技術研究中心，北京 100097；3.國家農業信息化工程技術研究中心，北京 100097)

引言

城市群是高度發達的空間一體化的城市形態[1]。2021年新型城鎮化和城鄉融合發展重點任務要求中提出健全城市群一體化發展機制，制訂京津冀等城市群協同發展、一體化發展方案。目前，我國城市群發展模式已初步實現了由經濟優先型發展向整體性規劃引領模式的積極轉變[2]，“十四五”規劃和2035年遠景目標綱要提出要深入推進以人為核心的新型城鎮化戰略，以城市群、都市圈為依托促進大中小城市和小城鎮協調聯動、特色化發展，使更多人民群眾享有更高品質的城市生活，要求城市化水平發展到高階段的城市群[3]肩負起新的歷史使命，實現區域資源協調發展[4,5]與高質量發展[6,7]。城市化在促進社會發展的同時與土地、水、森林等自然資源變化呈現顯著負相關[8]，如何實現自然資源利用與城市化協調發展是京津冀的重要任務之一。近年來，針對自然資源與城市化相互作用關系研究主要集中在城市化發展水平演變過程中資源環境與城市化耦合規律的分析[9]，以及協調關系評價[10]，方創琳[11]團隊在城市群的角度上提出需要針對水資源、土地資源等子系統特征，辨識揭示城市化與生態的耦合規律。童彥[12]構建水資源與城市化協調發展指標體系，以云南省為例，揭示水資源與城市化協調發展的空間格局變化特征。馬凱[13]借助“脫鉤”和“復鉤”理論，佐證城市化與資源壓力呈現雙增長趨勢，城市化較多依賴資源的消耗。目前耦合協調研究主要集中于水[14]、土地[15]、耕地[16]等方面，針對自然資源整體與城市化發展之間耦合協調關系的研究還處于空白階段。

因此，綜合分析自然資源與城市化之間的關系，辨識相關要素對城市群發展的影響，對于城市群區域規劃具有重要的借鑒意義。本文以京津冀城市群為例，構建自然資源利用與城市化發展指標體系，通過耦合協調度測算模型對京津冀城市群13個地級以上城市進行研究，以期為京津冀城市群的區域協調發展和資源合理利用提供參考意見。

1 研究區概況與研究思路

1.1 研究區概況

京津冀城市群(N36°01′～42°37′，E113°04′～119°53′)地處華北平原北部，由京津2個直轄市和河北省下屬的11個地級市組成，總面積21.6萬km2，約占全國國土總面積的2.3%，是國家新型城鎮化規定的國家級城市群。該地區北部為燕山山脈，西部為太行山山脈，東部為渤海，氣候屬溫帶半濕潤半干旱大陸性季風氣候，夏季高溫多雨，冬季寒冷干燥。截至2019年末，京津冀城市群人口總數超過1億人，地區生產總值為84580.08億元，約占國內生產總值的9.4%。京津冀協同發展是國家的一項重大發展戰略，要求其區域經濟由高速增長轉向高效率、綠色可持續的高質量發展，開展對京津冀各城市之間自然資源與城市化水平的協調發展研究，對促進京津冀城市群之間的協調聯動，特色發展具有重要意義。

1.2 研究思路

自然資源利用效益與城市化發展是2個相對復雜的系統。兩者相互影響相互制約，在城市化建設初期城市以經濟發展為主要目標，注重工業建設，城市生產功能凸顯，忽視資源合理配置利用，資源利用效益低下從而影響城市化發展，形成城市病[17]。自然資源的合理利用可以積極有效地促進區域協調發展[18]，促進城市化水平的進一步提高，提高居民生活水平。本研究中自然資源指標主要從資源效益角度選取，包含經濟效益、社會效益、生態效益3方面；城市化指標主要考慮城市化發展過程中人口結構轉變、產業結構升級以及基礎設施的完善，具體包括人口城市化、經濟城市化與社會城市化。通過綜合評價法得出京津冀地區自然資源綜合利用效益和城市化的綜合得分；構建自然資源綜合利用效益與城市化發展耦合協調度模型，對自然資源綜合利用效益與城市化水平進行耦合度協調分析，分析其存在的問題并提出建議。

2 數據來源與研究方法

2.1 數據來源

本文在研究自然資源綜合利用與城市化發展水平耦合協調發展的過程中，選取了京津冀地區13個城市2000年、2010年、2019年3個年度的相關數據來進行測算。其中原始數據主要來自于《中國城市統計年鑒》、《中國城市建設統計年鑒》、《中國農村統計年鑒》、《中國林業統計年鑒》、《水資源公報》以及各地區統計系統、統計年報等。

2.2 指標體系構建

選擇適宜的指標構建自然資源利用與城市化發展指標體系是科學評價區域問題的關鍵。本文充分考慮了影響自然資源利用和城市化發展的主要因素，遵循相關性、科學性、系統全面性、數據可獲取性的指標構建原則，共選取6個準則層、29個指標層來構建自然資源與城市化發展指標體系，見表1，其中人均建設用地面積，主要用于體現集約用地情況，因此為負向指標，其余指標都為正向指標。采用極值法對指標進行標準化，在使用層次分析法和熵值法分別計算權重的基礎上，采用兩者均值作為指標的組合權重，見表1。

表1 京津冀自然資源與城市化發展評價指標體系及權重

續表1 京津冀自然資源與城市化發展評價指標體系及權重

2.3 耦合度與耦合協調度模型

2.3.1 耦合度模型

自然資源利用與城市化發展水平是2個相互約束與相互脅迫的復雜系統，因此本文借鑒相關研究成果[19]引入耦合度模型，分析兩系統之間的耦合水平，具體計算公式：

(1)

式中，U1、U2分別代表城市自然資源綜合利用效益與城市化發展水平的綜合評價指數；C表示自然資源綜合利用效益與城市化發展水平的耦合度，取值范圍為0≤C≤1，C值越接近1，表明城市自然資源綜合利用效益與城市化發展水平兩系統的相互關系越強，趨于有序而穩定的發展，C值越接近0，說明兩系統之間的相互關系越弱，處于無序發展狀態。

2.3.2 耦合協調度模型

耦合度模型只能反映系統之間聯系的緊密程度，并不能很好地反映系統之間相互作用的水平和方向。因此，需要引入耦合協調度模型[20]來綜合反映生態涵養區生態產品供給與經濟發展的耦合協調水平。耦合協調度計算模型：

(2)

T=aU1+bU2

(3)

式中，D為耦合協調度；T代表綜合協調指數。其中，0≤D≤1，D值越大說明兩系統之間存在高水平共振，其協調發展水平越高，反之則說明兩系統之間的發展缺乏一定的協調性；a與b為兩系統待定系數，并且二者和為1，在分析區域自然資源綜合利用效益水平與城市化發展水平兩系統關系時，其處于同等重要程度，所以本文取a=b=0.5。考慮其特點并基于已有的研究成果[21]，根據耦合協調的內涵，將二者之間的關系進行細分，劃分為以下幾個階段，見表2。

表2 耦合協調度及耦合協調類型

3 結果分析

3.1 自然資源綜合利用效益與城市化發展水平的時空特征

綜合評價結果顯示，2000—2019年京津冀地區的自然資源綜合利用效益指數和城市化發展水平指數均有一定程度的提升，見表3，但兩者上升幅度不同，除北京、天津以外，其余城市自然資源綜合指數均高于同期城市化發展指數，且同期各城市自然資源水平發展較為同步，城市化發展水平差距較大。從時間序列變化來看，自然資源綜合利用效益指數均值由2000年的0.245上升到2019年的0.491，較2000年增長了2.00倍。城市化發展水平指數均值由2000年的0.167上升到2019年的0.333，較2000年增長了1.99倍。從空間上看，京津冀城市群自然資源綜合利用效益空間分布差異較大，截至2019年，北京市自然資源綜合利用效益顯著高于其他城市。城市化方面，京津冀城市群城市化發展水平差距較大，北京市、天津市城市化水平迅速發展，其余11個城市城市化水平處于0.2～0.3，在空間上形成了以北京和天津為中心的發展格局。

表3 2000—2019年京津冀城市群自然資源利用效益與城市化發展水平評價結果

3.2 耦合度與耦合協調度分析

表4 2000—2019年京津冀城市群自然資源利用效益與城市化發展水平耦合度時間演化(D)

基于自然資源綜合利用效益指數U1和城市化發展水平指數U2、耦合度以及耦合協調度模型，計算2000年、2010年以及2019年京津冀地區自然資源綜合利用效益和城市化發展水平耦合度，結果如表4所示，計算2000年、2010年以及2019年京津冀地區自然資源綜合利用效益和城市化發展水平耦合協調度，結果如表5所示。

從表4可以看出，2000年、2010年以及2019年北京市、天津市以及河北省的11個地級市的自然資源與城市化的耦合度值在0.8～1。參考已有研究確定的耦合度劃分標準，2000年、2010年、2019年這13個城市都處于高水平耦合階段，這表明京津冀地區自然資源與城市化相互關聯性強且發展穩定。

為了進一步了解京津冀城市群自然資源綜合利用效益與城市化發展耦合協調度時空演變特征，根據計算所得耦合協調度值，借助ArcGIS10.6將其進行空間可視化，如圖1所示。從時間序列來看，京津冀城市群自然資源綜合利用效益與城市化發展耦合協調水平整體有所提升。2000—2019年期間，京津冀地區自然資源與城市化水平的耦合協調度處于0.3～0.9，整體協調發展水平較好，說明城市化水平在逐步提高的同時，自然資源利用效益也得到了提高，但京津冀城市群之間的耦合協調發展具有一定的差異性，北京、天津的耦合協調發展水平高于河北省各城市。從耦合協調的空間分布來看，2000年京津冀地區耦合協調類型主要為瀕臨失調衰退，共10個城市，占京津冀城市群的76.92%，主要分布于河北省。北京與石家莊達到勉強協調，衡水市耦合協調程度最差，協調度僅為0.372，屬于輕度失調。2010年京津冀城市群的耦合協調水平較2000年相比提升較大，耦合協調類型以瀕臨失調衰退為主轉向勉強協調，其中北京市自然資源綜合利用效益與城市化發展水平耦合水平達到中級協調階段，且由城市化發展水平滯后型轉變為自然資源綜合利用效益滯后型，天津市協調程度由2000年的瀕臨失調達到初級協調階段。2019年京津冀城市群自然資源綜合利用效益與城市化發展水平的耦合協調度得到了迅速提高，所有城市均處于協調發展階段，整體協調發展水平較好，北京與天津分別達到良好協調階段與中級協調階段，其相對發展度為自然資源綜合利用效益滯后型，其余城市均為城市化發展水平滯后型。

表5 2010—2015京津冀城市群自然資源與城市化耦合協調度時間演化(D)

圖1 京津冀城市群自然資源綜合利用效益與城市化發展水平耦合協調度空間演化

綜上，京津冀地區自然資源綜合利用效益與城市化發展之間的總體水平在不斷地提升，但其內部之間發展不平衡，河北省各市之間的發展要落后于北京市與天津市的發展水平，為了京津冀城市群的協同發展，提升河北省的自身水平，進一步推動自然資源綜合利用效益與城市化的更好發展，河北省應結合各個城市的資源優勢，合理利用各種資源進行發展，既要促進自然資源的合理利用，同時要加快城市化發展的進程，促進兩者的共同發展。

4 結論與討論

4.1 結論

本文研究了京津冀城市群自然資源與城市化之間的耦合協調發展問題，選取2000年、2010年和2019年相關統計數據，構建了自然資源與城市化綜合評價體系，采用耦合協調模型測算二者之間的協調發展關系，得出以下結論。

京津冀城市群自然資源與城市化2大系統的綜合發展指數均呈上升趨勢，但同期各城市綜合評價指數存在明顯差距，具體表現為北京天津發展情況最好，遠超河北省內各地級市發展水平。河北省省會石家莊以及部分沿海地區城市發展較好，其余城市發展勢頭不足，城市間差距持續拉大，不利于京津冀城市群的總體協調規劃以及高質量高水平發展。

京津冀城市群自然資源與城市化耦合度介于0.8～1，兩系統之間長期處于高水平耦合階段，反映城市群內各地級市自然資源與城市化水平相互影響的程度較高，關聯性較大。但兩者耦合協調水平差距較大，截至2019年，多數城市經歷了由瀕臨失調到勉強協調的轉變，目前河北省各地級市耦合協調階段主要位于過渡區間，北京天津達到協調發展階段。實現京津冀城市群的協調發展，河北省各地級市自然資源與城市化兩系統的協調水平亟待提高。

城市化滯后是京津冀城市群自然資源與城市化水平協調發展的主要阻力。本文在對自然資源與城市化耦合協調類型的判斷中發現河北省內各地級市從2000—2019年一直表現為城市化水平滯后，京津2大中心城市在研究初期也表現為城市化水平滯后，持續到10a左右，受經濟快速發展的影響耦合協調類型才有所轉變。可以表明在過去很長的一段時間內，自然資源的利用水平發展要優于城市化水平的進展，城市化內部各因素的不協調是影響京津冀耦合協調水平的主要掣肘。

4.2 討論

本文探討了京津冀城市群的自然資源利用與城市化發展的主要差異，未來京津冀城市群的協同發展，要充分發揮京津2大中心城市的輻射作用，縮小地區之間的差距，河北也應根據當地的資源優勢，優化產業布局結構。研究結果可以為推動京津冀城市群系統同發展，合理制定區域戰略以及相關規劃提供參考。然而，受數據可獲取影響指標體系存在一定的不足，同時城市群的協同發展除受資源影響外，也受到其他因素的影響，今后研究中應綜合考慮以上因素，為城市群發展提供更多的指導和借鑒。