李伊彤,榮麗華,郭智慧
(1.內蒙古工業大學 建筑學院,內蒙古 呼和浩特 010051;2.內蒙古師范大學 青年政治學院,內蒙古 呼和浩特 010070)
城鎮作為經濟、人口、公共服務聚集的物質實體[1,2],在區域中承擔著不同的職能分工,形成了等級規模不同、聯系密切卻相互制約的區域城鎮系統[2,3]。在區域一體化發展背景下,城鎮間的聯系程度日益緊密[4],城鎮群成為承載區域發展要素的主要空間形式,城鎮體系結構調控方案的科學性和有效性決定了區域發展質量[5]。呼包鄂烏城鎮群區位條件優越、產業發展集中、資源環境稟賦良好,是內蒙古自治區社會經濟重點發展區域,在自治區“一核、雙星、多節點”的城鎮空間格局中承擔著核心引領作用,探索其城鎮空間結構演變特征與機制,在優化區域空間結構、制定未來空間發展策略過程中具有重要意義。
國外對城鎮體系的研究起始于19 世紀末,為應對城市過度集中帶來的一系列大城市病,Butlin 等[6]首次將區域觀引入城市研究,提出了通過新城建設疏解大城市人口及職能的思路;隨后Walter Christaller[7]提出了經典的城鎮體系研究模型——中心地理論,將城鎮等級、輻射范圍與其產生的區域效益進行關聯,以期形成最合理的區域城鎮結構。之后,關于城鎮體系的研究與概念呈現多元化發展趨勢,如城市系統論、極化增長學說、核心—邊緣模式、增長極理論等[5]。改革開放后,國內學者根據我國實際情況相繼提出了點—軸理論[8]、對稱分布理論[9]、雙核理論[10]。隨著城鎮化進程的不斷推進,城鎮間信息流、經濟流、文化流等各種能量流通能力日益增強,城鎮體系的研究逐漸突破傳統理論范式[11,12],將城鎮體系抽象成為互相聯系的網絡化結構[13,14],以引力模型為分析框架構建城鎮間有向聯系矩陣[15,16],運用社會網絡分析方法以網絡密度、中心度與凝聚子群 表 征 城 鎮 群 的 空 間 網 絡 結 構 特 征[4,11,17,18]。因此,相關理論與方法得到極大充盈,但綜合來看,現階段相關研究以探求單一時間節點人口、經濟因素對區域城鎮網絡空間格局的影響為主[19-21],無法深入刻畫空間演變機制,對多因素影響下城鎮網絡空間結構研究有所欠缺。基于多維度時空數據支撐下城鎮網絡結構的研究,有助于揭示地區城鎮空間格局演變的動態過程,對明確區域協同發展框架更具現實意義。
綜上,本文以呼包鄂烏城鎮群為研究對象,對2000—2020 年區域各城鎮人口承載職能、空間發展職能、經濟發展職能、公共服務職能進行了分析計算[22,23],探求城鎮職能強度的演變特征,并采用標準差橢圓分析(Standard Deviation Ellipse,SDE)[24]、引力模型[15,16]對空間結構演變做出地理描述與解釋,揭示區域近20 年來呼包鄂烏地區城鎮體系結構演變特征。同時,以社會網絡分析方法為手段,揭示城鎮群網絡密度、中心度、子群結構特征,以期為該區域城鎮體系布局提供空間優化方案。
呼包鄂烏城鎮群(呼和浩特市、包頭市、鄂爾多斯市、烏蘭察布市)地處內蒙古自治區中西部,國土面積約18. 6 × 104km2,占自治區國土總面積的15.7%,下轄37 個縣級行政單位。該區域是內蒙古自治區的區域核心,經濟發展程度良好、交通環境便利、公共服務便捷,擁有良好的地理區位優勢。本文以呼包鄂烏城鎮群下轄旗縣級行政單元為研究對象,為便于分析統計,對下轄行政區進行了歸并。呼和浩特城區包括新城區、回民區、玉泉區、賽罕區,包頭城區包括昆都侖區、青山區、東河區、九原區、石拐區,包頭市下轄的白云鄂博礦區由于其獨立工業區屬性,不在本研究區域內。本文共選擇樣本29 個,其中各市政府所在地4 個、其他旗縣城鎮25 個(圖1)。

圖1 研究區域Figure 1 Study area
研究區域內城鎮點矢量數據、行政邊界矢量數據、30m×30m精度土地利用數據來源于資源環境科學與數據中心(https://www.resdc.cn/);Lat8 遙感影像全波段30m×30m精度柵格數據來源于空間地理數據云平臺(http://www.gscloud.cn/);GDP、人均可支配收入、公共服務設施數量等社會經濟數據來源于內蒙古自治區統計局官網(http://tj.nmg.gov.cn/tjyw/jpsj/);年齡結構數據來源于第五至七次人口普查,從各市統計局官網獲取;2000 年、2010 年公路最短時間距離采用訪談法獲取,訪談樣本選取55 歲左右出租車司機,通過口述時間取平均值得出2000年、2010 年各城鎮節點往來最短公路時間距離,樣本包含鄂爾多斯市司機5 人、呼和浩特市司機7 人、烏蘭察布市司機5 人、包頭市司機5 人;2020 年最短公路時間距離采用百度地圖查詢的方式獲取。通過對評價數據收集、整理、納入城鎮職能強度指標表,并對其進行標準化處理,加權計算各城鎮職能強度。由于社會網絡分析需要,依托Ucinet 軟件對標準化后城鎮職能強度計算結果進行二值化處理,處理臨界值為0.126,以此構建分析所需二值矩陣。
城鎮職能是指在區域內某一城鎮為其他城鎮提供服務的綜合能力,城鎮職能強度是用來表征城鎮職能強弱的量化指標[22,23],相關研究成果多從地理區位、設施配置、產業經濟、人口結構等方面構建城鎮職能強度評價指標體系。結合相關研究成果,本文 從 人 口 承 載 職 能(Mpi)[23]、空 間 發 展 職 能(Mli)[25]、經 濟 發 展 職 能(Mei)[26]、公 共 服 務 職 能(Msi)[27]4 個方面構建具有14 項評價指標的城鎮職能強度指標表(表1)。隨著呼包鄂烏地區人口非農化進程的加快,年齡結構、人口密度、城鎮化水平是城鎮人口承載職能的主要表現形式[23],因此選取城鎮化率、每平方公里人數為正向指標,60 歲以上人口占比為負向指標表征城鎮人口承載職能;城鎮空間發展職能是保證人口承載、經濟發展的空間載體,城鎮建設用地規模、用地的經濟效率是表征空間發展潛力的主要因素,因此選取城鎮建設用地占比、地均產值、人均城鎮建設用地面積作為測量空間發展職能的正向指標[25],將耕地占比作為制約城鎮空間發展的負向指標;城鎮的經濟發展職能是保障地區高質量發展的基礎動力,居民收入水平、經濟發展程度在宏觀上可以衡量地區經濟水平[26],因此選取人均可支配收入、地區生產總值、第三產業占比表征城鎮經濟發展職能;公共服務職能是區域發展的重要支撐要素,其中醫療、教育設施是保證居民生活的基礎[27],因此選取小學數量、中學數量、醫療技術人員數量、醫療床位數表征城鎮公共服務職能。

表1 城鎮職能強度計算指標表Table 1 Calculation index table of urban functional intensity
首先,運用熵值法根據標準化后數據的自身規律客觀賦權,如公式(1)和公式(2)所示。結合專家意見,以Yaahp 為計算運行平臺,采用層次分析法(AHP)分析各層次間非序列關系,建立判斷矩陣,通過重要性對比,確定主觀權重。隨后,1:1 配置主觀權重與客觀權重,確定每項評價因子最終權重。計算公式為:

式中:Mpi、Mli、Mei、Msi分別為人口承載職能、空間發展職能、經濟發展職能、公共服務職能;Mi為城鎮i 城鎮職能強度值;xi1、xi2、xi3為城鎮i 第一、二、三項評價指標值;w1、w2、w3分別為第一、二、三項評價指標的權重值;n 為研究樣本數量。Mli、Mei、Msi同理求得。
引力模型在刻畫城市間相互作用中運用廣泛[28],但傳統引力 模 型 考 慮 因 素 較 為 單 一[20,21]。本文基于城鎮職能強度計算結果,運用引力模型對各個城鎮間的聯系程度進行了計算,通過構建城鎮聯系矩陣,以期探求多因素影響下城鎮空間相互作用能力強弱。計算公式為:

式中:Rji為城鎮i 對城鎮j 的綜合聯系程度;Mj、Mi為城鎮i 和城鎮j 的綜合職能強度;kji為方向修正系數;dji為城鎮i 到城鎮j 的公路最短時間距離。
社會網絡分析法(Social Network Analysis,SNA)主要強調關系和結構[29],該方法對刻畫復雜關系中節點及網絡特征具有良好的表達優勢。為科學刻畫各城鎮之間的空間聯系網絡結構特征,本文引入社會網絡分析方法,從網絡密度、中心度、凝聚子群3個方面開展研究。
網絡密度分析:網絡密度是社會網絡分析中最常用的宏觀指標,用于描述網絡中各成員結點之間關聯的緊密程度。網絡密度值越大,說明各城鎮之間的聯系越密切,協同作用越強。計算公式為:

式中:n 為城鎮群的規模,即研究區域內城鎮數量;di(ci,cj)為城鎮i 和城鎮j 的聯系強度。
網絡中心性分析:網絡中心性指標不僅能反映城鎮群內各節點間的相互作用,還能夠反映城鎮節點在整體網絡內的地位。處于相對中心位置的城鎮擁有更大的權力和對其他城鎮更強的影響力,以此得出城鎮節點等級結構。本文從度中心性、中介中心性兩個方面表征網絡中心性。
城鎮i 的度中心性(CD(i))測度城鎮節點i 與其他城鎮節點的關聯數,表征城鎮處于城鎮網絡中的位置。通過平均數法將多值矩陣處理為二值矩陣,xji取值為0 或1。城鎮的度中心性越大,表征城鎮在城鎮網絡系統中的地位越高。計算公式為:

城鎮i 的中介中心性(CB(i))衡量城鎮i 在整體城鎮網絡內的中介能力。城鎮i 的中介中心性越大,表示該城鎮對其他城鎮的控制能力越強,越能發揮促進城鎮與城鎮之間信息流通的橋梁作用。計算公式為:

式中:gjk為城鎮j 與城鎮k 之間存在的最短路徑數量;gjk(i)為城鎮i 與城鎮k 之間存在的經過城鎮i 的最短路徑數量。
凝聚子群分析:網絡凝聚子群是指網絡成員之間具有相對較強、直接、緊密、經常或者積極的關系所構成的一個成員集合。各子群中的網絡成員都是共同發展的關系,且向其中加入任何一個成員,子群性質隨之改變。城鎮網絡內部凝聚子群旨在揭示和刻畫城鎮群內部組成結構狀態,探求城鎮網絡中子群的個數和具體包含的城鎮單元,分析子群間的關系及相互作用方式,從整體性網絡的維度考察城鎮群網絡的發展狀況。本文借助Ucinet角色位置分析中的CONCOR結構分析,對空間單元的子群結構進行分析。
通過對2000—2020 年城鎮職能強度計算,采取統一閾值分類(表2),將29 個城鎮節點分為4 個子類型。呼和浩特城區、包頭城區由于經濟環境較好、公共服務便利等,在區域中長期占據絕對中心優勢;2000年前后,由于集寧區靠近河北和北京,具備一定的交通區位優勢,也處于一級中心范疇。2000—2010年,隨著能源行業的快速發展,帶動鄂爾多斯社會經濟進步,東勝區躋身一級城鎮中心,集寧區勞動人口外流,導致經濟發展滯后,跌出一級中心。隨著區域一體化進程加快,區域之間的聯系日益增強,截至2020 年,集寧區重新躋身一級城鎮中心行列,形成了現有的“四極較強,多心分散”的空間格局,其他各城鎮職能強度圍繞呼和浩特城區、包頭城區、集寧區、東勝區逐級遞減。二級中心各城鎮排序有所波動,主要集中于鄂爾多斯市境內。由于準格爾旗、伊金霍洛旗擁有豐富的礦產資源,加之國家能源政策的扶持,躋身二級城鎮中心,且中心地位不斷加強。三、四級中心城鎮受到區位環境、資源稟賦等條件制約,排序較為穩定,主要集中于烏蘭察布市境內城鎮和大青山以北城鎮(圖2)。

表2 城鎮職能強度分級閾值Table 2 Classification threshold of urban functional intensity

圖2 2000—2020 年呼包鄂烏城鎮群城鎮職能強度演變分析Figure 2 Evolution analysis of urban functional intensity of HBEU urban agglomeration,2000-2020
通過對城鎮職能強度的標準差橢圓特征分析[24],區域內部空間結構較為穩定,局部略有變化。由圖3 可知,呼包鄂烏城鎮群橢圓中心經歷了“東北—西南—東北”的重心轉移過程,由于鄂爾多斯市社會經濟的快速發展,城鎮職能重心2000—2010 年向西南部轉移,2010—2020 年期間鄂爾多斯市發展減緩,重心逐步向東北部回歸;2000—2010 年橢圓主要集中于區域中部地區,且面積明顯減少,說明中部的極化效應日益增強,地區發展不均衡態勢明顯,呈現“中部集中、周邊松散”的空間分布狀態。

圖3 呼包鄂烏城鎮群城鎮職能強度橢圓特征分析Figure 3 Analysis of elliptic characteristics of urban functional intensity of HBEU urban agglomeration
根據引力模型測算城鎮間聯系程度,并采用統一閾值分類(表3),將城鎮間聯系程度分為強聯系、較強聯系、較弱聯系、弱聯系。通過分析可知,2000年形成了以呼和浩特城區、包頭城區、東勝區為核心的強聯系區域,由于陰山山脈的阻隔,以集寧區為首的城鎮群較為獨立,形成了局部“散射狀”的空間結構;2010 年隨著交通效率、社會經濟發展水平不斷提高,集寧區及其周邊城鎮逐步融入核心區域,強聯系、較強聯系區域所轄城鎮節點數量增多;2020 年網絡化空間結構逐步形成,城鎮之間聯系逐步增強,鄂爾多斯市所轄城鎮融入區域中心能力較強,但由于烏蘭察布市東部城鎮產業發展落后、人口老齡化問題嚴重、交通便利性差等因素,使其與城鎮群核心區域聯系仍然較弱(圖4)。

表3 城鎮聯系程度閾值Table 3 Threshold value of urban connection degree

圖4 2000—2020 年呼包鄂烏城鎮群城鎮聯系程度演變特征分析Figure 4 Analysis of evolution characteristics of urban connection degree of HBEU urban agglomeration,2000-2020
通過對綜合城鎮職能強度各維度分析可知呼包鄂烏城鎮區各項城鎮職能大小及變化,如圖5 所示。總體而言,依舊承襲了“四極較強、多星分散”的空間格局,呼和浩特城區、包頭城區、集寧區、東勝區在各維度中的職能稟賦優勢明顯。從人口承載職能強度來看,鄂爾多斯市各城鎮經歷了“倒U 型”的變化趨勢,2010 年隨著外來人口增多出現頂點;烏蘭察布市由于人口老齡化嚴重、勞動力大量流失,導致人口承載職能逐步減弱。相較而言,呼和浩特市、包頭市人口承載職能變化較為穩定。各城鎮空間發展職能與經濟發展職能變化趨勢大體相近,兩者之間存在著正相關關系。包頭城區、集寧區、呼和浩特城區建設用地增長較緩慢,導致在區域中空間發展職能逐步下降;東勝區由于康巴什新區建設,致使建設用地增加,耕地面積減少較多,空間發展職能隨即增加。鄂爾多斯市各城鎮2010 年前后經濟發展迅猛,如準格爾旗、伊金霍洛旗等資源型城鎮地區生產總值快速增加,經濟發展職能處于頂點。公共服務職能呈現“四極增強、多星下降”的總體趨勢,呼和浩特城區、集寧區、東勝區公共服務職能顯著提升,包頭市城區公共服務職能穩定居于較高水平,其他城鎮下降較為嚴重,表明核心城市對公共服務的吸納能力 在日益增強。

圖5 2000—2020 年呼包鄂烏城鎮群城鎮職能結構分析Figure 5 Analysis of urban functional structure of HBEU urban agglomeration,2000-2020
呼包鄂烏城鎮群2000—2020 年網絡密度呈逐步增長的趨勢,從2000 年的0.0887 增長至2020 年的0.2414,年均增長率為65.59%(表4)。2000—2010 年網絡密度增長率較低,為51.3%;2010—2020年網絡密度增長較快,為79.88%。表明呼包鄂烏城鎮群網絡密度呈增長趨勢,城鎮間聯系程度逐步增強。隨著呼包鄂烏城鎮群下轄城鎮間各類能量流通能力日益加強,區域一體化趨勢日趨明顯。

表4 2000—2020 年呼包鄂烏城鎮群網絡密度分析Table 4 Density analysis of urban cluster network of HBEU urban agglomeration,2000-2020
2000—2020 年呼包鄂烏城鎮群點度中心度演變結果具體如圖6 所示。從圖6 可知:①就整體而言,呼包鄂烏城鎮群點入中心勢大于點出中心勢,表明呼包鄂烏城鎮群向外輻射能力較弱,向內凝聚能力較強。整個時間周期內,點入中心勢增長率小于點出中心勢增長率,各城鎮的輻射帶動能力增強。②就各城鎮點入中心度而言,區域內各城鎮在該時間段內均有不同程度的增長,由于鄂爾多斯市經濟吸引能力較強,因此境內城鎮點入中心度增長率較高,而集寧市大部分城鎮點入中心度較低,呼和浩特市、包頭市點入中心度變化相對穩定。③就各城鎮點出中心度而言,鄂托克旗與烏審旗點出度增長率最高,兩者均位于鄂爾多斯市境內,土默特右旗、商都縣增長率最低,與其他城鎮的相互交流較弱;其他城鎮均有不同程度的增長,由于鄂爾多斯市經濟、文化等對外交流較多,增長率較高城鎮主要集中于此,增長率較低城鎮主要集中于集寧市境內;呼和浩特城區、包頭城區、東勝區、集寧區點出中心度增長率處于中游,對其他欠發達城鎮的輻射帶動能力較弱。

圖6 2000—2020 年呼包鄂烏城鎮群點度中心度演變分析Figure 6 Evolution analysis of point- degree centrality of city clusters,2000-2020
2000—2020 年呼包鄂烏城鎮體系的中介中心性變化結果如表5 所示。

表5 呼包鄂烏城鎮群中介中心度分析Table 5 Analysis of the degree of intermediarycenter in agglomerations
從表5 可見,2000—2020 年呼包鄂烏城鎮群的中介中心勢穩定在14%—20%,說明城鎮群網絡結構較為穩定;呼和浩特城區、包頭城區、東勝區、集寧區中介中心度均處于同期較高水平,城市的集聚作用對周邊城鎮的掌控能力較強,在呼包鄂烏城鎮群內部承擔重要的橋接作用;土默特左旗、固陽縣、武川縣、察哈爾右旗后旗、達拉特旗、杭錦旗、伊金霍洛旗中介中心度均急速增高,表明這7 個城鎮隨著經濟社會的發展,對其他城鎮的控制能力逐步增強;準格爾旗、清水河縣中介中心度下降,其在城鎮群內部的控制能力逐步減弱;其他城鎮中介中心度均較低,該類城鎮處于城鎮群網絡的邊緣。
通過凝聚子群分析,比較整體與部分內部節點聯系強度,表征節點之間的緊密性,反映出城鎮職能強度較高的城鎮節點對整體網絡的實際控制范圍及能力。2000 年,呼和浩特城區、包頭城區、東勝區等8個處于區域中心的單元歸為第一子群,該子群交通便利、社會經濟發展良好,是區域的絕對核心;集寧區、豐鎮市等7 個處于區域東部的單元歸為第二子群,該子群作為第一子群城鎮職能的補充,在一定程度上疏解了第一子群人口、經濟、公共服務等方面的壓力;緊密結合第一、二子群的空間單元歸為第三、四子群,該子群發展相對落后,需依托周邊城鎮滿足人口、經濟、公共服務等各方面需求。隨著社會經濟的快速發展、交通條件的不斷提升,2010 年第一子群規模擴大,新囊括了準格爾旗、和林格爾縣等發展較為迅速的城鎮,由于烏蘭察布市人口外流嚴重第二子群規模縮小,鄂爾多斯市經濟迅猛發展,西部空間單元歸為第三子群,第四子群主要集中于烏蘭察布市境內;2020 年第一、二子群規模穩定,第三子群從重心由西向東轉移,第四子群由于其區位條件較差,仍處于城鎮網絡結構中的邊緣位置(圖7)。總體來看,研究區“中心—外圍”特征明顯,中心子群規模相對固定。

圖7 2000—2020 年呼包鄂烏城城鎮群各子群分布狀況Figuer 7 Distribution of subgroups in HBEU urban agglomeration,2000-2020
結論如下:①從城鎮職能強度演變情況看,研究期內呼包鄂烏城鎮群各城鎮中心職能強度差異明顯,空間分異特征顯著,呈“四極較強、多星分散”的空間特征。呼和浩特城區、包頭城區、集寧區、東勝區極化效應明顯,對優質資源的“虹吸”能力不斷增強,人口與資源不斷流入,高等級中心吸納其他地區資源能力較強,在保證自身發展迅猛的同時,造成了區域發展不均衡,各城鎮職能強度等級差異明顯,城鎮職能強度較高的區域集聚現象突出。②城鎮間聯系程度經歷了由“橫置L—橫置F—多節點網絡”的空間演變過程,表明區域城鎮網絡化格局逐步形成。從城鎮職能結構來看,“四極較強”趨勢顯著,呼和浩特城區及呼和浩特市下轄城鎮、包頭城區及包頭市下轄城鎮各方面職能變化較為穩定,東勝區和鄂爾多斯市下轄城鎮經濟發展職能逐步增強,集寧區和烏蘭察布市下轄鎮區人口承載職能逐步降低。③從城鎮群網絡特征演變來看,網絡密度逐步增加,區域網絡化趨勢日益明顯;但呼包鄂烏城鎮群內部聯系較弱,呼和浩特城區、包頭城區、東勝區、集寧區對其他城鎮輻射帶動能力較弱;呼包鄂烏城鎮群網絡具有明顯的等級分層現象,大部分城鎮長時間處于弱聯系狀態。城鎮職能較強的空間單元形成了各自的子群,受到區位條件制約的城鎮無法納入城鎮網絡核心層次。同時,可發現城鎮職能較強的節點在空間網絡中對其他城鎮節點的控制能力有待提高,落后地區只存在小范圍聚焦,進入城鎮網絡核心的能力較差。
總體而言,經歷了20 多年的快速發展,呼包鄂烏城鎮群網絡化結構已初具雛形,呼和浩特城區、包頭城區、東勝區、集寧區“四極超強”,但對其下轄城鎮的輻射帶動能力較弱,以至于周邊城鎮只能通過自身資源環境稟賦發展,無法借力“強極”實現升級。通過一系列舉措,最終構建“四極、兩翼、五星、多點”的協同發展框架:①繼續發揮呼和浩特城區、包頭城區、東勝區、集寧區各方面優勢,從經濟發展、社會服務等方面提升“四極”帶動作用,加強城市對城鎮的引領能力,實現區域協同發展。②有針對性提升下轄城鎮職能強度,將準格爾旗、伊金霍洛旗、達拉特旗、土默特左旗、察哈爾右翼前旗建設成為區域次中心,依托良好的區位條件和資源環境稟賦,針對性布局相關產業空間,縮小區域城鎮空間差異,提升該類城鎮教育和醫療服務水平,完善公共服務體系。③重點關注城鎮群網絡邊緣城鎮,如化德縣、四子王旗、商都縣、鄂托克前旗等,結合政策背景,通過產業植入的方式做大經濟體量;同時,加強基礎設施建設,促進城鎮間能量流通,使其融入城鎮網絡,實現呼包鄂烏城鎮群區域協同發展。
本文也存在需要進一步完善之處:①由于數據獲取的局限性,本文研究使用的數據來源于國家統計口徑,時間距離數據采用訪談數據,雖然可以表征宏觀空間結構,但是相對于精細化空間結構的研究需要稍有欠缺,在后續研究中應結合大數據等新興數據來源繼續完善。②從模型方法角度而言,本文采用的引力模型、社會網絡分析較為傳統,將城鎮抽象成點才可以分析計算,并未考慮土地利用變化,在后續研究中需引入熵理論,對城市樹和土地利用結構進行熵值計算和過程分析,以期精準刻畫城鎮群空間網絡結構。