浙江省城市化和城市土地集约利用的时空耦合关系

张雅杰，林海燕

(武汉大学 资源与环境科学学院，湖北 武汉 430079)

0 引 言

城市化是衡量一个地区经济社会发展水平的重要标志[1]，城市土地集约利用是在不同城市化阶段，使得单位面积城市土地承载更多的人口和经济的动态的社会活动[2-3]。城市化的适度发展推动城市土地的集约利用，而城市土地集约利用又有效推动城市化持续发展，两者之间存在着天然的交互耦合关系，处于城市化不同发展水平的城市，其土地集约利用水平存在着显著差异[4-6]。一些学者基于城市化发展规律探讨城市土地集约利用的实践途径，研究表明城市化和城市土地集约利用发展阶段密切相关，应根据城市所处的城市化水平制定土地政策，进行土地利用规划[10]。上述相关研究的研究区域主要分布在华北、西北和西南地区，缺少长江以南地区经济发达省份的研究，而浙江省地处中国东南沿海，长江三角洲南部，是中国经济最活跃的省份之一，在民营经济的发展带动下形成了具有鲜明特色的“浙江经济”，浙江省城市化率从2005的56.5%上升到2015的65.8%，2016年达到67%，城市化率逐步提升，城市化发展已经处于快速发展阶段，未来将进入成熟阶段[7]。随着城市化进程不断加快，耕地面积不断减少，从2003年的212.53×104hm2到2013年的197.85 hm2，人地矛盾突出，研究有助于优化城市化和城市土地集约利用的耦合协调发展关系，为处于城市化不同水平的城市进行土地集约利用评价提供科学依据，同时对城市化水平较高的经济发达地区有一定的指导意义。

1 数据来源及研究方法

1.1 数据来源

主要数据来源包括：2004年至2015年《浙江统计年鉴》《中国城市统计年鉴》《中国城市建设统计年鉴（年报）》、各市统计年鉴，以及中国经济统计数据库。

1.2 研究方法

在建立城市化与城市土地集约利用的综合评价指标体系基础上，对城市化水平和城市土地集约利用进行测度，然后构建城市化水平和城市土地集约利用度的耦合协调发展度模型，采用ArcGIS10.2进行时空差异分析。

1.2.1 指标体系的构建

根据指标的理论性和实际性意义，借鉴已有的综合测度指标体系成果[8-13]，遵循系统性、有效性、科学性和可操作性等原则，从城市化和城市土地集约利用的内涵出发，选取有代表性的指标（见表1），分别反映城市化和城市土地集约利用的实际状态和水平。

1.2.2 指标标准化及权重的确定

设有m项评价指标X1,X2,…,Xm，并有n个城市的指标数据，Xij(i=1,2,…,m;j=1,2,…,n)构成原始数据矩阵，Xij即j城市的第i项指标原始数据。由于指标数据具有不同的单位量纲，为增强指标数据的可比性，应进行标准化处理。根据指标数据内涵，本文采用级差法进行标准化处理，公式为：

式中，Aij为原始数据Xij的标准化数据，minXij即j城市第i项指标数据的最小值，maxXij即j城市第i项指标数据的最大值。

对指标进行标准化处理后，还需要对各指标的权重进行确定，本文采用层次分析法确定权重，得到的权重结果见表1，根据计算出的权重值（Wj）与经标准化后取得的指标值加权求和得到土地集约利用和城市化的发展水平，公式为：

式中，U(x)，U(y)——城市化水平、土地集约利用度。

表1 城市化水平和城市土地集约利用度测度指标体系Tab.1 Comprehensive evaluation index system on urbanization and intensive urban land use

1.2.3 耦合协调评价模型及阶段类型划分

1）耦合度模型

耦合度描述两个或两个以上系统相互作用影响的程度，耦合作用和协调程度决定了系统发展状况[6]，由于城市化和城市土地集约利用是彼此独立又相互作用的系统，本文借鉴物理学中的容量耦合概念及容量耦合系数模型构建城市化和城市土地集约利用的耦合协调度模型[5]，公式为：

式中，C为耦合度系数，C∈[0,1]；α和β为待定系数，α+β＝1；K为调节系数，K∈[2,8]。基于城市可持续发展思想，本文认为城市化和城市土地集约利用同等重要，α=β，并选定调节系数K=2。

2）协调度模型

虽然耦合度可以有效评价城市化和城市土地集约利用的交互耦合强度，但无法判断耦合是否为良性，即当两系统水平均较低时，仍然可以得到较高的耦合度[5]，但在多个地域的空间对比研究中却难以准确评价其协调水平，故本文构建城市化和城市土地集约利用的协调度模型D，评价城市化和城市土地集约利用的发展水平，公式为：

式中，D为城市化和城市土地集约利用的协调度系数D∈[0,1]，D越大，则其协调水平越佳，D越小，则其协调水平越差，失调愈加严重。

3）相对发展度模型

协调度模型可以准确评价城市化和城市土地集约利用的协调水平，却难以评价两者相对发展状况，故以相对发展度模型求取城市化和城市土地集约利用的相对发展度系数E[6]，公式为：

1.2.4 耦合协调阶段及类型划分

根据协调度系数，并结合城市化水平和城市土地集约利用度，参阅区域城市化与生态环境的耦合协调类型划分标准[14-18]，本文将城市化和城市土地集约利用的耦合协调发展阶段粗略分为三大阶段，即拮抗阶段、磨合阶段与协调阶段。当D∈[0,0.45]时处于拮抗阶段，城市化和城市土地集约利用水平都很低，限制城市可持续发展。当D∈[0.45,0.65]时处于磨合阶段，城市化和城市土地集约利用水平有所提高，趋于优化状态，但其关系仍然失调，影响城市可持续发展。当 D∈[0.65,1]时处于协调阶段，城市化和城市土地集约利用水平较高，推动城市可持续发展。

在理想条件下城市化和城市土地集约利用是同步优化的，但在实际中两者却难以实现完全同步优化，本文加入相对发展度E这个因素进行考量，设当E∈[0,0.8]时，土地集约利用水平滞后于城市化的水平，限制城市化的发展，城市土地处于粗放利用阶段；当E∈[0.8,1.2]时，土地集约利用水平同步于城市化的水平，推动城市化的发展，城市土地趋于集约利用；当E∈[1.2,∞]时，土地集约利用水平超前于城市化的水平，影响城市化的发展，城市土地趋于过度利用。本文将城市化和城市土地集约利用的耦合协调发展状况分为9种类型，具体见表2。

表2 城市化水平和城市土地集约利用耦合协调发展阶段类型Tab.2 Status of coordinative and harmonious development between intensive urban land use and urbanization

2 实证研究

2.1 耦合协调关系时序分析

根据城市化水平和城市土地集约利用度测算值以及耦合度、耦合协调发展度和相对发展度模型，计算耦合度、耦合协调发展度和相对发展度，从而对浙江省11个市城市化与土地集约利用耦合协调发展的情况进行了定量评价，见表3，得到浙江省城市化与土地集约利用耦合协调发展类型，见表4。城市化与城市土地集约利用耦合不仅表现在各自要素相互作用的繁杂性，还表现在时空发展的差异性上。

表3 2001～2014年浙江省城市化水平和城市土地集约利用度耦合协调关系Tab.3 Coordinative and harmonious development between urbanization and intensive land use in Zhejiang province from 2001 to 2014

表4 2001～2014年浙江省城市化和城市土地集约利用耦合协调发展类型划分Tab.4 The type of the coordinative and harmonious development between urbanization and intensive land use in Zhejiang province from 2001 to 2014

2.1.1 耦合度和耦合协调发展度分析

从表3可以看出：①2003年至2014年期间，台州、杭州、舟山3市的城市化与城市土地集约利用耦合度波动最大，其中波动最大的是台州市，金华、绍兴、衢州、湖州四市的波动次之，温州、丽水、宁波、嘉兴四市的波动较小，又以温州的波动最小。②2003年至2014年间丽水、杭州两市的城市化和城市土地集约利用耦合协调度波动最大，丽水市的耦合协调度为是11市中最低，且波动最大，金华、绍兴、温州、衢州、湖州五市的波动次之，嘉兴、宁波、台州、舟山四市的波动最小，其中又以舟山市波动最小。③每年各市的城市化和城市土地集约利用耦合协调度并不同步变动，耦合度高并不意味着耦合协调度也高，反之亦然。横向来看，各个城市的城市化和城市土地集约利用耦合协调度都在逐年优化，协调水平较好，城市发展呈现上升态势。

2.1.2 耦合协调发展类型分析

从表4可以看出：①在2001～2014年期间，绝大部分城市都处于协调期和磨合期，只有衢州和丽水两个城市一直处于拮抗期，城市化和城市土地集约利用的关系严重失调，阻滞城市可持续发展。②横向来看，2001年、2007～2011年以及2012～2013年有5市处于协调期，4市处于磨合期；2002年4市处于协调期，5市处于磨合期；2003～2006年、2011年和2014年有6市处于协调期，3市处于磨合期可以看出14年间处于磨合期的城市逐渐减少，相应的城市占比也在减少，由2002年的45.45%减至2014年的27.27%，而处于协调期的城市则逐年增加，相应的城市占比也越来越多，由2002年的36.36%升至2014年的54.54%，各个城市的城市化与城市土地集约利用耦合协调趋向良性，城市发展呈现上升趋势。③纵向来看，各个城市的城市化与城市土地集约利用耦合协调发展类型年际变化不大。

2.2 耦合协调关系空间差异分析

从图1可以看出：①总体而言，浙江省的城市化与城市土地集约利用耦合协调类型由北向南递减，由东向西递减的趋势，呈现出片状分区集聚的特征。②处于磨合期的城市先增加后减少，处于协调期的城市逐渐增加，城市化和城市土地集约利用的关系优化协调，推动城市的可持续发展。③衢州、丽水两市一直处于拮抗期，城市化和城市土地集约利用水平都很低，不利于城市发展。④2014年处于协调期的城市全部位于浙江省北部，分别是杭州（IX）、绍兴（IX）、宁波（VII）、嘉兴（VII）、湖州（VII）、舟山（VII），可以看出杭州和绍兴的土地集约利用水平超前于城市化水平，土地趋于过度利用，其他4市土地趋于粗放利用，限制着城市发展；金华（VI）、温州（V）、台州（IV）3市处于磨合期，但是金华土地趋于过度利用，影响城市发展，台州土地趋于粗放利用，限制城市发展，只有温州土地趋向集约利用，推动城市发展；衢州（II）、丽水（III）2市处于拮抗期，衢州土地趋向集约利用，有利于城市发展，丽水土地趋于过度利用，影响城市发展。从以上分析可知，只有温州、衢州2市的城市化同步于城市土地集约利用，可以有效促进城市发展，45.45%的城市土地趋于粗放利用，36.36%的城市土地趋于过度利用。

图1 2004，2009，2014年浙江省城市化和城市土地集约利用耦合协调类型Fig.1 Coordinative and harmonious type of urbanization and intensive land use in Zhejiang province in 2004, 2009 and 2014

3 结束语

耦合理论有效地整合了不同要素指标的测算方法，通过对耦合度、协调度和耦合协调度计算结果的可视化处理，直观反映出所研究对象的丰富信息，从而揭示要素间的耦合关系。此方法对于研究事物的时空耦合具有较为普遍的适用性。

1）从时间尺度上看，浙江省各个城市的城市化水平呈波动上升趋势，城市土地集约利用水平年际变化较大，在城市化发展的不同阶段，城市土地利用水平也呈现出不同程度的集约度，两者相互作用，但并没有达到完全协调发展的程度，两者与经济发展水平有一定的空间响应关系；各个城市的城市化和城市土地集约利用耦合协调度都在逐年优化，协调水平较好，城市发展呈现上升态势；同时，各个城市的城市化与城市土地集约利用耦合协调发展类型年际变化不大。

2）从空间尺度上看，浙江省城市化与城市土地集约利用耦合协调类型由北向南递减，由东向西递减的趋势，两者耦合协调发展水平空间差异显著，呈现出片状分区集聚的特征。北部耦合协调度高，处于协调期，需优化城市系统，稳步提升城市竞争力；南部呈东西分化状态，其中西部衢州、丽水两市处于拮抗期，急需加快城市化进程，提高城市土地集约利用水平；东部城市大都处于磨合期，应促进两者同步发展。