城市群协同发展视角下自然资源与城市化耦合协调分析——以京津冀城市群为例

冯惠懿唐秀美李作麟

(1.长安大学土地工程学院，陕西 西安 710061；2.北京市农林科学院信息技术研究中心，北京 100097；3.国家农业信息化工程技术研究中心，北京 100097)

引言

城市群是高度发达的空间一体化的城市形态[1]。2021年新型城镇化和城乡融合发展重点任务要求中提出健全城市群一体化发展机制，制订京津冀等城市群协同发展、一体化发展方案。目前，我国城市群发展模式已初步实现了由经济优先型发展向整体性规划引领模式的积极转变[2]，“十四五”规划和2035年远景目标纲要提出要深入推进以人为核心的新型城镇化战略，以城市群、都市圈为依托促进大中小城市和小城镇协调联动、特色化发展，使更多人民群众享有更高品质的城市生活，要求城市化水平发展到高阶段的城市群[3]肩负起新的历史使命，实现区域资源协调发展[4,5]与高质量发展[6,7]。城市化在促进社会发展的同时与土地、水、森林等自然资源变化呈现显著负相关[8]，如何实现自然资源利用与城市化协调发展是京津冀的重要任务之一。近年来，针对自然资源与城市化相互作用关系研究主要集中在城市化发展水平演变过程中资源环境与城市化耦合规律的分析[9]，以及协调关系评价[10]，方创琳[11]团队在城市群的角度上提出需要针对水资源、土地资源等子系统特征，辨识揭示城市化与生态的耦合规律。童彦[12]构建水资源与城市化协调发展指标体系，以云南省为例，揭示水资源与城市化协调发展的空间格局变化特征。马凯[13]借助“脱钩”和“复钩”理论，佐证城市化与资源压力呈现双增长趋势，城市化较多依赖资源的消耗。目前耦合协调研究主要集中于水[14]、土地[15]、耕地[16]等方面，针对自然资源整体与城市化发展之间耦合协调关系的研究还处于空白阶段。

因此，综合分析自然资源与城市化之间的关系，辨识相关要素对城市群发展的影响，对于城市群区域规划具有重要的借鉴意义。本文以京津冀城市群为例，构建自然资源利用与城市化发展指标体系，通过耦合协调度测算模型对京津冀城市群13个地级以上城市进行研究，以期为京津冀城市群的区域协调发展和资源合理利用提供参考意见。

1 研究区概况与研究思路

1.1 研究区概况

京津冀城市群(N36°01′～42°37′，E113°04′～119°53′)地处华北平原北部，由京津2个直辖市和河北省下属的11个地级市组成，总面积21.6万km2，约占全国国土总面积的2.3%，是国家新型城镇化规定的国家级城市群。该地区北部为燕山山脉，西部为太行山山脉，东部为渤海，气候属温带半湿润半干旱大陆性季风气候，夏季高温多雨，冬季寒冷干燥。截至2019年末，京津冀城市群人口总数超过1亿人，地区生产总值为84580.08亿元，约占国内生产总值的9.4%。京津冀协同发展是国家的一项重大发展战略，要求其区域经济由高速增长转向高效率、绿色可持续的高质量发展，开展对京津冀各城市之间自然资源与城市化水平的协调发展研究，对促进京津冀城市群之间的协调联动，特色发展具有重要意义。

1.2 研究思路

自然资源利用效益与城市化发展是2个相对复杂的系统。两者相互影响相互制约，在城市化建设初期城市以经济发展为主要目标，注重工业建设，城市生产功能凸显，忽视资源合理配置利用，资源利用效益低下从而影响城市化发展，形成城市病[17]。自然资源的合理利用可以积极有效地促进区域协调发展[18]，促进城市化水平的进一步提高，提高居民生活水平。本研究中自然资源指标主要从资源效益角度选取，包含经济效益、社会效益、生态效益3方面；城市化指标主要考虑城市化发展过程中人口结构转变、产业结构升级以及基础设施的完善，具体包括人口城市化、经济城市化与社会城市化。通过综合评价法得出京津冀地区自然资源综合利用效益和城市化的综合得分；构建自然资源综合利用效益与城市化发展耦合协调度模型，对自然资源综合利用效益与城市化水平进行耦合度协调分析，分析其存在的问题并提出建议。

2 数据来源与研究方法

2.1 数据来源

本文在研究自然资源综合利用与城市化发展水平耦合协调发展的过程中，选取了京津冀地区13个城市2000年、2010年、2019年3个年度的相关数据来进行测算。其中原始数据主要来自于《中国城市统计年鉴》、《中国城市建设统计年鉴》、《中国农村统计年鉴》、《中国林业统计年鉴》、《水资源公报》以及各地区统计系统、统计年报等。

2.2 指标体系构建

选择适宜的指标构建自然资源利用与城市化发展指标体系是科学评价区域问题的关键。本文充分考虑了影响自然资源利用和城市化发展的主要因素，遵循相关性、科学性、系统全面性、数据可获取性的指标构建原则，共选取6个准则层、29个指标层来构建自然资源与城市化发展指标体系，见表1，其中人均建设用地面积，主要用于体现集约用地情况，因此为负向指标，其余指标都为正向指标。采用极值法对指标进行标准化，在使用层次分析法和熵值法分别计算权重的基础上，采用两者均值作为指标的组合权重，见表1。

表1 京津冀自然资源与城市化发展评价指标体系及权重

续表1 京津冀自然资源与城市化发展评价指标体系及权重

2.3 耦合度与耦合协调度模型

2.3.1 耦合度模型

自然资源利用与城市化发展水平是2个相互约束与相互胁迫的复杂系统，因此本文借鉴相关研究成果[19]引入耦合度模型，分析两系统之间的耦合水平，具体计算公式：

(1)

式中，U1、U2分别代表城市自然资源综合利用效益与城市化发展水平的综合评价指数；C表示自然资源综合利用效益与城市化发展水平的耦合度，取值范围为0≤C≤1，C值越接近1，表明城市自然资源综合利用效益与城市化发展水平两系统的相互关系越强，趋于有序而稳定的发展，C值越接近0，说明两系统之间的相互关系越弱，处于无序发展状态。

2.3.2 耦合协调度模型

耦合度模型只能反映系统之间联系的紧密程度，并不能很好地反映系统之间相互作用的水平和方向。因此，需要引入耦合协调度模型[20]来综合反映生态涵养区生态产品供给与经济发展的耦合协调水平。耦合协调度计算模型：

(2)

T=aU1+bU2

(3)

式中，D为耦合协调度；T代表综合协调指数。其中，0≤D≤1，D值越大说明两系统之间存在高水平共振，其协调发展水平越高，反之则说明两系统之间的发展缺乏一定的协调性；a与b为两系统待定系数，并且二者和为1，在分析区域自然资源综合利用效益水平与城市化发展水平两系统关系时，其处于同等重要程度，所以本文取a=b=0.5。考虑其特点并基于已有的研究成果[21]，根据耦合协调的内涵，将二者之间的关系进行细分，划分为以下几个阶段，见表2。

表2 耦合协调度及耦合协调类型

3 结果分析

3.1 自然资源综合利用效益与城市化发展水平的时空特征

综合评价结果显示，2000—2019年京津冀地区的自然资源综合利用效益指数和城市化发展水平指数均有一定程度的提升，见表3，但两者上升幅度不同，除北京、天津以外，其余城市自然资源综合指数均高于同期城市化发展指数，且同期各城市自然资源水平发展较为同步，城市化发展水平差距较大。从时间序列变化来看，自然资源综合利用效益指数均值由2000年的0.245上升到2019年的0.491，较2000年增长了2.00倍。城市化发展水平指数均值由2000年的0.167上升到2019年的0.333，较2000年增长了1.99倍。从空间上看，京津冀城市群自然资源综合利用效益空间分布差异较大，截至2019年，北京市自然资源综合利用效益显著高于其他城市。城市化方面，京津冀城市群城市化发展水平差距较大，北京市、天津市城市化水平迅速发展，其余11个城市城市化水平处于0.2～0.3，在空间上形成了以北京和天津为中心的发展格局。

表3 2000—2019年京津冀城市群自然资源利用效益与城市化发展水平评价结果

3.2 耦合度与耦合协调度分析

表4 2000—2019年京津冀城市群自然资源利用效益与城市化发展水平耦合度时间演化(D)

基于自然资源综合利用效益指数U1和城市化发展水平指数U2、耦合度以及耦合协调度模型，计算2000年、2010年以及2019年京津冀地区自然资源综合利用效益和城市化发展水平耦合度，结果如表4所示，计算2000年、2010年以及2019年京津冀地区自然资源综合利用效益和城市化发展水平耦合协调度，结果如表5所示。

从表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个地级市的自然资源与城市化的耦合度值在0.8～1。参考已有研究确定的耦合度划分标准，2000年、2010年、2019年这13个城市都处于高水平耦合阶段，这表明京津冀地区自然资源与城市化相互关联性强且发展稳定。

为了进一步了解京津冀城市群自然资源综合利用效益与城市化发展耦合协调度时空演变特征，根据计算所得耦合协调度值，借助ArcGIS10.6将其进行空间可视化，如图1所示。从时间序列来看，京津冀城市群自然资源综合利用效益与城市化发展耦合协调水平整体有所提升。2000—2019年期间，京津冀地区自然资源与城市化水平的耦合协调度处于0.3～0.9，整体协调发展水平较好，说明城市化水平在逐步提高的同时，自然资源利用效益也得到了提高，但京津冀城市群之间的耦合协调发展具有一定的差异性，北京、天津的耦合协调发展水平高于河北省各城市。从耦合协调的空间分布来看，2000年京津冀地区耦合协调类型主要为濒临失调衰退，共10个城市，占京津冀城市群的76.92%，主要分布于河北省。北京与石家庄达到勉强协调，衡水市耦合协调程度最差，协调度仅为0.372，属于轻度失调。2010年京津冀城市群的耦合协调水平较2000年相比提升较大，耦合协调类型以濒临失调衰退为主转向勉强协调，其中北京市自然资源综合利用效益与城市化发展水平耦合水平达到中级协调阶段，且由城市化发展水平滞后型转变为自然资源综合利用效益滞后型，天津市协调程度由2000年的濒临失调达到初级协调阶段。2019年京津冀城市群自然资源综合利用效益与城市化发展水平的耦合协调度得到了迅速提高，所有城市均处于协调发展阶段，整体协调发展水平较好，北京与天津分别达到良好协调阶段与中级协调阶段，其相对发展度为自然资源综合利用效益滞后型，其余城市均为城市化发展水平滞后型。

表5 2010—2015京津冀城市群自然资源与城市化耦合协调度时间演化(D)

图1 京津冀城市群自然资源综合利用效益与城市化发展水平耦合协调度空间演化

综上，京津冀地区自然资源综合利用效益与城市化发展之间的总体水平在不断地提升，但其内部之间发展不平衡，河北省各市之间的发展要落后于北京市与天津市的发展水平，为了京津冀城市群的协同发展，提升河北省的自身水平，进一步推动自然资源综合利用效益与城市化的更好发展，河北省应结合各个城市的资源优势，合理利用各种资源进行发展，既要促进自然资源的合理利用，同时要加快城市化发展的进程，促进两者的共同发展。

4 结论与讨论

4.1 结论

本文研究了京津冀城市群自然资源与城市化之间的耦合协调发展问题，选取2000年、2010年和2019年相关统计数据，构建了自然资源与城市化综合评价体系，采用耦合协调模型测算二者之间的协调发展关系，得出以下结论。

京津冀城市群自然资源与城市化2大系统的综合发展指数均呈上升趋势，但同期各城市综合评价指数存在明显差距，具体表现为北京天津发展情况最好，远超河北省内各地级市发展水平。河北省省会石家庄以及部分沿海地区城市发展较好，其余城市发展势头不足，城市间差距持续拉大，不利于京津冀城市群的总体协调规划以及高质量高水平发展。

京津冀城市群自然资源与城市化耦合度介于0.8～1，两系统之间长期处于高水平耦合阶段，反映城市群内各地级市自然资源与城市化水平相互影响的程度较高，关联性较大。但两者耦合协调水平差距较大，截至2019年，多数城市经历了由濒临失调到勉强协调的转变，目前河北省各地级市耦合协调阶段主要位于过渡区间，北京天津达到协调发展阶段。实现京津冀城市群的协调发展，河北省各地级市自然资源与城市化两系统的协调水平亟待提高。

城市化滞后是京津冀城市群自然资源与城市化水平协调发展的主要阻力。本文在对自然资源与城市化耦合协调类型的判断中发现河北省内各地级市从2000—2019年一直表现为城市化水平滞后，京津2大中心城市在研究初期也表现为城市化水平滞后，持续到10a左右，受经济快速发展的影响耦合协调类型才有所转变。可以表明在过去很长的一段时间内，自然资源的利用水平发展要优于城市化水平的进展，城市化内部各因素的不协调是影响京津冀耦合协调水平的主要掣肘。

4.2 讨论

本文探讨了京津冀城市群的自然资源利用与城市化发展的主要差异，未来京津冀城市群的协同发展，要充分发挥京津2大中心城市的辐射作用，缩小地区之间的差距，河北也应根据当地的资源优势，优化产业布局结构。研究结果可以为推动京津冀城市群系统同发展，合理制定区域战略以及相关规划提供参考。然而，受数据可获取影响指标体系存在一定的不足，同时城市群的协同发展除受资源影响外，也受到其他因素的影响，今后研究中应综合考虑以上因素，为城市群发展提供更多的指导和借鉴。