李夢杰， 劉德林

（河南理工大學應急管理學院/安全與應急管理研究中心，河南焦作 454000）

國外關于區(qū)域空間聯(lián)系的研究開始于20世紀二三十年代，Zipf首次將萬有引力定律與城市互相作用聯(lián)系起來，奠定了城市間相互聯(lián)系的理論基礎［1］；隨后，又有些國外學者通過斷裂點模型和引力模型等方法對城市的空間相互作用及聯(lián)系進行了理論與實證研究［2-5］. 目前，國外學者對空間聯(lián)系的研究已從靜態(tài)描述和理論剖析轉向聯(lián)系過程的動態(tài)分析以及定量模型的運用［6］. 國內學者對區(qū)域空間聯(lián)系的研究始于20世紀90年代，主要著眼于小區(qū)域范圍內城市間的相互作用. 周一星［7］率先提出主要經(jīng)濟聯(lián)系方向論，認為城市是一個開放的系統(tǒng)，其發(fā)展離不開城市與外部的相互作用. 這一理論為我國城市空間聯(lián)系研究奠定了理論基礎，此后國內學者開始運用引力模型、城市流模型和城市中心職能模型等方法，對城市群、城市圈、中心城市等不同尺度進行空間聯(lián)系的強度、方向和結構研究：彭芳梅［8］運用改進引力模型與社會網(wǎng)絡分析測算了粵港澳大灣區(qū)城市間空間聯(lián)系作用與空間結構；陳群元和宋玉祥［9］基于城市流強度理論模型測算了長株潭城市群各城市的城市流強度及空間聯(lián)系；趙正等［10］采用引力分析法和斷裂點分析法對京津冀城市群的空間關聯(lián)、影響強度進行了測度研究. 還有學者從通達性和信息流等視角探討了城市群的內在功能聯(lián)系［11-12］. 通過文獻分析發(fā)現(xiàn)，國內已有的研究主要集中在珠三角城市群、長三角城市群和京津冀城市群等發(fā)達地區(qū)，對于欠發(fā)達或處于成長期的城市群研究較少. 中原城市群地處沿海開放區(qū)與中西部地區(qū)的結合部，對加快中部地區(qū)崛起、拓展我國經(jīng)濟發(fā)展空間等方面具有重大意義. 但中原城市群處現(xiàn)還于發(fā)展初期，不同城市間發(fā)展差距較大，資源整合能力較弱，內部碎片化、非均衡化的發(fā)展痕跡明顯［13］.

基于此，本文首先以中原城市群為研究對象，通過構建城市綜合發(fā)展質量指標體系和城市職能強度模型對各城市綜合發(fā)展質量及職能強度進行評價；其次基于以上結果，建立修正引力模型并結合GIS技術，對中原城市群各城市之間的空間關聯(lián)強度和結構進行測度；最后對測度結果進行討論分析，提出增強空間關聯(lián)強度的政策建議，以期為中原城市群協(xié)調發(fā)展和空間結構優(yōu)化提供科學支撐和決策參考.

1 研究區(qū)概況

中原城市群位于我國的中東部，是以鄭州市為中心，包括河南、山西、安徽、山東、河北5省30座城市的國家級城市群. 截至2019 年底，中原城市群行政區(qū)域土地面積28.7 萬km2，占全國行政區(qū)域土地面積的3.0%；年末總人口1.8億人，占全國總人口的13.6%，其中常住人口城鎮(zhèn)化率接近50%，比全國城鎮(zhèn)化率約低10%；地區(qū)生產(chǎn)總值約7.9萬億元，約占全國經(jīng)濟總量的8%. 中原城市群綜合實力較強、自然資源豐富、交通區(qū)位優(yōu)越，與東部沿海地區(qū)長三角、南部沿海地區(qū)珠三角和京津冀三大城市群及其他城市群發(fā)展相互呼應，是沿海地區(qū)發(fā)展的重要支撐，也是實現(xiàn)中部崛起戰(zhàn)略的最佳位置［14］.

2 研究方法與數(shù)據(jù)來源

2.1 研究方法

2.1.1 城市中心職能強度

城市中心職能強度是反映該城市對于周邊地區(qū)服務功能的指標，其值越大，表示城市的功能地位越高，影響周邊地區(qū)的范圍越廣［15］. 借鑒國內一些學者的經(jīng)驗［16-18］，選取地方生產(chǎn)總值、地方財政收入、固定資產(chǎn)投資額和社會消費品零售總額4個指標，分別計算其職能指數(shù). 具體公式如下：

式中：Kpi為該指標的城市中心職能指數(shù)；Pi為影響城市經(jīng)濟社會發(fā)展的指標；i為研究區(qū)域中不同的城市；n為城市數(shù)量. 在此基礎上，對各職能指數(shù)加總求取算術平均值，確定各城市的中心職能強度Kei.

2.1.2 修正引力模型

引力模型由牛頓的萬有引力定律推導而來，是測算城市間相互作用強度的重要工具［19］. 一般形式為：

式中：Rij為城市i對城市j的引力大小；K為引力常數(shù)；r為引力衰減指數(shù)；Qi和Qj分別為i和j兩個地區(qū)的城市質量；Dij為兩城市之間的距離. 本文在已有文獻的基礎上對引力模型中的指標進行修正：

1）城市質量. 以往的研究常以GDP 總量或人口規(guī)模作為衡量城市質量的指標，但隨著城市間要素的流動和相互作用，僅使用幾個變量難以全面反映城市發(fā)展質量水平. 在參考相關文獻和借鑒已有研究成果的基礎上，以城市新發(fā)展理念為指導，結合中原城市群的發(fā)展現(xiàn)狀，構建以創(chuàng)新為第一動力、協(xié)調為基石、綠色為基本要求、開放為必經(jīng)之路、共享為內在要求的中原城市群城市發(fā)展質量綜合評價指標體系［20］（表1）. 為保證所選指標的可靠性和科學性，采用克朗巴哈α系數(shù)法對城市發(fā)展質量評價指標體系進行檢驗. 指標體系中28項指標基于標準化的α系數(shù)值為0.802，大于0.7，表明總體上該評價體系的內在信度是理想的，測評結果具有較高的可靠性.

表1 城市發(fā)展質量評價指標體系及權重Tab.1 Evaluation index system and weight of urban development quality

2）城市間距離. 傳統(tǒng)引力模型中的城市間距離常采用最短直線距離來表示，隨著交通運輸方式的改善，城市之間的直線距離已不能準確反映兩地之間的相互作用強度隨距離衰減的情況［21］. 因此，本文使用兩城市之間的綜合“時間距離”，即兩城市之間在鐵路和公路兩種交通方式下的最短通勤時間的幾何平均值表示［22］.最終，修正后的引力模型為：

式中：Fij為兩城市之間的聯(lián)系強度；Gi和Gj分別為i和j兩城市的綜合發(fā)展質量得分；引力常數(shù)k取1；引力衰減指數(shù)r取2；Dij為兩城市之間的綜合時間距離；TA和TB分別為高速公路、鐵路最短時間.

在上述修正引力模型的基礎上，測算城市i對其他城市的聯(lián)系總量. 計算公式如下：

2.1.3 熵值法

本研究采用熵值法確定各指標的權重. 因為它是根據(jù)各測度指標的變異程度來確定權重的客觀賦權方法，避免了賦權的主觀因素干擾，使得指標權重值具有更高的可信度和精確度［23］.1）計算第i個城市第j項指標的比重：

2）計算第j項指標的熵值ej：

3）第j項指標的信息效用值g：

4）計算各指標權重wj：

2.1.4 綜合指數(shù)模型

利用標準化的指標數(shù)據(jù)和確定的指標權重，采用綜合指數(shù)模型計算中原城市群各評價單元的城市發(fā)展質量. 公式如下：

式中：Y為城市發(fā)展質量指數(shù)；Yij為某區(qū)域第j個指標值的標準化數(shù)據(jù)；wj為各指標權重.

2.2 研究范圍和數(shù)據(jù)來源

以中原城市群30座城市為基本研究單元建立數(shù)據(jù)庫，為城市發(fā)展質量評價提供地理空間基礎. 本文所用行政區(qū)劃數(shù)據(jù)來源于國家1∶25 萬基礎地理信息數(shù)據(jù)庫，統(tǒng)計數(shù)據(jù)主要來源于2020 年《中國城市統(tǒng)計年鑒》《中國城市建設統(tǒng)計年鑒》《國民經(jīng)濟和社會發(fā)展統(tǒng)計公報》，以及城市群內各城市2020 年的統(tǒng)計年鑒.城市間公路最短時間來自高德數(shù)據(jù)庫（https://www.amap.com/），鐵路最短時間數(shù)據(jù)來自火車票網(wǎng)（http://www.huochepiao.com/）.

3 結果分析

3.1 城市中心等級劃分

參照相關學者的研究成果［24］，計算各城市中心職能強度Kei并進行等級劃分（表2）. 劃分標準為：Kei>4為一級中心城市，2

表2 中原城市群各城市中心職能強度及等級劃分Tab.2 The grade division of urban central functional intensity of Zhongyuan Urban Agglomeration

3.2 城市綜合發(fā)展質量測評結果與分析

運用綜合指數(shù)模型，先計算出各個城市的綜合發(fā)展質量得分，再利用自然斷點法，將城市劃分為5個等級，并借助ArcGIS軟件對其進行可視化分析（圖1）. 結果顯示：①城市綜合發(fā)展質量分析的結果與中心城市等級分布結果基本相對應，即中原城市群城市發(fā)展質量總體偏低，大致呈現(xiàn)西北部高、東南部低的空間格局. 中心城市鄭州市是發(fā)展質量最低的宿州市的5.6 倍. 14 個核心發(fā)展城市中僅有鄭州、新鄉(xiāng)、焦作、洛陽、許昌5 個城市發(fā)展質量呈中等及以上水平，處于帶動輻射區(qū)的城市中有長治、邢臺、邯鄲、聊城、蚌埠、南陽、運城7個城市為中等水平，其余18個城市均處于較差及以下等級，且這18個城市基本都分布在研究區(qū)的中東部和南部地區(qū). ②中原城市群發(fā)展質量表現(xiàn)出明顯的斷層現(xiàn)象. 位于第一位的鄭州市城市發(fā)展質量指數(shù)為0.91，而位于第二位的洛陽市僅有0.39，其余城市均在0.17～0.27之間，可見中心城市極化特征明顯，城市之間差異顯著，整個中原城市群缺乏高質量發(fā)展城市.③中原城市群發(fā)展質量表現(xiàn)出明顯的空間鄰近性特征，以鄭州市和邯鄲市為中心分別形成了兩個輻射圈.

圖1 中原城市群城市質量空間分布Fig.1 Spatial distribution of urban quality of Zhongyuan Urban Agglomeration

3.3 城市間的空間聯(lián)系強度

根據(jù)公式（3）計算中原城市群30個城市之間的引力，隨后利用ArcGIS的XY to line點轉線功能得到這些城市之間的空間聯(lián)系強度（圖2）.

圖2 中原城市群城市空間聯(lián)系強度Fig.2 Urban spatial connection strength of Zhongyuan Urban Agglomeration

3.3.1 空間聯(lián)系不均衡，等級特征不明顯

通過測算結果及圖2可知，中原城市群城市空間聯(lián)系強度差異顯著，表現(xiàn)出明顯的“核心-邊緣”結構特征，城市聯(lián)系強度最高值約為最低值的1400倍，極化現(xiàn)象明顯. 城市引力線共有435條，但屬于中等以上聯(lián)系強度的城市只有11對，不足整個城市群的3%，其中河南省內部有10對，占所有強聯(lián)系軸線的90.9%，一般聯(lián)系的城市有22對，約占整個城市群的5%，其中由河南省與其他城市形成的軸線有14對，約占整個城市群的63.64%，而保持弱聯(lián)系的城市所占比例則超過了92%. 由此可見，中原城市群的城市聯(lián)系強度整體較弱，表現(xiàn)出普遍弱聯(lián)系、個別強聯(lián)系的特點. 河南省尤其是鄭州市在中原城市群中的核心地位十分突出，以鄭州市為中心形成的圈層外部空間聯(lián)系強度及密度均明顯下降，并未形成逐層遞減的格局.

3.3.2 鄭州市中心地位凸顯，但輻射作用有限

從引力值來看，中心城市鄭州市極核地位突出，與其他城市的平均聯(lián)系強度為0.1，而整個中原城市群城市之間的平均聯(lián)系強度僅有0.014，說明鄭州市有較強的輻射能力. 從各城市對外聯(lián)系總量來看（表3），城市間差異顯著，鄭州市對外聯(lián)系總量占中原城市群聯(lián)系總量的20.14%，遠遠高于其他城市，是聯(lián)系量最小的運城市的51 倍. 但通過圖2 可以看出，與鄭州市保持強聯(lián)系的城市僅有開封、洛陽、新鄉(xiāng)和許昌4 個城市，說明鄭州市雖在中原城市群中占據(jù)絕對的中心地位，但與大部分城市之間的聯(lián)系并不緊密，輻射作用有限.

表3 中原城市群各城市對外聯(lián)系總量Tab.3 Citys of total external contact volume in Zhongyuan Urban Agglomeration

3.3.3 城市聯(lián)系強度表現(xiàn)出較強的城市發(fā)展質量特征、交通依賴性與空間集聚性

保持較強和強聯(lián)系的11對城市中，僅有邢臺和邯鄲1對城市發(fā)展質量均較低，其余10對城市均至少有一座城市發(fā)展質量較高，說明中原城市群的城市聯(lián)系強度受城市發(fā)展質量的影響：城市發(fā)展水平越高，城市便可以憑借自身優(yōu)勢獲得更多的資源，也會具有更強的聚集和輻射能力，更容易形成“強強聯(lián)合”的局面；所有保持強聯(lián)系的城市之間絕大部分擁有鐵路，且沿鐵路軸線分布態(tài)勢明顯，如隴海線上的鄭開、鄭洛聯(lián)系軸線較為突出，京廣線上鄭州與新鄉(xiāng)、許昌、焦作，安陽與鶴壁、邯鄲、邢臺之間的聯(lián)系較為密切；與鄭州保持強聯(lián)系的城市都分布在鄭州市的周邊，大致呈“米”字形分布，而邯鄲與邢臺雖然城市發(fā)展質量較低，但由于兩市基本上是無縫銜接，因此聯(lián)系強度較大. 綜上，說明城市間的距離、城市發(fā)展水平，以及交通條件共同影響著城市間的聯(lián)系強度.

4 結論與政策建議

4.1 結論

1）中原城市群各城市的綜合發(fā)展質量和職能強度存在嚴重的兩極分化和斷層現(xiàn)象. 中心城市鄭州以及副中心城市洛陽的發(fā)展情況遠遠領先于城市群內的其他城市，其他城市的發(fā)展質量較低. 中原城市群各城市發(fā)展水平極不均衡，在空間上呈現(xiàn)西北部高、東南部低的空間格局.

2）從城市聯(lián)系強度來講，中原城市群各城市之間空間聯(lián)系強度總體偏弱，且處于非均衡狀態(tài)，整個城市群過度依賴唯一的中心城市——鄭州，“核心-邊緣”特征明顯. 在以鄭州市為中心形成的圈層外部，城市之間的空間聯(lián)系強度及密度均出現(xiàn)斷層現(xiàn)象，而鄭州市輻射能力有限，對邊緣城市的帶動作用較小.

3）城市聯(lián)系強度依賴于城市發(fā)展質量水平、交通可達性與空間集聚性. 城市發(fā)展質量越高，越容易集聚資源，同時對外輻射能力也越強；城市間距離越短，交通越便利，越容易建立聯(lián)系；中原城市群基本形成了“一核兩軸”的態(tài)勢，即以鄭州市為核心，依托隴海鐵路和京廣鐵路兩個發(fā)展主軸的城市聯(lián)系格局，對于規(guī)劃中的“濟南—鄭州—重慶”，以及“太原—鄭州—合肥”兩個發(fā)展軸的建設仍有待加強.

4.2 政策建議

1）完善中原城市群區(qū)域內的協(xié)調機制，縮小城市間的差距. 首先，充分發(fā)揮市場和政府的雙重調控作用，統(tǒng)籌考慮城市群整體利益的發(fā)揮，根據(jù)城市的不同規(guī)模和類型確定合適的定位和分工，積極探索差別化發(fā)展途徑，發(fā)揮優(yōu)勢，補全劣勢，打破條塊分割和行政壁壘現(xiàn)象，鼓勵各要素在城市間高速有效流動. 其次，建立資源共享、責任共擔的合作機制，激發(fā)協(xié)同發(fā)展的活力和動力，協(xié)同推進任務落實，促進城市群中各城市協(xié)同發(fā)展.

2）加快中心城市的建設. 城市群的建設必須有核心城市的帶動，鄭州作為中原城市群的中心城市，現(xiàn)未發(fā)揮足夠的輻射和集聚能力. 未來應著力擴大鄭州市的發(fā)展規(guī)模，大力培育特色產(chǎn)業(yè)，不斷提高鄭州市的首位度和國際化程度，使其真正發(fā)揮“領頭羊”作用和優(yōu)勢；打造大鄭州都市圈，強化鄭州市對外開放的功能，增強輻射能力和資源整合能力，形成以鄭州為中心的放射性空間網(wǎng)絡，帶動發(fā)展軸上各城市的發(fā)展.

3）培育新的增長極. 推動基礎條件較好、發(fā)展?jié)摿^大的城市與周邊縣城組團式發(fā)展，形成新的區(qū)域中心城市，提高整個城市群的空間聯(lián)系密度，推進城市群由單一的圈層結構向復雜的網(wǎng)絡結構轉變；進一步提升洛陽副中心城市的地位，培育為新增長極，加強其與中心城市的對接，分擔中心城市職能，促進區(qū)域要素有效流動；根據(jù)區(qū)域布局和城市發(fā)展特征，培育一批集聚能力較強的節(jié)點城市，有效緩解核心城市的壓力，帶動邊緣地區(qū)的發(fā)展.

4）完善城市群的交通網(wǎng)絡建設. 拓展完善鄭州站、鄭州東站、鄭州國際機場三大交通樞紐功能，進一步夯實全國綜合交通樞紐地位；通過加快建設“米”字形高速鐵路網(wǎng)、推動高速公路多路聯(lián)通、優(yōu)化民航機場布局等多種舉措，從而形成由航空、鐵路、公路、管道等多種運輸方式組成的、聯(lián)結各級城市的綜合運輸網(wǎng)；將亳州和晉城等規(guī)劃中的其他核心發(fā)展區(qū)建設為區(qū)域交通樞紐，實現(xiàn)多節(jié)點交通樞紐網(wǎng)絡格局，增強城市群一體化的支撐保障能力.