基于區(qū)域尺度的城市承載力評(píng)價(jià)研究
——以上海市為例

韓紅花

(山東省國土測繪院，山東 濟(jì)南 250014)

0 引言

由于可持續(xù)發(fā)展是城市規(guī)劃的重要職責(zé)，城市承載力的重要性已引起國際社會(huì)的高度重視[1-3]。城市承載力的概念為城市管理者更好地管理、建設(shè)和分配城市資源，滿足日益增長的城市人口的巨大需求提供了重要的指導(dǎo)[4-5]。

在承載力研究開始時(shí)，承載力研究主要根據(jù)耕地和糧食計(jì)算該地區(qū)的人口容量[6-7]。這些研究對(duì)于保障特定歷史階段和地區(qū)條件下的糧食安全具有重要意義。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，帶來了貿(mào)易方式的進(jìn)步和技術(shù)的重大創(chuàng)新,食物已經(jīng)不再是制約人類生存的最重要因素。同時(shí)，由于工業(yè)化和城市化的快速發(fā)展，耕地面積日益減少，環(huán)境污染和資源短缺問題日益嚴(yán)重，承載力研究正轉(zhuǎn)向解決實(shí)際問題[8-9]。

20世紀(jì)80年代末以來，對(duì)土地和水資源承載力的研究全面展開，承載力逐漸擴(kuò)展到人口承載力、環(huán)境承載力、生態(tài)承載力、綠洲承載力、土地綜合承載力等[10-15]。如有學(xué)者從資源人口承載力和資源經(jīng)濟(jì)承載力2個(gè)方面研究了資源承載力的分析方法[16-17]。在簡要回顧土地承載力的基礎(chǔ)上，梁東等人構(gòu)建了一套適合區(qū)域土地承載力的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，并運(yùn)用均方權(quán)重決策方法將土地承載力分為低承載力區(qū)，中承載力區(qū)和高承載力區(qū)[18]，代表了土地承載力從低水平均衡發(fā)展階段、高水平非均衡發(fā)展階段、高水平系統(tǒng)協(xié)調(diào)均衡發(fā)展階段的轉(zhuǎn)變過程。

本文在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)大數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)框架下，對(duì)上海市區(qū)域容量進(jìn)行了實(shí)證研究。在統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)中用百度的POI數(shù)據(jù)代替評(píng)價(jià)指標(biāo)，使評(píng)價(jià)指標(biāo)更加客觀。在探討上海市各地區(qū)承載力的基礎(chǔ)上，對(duì)各地區(qū)的情況進(jìn)行了比較分析。通過對(duì)承載力布局的識(shí)別，分析差異產(chǎn)生的原因，進(jìn)一步完善現(xiàn)有的承載力評(píng)價(jià)體系。

1 研究區(qū)域與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)域概況

隨著大規(guī)模的城市建設(shè)，大量的人口涌入上海。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2016年上海常住人口為2419.7萬人，人口密度為3816人/km2，而北京人口為2172.9萬人，人口密度為1324人/km2，上海的人口密度接近北京人口密度的3倍。高人口壓力帶來土地資源緊張、“水質(zhì)型”缺水、生態(tài)環(huán)境惡化等問題，因此，開展上海城市承載力研究顯得尤為必要。因?yàn)槌缑鲄^(qū)與上海市主體空間不連接，本文的研究對(duì)象不包含上海崇明區(qū)(圖1)。

1.2 數(shù)據(jù)來源

POI數(shù)據(jù)包含大量的信息，數(shù)據(jù)覆蓋度廣，但“臟”數(shù)據(jù)較多。本文使用python工具，獲取了2017年百度地圖中涉及承載力的所有興趣點(diǎn)。通過去除無用信息，剔除異常值等，把相關(guān)的POI劃分為生活服務(wù)類POI、交通服務(wù)類POI、醫(yī)療服務(wù)類POI、教育服務(wù)類POI、體育及休閑服務(wù)類POI、就業(yè)服務(wù)類POI。因?yàn)镻OI點(diǎn)的數(shù)量相對(duì)較多，直接呈現(xiàn)會(huì)難以分辨，故以核密度的方式進(jìn)行展示(圖2)。

圖1 研究區(qū)域概況

圖2 POI數(shù)據(jù)核密度展示

2 指標(biāo)定權(quán)的方法

熵(Entropy)的概念被前人從物理學(xué)借用到信息論，并提出了信息熵的概念[19-20]。信息熵可以判斷一個(gè)對(duì)象內(nèi)部信息的無序程度，可以作為指標(biāo)權(quán)重的度量方式。假設(shè)在評(píng)判中選取m個(gè)對(duì)象，每個(gè)對(duì)象有n個(gè)要素，用熵值法確定權(quán)重的步驟如下：

(1)創(chuàng)建原始矩陣

(2)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化

(3)計(jì)算第j個(gè)目標(biāo)的熵值

(4)計(jì)算信息熵冗余度

dj=1-ej

(5)計(jì)算各項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重

3 指標(biāo)體系的構(gòu)建

本文采用百度POI數(shù)據(jù)，把城市承載力分為生活服務(wù)承載力、交通服務(wù)承載力、醫(yī)療服務(wù)承載力、教育服務(wù)承載力、體育及休閑服務(wù)承載力、就業(yè)服務(wù)承載力。生活服務(wù)準(zhǔn)則層內(nèi)的指標(biāo)主要包括餐飲、購物、其他生活服務(wù)的興趣點(diǎn)。交通服務(wù)承載力準(zhǔn)則層內(nèi)的指標(biāo)主要包括公交站、停車場、地鐵口等涉及人們出行方式的興趣點(diǎn)的數(shù)量。醫(yī)療服務(wù)承載力準(zhǔn)測層是包含綜合醫(yī)院、?？漆t(yī)院、診所等興趣點(diǎn)。教育服務(wù)承載力準(zhǔn)測層包含職業(yè)技術(shù)學(xué)院、成人教育、中學(xué)等教育相關(guān)的興趣點(diǎn)。體育休閑服務(wù)承載力準(zhǔn)則層包括度假療養(yǎng)場所、運(yùn)動(dòng)場館、影劇院等運(yùn)動(dòng)和休閑相關(guān)的興趣點(diǎn)。就業(yè)服務(wù)承載力準(zhǔn)測層包括公司、農(nóng)民牧漁基地及工廠等與人們就業(yè)相關(guān)的興趣點(diǎn)(表1)。

4 評(píng)價(jià)結(jié)果分析

在6個(gè)評(píng)價(jià)準(zhǔn)則中，相互的權(quán)重差異并不是很大。其中醫(yī)療服務(wù)承載力排在最高的位置，說明醫(yī)療服務(wù)設(shè)施在各個(gè)區(qū)內(nèi)最不均衡。市區(qū)的幾個(gè)街道，醫(yī)療服務(wù)較好，遠(yuǎn)離市區(qū)的街道醫(yī)療條件則較弱。權(quán)重排在第二位的是體育和休閑服務(wù)承載力，中心城區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施完善，相應(yīng)的其體育設(shè)施點(diǎn)和休閑設(shè)施點(diǎn)也較多。生活服務(wù)承載力排在最后的位置說明在上海的轄區(qū)內(nèi)總體生活服務(wù)水平差距最小(表2)。

表1 指標(biāo)體系分級(jí)

表2 指標(biāo)最終分析的權(quán)重

城市承載力的分級(jí)結(jié)果顯示，靜安區(qū)、黃浦區(qū)、虹口區(qū)處于第一等級(jí)。靜安區(qū)承載力評(píng)分0.231,處于第一位，靜安區(qū)是上海市最具有風(fēng)情和氣質(zhì)的地方，區(qū)內(nèi)高樓林立，且人口密度高。黃浦區(qū)承載力評(píng)分為0.165,處于第二位。黃浦區(qū)內(nèi)有很多上海的繁華標(biāo)值，比如外灘，人民廣場等，但是黃浦區(qū)同時(shí)也是上海市貧困人口最密集的地方。虹口區(qū)承載力評(píng)分為0.113，處于第三位。虹口區(qū)是租界的發(fā)源地，擁有世界級(jí)別的虹口足球場，雖然在行政決策上錯(cuò)失發(fā)展良機(jī)，但也是處于上海的第一梯隊(duì)。徐匯區(qū)、長寧區(qū)處于第二等級(jí)。徐匯區(qū)承載力評(píng)分為0.092，處于第四位，長寧區(qū)城市承載力評(píng)分0.088，處于上海市第六位，區(qū)內(nèi)有繁華的中山公園商圈，是后起之秀。虹橋商業(yè)開發(fā)區(qū)讓長寧受益匪淺，且處于上海的交通樞紐，未來還有很大上升空間。楊浦區(qū)、普陀區(qū)、閔行區(qū)處于第三等級(jí)，楊浦區(qū)承載力評(píng)分0.071，處于上海市第七位。嘉定區(qū)、寶山區(qū)、浦東新區(qū)處于第四等級(jí)；青浦區(qū)、松江區(qū)、金山區(qū)、奉賢區(qū)處于第五等級(jí)。奉賢區(qū)、金山區(qū)等地區(qū)的承載力相對(duì)落后，處于上海西南部，產(chǎn)業(yè)都以農(nóng)業(yè)為主(圖3)。

圖3 上海市城市承載力分類圖

5 結(jié)論

由于資源短缺、環(huán)境污染的客觀現(xiàn)實(shí)要求以及可持續(xù)發(fā)展的理念，承載能力研究已經(jīng)刻不容緩。只有對(duì)承載力的理論進(jìn)行系統(tǒng)綜合的研究，才能更充分地解讀城市發(fā)展的可持續(xù)問題，為區(qū)域經(jīng)濟(jì)和城市管理研究提供了一個(gè)新視角和新框架。對(duì)城市承載力中人與人，人與環(huán)境，環(huán)境與資源相互作用機(jī)制的認(rèn)識(shí)，有助于豐富地理信息科學(xué)、地球系統(tǒng)科學(xué)的研究內(nèi)容。

本文的承載力研究為可持續(xù)問題提供了一個(gè)現(xiàn)實(shí)路徑和參考。一方面，隨著我國城鎮(zhèn)化的快速推進(jìn)，未來城市人口還會(huì)急劇增加，尤其是上海，由于其獨(dú)特的地理位置和經(jīng)濟(jì)地位，人口增長速度明顯快于其他地區(qū)，而資源支撐社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的能力又在持續(xù)弱化，人口的需求與資源要素短缺之間的矛盾將會(huì)日益突出。另一方面，要保持上海的可持續(xù)發(fā)展，就是要求上海的人口與資源、環(huán)境之間的相互協(xié)調(diào)，即保持它們之間在數(shù)量、結(jié)構(gòu)、變化等方面要相適應(yīng)。開展上海城市承載力研究，探討在多重因素約束下上海的城市承載力演化，既可為人口、資源和環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展提供參考依據(jù)，又有助于合理調(diào)控城市用地規(guī)模和人口規(guī)模，促進(jìn)城市理性增長。