基于熵權(quán)法的四川省城市韌性評(píng)價(jià)及其時(shí)空特征分析

楊 丹，周 波，趙薇可，成受明

(四川大學(xué) 建筑與環(huán)境學(xué)院，四川 成都 610065)

1 引言

隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快，城市系統(tǒng)所面臨的不確定性因素和未知風(fēng)險(xiǎn)也在不斷增加，任何一個(gè)子系統(tǒng)遭到破壞或退化，都可能對(duì)整個(gè)城市造成致命的傷害，如：極端氣候引發(fā)的干旱與洪澇；地殼運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的地震與海嘯；恐怖襲擊和傳染病傳播帶來(lái)的社會(huì)恐慌；高密度開發(fā)與管理不善形成的空間混亂等[1～3]。傳統(tǒng)的城市安全與防災(zāi)理念已經(jīng)不能滿足未來(lái)城市的發(fā)展要求，如何提高城市系統(tǒng)面對(duì)災(zāi)害事件等不確定因素的響應(yīng)和適應(yīng)能力，增強(qiáng)城市韌性，成為規(guī)劃界關(guān)注的熱點(diǎn)與焦點(diǎn)問(wèn)題[4]。2013年3月，聯(lián)合國(guó)減災(zāi)署在報(bào)告中提出建議，在全世界范圍建設(shè)“彈性城市”，來(lái)應(yīng)對(duì)災(zāi)害與風(fēng)險(xiǎn)[5]。

四川省是我國(guó)的資源大省、人口大省、經(jīng)濟(jì)大省，人口高達(dá)8000多萬(wàn)人，自然災(zāi)害種類繁多、發(fā)生頻率高[6]。2008年發(fā)生的汶川大地震、2013年發(fā)生的雅安廬山地震都對(duì)城市安全發(fā)展帶來(lái)很大挑戰(zhàn)，如何增強(qiáng)城市韌性發(fā)展水平對(duì)保障城市安全與可持續(xù)發(fā)展有著重大意義。四川省共有21個(gè)地級(jí)行政區(qū)劃單位，其中包括18個(gè)地級(jí)市，3個(gè)自治州。但是，由于自治州相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的缺失，在本次研究中暫不考慮，最終選取18個(gè)地級(jí)市作為本次研究的樣本，研究范圍如圖1所示。

本研究基于評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，對(duì)四川省各城市的城市韌性進(jìn)行整體評(píng)價(jià)，分析四川省城市韌性的空間特征；取2008年汶川地震為時(shí)間節(jié)點(diǎn)，分別評(píng)價(jià)2007 年與2017年的城市韌性，通過(guò)比較10年前后各城市韌性指數(shù)，分析四川省城市韌性的時(shí)間特征；最后，通過(guò)對(duì)城市韌性的維度分析，判斷影響各城市韌性指數(shù)的主要因素，為城市韌性的建設(shè)工作提供可靠的依據(jù)。

圖1 研究區(qū)示意

2 城市韌性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

2.1 城市韌性概念界定

1973年，生態(tài)學(xué)家霍林應(yīng)用韌性思想定義生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定狀態(tài)的特征，被認(rèn)為是現(xiàn)代韌性理論的起源[7]。2000年之后，韌性概念從社會(huì)—生態(tài)系統(tǒng)研究擴(kuò)展到社會(huì)—經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)，并得到廣泛應(yīng)用[8]。聯(lián)合國(guó)減災(zāi)署對(duì)“韌性”的定義為:“韌性是一個(gè)系統(tǒng)、社區(qū)或者社會(huì)暴露于危險(xiǎn)中時(shí)能夠通過(guò)及時(shí)有效的方式抵抗、吸收、適應(yīng)并從其影響中恢復(fù)的能力，包括保護(hù)和恢復(fù)其必要基礎(chǔ)設(shè)施的功能[9]。”國(guó)際地方環(huán)境會(huì)對(duì)韌性城市的內(nèi)涵進(jìn)行闡述，即：在長(zhǎng)期發(fā)展中形成面對(duì)外來(lái)干擾能迅速揮發(fā)，承受自身內(nèi)在變化后能保持相對(duì)穩(wěn)定的城市[10]。綜上所述，城市韌性是穩(wěn)定能力、適應(yīng)能力與恢復(fù)能力的結(jié)合。

2.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建

國(guó)外對(duì)于韌性評(píng)價(jià)研究比較早,構(gòu)建了初步的理論分析框架與研究體系雛形。Bruneau等學(xué)者構(gòu)建了系統(tǒng)的韌性機(jī)能曲線評(píng)價(jià)模型，通過(guò)基礎(chǔ)設(shè)施機(jī)能隨時(shí)間的變化曲線計(jì)算地震韌性[4]；Woolf等人，提出ASPIRE模型，對(duì)外部資源、資產(chǎn)、能力和質(zhì)量4個(gè)方面打分，對(duì)社區(qū)韌性進(jìn)行評(píng)估[11]；Cutter等學(xué)者先提出DROP模型，從社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、制度和生態(tài)等6個(gè)方面構(gòu)建評(píng)估指標(biāo)體系,2014年，以DROP模型為基礎(chǔ)，將城市韌性分為社會(huì)韌性、經(jīng)濟(jì)韌性、社區(qū)韌性、環(huán)境韌性等6個(gè)部分，構(gòu)建社區(qū)基線韌性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系(BRIC)[4，12]。BRIC模型考慮的因素比較全面，可操作性強(qiáng)，在研究領(lǐng)域中，得到了廣泛的運(yùn)用。

相較于國(guó)外城市韌性評(píng)估的研究進(jìn)展，國(guó)內(nèi)的研究尚且處于初級(jí)階段。多數(shù)研究選擇在借鑒國(guó)外理論的基礎(chǔ)上，因地制宜，構(gòu)建符合實(shí)際情況的評(píng)估模型。劉江艷與曾忠平借鑒城市可持續(xù)發(fā)展的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，通過(guò)城市生態(tài)彈性、經(jīng)濟(jì)生態(tài)彈性、城市工程彈性和城市社會(huì)彈性等指標(biāo)對(duì)城市韌性進(jìn)行評(píng)價(jià)[13]。李亞以韌性基線模型(BRIC)為基礎(chǔ)，構(gòu)建了我國(guó)的城市災(zāi)害韌性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系[4]。趙丹等學(xué)者則借鑒奧雅納公司提出的韌性城市研究框架，從城市系統(tǒng)與韌性管理兩個(gè)維度出發(fā)，建立適應(yīng)于北京市的韌性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系[14]。

對(duì)比不同評(píng)價(jià)模型的優(yōu)缺點(diǎn)，并出于對(duì)操作可行性的考慮，最終，選取韌性基線模型(BRIC)作為研究基礎(chǔ)，從經(jīng)濟(jì)韌性、社會(huì)韌性、環(huán)境韌性、基礎(chǔ)設(shè)施韌性、社區(qū)韌性及組織韌性6個(gè)維度出發(fā)，構(gòu)建針對(duì)四川省的城市韌性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。本文參考國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)的研究成果，根據(jù)評(píng)價(jià)因子在文獻(xiàn)中的出現(xiàn)頻率，結(jié)合四川省的實(shí)際情況與數(shù)據(jù)獲取的難易程度，確定評(píng)價(jià)因子。本次研究的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)主要來(lái)源于《四川統(tǒng)計(jì)年鑒》，部分?jǐn)?shù)據(jù)通過(guò)《四川省2010年人口普查資料》《四川省2000年人口普查資料》以及《中國(guó)城市統(tǒng)計(jì)年鑒》進(jìn)行補(bǔ)充，還有一些數(shù)據(jù)則是通過(guò)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算獲得。對(duì)于少數(shù)缺失數(shù)據(jù)，則通過(guò)選取其相鄰年份同類型數(shù)據(jù)進(jìn)行替代。

構(gòu)建的城市韌性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系如表1所示。

3 研究方法

本文采用熵權(quán)法進(jìn)行韌性評(píng)價(jià)，將各單元的信息進(jìn)行量化與綜合, 對(duì)各因子賦權(quán)，以簡(jiǎn)化評(píng)價(jià)過(guò)程。熵權(quán)法根據(jù)指標(biāo)變異性的大小，基于指標(biāo)的本身來(lái)確定權(quán)重, 克服了傳統(tǒng)方法在確定評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重因子時(shí)主觀因素的影響，能夠得到相對(duì)客觀的結(jié)果。

3.1 數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理

在多指標(biāo)評(píng)價(jià)體系中，由于各評(píng)價(jià)指標(biāo)的性質(zhì)不同，通常具有不同的量綱與數(shù)量級(jí)。為了消除由此帶來(lái)的影響，保證結(jié)果的可靠性，需對(duì)原始指標(biāo)的數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化的處理。本文選取極值法，對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行線性變換。

本文所選的指標(biāo)存在正向指標(biāo)與負(fù)向指標(biāo)，其中失業(yè)率、生產(chǎn)總值能耗、65歲以上人口比重、人口密度、文盲占15歲以上人口比重、最低生活保障人口占比、工業(yè)二氧化硫排放量以及人均日生活用水量為負(fù)向指標(biāo)，其余的18項(xiàng)指標(biāo)為正向指標(biāo)。針對(duì)不同類型的指標(biāo)，采取不同的標(biāo)準(zhǔn)化方式。

表1 城市韌性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系及權(quán)重

對(duì)于原始標(biāo)準(zhǔn)越大越好的正向指標(biāo)，處理公式為：

Yij=Xij-Min(Xij)/Max(Xij)-Min(Xij)

(1)

對(duì)于原始標(biāo)準(zhǔn)越小越好的負(fù)向指標(biāo)，處理公式為：

Yij=Max(Xij)-Xij/Max(Xij)-Min(Xij)

(2)

公式(1)、(2)中,Xij為第i個(gè)單位的第j個(gè)指標(biāo)的原始值，Yij為經(jīng)過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化處理后的第i個(gè)單位的第j個(gè)指標(biāo)。

3.2 定義標(biāo)準(zhǔn)化

(3)

3.3 計(jì)算信息熵

(4)

公式(4)中，ej為第j項(xiàng)指標(biāo)的信息熵值，某指標(biāo)的熵值ej越小, 說(shuō)明該指標(biāo)提供的有用信息越多, 在綜合評(píng)價(jià)中所起到的作用越大, 其權(quán)重越大;反之亦然。

3.4 計(jì)算信息熵冗余度

dj=1-ej

(5)

公式(5)中，dj為信息效用值，dj值越大，表明指標(biāo)越重要，對(duì)評(píng)價(jià)的重要性就越大。

3.5 計(jì)算指標(biāo)權(quán)重

(6)

公式(6)中，Wj為第j項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重，詳細(xì)結(jié)果見表1。

3.6 綜合評(píng)價(jià)

F=∑wjyij

(7)

4 結(jié)果分析

以兩年為間隔，將2007～2017年各城市年均數(shù)據(jù)代入公式，得到各指標(biāo)權(quán)重，見圖2。在各項(xiàng)指標(biāo)中，權(quán)重較大的有GDP、規(guī)模以上工業(yè)企業(yè)個(gè)數(shù)、移動(dòng)電話用戶數(shù)、互聯(lián)網(wǎng)用戶數(shù)、醫(yī)療保險(xiǎn)覆蓋率與失業(yè)保險(xiǎn)覆蓋率，這些評(píng)價(jià)因子對(duì)城市韌性影響顯著。反之，人均日生活用水量與人口密度權(quán)重較小，對(duì)城市韌性的影響甚微。

4.1 四川省城市韌性空間特征分析

將2007～2017年的年均數(shù)據(jù)，代入公式(7)，可得四川省18個(gè)地級(jí)市的城市韌性指數(shù)，詳情見表2。

四川省18個(gè)地級(jí)市城市韌性的平均值為0.2860。成都市韌性指數(shù)高達(dá)0.8457；攀枝花市位列第二，韌性指數(shù)為0.3984，與成都市差距顯著；德陽(yáng)市韌性指數(shù)為0.3496，位居第三，與第二名的差異明顯縮??；韌性指數(shù)最小的城市是巴中市，韌性指數(shù)為0.1945。城市韌性指數(shù)最大值約為最小值的4.35倍。

圖2 城市韌性指標(biāo)權(quán)重

表2 四川省各地級(jí)市城市韌性指數(shù)

為了清晰地顯示結(jié)果，本研究采取標(biāo)準(zhǔn)差分類法，選取1倍的標(biāo)準(zhǔn)差的分類間隔對(duì)城市韌性指數(shù)的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了分類，指標(biāo)區(qū)間依次為0.1945～0.2137、0.2137～0.3583、0.3583～0.5028、0.5028～0.6474、0.6474～0.8457，城市韌性由差到優(yōu)，分別對(duì)應(yīng)五級(jí)、四級(jí)、三級(jí)、二級(jí)、一級(jí)。

經(jīng)統(tǒng)計(jì)，一級(jí)韌性城市與三級(jí)韌性城市各1個(gè)，四級(jí)韌性城市12個(gè)，五級(jí)韌性城市4個(gè)，二級(jí)城市出現(xiàn)斷層，大量城市處于四級(jí)水平，四級(jí)與五級(jí)城市共計(jì)16個(gè)，超過(guò)參評(píng)城市數(shù)量的4/5(圖3)。成都市作為四川的省會(huì)，城市韌性優(yōu)勢(shì)顯著，資陽(yáng)市、眉山市與遂寧市雖與成都市相臨，韌性水平反而較低，與成都市形成鮮明的對(duì)比。成都市作為一級(jí)韌性城市，自身發(fā)展條件優(yōu)越，通過(guò)吸引周邊城市的資源，累積集聚優(yōu)勢(shì)，但對(duì)周邊城市輻射帶動(dòng)作用不強(qiáng)，呈單中心極核式發(fā)展，空間分異現(xiàn)象顯著。

總體而言，四川省城市整體韌性水平不高，各城市韌性發(fā)展水平差異顯著，省域中心城市韌性水平優(yōu)勢(shì)顯著，其他各城市韌性呈低水平均衡分布態(tài)勢(shì)， 二級(jí)韌性城市斷層嚴(yán)重，省域中心城市邊緣地區(qū)韌性發(fā)展水平偏低。

4.2 四川省城市韌性時(shí)間特征分析

2007年與2017年四川省各地級(jí)市城市韌性水平如圖4所示。10年來(lái)，除攀枝花市的城市韌性趨勢(shì)類型為負(fù)向演變外，其余17個(gè)城市的城市韌性趨勢(shì)類型為正向演變。成都市一直保持較高韌性值，其余城市2007年與2017年的城市韌性指數(shù)均在0.2～0.4區(qū)間內(nèi)變化，整體仍處于低韌性水平。

由于每個(gè)城市的韌性建設(shè)基礎(chǔ)不同，通過(guò)公式 “(2017年韌性指數(shù)-2007年韌性指數(shù))/2007年韌性指數(shù)”的計(jì)算值來(lái)分析每個(gè)城市的韌性波動(dòng)幅度。結(jié)果如圖5所示，洪澇災(zāi)害多發(fā)的瀘州市、南充市與地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)的內(nèi)江市、雅安市，韌性增長(zhǎng)幅度顯著，而資陽(yáng)市、達(dá)州市與綿陽(yáng)市的增長(zhǎng)不明顯。

進(jìn)一步觀察不同維度的韌性演變趨勢(shì)，詳情見圖6。除卻個(gè)別有特殊情況的城市，四川省各維度韌性趨向于正向演變。其中，經(jīng)濟(jì)韌性與基礎(chǔ)設(shè)施韌性發(fā)展不明顯，社會(huì)韌性發(fā)展趨于平緩，社區(qū)韌性演變趨勢(shì)不穩(wěn)定，環(huán)境韌性與組織韌性水平有顯著的提升。表明經(jīng)濟(jì)發(fā)展與環(huán)境保護(hù)之間在近10年存在矛盾，如何正確處理經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生態(tài)環(huán)境的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)“雙贏”，是提高四川省城市韌性的要點(diǎn)。

總體而言，四川省城市韌性趨勢(shì)類型為平緩正向演變，城市韌性排名波動(dòng)較大，災(zāi)害多發(fā)城市積極主動(dòng)地提高韌性應(yīng)對(duì)災(zāi)害與風(fēng)險(xiǎn)，但是，大多數(shù)城市韌性值依舊處于低韌性水平，有較大的提升空間。其中，環(huán)境韌性與組織韌性水平顯著提高，經(jīng)濟(jì)韌性水平發(fā)展滯緩。

4.3 四川省城市韌性維度特征分析

為了便于對(duì)各個(gè)地區(qū)的城市韌性建設(shè)提出針對(duì)性的建議，基于2017年的數(shù)據(jù)，對(duì)不同維度下各個(gè)城市的韌性與不同城市的各個(gè)維度的韌性進(jìn)行分析，具體情況如圖6與圖7所示。

不同維度下各城市的韌性進(jìn)行對(duì)比，除環(huán)境韌性與社區(qū)韌性外，成都市均處于首位，尤其在經(jīng)濟(jì)韌性與基礎(chǔ)設(shè)施韌性方面，優(yōu)勢(shì)顯著。就社會(huì)韌性而言，除成都市領(lǐng)先，宜賓市、達(dá)州市與瀘州市相對(duì)較好外，其他城市之間差異不明顯。對(duì)組織韌性進(jìn)行分析，綿陽(yáng)市與廣安市劣勢(shì)較明顯。在環(huán)境韌性方面，自貢市與南充市領(lǐng)先，達(dá)州市與攀枝花市有較大的上升空間。社區(qū)韌性維度下，攀枝花市水平優(yōu)越，成都市、廣元市、內(nèi)江市與南充市良好，資陽(yáng)市亟待提升。

進(jìn)一步針對(duì)每個(gè)城市不同維度的韌性進(jìn)行分析，普遍而言，社會(huì)韌性水平相對(duì)較高，社區(qū)韌性與基礎(chǔ)設(shè)施韌性水平相對(duì)較低。個(gè)別城市存在特殊情況，攀枝花市的社區(qū)韌性僅次于社會(huì)韌性，基礎(chǔ)設(shè)施韌性與環(huán)境韌性水平較差；除社區(qū)韌性外，成都市還需在環(huán)境韌性方面加強(qiáng)建設(shè)；綿陽(yáng)市須在組織韌性上多下功夫；對(duì)達(dá)州市而言，環(huán)境韌性也是其不可忽視的短板；雅安市與巴中市的韌性短板還有經(jīng)濟(jì)韌性。

圖3 2007～2017年四川省各地級(jí)市年均城市韌性空間分布

圖4 2007年與2017年四川省各地級(jí)市城市韌性

圖5 2007～2017年四川省各地級(jí)市城市韌性波動(dòng)幅度

總體而言，不同維度，處于劣態(tài)的城市不同；不同城市，韌性短板不同。其中，在經(jīng)濟(jì)韌性與基礎(chǔ)設(shè)施韌性方面，城市間的差距顯著；社區(qū)韌性與基礎(chǔ)設(shè)施韌性是大多數(shù)城市的韌性短板。只有找準(zhǔn)城市的韌性短板，克服這些薄弱環(huán)節(jié)，有針對(duì)性地進(jìn)行提升，城市韌性建設(shè)才能得到更好的發(fā)展。

5 結(jié)論與建議

韌性評(píng)價(jià)有助于認(rèn)識(shí)城市的韌性情況，是前期預(yù)判與后續(xù)決策的前提。本研究通過(guò)構(gòu)建評(píng)價(jià)模型，利用統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行定量分析，得出以下結(jié)論：

(1)四川省城市整體韌性水平不高，韌性差異顯著，有明顯的空間分異特征。一級(jí)韌性城市具有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，二級(jí)韌性城市出現(xiàn)斷層，大量城市集中在四級(jí)與五級(jí)水平。成都市與其周邊城市韌性差異顯著?？傮w而言，城市應(yīng)對(duì)風(fēng)險(xiǎn)時(shí)的穩(wěn)定能力、適應(yīng)能力與恢復(fù)能力比較弱。

(2)四川省城市韌性趨勢(shì)類型為平緩正向演變。近10年間，除攀枝花市外，其余城市韌性均有所提高，但提升幅度不大，城市韌性還處于較低水平。環(huán)境韌性與組織韌性水平顯著提高，經(jīng)濟(jì)韌性水平發(fā)展滯緩。

(3)不同維度，處于劣態(tài)的城市不同；不同城市，韌性短板不同。在經(jīng)濟(jì)韌性與基礎(chǔ)設(shè)施韌性方面，城市間的差異較大。各城市的社會(huì)韌性得分相對(duì)較高，而其社區(qū)韌性與基礎(chǔ)設(shè)施韌性得分相對(duì)較低，是大多數(shù)城市的韌性短板。

針對(duì)所得的結(jié)論，結(jié)合影響因素的分析結(jié)果，提出如下建議：

(1)倡導(dǎo)全省區(qū)域協(xié)同韌性發(fā)展。成都市充分發(fā)揮輻射帶動(dòng)作用，帶動(dòng)周邊城市的發(fā)展；其余城市牢牢把握成都、重慶特大城市發(fā)展的溢出效應(yīng)，借勢(shì)借力、相互促進(jìn)、協(xié)調(diào)發(fā)展，縮小地區(qū)間的發(fā)展差距，提升四川省城市韌性的整體水平。關(guān)注成都市周邊地區(qū)城市韌性的提高，避免出現(xiàn)“燈下黑”現(xiàn)象。

(2)通過(guò)社區(qū)建設(shè)帶動(dòng)城市韌性水平提升。隨著社區(qū)在社會(huì)治理中的作用日益提升，重視社區(qū)防災(zāi)減災(zāi)能力的提升，充分發(fā)揮社區(qū)在應(yīng)急管理體系中的作用。以社區(qū)為單位，健全其救災(zāi)體系，提高社區(qū)應(yīng)對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的能力，達(dá)到城市韌性水平的提升。

(3)提高城市基礎(chǔ)設(shè)施資金投入力度。城市基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)是安全防災(zāi)的保障，為抗災(zāi)救災(zāi)提供硬件支撐。通過(guò)完善教育、醫(yī)療、民政、通信等公共服務(wù)設(shè)施，推動(dòng)城市防洪、防震等防災(zāi)減災(zāi)體系建設(shè)。

(4)強(qiáng)化底線安全意識(shí)，形成綠色發(fā)展方式，平衡經(jīng)濟(jì)發(fā)展與環(huán)境保護(hù)。環(huán)境保護(hù)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展之間存在著對(duì)立統(tǒng)一的關(guān)系，經(jīng)濟(jì)發(fā)展要以保護(hù)保護(hù)環(huán)境為條件，環(huán)境保護(hù)亦需要經(jīng)濟(jì)的支撐。通過(guò)傳統(tǒng)經(jīng)濟(jì)向綠色經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)變，在轉(zhuǎn)變中實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)增長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)“效率、和諧、持續(xù)”三位一體的發(fā)展目標(biāo)。強(qiáng)化空間管控邊界線的約束作用，為可持續(xù)發(fā)展預(yù)留空間。

圖6 2007年與2017年四川省各維度城市韌性比較

圖7 2017年四川省各城市不同維度韌性比較