縣域尺度下陜西省綜合承災能力評價

耿碩璘， 文彥君， 李曉宇， 徐 彬， 王天英

（1.寶雞文理學院地理與環(huán)境學院，陜西寶雞 721013； 2.寶雞文理學院陜西省災害監(jiān)測與機理模擬重點實驗室，陜西寶雞 721013； 3.寶雞文理學院電子電氣工程學院，陜西寶雞 721013）

隨著全球氣候變化和人類活動的加劇，由極端天氣誘發(fā)的自然災害發(fā)生頻率越來越高，城市災害風險逐步加大. 城市受災會對社會安定、經(jīng)濟發(fā)展及人民生命財產(chǎn)安全帶來嚴重影響. 因此，對城市綜合承災能力進行研究，有助于了解該城市的綜合承災能力水平及其短板所在，從而可為該城市防御自然災害能力的提升提供理論基礎［1］.

城市綜合承災能力一般由城市的防災能力、抗災能力、救災能力和災后恢復能力構成［2-4］. 目前，已有較多學者對城市綜合承災能力進行了研究. 張風華等［5］利用層次分析法構建了城市防震減災能力指標體系，并用灰色關聯(lián)分析法確定了城市防震減災能力的綜合指數(shù)；李江龍等［6］基于熵權-云模型對西北地區(qū)3個城市群的綜合承災度進行了評價；王建平和李臻［7］對城市功能疊加和城市災害生成之間的內(nèi)在聯(lián)系進行了分析，并提出了提升城市減災能力的法治路徑；張明媛等［8］利用灰關聯(lián)熵方法分析了城市綜合承災能力與經(jīng)濟發(fā)展水平的關聯(lián)性；何萍等［9］提出了基于城市承災能力評價分析的抗震防災規(guī)劃設計方法；王威等［10］運用分形理論對中國29個城市的綜合承災能力進行了分析；荊樹偉［11］利用分形理論從城鎮(zhèn)化視角建立了城市綜合承災能力評價模型；孫鈺等［12］利用灰色關聯(lián)評價模型對北京市防災基礎設施的承災能力進行了研究；陳濤和陳智超［13］基于證據(jù)推理法，以網(wǎng)格為基本評價單元，評估了華東某縣級市的綜合承災能力.

綜合來看，目前很少有學者從縣域尺度對城市綜合承災能力進行研究. 陜西省地質(zhì)復雜、氣候多變、自然災害頻發(fā)，且災害發(fā)生的種類多、范圍廣、頻率高［14-16］，為了進一步提升陜西省防御自然災害的能力，本研究選取陜西省為研究區(qū)，以縣域為研究單元，通過客觀賦權的熵權法建立了陜西省綜合承災能力評價指標體系，并對陜西省107個區(qū)縣的綜合承災能力進行了評價.

1 研究區(qū)概況

陜西省位于中國西北部，地處東經(jīng)105°29′～111°15′，北緯31°42′～39°35′之間（圖1），總面積205 600 km2.截至2019 年年底，陜西省下轄10 個地級市和1 個楊凌示范區(qū)、30 個市轄區(qū)、7 個縣級市、70 個縣，常住人口3 876.21萬人［17］. 陜西省內(nèi)地質(zhì)構造復雜，地形地貌特征多變，氣候類型多樣. 受地形地貌、地質(zhì)構造、氣候條件等因素的影響，陜西省自然災害頻發(fā)，評估其綜合承災能力對提升其防御自然災害的能力、減輕自然災害損失具有十分重要的現(xiàn)實意義.

圖1 研究區(qū)概況圖Fig.1 Overview map of the study area

2 數(shù)據(jù)來源及研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

本研究以陜西省107個區(qū)縣為研究單元，研究數(shù)據(jù)主要來源于《中國縣（市）社會經(jīng)濟統(tǒng)計年鑒—2019》《中國縣域統(tǒng)計年鑒（縣市卷）—2019》《陜西省統(tǒng)計年鑒—2019》以及陜西省統(tǒng)計局網(wǎng)站、陜西省地情網(wǎng)、陜西省各地市統(tǒng)計局網(wǎng)站的統(tǒng)計數(shù)據(jù)和陜西省各區(qū)縣的國民經(jīng)濟與社會發(fā)展統(tǒng)計公報，個別缺失的數(shù)據(jù)采用最鄰近插值法補齊.

2.2 研究方法

2.2.1 熵權法綜合評價

熵權法是一種客觀賦權法，主要根據(jù)各個評價指標所傳遞的信息量來確定其權重，某項指標的熵值越小，其在綜合評價中的權重越大，該方法可有效反映各個評價指標的非線性特征，使評價結果更科學、合理［18］.首先利用公式（1）對原始數(shù)據(jù)進行正向標準化處理或利用公式（2）對原始數(shù)據(jù)進行逆向標準化處理，然后利用公式（3）和公式（4）計算出各評價指標的熵值，再利用公式（5）計算出各評價指標的權重，最后利用公式（6）計算得到陜西省各區(qū)縣的綜合承災能力指數(shù).

式中：aij為第i個城市中第j項評價指標的歸一化值；a′ij為第i個城市中第j項評價指標的原始值；a′maxj和a′minj分別是第j項評價指標在所有城市數(shù)據(jù)中的最大值和最小值；Pij為評價指標j在第i個城市中出現(xiàn)的頻率；Ej為評價指標j的熵值；m為評價城市數(shù)；n為評價指標數(shù)；Wj為評價指標j的權重值；Ci為第i個城市的綜合承災能力指數(shù).

根據(jù)熵權法理論，分別從防災能力、抗災能力、救災能力和恢復能力4個維度選取20個指標用于構建陜西省綜合承災能力評價指標體系，結果如表1所示.

表1 陜西省綜合承災能力評價指標體系Tab.1 Assessment index system of comprehensive disaster bearing capacity in Shaanxi

2.2.2K-means聚類分析

K-means聚類算法是一種迭代求解的聚類分析算法，在對較大研究區(qū)域評估某地理要素的變化時，該算法能夠?qū)ρ芯繀^(qū)域進行空間聚類及分區(qū)，可準確地反映地理要素空間變化特征，適合用于以縣域行政區(qū)作為基本劃分單元的參考指標較多的研究［19］. 因此本研究選用該方法，以防災能力、抗災能力、救災能力和恢復能力作為聚類分區(qū)的依據(jù)，對陜西省各區(qū)縣的綜合承災能力進行分類.

2.2.3 空間自相關分析

空間自相關分析是一種對區(qū)域?qū)傩灾档募鄢潭燃翱臻g關聯(lián)性進行分析的方法［20］. 本研究分別利用全局莫蘭指數(shù)（Moran’sI）和熱點分析對陜西省各區(qū)縣的綜合承災能力進行全局和局部空間自相關分析. 全局莫蘭指數(shù)能夠直觀反映某屬性值的整體空間分布模式. 當Moran’sI＞0或Moran’sI＜0，且通過顯著性檢驗時，表明該屬性值呈現(xiàn)空間正相關或負相關，具有較強的空間聚集特征. 熱點分析能夠進一步反映該屬性值的局部自相關特征，并指示其高值或低值集聚的具體空間位置，即熱點或冷點（Gi*＞0或Gi*＜0），且通過顯著性檢驗的區(qū)域，為該屬性高值（低值）顯著集聚的熱點（冷點）.

3 結果與分析

3.1 熵權法綜合評價結果

基于表1的評價指標體系計算出陜西省各區(qū)縣的綜合承災能力指數(shù)及各分項能力指數(shù)，并利用自然斷點法將綜合承災能力劃分為：高、中高、中、低4個等級，結果如圖2所示.

3.1.1 防災能力分析

由圖2（a）可知，陜西省各地市市轄區(qū)和縣級市的防災能力等級相對較低，107個區(qū)縣中具有高等防災能力的區(qū)縣有12個，具有中高等防災能力的區(qū)縣有19個，其余76個區(qū)縣的防災能力均為中低等水平. 整體來看，防災能力等級為高等和中高等的區(qū)縣主要集中在陜北和陜南地區(qū)，關中地區(qū)的防災能力等級整體偏低，陜北北部長城沿線、陜南東部以及太白、富平等個別區(qū)縣的防災能力等級較高，延安市、漢中市及關中各地市所轄區(qū)縣的防災能力等級較低.

3.1.2 抗災能力分析

由圖2（b）可知，陜西省107個區(qū)縣中，具有中高及以上等級抗災能力的區(qū)縣僅有19個；抗災能力等級為高等和中高等的區(qū)縣主要集中在榆林市北部、寶雞市市轄區(qū)、西安市所轄部分區(qū)縣以及黃陵、洛川、山陽、鎮(zhèn)安等區(qū)縣；抗災能力等級為中等和低等的區(qū)縣的覆蓋范圍較大且呈連片分布.

3.1.3 救災能力分析

從圖2（c）可以看出，陜西省107個區(qū)縣中，具有高等救災能力的區(qū)縣數(shù)量極少，其中陜北地區(qū)的府谷、榆陽、橫山、志丹，陜南地區(qū)的漢臺、南鄭、佛坪、漢濱以及西安市所轄大部分區(qū)縣的救災能力等級相對較高，其他區(qū)縣則均呈現(xiàn)出中等或低等的救災能力. 以上結果表明，陜西省的救災能力相對較弱.

圖2 陜西省各區(qū)縣綜合承災能力分析結果Fig.2 Analysis results of comprehensive disaster bearing capacity of each district and county in Shaanxi

3.1.4 恢復能力分析

從圖2（d）可以看出，陜西省各區(qū)縣的恢復能力相對較強，其中府谷、神木、子長、志丹、澄城、耀州、渭城、未央、灞橋等區(qū)縣的恢復能力等級相對較高，延安市、寶雞市、渭南市所轄大部分區(qū)縣以及陜南大部分地區(qū)均呈現(xiàn)出中等或低等的恢復能力.

3.1.5 綜合承災能力分析

由圖2（e）可知，西安市轄區(qū)的蓮湖、新城、碑林以及閻良區(qū)具有高等綜合承災能力，西安市其他區(qū)縣以及韓城市、漢臺區(qū)具有中高等綜合承災能力；陜北北部區(qū)縣、寶雞市轄區(qū)、咸陽市的興平、渭南市市轄區(qū)以及陜南地區(qū)的南鄭、漢臺、佛坪、鎮(zhèn)安、山陽、漢濱等區(qū)縣均呈現(xiàn)出中等的綜合承災能力；延安市、寶雞市、咸陽市、銅川市以及漢中市所轄大部分區(qū)縣呈現(xiàn)出低等的綜合承災能力.

總體而言，陜西省各區(qū)縣的綜合承災能力及各分項能力呈現(xiàn)出顯著的區(qū)域差異性，其中具有高等和中高等綜合承災能力的區(qū)縣數(shù)量較少，且這些區(qū)縣主要集中在以市轄區(qū)為“極核”的陜北北部、關中中部和陜南東部等多個集聚中心，而具有中等和低等綜合承災能力的區(qū)縣覆蓋范圍較大且呈連片分布.

3.2 K-means聚類分析結果

利用K-means聚類法對陜西省各區(qū)縣的綜合承災能力進行分類，結果如表2所示. 經(jīng)分析，本研究將陜西省107個區(qū)縣的綜合承災能力劃分成6類，分別為：①綜合型. 抵御自然災害的綜合能力較強，該類型區(qū)縣的各分項能力指數(shù)均相對較高；②防災型. 該類型區(qū)縣的防災能力較為突出，抗災能力和恢復能力處于中下等水平，救災能力相對較弱；③抗災型. 該類型區(qū)縣的抗災能力較為突出，防災能力、救災能力和恢復能力均處于全省平均水平；④救災型. 該類型區(qū)縣的救災能力較為突出，其余各分項能力均處于全省平均水平；⑤恢復型. 該類型區(qū)縣的恢復能力較為突出，防災能力、抗災能力和救災能力相對較弱；⑥后進型. 該類型區(qū)縣的綜合承災能力較弱，各分項能力指數(shù)均相對較低.

表2 陜西省各區(qū)縣綜合承災能力的聚類分析結果Tab.2 Cluster analysis results of comprehensive disaster bearing capacity of each district and county in Shaanxi

從聚類分析結果中可以看出，陜西省綜合承災能力水平整體偏低，“綜合型”區(qū)縣的數(shù)量極少. 區(qū)縣類型為“防災型”“抗災型”“救災型”“恢復型”的數(shù)量共計39個，且這些類型區(qū)縣的單一分項能力十分突出，其他分項能力相對較弱，該類型區(qū)縣多屬于各地級市市轄區(qū)和縣級市. 綜合承災能力較弱的“后進型”區(qū)縣不僅數(shù)量龐大，且分布廣泛，多集中在縣域城鎮(zhèn). 因為西安市所轄大部分區(qū)縣的聚類分析結果為“救災型”，且其救災能力指數(shù)大于其他各分項能力指數(shù)，所以結合熵權法綜合評價結果，本研究認為西安市具備較高的救災能力.

3.3 空間自相關分析結果

首先利用全局莫蘭指數(shù)方法對陜西省各區(qū)縣的綜合承災能力以及各分項能力的空間集聚性及其空間相關性進行分析，結果如表3所示. 由表3可知，各評價指標的Moran’sI和Z值均為正值，其中防災能力、救災能力和綜合承災能力的P值均小于0.01，說明陜西省各區(qū)縣的防災能力、救災能力和綜合承災能力的空間分布具有一定的集聚性，且顯示出較強的空間正相關性. 由于抗災能力和恢復能力的P值大于0.1，不具備統(tǒng)計學上的顯著性特征，所以這兩種分項能力的空間分布很有可能屬于隨機分布.

表3 全局莫蘭指數(shù)分析結果Tab.3 Analysis results of global Moran index

然后利用熱點分析可以進一步得到綜合承災能力及各分項能力的高值或低值在空間上發(fā)生集聚的具體位置，分析結果如圖3所示. 從圖3可以看出，防災能力的高值集聚區(qū)域主要集中在榆林市北部和商洛市東南部區(qū)域，低值集聚區(qū)域主要集中在以咸陽市為中心的關中中部地區(qū)；抗災能力的局部空間集聚性特征不顯著，僅榆林市北部的神木、府谷出現(xiàn)抗災能力高值集聚區(qū)；從救災能力來看，高值集聚區(qū)主要出現(xiàn)在以西安市為中心的高等救災能力區(qū)，低值集聚區(qū)不顯著；恢復能力與抗災能力的集聚結果類似，僅在神木、府谷出現(xiàn)恢復能力高值集聚區(qū)，這也印證了這兩項指標為隨機分布的空間分布特征；綜合承災能力的高值集聚區(qū)主要集中在以西安市為“核心”的關中中部地區(qū)和榆林市北部的神木、府谷兩地.

圖3 陜西省各區(qū)縣綜合承災能力的熱點分析圖Fig.3 Hot spot analysis charts of comprehensive disaster bearing capacity of each district and county in Shaanxi

總體而言，陜西省綜合承災能力和各分項能力的高值集聚區(qū)主要集中在以省會西安市為中心的關中中部地區(qū)，以神木、府谷為主的榆林市北部區(qū)域以及商洛市東南部區(qū)域. 由于救災能力在評價指標體系中占較大權重，因此陜西省綜合承災能力水平較高的區(qū)縣呈現(xiàn)出以省會城市為主的空間集聚特征.

3.4 討論

陜西省綜合承災能力水平整體偏低，中低等綜合承災能力的區(qū)縣數(shù)量較多，除西安市轄區(qū)以及陜北北部、陜南東部等部分區(qū)縣的綜合承災能力為高等或中高等水平外，其余大部分區(qū)縣的綜合承災能力處于中等或低等水平. 陜西省綜合承災能力的“集群化”空間分異特征顯著，出現(xiàn)以省會城市為核心的高綜合承災能力集聚區(qū). 白立敏等［21］對中國城市韌性綜合評估時發(fā)現(xiàn)，中西部地區(qū)出現(xiàn)以省會城市為核心的城市群區(qū)域韌性高于其他區(qū)域，核心城市虹吸效應作用明顯，但對周邊中小城市的輻射帶動作用不強，本研究得出的結論也符合這一規(guī)律. 由空間自相關分析結果也可看出，除恢復能力外，綜合承災能力及其他各分項能力的高值集聚區(qū)都主要集中在以省會城市（西安市）為“核心”的關中中部地區(qū).

陜西省主要地級市市轄區(qū)和縣級市的綜合承災能力較強，且單一分項能力較為凸顯. 徐玉霞等［22］對縣域尺度下的陜西省洪澇災害風險等級進行了研究，結果表明陜西省地級市市轄區(qū)和經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)的防災減災能力較強. 本研究的聚類分析結果顯示，由于陜西省部分地級市市轄區(qū)和縣級市存在單一分項能力較強的現(xiàn)象，因此這些地區(qū)的綜合承災能力水平高于其他多數(shù)縣域城鎮(zhèn).

從陜西省自然災害危險性空間分布以及災害風險區(qū)劃［23-24］中可得出，極重災害區(qū)主要位于陜北北部的長城沿線干旱區(qū)，重災害區(qū)包括西安市大部分地區(qū)、陜西省南部大部分地區(qū). 結合本研究結果可知，陜西省縣域自然災害危險性空間分布與綜合承災能力空間分布具有一定的相關性. 綜合承災能力較強的地區(qū)，其自然災害危險性也較高. 榆林市位于陜西省的最北部，該地區(qū)長期受自然災害威脅，綜合承災能力較強，且該市人均教育費用、災害防治資金相對較多，人民的防災及救災意識強. 關中中部地區(qū)綜合承災能力及各分項能力均較強，其中西安市最為突出.

4 結論

1）縣域尺度下，陜西省綜合承災能力水平整體偏低，具有中低等綜合承災能力的區(qū)縣數(shù)量較多，具有高等、中高等綜合承災能力的區(qū)縣數(shù)量相對較少，除西安市轄區(qū)以及陜北北部、陜南東部等部分區(qū)縣具有較強的綜合承災能力外，其余大部分區(qū)縣的綜合承災能力較弱.

2）聚類分析統(tǒng)計結果與熵權法綜合評價結果具有較高的相似度. 陜西省107個區(qū)縣中，“綜合型”區(qū)縣的數(shù)量極少，“后進型”區(qū)縣的數(shù)量龐大且分布廣泛. 陜西省部分地級市市轄區(qū)和縣級市表現(xiàn)出單一分項能力十分突出的現(xiàn)象.

3）陜西省綜合承災能力的“集群化”空間分異特征顯著，出現(xiàn)以省會城市為核心的高綜合承災能力集聚區(qū). 除恢復能力外，綜合承災能力及其他各分項能力的高值集聚區(qū)都主要集中在以省會城市（西安市）為“核心”的關中中部地區(qū). 西安市所轄大部分區(qū)縣的綜合承災能力較強.