基于熵值法和GIS的遼寧省城市韌性評(píng)價(jià)研究

梁丹陽(yáng), 姚 爽

(沈陽(yáng)化工大學(xué) 經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院, 沈陽(yáng) 110142)

《“十四五”規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》明確提出“順應(yīng)城市發(fā)展新理念新趨勢(shì),建設(shè)韌性城市”的戰(zhàn)略規(guī)劃。“韌性城市”理念是提升城市面對(duì)不確定性風(fēng)險(xiǎn)能力的新思路,也是城市發(fā)展與建設(shè)研究的新方向。遼寧省正處于城市化進(jìn)程重要階段,但仍面臨公共衛(wèi)生事件、自然災(zāi)害等各種外部風(fēng)險(xiǎn),存在資源型城市數(shù)量較多、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)相對(duì)單一等內(nèi)在問(wèn)題。開(kāi)展韌性城市的探索,有助于推動(dòng)遼寧省城市可持續(xù)發(fā)展,對(duì)東北振興發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

近年來(lái),城市韌性的研究視角不斷擴(kuò)展,關(guān)于城市韌性的評(píng)價(jià)主要從多維度、多系統(tǒng)的視角構(gòu)建城市韌性指標(biāo)體系。Cutter等[1]提出地方災(zāi)害韌性框架(DROP),包括生態(tài)、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、基礎(chǔ)設(shè)施、制度和社區(qū)能力6大維度。郭羽羽等[2]從環(huán)境、基礎(chǔ)設(shè)施、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、政策5個(gè)維度提取影響韌性城市的因素,研究各影響因素間的相互作用機(jī)理。孫亞南等[3]從城市生態(tài)、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和基礎(chǔ)設(shè)施、社區(qū)5個(gè)維度,測(cè)度江蘇省城市韌性水平。吳旭曉[4]將城市韌性分解為生態(tài)、工程、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)4個(gè)維度,對(duì)省會(huì)都市圈城市韌性度進(jìn)行綜合測(cè)算。白立敏等[5]基于復(fù)雜系統(tǒng)理論從生態(tài)、經(jīng)濟(jì)、基礎(chǔ)設(shè)施、社會(huì)4個(gè)系統(tǒng),構(gòu)建城市韌性綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。李彥軍等[6]從經(jīng)濟(jì)、生態(tài)、社會(huì)、基礎(chǔ)設(shè)施和制度5個(gè)維度測(cè)度長(zhǎng)江中游城市群城市韌性的時(shí)空分異特征。也有少部分研究從不同角度考慮更多維度,如組織[7]、空間[8]、文化[9]、信息與災(zāi)害防治[10]等維度。

目前學(xué)者們基于多維視角的城市韌性的研究方法主要包括熵值法、主成分分析法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評(píng)價(jià)法、層次分析法、組合賦權(quán)評(píng)價(jià)法和GIS(geographic information system,地理信息系統(tǒng))空間分析法。高志剛等[11]利用熵值法對(duì)西北地區(qū)30個(gè)城市韌性水平進(jìn)行綜合測(cè)度,分析各城市韌性水平差異程度。程皓等[7]運(yùn)用主成分分析法對(duì)10大城市群韌性綜合得分進(jìn)行定量測(cè)算。周振宏等[12]采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模方法對(duì)合肥都市圈城市恢復(fù)力進(jìn)行定量評(píng)價(jià),研究城市韌性的主要影響因子。張明斗等[13]運(yùn)用層次分析法分析中國(guó)30個(gè)地級(jí)市的城市韌性水平及作用機(jī)理。宋楊等[14]采用熵權(quán)-TOPSIS(逼近理想解排序法)評(píng)價(jià)模型測(cè)度安徽省城市韌性評(píng)價(jià)值,分析各城市韌性演化情況。覃事婭等[15]運(yùn)用GIS空間分析法研究湖南省14個(gè)地州市城市韌性時(shí)空演變。

已有的關(guān)于城市韌性評(píng)價(jià)的研究在思路和方法上具有一定的借鑒價(jià)值。其中,熵值法和GIS空間分析法結(jié)合可以更客觀(guān)地評(píng)估城市韌性水平,更直觀(guān)地體現(xiàn)研究區(qū)域城市韌性時(shí)空演變情況。處于城市化進(jìn)程重要階段的遼寧省,應(yīng)打破自身限制,提升應(yīng)對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的能力。因此,應(yīng)對(duì)遼寧省城市韌性進(jìn)行更為深入全面的探索,推動(dòng)遼寧省城市可持續(xù)發(fā)展,助力東北振興戰(zhàn)略實(shí)施?；诖?本文從經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、基礎(chǔ)設(shè)施和生態(tài)環(huán)境等4個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)建城市韌性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,運(yùn)用熵值法評(píng)價(jià)2011—2020年遼寧省整體及其14個(gè)地級(jí)市的城市綜合韌性和各子系統(tǒng)韌性水平,根據(jù)各城市不同維度的韌性演化情況分析阻礙城市韌性水平提升的原因,并基于GIS空間分析法對(duì)其時(shí)間、空間上的城市韌性差異進(jìn)行可視化分析。從而提出有助于遼寧省城市韌性提升和協(xié)調(diào)發(fā)展的建議,促進(jìn)城市高質(zhì)量發(fā)展,為實(shí)現(xiàn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)、社會(huì)與生態(tài)環(huán)境效益多贏(yíng)目標(biāo)提供參考借鑒。

1 指標(biāo)體系構(gòu)建與模型方法

1.1 指標(biāo)選取和評(píng)價(jià)體系構(gòu)建

從城市系統(tǒng)角度看,韌性城市發(fā)展與演進(jìn)涉及多個(gè)維度,每個(gè)層次的變化都影響著城市韌性水平的提升。根據(jù)對(duì)國(guó)內(nèi)外城市韌性評(píng)價(jià)指標(biāo)的梳理,借鑒已有的相關(guān)研究[1-6],綜合考慮城市發(fā)展水平間的差異,從經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、生態(tài)環(huán)境、基礎(chǔ)設(shè)施4個(gè)城市子系統(tǒng)構(gòu)建城市韌性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,遵循系統(tǒng)、科學(xué)、客觀(guān)和可獲取性原則共篩選了32個(gè)指標(biāo),具體見(jiàn)表1。

表1 城市韌性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

1.2 熵值法確定指標(biāo)權(quán)重

1)將每一個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。

正向指標(biāo):

(1)

負(fù)向指標(biāo):

(2)

式中:xtij為標(biāo)準(zhǔn)化前的第t年第i個(gè)城市中第j項(xiàng)指標(biāo)的數(shù)值;t=1,2,…,k;i=1,2,…,n;j=1,2,…,m;x′tij為標(biāo)準(zhǔn)化后的數(shù)值。

2)確定第t年第j項(xiàng)指標(biāo)下第i個(gè)城市占該指標(biāo)的比重ptij。

(3)

3)確定第j項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)的熵值ej。

(4)

4)確定第j項(xiàng)指標(biāo)的信息熵冗余度dj。

dj=1-ej

(5)

5)確定各項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重wj。

(6)

1.3 韌性水平綜合評(píng)價(jià)

對(duì)城市韌性綜合發(fā)展水平進(jìn)行定量評(píng)價(jià)并進(jìn)行時(shí)空演化分析。

(7)

式中:l為1、2、3、4,分別為經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)、社會(huì)系統(tǒng)、生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)和基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)。

2)計(jì)算城市韌性綜合評(píng)價(jià)值Ri。

(8)

1.4 評(píng)價(jià)等級(jí)劃分

參考文獻(xiàn)[16]并結(jié)合本文構(gòu)建的城市韌性模型方法,將城市韌性綜合評(píng)價(jià)值劃分為5個(gè)等級(jí),具體見(jiàn)表2。

表2 城市韌性水平分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)

2 實(shí)證分析

選取遼寧省作為研究對(duì)象,對(duì)2011—2020年遼寧省14個(gè)地級(jí)市的面板數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)證分析。數(shù)據(jù)主要來(lái)源于2012—2021年《遼寧統(tǒng)計(jì)年鑒》及統(tǒng)計(jì)公報(bào),其中個(gè)別缺失數(shù)據(jù)采用均值法補(bǔ)齊。

2.1 遼寧省城市韌性綜合評(píng)價(jià)結(jié)果及分析

2.1.1 熵值法確定指標(biāo)權(quán)重

運(yùn)用熵值法由式(1)～式(6)得到城市韌性評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重,見(jiàn)表3。從結(jié)果可以看出,在4個(gè)子系統(tǒng)中經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)和基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)韌性指標(biāo)權(quán)重較高,說(shuō)明經(jīng)濟(jì)發(fā)展和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)對(duì)城市綜合韌性發(fā)展的影響較大。在經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)韌性指標(biāo)中,固定資產(chǎn)投資額、一般公共預(yù)算收入和社會(huì)消費(fèi)品零售總額權(quán)重較大,說(shuō)明應(yīng)該切實(shí)增強(qiáng)城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展活力和財(cái)政實(shí)力和應(yīng)該提高城市居民消費(fèi)需求能力。在社會(huì)系統(tǒng)韌性指標(biāo)中,社區(qū)服務(wù)設(shè)施數(shù)、公共安全管理與社會(huì)組織從業(yè)人數(shù)和每萬(wàn)人在校大學(xué)生數(shù)權(quán)重較大,所以應(yīng)不斷完善社會(huì)保障體制,加強(qiáng)公共安全與公共組織管理。在生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)韌性指標(biāo)中,建成區(qū)綠化覆蓋率和工業(yè)固體廢物綜合利用率權(quán)重較大,說(shuō)明應(yīng)該更加重視城市自我凈化和資源再利用。在基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)韌性指標(biāo)中,郵電業(yè)務(wù)總量和安全應(yīng)急避難場(chǎng)所面積權(quán)重較大,因此提高城市通信服務(wù)水平和安全應(yīng)急保障水平具有重要意義。

表3 城市韌性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系及權(quán)重

2.1.2 遼寧省整體城市韌性綜合評(píng)價(jià)結(jié)果及分析

根據(jù)上文構(gòu)建的城市韌性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系對(duì)遼寧省數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合測(cè)算,得到2011—2020年遼寧省整體城市韌性綜合評(píng)價(jià)值及各子系統(tǒng)評(píng)價(jià)值,如圖1和圖2所示。

圖1 2011—2020年遼寧省城市韌性綜合評(píng)價(jià)值

圖2 2011—2020年遼寧省城市各子系統(tǒng)韌性評(píng)價(jià)值

2011—2020年,遼寧省整體城市韌性綜合評(píng)價(jià)值從0.055 6提高到了0.179 2,城市韌性等級(jí)從低等級(jí)升為中等,整體呈上升趨勢(shì),在2014年和2016年有小幅下降,從圖2可看出這與子系統(tǒng)中生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)評(píng)價(jià)值的波動(dòng)有較大關(guān)系。因工業(yè)廢水、廢氣排放量大和空氣質(zhì)量差,遼寧全省常出現(xiàn)嚴(yán)重霧霾天氣,對(duì)城市生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)韌性造成較大影響。城市經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)韌性水平大體上呈先上升后下降再上升趨勢(shì),應(yīng)大力促進(jìn)經(jīng)濟(jì)集約高效發(fā)展。城市社會(huì)和基礎(chǔ)設(shè)施兩個(gè)子系統(tǒng)韌性水平總體呈不斷上升趨勢(shì),其中城市基礎(chǔ)設(shè)施韌性漲幅較大,表明遼寧省各城市在這些方面建設(shè)取得了一定的成效。

2.1.3 遼寧省各城市韌性綜合評(píng)價(jià)結(jié)果及分析

根據(jù)上文構(gòu)建的城市韌性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,對(duì)遼寧省14個(gè)地級(jí)市2011—2020年數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合測(cè)算。以“十二五”“十三五”規(guī)劃起止時(shí)間為節(jié)點(diǎn),重點(diǎn)分析“十二五”規(guī)劃的開(kāi)端(2011年)、“十三五”規(guī)劃的開(kāi)端(2016年)以及“十三五”規(guī)劃的收尾年份(2020年)3個(gè)時(shí)間點(diǎn),14個(gè)城市韌性綜合評(píng)價(jià)值如圖3所示。從圖3中3個(gè)時(shí)間點(diǎn)看,遼寧省絕大部分城市韌性綜合評(píng)價(jià)值持續(xù)增加,僅鐵嶺市2016年較2011年有微小幅度下降,主要因經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)韌性水平下降較多。各城市韌性綜合評(píng)價(jià)值排名變化較大,其中沈陽(yáng)、大連、錦州、營(yíng)口和朝陽(yáng)的排名有較大幅度上升,鞍山、丹東、阜新、盤(pán)錦和鐵嶺的排名有大幅度下降,其余城市排名起伏不大。

圖3 2011年、2016年、2020年各城市韌性綜合評(píng)價(jià)值

為更直觀(guān)地體現(xiàn)出遼寧省各城市韌性等級(jí)的變化情況,運(yùn)用ArcGIS進(jìn)行可視化處理,繪制時(shí)空動(dòng)態(tài)演變圖,如圖4所示。各城市韌性等級(jí)持續(xù)提升,2011年大部分城市韌性等級(jí)為低,2016年絕大部分城市變?yōu)檩^低,2020年大部分城市變?yōu)橹械然蜉^高且沈陽(yáng)和大連達(dá)到高韌性等級(jí)。從空間角度來(lái)看,2011年和2016年遼寧省城市韌性水平總體發(fā)展相對(duì)均衡,沈陽(yáng)和大連作為中心區(qū)發(fā)展迅速,在2020年呈現(xiàn)出中心邊緣差異。

圖4 2011年、2016年、2020年遼寧省各城市韌性綜合評(píng)價(jià)等級(jí)空間分布

2.1.4 遼寧省各城市各子系統(tǒng)韌性綜合評(píng)價(jià)結(jié)果及分析

分別從經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、生態(tài)環(huán)境和基礎(chǔ)設(shè)施4個(gè)子系統(tǒng)角度,分析遼寧省14個(gè)地級(jí)市的城市韌性水平,以整合城市系統(tǒng)多元化的需求,促進(jìn)城市高質(zhì)量發(fā)展。

從經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)來(lái)看,遼寧省14個(gè)城市韌性水平整體呈現(xiàn)先降后升的態(tài)勢(shì)。其中沈陽(yáng)市和盤(pán)錦市韌性水平上升幅度較大,至2020年已成為14個(gè)城市經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)韌性水平最高的兩市,說(shuō)明近10年來(lái)沈陽(yáng)作為省會(huì)城市經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展起到了一定的引領(lǐng)作用,盤(pán)錦經(jīng)濟(jì)方面建設(shè)取得一定成效。在研究區(qū)間內(nèi),鞍山、撫順、丹東、鐵嶺經(jīng)濟(jì)韌性水平持續(xù)下降,其中鞍山工業(yè)經(jīng)濟(jì)依賴(lài)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè),鋼鐵、菱鎂產(chǎn)業(yè)不景氣直接影響其工業(yè)經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇態(tài)勢(shì);撫順礦產(chǎn)儲(chǔ)藏量開(kāi)采已達(dá)到70%以上,作為資源枯竭型城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展受限;丹東人口流失較為嚴(yán)重;鐵嶺GDP一直偏低,缺乏優(yōu)質(zhì)資源。這些城市應(yīng)及時(shí)進(jìn)行產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí),推進(jìn)業(yè)態(tài)創(chuàng)新,促進(jìn)產(chǎn)業(yè)融合全面發(fā)展,盡早恢復(fù)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展?fàn)顟B(tài)。其余城市的經(jīng)濟(jì)韌性水平先下降后上升,應(yīng)大力推進(jìn)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行穩(wěn)步復(fù)蘇。

從社會(huì)系統(tǒng)來(lái)看,遼寧省14個(gè)城市韌性水平存在較大的波動(dòng)。其中沈陽(yáng)、鞍山、丹東和遼陽(yáng)呈現(xiàn)先下降后上升的狀態(tài),其余城市均持續(xù)上升,說(shuō)明近10年來(lái)隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,遼寧省各城市的社會(huì)保障體系逐步完善,人民生活質(zhì)量也在不斷提高。2016—2020年,沈陽(yáng)市社會(huì)系統(tǒng)韌性迅速上升,至2020年已經(jīng)成為14個(gè)城市社會(huì)系統(tǒng)韌性水平最高的,應(yīng)努力保持社會(huì)系統(tǒng)發(fā)展活力,帶動(dòng)省內(nèi)城市協(xié)同發(fā)展。

從生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)來(lái)看,遼寧省14個(gè)城市韌性水平呈現(xiàn)出明顯的分異特征。其中本溪生態(tài)環(huán)境韌性水平持續(xù)上升,沈陽(yáng)、大連、錦州、營(yíng)口和朝陽(yáng)呈現(xiàn)先下降后回升的狀態(tài)。大連市近年來(lái)生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)韌性水平上升速度最快,至2020年明顯高于其他城市,可見(jiàn)大連市對(duì)于自然生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)保護(hù)的重視程度逐步提高。而在研究時(shí)間內(nèi)鐵嶺持續(xù)下降,鞍山、撫順、丹東、遼陽(yáng)、盤(pán)錦和葫蘆島呈現(xiàn)先升后降趨勢(shì),此發(fā)展趨勢(shì)主要與遼寧工業(yè)發(fā)展背景密切相關(guān),所以這些城市需加強(qiáng)對(duì)生態(tài)環(huán)境建設(shè)的重視程度,在發(fā)展經(jīng)濟(jì)的同時(shí)注重去污染化。

從基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)來(lái)看,遼寧省14個(gè)城市韌性水平均不斷上升。沈陽(yáng)市和大連市的城市基礎(chǔ)設(shè)施韌性水平增長(zhǎng)速率最快,至2020年已經(jīng)明顯高于其他城市,這與近年來(lái)它們更注重基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和加強(qiáng)基礎(chǔ)設(shè)施改造有關(guān)。其余各城市基礎(chǔ)設(shè)施韌性水平也穩(wěn)步上升,態(tài)勢(shì)良好,應(yīng)著力打造系統(tǒng)的、安全的現(xiàn)代化基礎(chǔ)設(shè)施體系。

3 結(jié)論與政策建議

根據(jù)上述研究,得出以下結(jié)論:

1)為推動(dòng)城市可持續(xù)發(fā)展、提升應(yīng)對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的能力,基于韌性理論,從經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、基礎(chǔ)設(shè)施和生態(tài)環(huán)境等4個(gè)維度構(gòu)建城市韌性綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。

2)運(yùn)用熵值法確定指標(biāo)權(quán)重,得到城市韌性綜合評(píng)價(jià)值,劃分城市韌性評(píng)價(jià)等級(jí)。以遼寧省為例,評(píng)估其整體和各城市及各子系統(tǒng)韌性水平。結(jié)果表明:近10年來(lái),遼寧省城市綜合韌性水平總體呈持續(xù)上升趨勢(shì)。其中,城市經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)韌性水平大體上呈先上升后下降再上升趨勢(shì);社會(huì)和基礎(chǔ)設(shè)施兩個(gè)子系統(tǒng)韌性水平大體上呈不斷上升趨勢(shì);生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)韌性水平在2016年之前波動(dòng)較大,2016年以來(lái)平穩(wěn)上升。

3)為直觀(guān)地表現(xiàn)出城市韌性等級(jí)變化,基于GIS空間分析法繪制時(shí)空動(dòng)態(tài)演變圖對(duì)時(shí)間、空間上的城市韌性差異進(jìn)行可視化分析。結(jié)果表明,從空間角度來(lái)看,遼寧省城市韌性水平總體發(fā)展相對(duì)均衡,沈陽(yáng)和大連作為中心區(qū)發(fā)展迅速,在2020年呈現(xiàn)出中心邊緣差異。

根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果及分析,為遼寧省各城市發(fā)展建設(shè)提出以下建議:

1)進(jìn)一步加強(qiáng)城市經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、生態(tài)環(huán)境和基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)韌性評(píng)價(jià)體系建設(shè),順應(yīng)產(chǎn)業(yè)升級(jí)、人口流動(dòng)和空間演進(jìn)趨勢(shì),促進(jìn)經(jīng)濟(jì)高效發(fā)展,以共同體的構(gòu)建整合多元化的需求推進(jìn)社會(huì)韌性建設(shè),同時(shí)高度重視生態(tài)環(huán)境資源可持續(xù)發(fā)展,提升城市基礎(chǔ)設(shè)施的運(yùn)行能力,積極提升各系統(tǒng)韌性水平。

2)加大核心城市帶動(dòng)周邊城市發(fā)展的力度,要素向周邊城市流動(dòng),資源合理配置,功能產(chǎn)業(yè)向周邊疏解,公共服務(wù)全面覆蓋,促進(jìn)大中小城市和小城鎮(zhèn)協(xié)調(diào)發(fā)展,結(jié)合區(qū)域發(fā)展背景,通過(guò)區(qū)域聯(lián)動(dòng)全面增強(qiáng)城市整體韌性水平。

3)根據(jù)各城市具體的實(shí)際狀況和與區(qū)域整體的發(fā)展需求,遵循發(fā)展規(guī)律,構(gòu)建科學(xué)適宜的城市韌性綜合評(píng)價(jià)體系,定期評(píng)估城市韌性狀態(tài)和發(fā)展趨勢(shì),從而制定切實(shí)可行的政策并定期評(píng)估政策實(shí)施效果,全面提升城市綜合韌性水平。