基于熵权法的城市韧性评估及...碍因子诊断——以河南省为例_游谋.pdf

第 卷 第期河南大学学报（自然科学版）年月 （）基于熵权法的城市韧性评估及障碍因子诊断 以河南省为例游 谋，邹泽铎，潘俊业，赵 威，孙浩航（河南大学 地理与环境学院区域发展与规划研究中心黄河中下游数字地理技术教育部重点实验室，河南 开封 ）收稿日期：基金项目：国家自然科学基金资助项目（）作者简介：游谋（），男，四川广安人，硕士研究生 研究方向：城市区域综合发展通信作者，：摘要：以河南省 个省辖市为研究对象，通过构建河南省城市韧性水平评估指标体系，测度 年河南省城市韧性水平，分析其时空分异与演变，并引入障碍度模型诊断其障碍因子及障碍度结果表明：研究时段内河南省城市韧性水平总体得分以及经济韧性、社会韧性、生态韧性和工程韧性个子系统得分均呈现出上升趋势；在研究时段内河南省城市韧性水平的总体差异呈缩小的趋势；中西部地区逐渐形成以高水平、中高水平为主的连绵分布区，东部和南部地区则形成以低水平、中低水平为主的连绵分布区；河南省城市韧性水平的空间集聚效应呈现先减弱再逐渐增强的趋势；子系统对河南省城市韧性水平的障碍度显著强度：工程韧性子系统社会韧性子系统经济韧性子系统生态韧性子系统实证研究结果可为河南省城市规划与实现城市可持续发展的政策制定提供有力支撑关键词：城市韧性；综合评估；障碍因子；河南省中图分类号：文献标志码：文章编号：（），（，）：，：，；，；：DOI:10.15991/ki.411100.2023.02.010 河南大学学报（自然科学版），年，第 卷第期 ：；引言 世纪以来，中国城镇化发展迅速，年末中国城镇化率为，年末中国城镇化率上升为 ，上升率为 依据此发展趋势，中国的城镇化率将在 世纪 年代达到 然而，在城镇化快速发展进程中，中国城市重视量的堆积而忽视质的追求等安全问题开始暴露，经济、社会、环境和基础设施等众多子系统面临的风险加剧、生态系统失衡等问题不断出现；同时，国内城市应对各类灾害的过程表现得脆弱无力，应对危机能力还有待提高在长期不可预测的冲击下，多次出现城市居民生命财产安全损失及社会功能失效等灾难性后果，其根源就在于中国城市的韧性水平不强 在国际城市日益追求高水平韧性的时期，韧性理念理应被纳入中国城市规划的目标体系中 因此，提高城市韧性水平，建设韧性城市正逐渐成为中国城市规划和发展关注的重点内容韧性的概念最早出现在物理学研究中，用于表示物体或系统在外力冲击下发生了改变，但在一定时间内可以恢复到原来状态的能力 年，生物学家 提出了生态韧性的概念，将生态韧性作为一种测量系统稳定性及其吸收变化和抗干扰能力的方法，来表示自然系统在其稳定状态中断后仍能恢复到原有状态的能力 韧性概念于 世纪 年代引入城市规划领域 从那时起，相关学者 和 对城市韧性的概念进行了广泛研究，但仍然没有统一的定义随后，多个国际组织定义了城市韧性例如，洛克菲勒基金会将城市韧性定义为城市中的个人、社区、机构、企业和系统生存和适应任何类型的慢性压力和急性冲击的能力研究人员还定义并解释了不同背景下的城市韧性例如，和 认为，城市韧性是城市预防和缓解灾害风险的能力；邵亦文认为，城市韧性是系统和区域通过合理准备，缓冲和应对不确定性扰动，实现公共安全、社会秩序和经济建设等正常运行的能力 等认为，城市韧性是指城市系统通过合理准备、缓冲和应对不确定干扰来实现正常运行的能力 一般来说，城市韧性可以概括为城市及其子系统在受到影响之前做好准备、抵御某些影响、适应变化和从影响中恢复的能力在本文中，城市韧性被定义为城市快速分散风险和恢复稳定以及减少自然灾害影响的能力基于多维视角构建合理的评价指标体系是城市韧性定量研究的基础洛克菲勒基金会于 年从领导力和战略、健康和福祉、经济和社会、基础设施和环境个维度提供了一系列城市综合韧性指标，然后通过 个指标以及 个评估问题的答案来衡量这个维度 这些指标为城市的多维功能提供了一个系统的评价框架然而，复杂的评分要求和主观评分标准使得该方法难以在不同国家广泛应用联合国减少灾害风险办公室（）推出的城市抗灾能力记分卡旨在为 年减少灾害风险计划中的城市提供一套抗灾能力评估记分卡提供了一组与韧性相关的问题，每个问题的分数不同，地方政府可以通过分析每个问题的得分和总分来评估其抗灾能力 等应用抗灾记分卡来检验香港的抗灾能力，选择 个指标来衡量香港的韧性，另有学者 等将记分卡应用于尼泊尔拉利特布尔 虽然这两项研究提供了丰富的指标来评估城市的恢复力，但它们的分析大都基于城市韧性的概念，围绕经济、社会、生态和基础设施个方面建立指标评价体系，进行综合测度分析，较少涉及各地区各种数据的运用和计算此外，为了确定每个指标的权重，多数研究根据评估者的主观经验确定权重，没有进行足够的实践及验证 在关于城市韧性的研究中，李亚、翟国方通过将层次分析法与熵权法相结合来确定城市抗灾能力指数的权重，且只使用特定年份每个城市的横断面数据，而没有研究韧性随时间的变化唐桂娟通过主成分分析来确定相关指标权重，但没有考虑城市的自然环境和基础设施 基于此，本文从经济、环境、基础设施和社会的角度选择指标体系，客观地总结城市韧性研究的相关指标，并对它们进行筛选，进而对城市韧性特征等进行研究河南省自然灾害主要以洪水、雪灾和低温冷冻为主根据河南省应急管理厅灾情年报统计，年河南省自然灾害共造成 万人次受灾，农作物受灾面积 ，有 间房屋受到严重损害，直接经济损失达 亿元因此，立足河南省城市发展现实，重新审视河南省现阶段城市发展模式，避免城市片面性发展，在经济、社会、生态及基础设施等领域寻求一条提高河南省城市韧性水平的道路具有重要意义 在此背景下，探索建设韧性城市成为实现城市安全、促进城市可持续发展的必要途径，不仅对河南省城市实现游 谋，等：基于熵权法的城市韧性评估及障碍因子诊断 以河南省为例 可持续发展具有重要意义，也可以为国内其他具有相同或类似背景的城市发展提供借鉴研究方法与数据来源研究区概况河南省位于我国的中东部地区，北临山西省和河北省，西靠陕西省，东接山东省和安徽省，南依湖北省（见图）全省总面积 万，截至 年末，河南省常住人口为 万，是我国的粮食生产主产区和重要的商品粮基地 河南省主要位于华北平原，东部和中部多为平原地区，西部地势较高，多为山地和丘陵地区，其面临的环境冲击主要有洪水、城市内涝、雾霾、重大基础设施事件及其他有害物质事件等，部分地区长期以资源开采为主的粗放型经营模式，产生了一系列的生态环境问题 此外，经济增长迟缓、产业转型升级较慢、结构调整不合理和科教融合没有受到足够重视等因素，极大地阻碍了河南省城市的持续发展，创新环境有待于进一步优化图河南省区位图 研究方法综合指数法城市韧性水平最终取决于各个子系统共同作用的结果，本研究中城市韧性评价包括个部分，分别是城市经济韧性指数（）、城市社会韧性指数（）、城市生态韧性指数（）、城市工程韧性指数（）和城市综合韧性指数（）首先借助熵权法测度河南省城市韧性水平评估指标的权重值，然后通过综合指数法对城市韧性水平进行评价 具体公式如下 所示对指标数据进行标准化处理，计算式为：（）（）（）（正向指标），（）（）（）（）（负向指标）.（）式中：，（为需要评估的城市数量或者年份）；，（为需要测度的指标个数）；为第个城市或年份第项的指标；为第个城市或者年份的第项的指标标准化后的数值计算第项指标的熵，计算式为：（）.（）式中：；河南大学学报（自然科学版），年，第 卷第期计算第项指标的权重，计算式为：.（）式中，且计算各子系统的韧性指数，计算式如下：，（），（），（）.（）计算城市综合韧性指数，计算式如下：.（）式中：、分别表示各个指标相对应的权重；、分别表示个准则层相对应的权重；，；，；，；，标准差椭圆本文将标准差椭圆的几何中心点作为河南省城市韧性水平的标准差椭圆在空间上的分布中心，通过其转移的方向和位置反映河南省城市韧性水平的空间特征变化公式如下：，（），.（）式中：和分别为第个市域单元的市政府中心所在地的地理坐标；为研究对象的属性值，即第个市域单元的城市韧性水平；，（）为河南省城市韧性水平的标准差椭圆的中心点坐标标准差椭圆方位角表示河南省城市韧性水平的发展方向，公式如下：.（）式中：和分别表示市域单元行政中心点坐标，（）与河南省城市韧性水平的标准差椭圆中心点坐标，（）的地理坐标偏差；为标准差椭圆的方位角标准差椭圆长、短轴的标准距离分别表示河南省城市韧性水平在空间主、次方向上的分布范围；短轴与长轴的比值表示河南省城市韧性水平的空间分布形状，比值越接近，反映标准差椭圆的形状越临近于圆形，空间分布的特征越趋于均质化 公式如下：，（）.（）式中：和分别为标准差椭圆长轴和短轴的标准距离；其他变量同上式全局空间自相关本文用此方法测算河南省城市韧性水平的空间集聚特征 计算式为：（）（），（）游 谋，等：基于熵权法的城市韧性评估及障碍因子诊断 以河南省为例 （），（）.（）式中：和用来表示第个市域和第个市域的城市韧性水平；为创建的基于邻近关系的空间权重矩阵 指数均在，之间取值，）表示评价对象属性值呈空间负相关，表示评价对象属性值互不相关，值在，（表示评价对象属性值呈空间正相关冷热点分析借助 指数来识别河南省城市韧性水平的高值集聚区域和低值集聚区域，公式如下：（），（）（）（）（）.（）式中：（）代表冷热点分析过程的测度检验值；表示 的统计个数；（）和（）分别表示的期望值和方差 若（）显著为正，则表明存在高值集聚区（热点区）；若（）显著为负，则表明存在低值集聚区（冷点区）障碍度模型通过构建障碍度模型测度各子系统指标对河南省城市韧性整体水平的障碍度，即子系统指标对河南省城市韧性整体水平的制约因素通过引入因子贡献度、指标偏离度、系统层障碍度和指标层障碍度这个指标计算河南省城市韧性水平的各系统层和指标的障碍度 计算式如下 ：，（），（）（）（），（），.（）式中：因子贡献度表示子系统内的单项指标对河南省城市韧性水平总目标的贡献程度，即准则层单项指标的权重；指标偏离度代表子系统内单项指标与河南省城市韧性水平目标之间的差距，即子系统内单项指标的极差标准化值 与 之差；系统层障碍度代表河南省城市子系统层的障碍度和指标层障碍度；表示子系统内单项指标的障碍度，.，数据来源本文的研究对象是河南省的 个地级城市和个省直管县级城市济源，研究范围是上述 个城市的市域 选取 年为研究时段，数据主要来源于 年 中国城市统计年鉴、年 河南统计年鉴 及 年河南省 个地级市和个省直管县级市济源的统计年鉴，以及 年河南省 个地级市和个省直管县级市济源的国民经济与社会发展统计公报，部分数据来自 年河南省生态环境统计年报网站指标体系通过对国内外城市韧性评价指标研究的借鉴及归纳分析，梳理王枫、黄天能及徐少癸构建的城市韧性评价指标体系 ，采用障碍度大于作为识别障碍因子的原则，参考赵瑞东等 研究构建的城市韧性水平评估指标体系（见表）根据城市韧性概念内涵进行城市韧性子系统影响因素识别，其中经济韧性反映的是城市在面对外界干扰时保持原本经济水平正常发展的能力，选用发展水平、产业结构、资本利用、对外贸易和科研投入等指标进行衡量；社会韧性反映的是城市在遭遇突发事件时维持社会稳定的能力，选用居民人口密度、城镇化率、医疗保障、教育投入、公共服务及人口密度等指标进行衡量；生态韧性反映的是当城市在面对生态环境破坏与生态环境恶化时，生态环境修复的能力，选用绿化率、三废排放量及污染物处理和利用等指标进行衡量；工程韧性表示在城市化进程中各项基础设施的建设和服务水平，选用通讯、网络、供排水、基础设施和道路交通等指标进行衡量 遵循整体性、导向性和可获取性原则，结合中国城市的现状和特色，河南大学学报（自然科学版），年，第 卷第期考虑河南省城市发展水平差异，构建包含个目标，个准则，个领域，个指标的系统化体系综合评估城市韧性，并利用障碍度模型测算河南省各分项指标的障碍度表河南省城市韧性水平评估指标体系 目标层准则层权重领域层指标层编号权重城市韧性经济韧性 社会韧性 生态韧性 工程韧性 经济实力经济多样性经济稳定性城市抗灾能力人口承受能力问题应对能力服