基于韌性理論的安徽省城市韌性時空演進分析

章蓓蓓,劉仡智

(1.安徽建筑大學經濟與管理學院,安徽 合肥 230022;2.安徽省房地產與住房公積金研究院,安徽 合肥 231633)

重大突發自然災害事件對城市是巨大挑戰,也是建立韌性城市的機遇[1]。城市作為最復雜的社會生態系統,承受來自外界和自身的沖擊和擾動,其中地震、颶風、能源短缺、氣候變化等因素帶來累積型沖擊,增加了不確定性[2]。近年來,頻發的災害使城市系統屢屢受創,而城市規模的不斷擴大和蔓延增加了其在面對各類災害風險時的脆弱性和在治理方面的不確定性。城市外部的自然環境極為復雜,臺風、洪水等自然災害威脅著各個城市。據不完全統計,2022年中國各種自然災害共造成超過1億人次受災,局部地區山洪災害頻發,共有38次區域性暴雨天氣,因臺風災害造成的直接經濟損失達54.2億元。這些外部沖擊無法單一地去針對,城市應當建立一個可以在任意時間地點應對任意外部沖擊的系統,為解決這些問題,城市需要采取專業的抵抗措施,追求可持續發展。而韌性城市具備抵御外界沖擊的能力,展現韌性強度。城市應當在受到自身條件限制的情況下,建立和發展韌性城市更好地應對外界環境沖擊,保護居民生命和財產安全,創造穩定可持續的未來[3]。

根據《安徽省2021年政府工作報告》,安徽省將在“十四五”期間著力推進城市規模的合理發展,重點關注人口密度和空間結構,以建設韌性城市為目標,通過城市大腦建設和城市治理現代化水平的提升,推動城市韌性評價指標體系的建立。同時,注重城市韌性的提升,努力實現安徽省城市的高質量發展。這一系列舉措將為安徽省的城市發展帶來更多機遇和挑戰,也將為人民提供更好的生活環境和發展機會。

一、理論基礎

“韌性”一詞最早來源于物理學概念,表示材料在塑性變形和破裂過程中吸收能量的能力。材料學中,韌性指材料受到使其發生形變的力時對折斷的抵抗能力。1973年生態學家Holling[4]將“韌性”作為一種生態學研究框架,其意為一種能夠使生態系統在受到外界的干擾和破壞后仍然能恢復到原本穩定狀態的能力[5]。韌性理論也推廣至社會學、心理學領域,指個體能在重大創傷或應激之后恢復最初狀態,在壓力的威脅下能夠頑強持久、堅韌不拔,強調個體在挫折后的成長和新生。

隨后,韌性理論被引入到現代城市研究領域。2002年,倡導地區可持續發展國際理事會首次提出“韌性城市”的概念并引入城市防災研究中。在此之后城市經濟韌性從經濟學角度闡述了城市在受到外界沖擊后重新回到平衡態的理念,注重城市災害的恢復能力。在災害學中,韌性城市注重城市對外界災害的抵御能力。從社會學角度,韌性城市是指社會結構與人類社區的有機結合,通過對城市物質的系統規劃,面對災害時,注重發揮社區成員的力量。浙江大學城市韌性研究中心認為韌性城市是城市能夠憑自身的能力抵御災害,減輕災害損失并合理地調配資源以從災害中快速恢復過來,即能夠從過往的災害事故中學習并提升適應能力。在此之后,“經濟韌性”“生態韌性”“工業韌性”等城市韌性概念引起了學者們的廣泛關注,越來越多的學者和研究機構將城市韌性歸納為一系列能力的集合,主要包括城市抵御、適應、維持、恢復和發展等能力。

二、城市韌性指標框架的構建

對城市韌性評價的研究越來越多,評價指標體系構建有不同方法、不同維度。有學者從氣候災害、經濟、社區、組織和基礎設施5個韌性方面并結合國際案例分析構建城市韌性指標體系[6],以及從物理空間、社會空間和信息空間3個維度構建城市韌性指標體系[7]。Cutter等[8]依據城市組成因素構建城市韌性評估指標體系,并加入了社區能力指標。Suárez等[9]則從社會生態系統視角篩選指標來構建城市韌性恢復力框架,并對西班牙部分城市進行案例研究。還有研究關注城市韌性的具體問題,如從壓力指標、狀態指標和響應指標3個方面,來構建城市雨洪韌性指標體系[10];從經濟、物質、制度、社會和自然5個方面構建城市韌性評估體系[11]。城市韌性評價方法普遍采用系統動力學[12]、熵權法[13]、TOPSIS法[14]、GA-BP神經網絡[15]等方法。

目前城市韌性研究在國內得到了足夠的重視,越來越多的學者從不同的維度討論城市韌性。但國內的韌性城市指標構建基本都圍繞著城市本身的特性,很少有研究從韌性的概念出發。韌性概念從最早物理學領域到現在現代城市研究中,始終圍繞著抵抗、適應和恢復三個理論重點展開解釋。經眾多學者在韌性領域和現代城市領域中的研究得知,城市韌性不僅強調城市具有預防災害、抵抗災害的能力,而且還需要具有在災后迅速恢復和學習的能力,以更有效應對下一次災害[16]。所以,本研究從韌性的理論出發,以抵抗力、恢復力和適應力3個維度構建城市韌性評價指標體系。

抵抗力[17]是城市在遇到災害的情況下通過基礎設施來減少受到的災害的能力。這要求城市的居民在抵抗災害時擁有一定的防害意識和基礎知識,以確保當災害來臨時,居民能夠在短時間內自主、積極地展開防害措施,來減少不必要的人員傷亡和經濟損失。選取以基礎設施為主的抵抗力韌性指標,包括人均道路面積、全社會用電量以及人均居住面積和衛生機構床位數等。

適應力[18]是城市在面對不同等級的災害時都能以一個平穩的狀態來度過自然災害的能力。城市的適應力是通過人與城市生態的相互協調、相互反饋所形成的。當災害來臨時,城市的生態系統將遭受巨大的損失,所以良好的城市循環系統可以提高對自然災害的適應力。不僅是生態,在適應災害的能力中,城市的社會結構也表現出重要的作用。研究選取以城市生態為主的適應力韌性指標,包括建成區綠化覆蓋率、人均生活日用水量以及人口密度和人口自然增長率等。

恢復力是城市在受到災害后,從不平衡狀態及時回歸到平衡狀態的能力?；謴土χ庇^的表現便是城市在災后及時消除災情帶來的影響,重新恢復城市的秩序并且從災害中得到經驗與教訓,為之后的災害做好應對準備。其中,城市的經濟水平和社會福利等都將影響城市在災后的恢復狀態。研究選取以經濟指標為主的恢復力韌性指標,包括人均GDP、城鎮居民人均可支配收入以及高校學生在校人數,城鎮登記失業率和失業保險參保人數等。

在指標的指向性中,對城市的發展具有正向效果賦予指標正向性;反之,賦予指標負向性。最終確定的城市韌性評價指標體系如表1所示。

三、模型的構建

1.評價模型

熵值是不確定性的一種度量,信息量越大,不確定性越小,熵就越小;信息量越小,不確定性越大,熵就越大[19]。結合各項指標的變異程度,研究采用熵值法對城市韌性指標權重進行賦權[20],進而計算城市韌性綜合得分。步驟為

(1)構建原始數據矩陣X

X={xij}(i=1,2,…,m,j=1,2,…,n)

(1)

式中:i為評價城市,共m個;j為評價指標,共n個,xij是第i個城市的第j個指標。

(2)數據標準化處理

對樣本進行歸一化處理以消除指標類型和量綱之間的影響,針對正向指標和負向指標分別進行無量綱化處理。

正向指標:

(2)

負向指標:

(3)

第j項指標下第i個城市占該指標的比例pij為

(4)

(3)指標信息熵值和信息效用值

第j項指標的信息熵值ej為

(5)

信息效用值dj取決于信息熵ej與1的差值,即

dj=1-ej

(6)

(4)評價指標權重

第j項指標的權重wj為

(7)

(5)計算綜合得分

第i個城市的城市韌性綜合得分Fi為

(8)

2.耦合度模型

安徽省各市城市韌性中抵抗力、適應力和恢復力存在相互關系,進一步利用耦合協調度模型,來探究安徽省各市城市韌性協調發展程度。耦合協調度模型是分析兩個或兩個以上的系統在自身及外界的作用下產生的相互影響的行為,耦合度是對耦合狀態程度的描述與衡量[21]。

抵抗力、適應力和恢復力的耦合度C可通過如下公式計算

(9)

式中:u1為抵抗力綜合得分;u2為適應力綜合得分;u3為恢復力綜合得分。進一步計算耦合協調度D

(10)

式中:T為耦合協調發展水平的綜合評價指數;α、β和δ為待定系數,分別表示抵抗力、恢復力和適應力的重要程度,其中α+β+δ=1。本研究認為三者對城市韌性發展同樣重要,故將α、β和δ各取值1/3。

四、安徽省城市韌性時空維度演進分析

1.時間維度總體趨勢

考慮到城市韌性動態變化的特點、數據的可獲得性以及研究區內的實際情況,時間梯度設定在2011—2020年。數據來源于2011—2020年的《中國統計年鑒》《安徽省統計年鑒》《中國城市建設統計年鑒》以及各地級市統計年鑒。由于個別指標數據的缺失,通過相鄰年份采用插值法予以補齊。

根據評價模型測定2011—2020年安徽省16個地級市的城市韌性,結果如圖1、表2所示。各地級市城市韌性均呈現穩步增長趨勢,但存在較大分化格局。合肥城市韌性遙遙領先,遠高于安徽省其他地級市;其次是馬鞍山和蕪湖,兩市的韌性得分差距較小,呈現協同增長;其余13個地級市的韌性得分集聚性很強,城市韌性綜合得分增速最快。

圖1 2011—2020年各市城市韌性綜合得分

表2 典型年份各市城市韌性綜合得分

2.韌性等級劃分

按城市韌性時間序列綜合得分的集聚程度,將其分為3個韌性級別:

(1)高韌性城市

合肥是高韌性城市,與安徽省其他城市的韌性差距在2020年達到最大,綜合得分比第二名蕪湖高出0.401;但又表現出“高韌性低輻射”,對周邊城市的區域輻射和帶動能力不強。合肥與其他城市的城市韌性差距依然有擴大趨勢,空間極化格局在短時間內很難改變。

(2)中等韌性城市

蕪湖和馬鞍山是中等韌性城市,城市韌性綜合得分僅次于合肥市,2011—2020年的年均城市韌性得分分別為0.323和0.336。

(3)低韌性城市

其余十三所城市為低韌性城市,城市韌性區分度不大,呈低韌性高增速發展趨勢。宣城市、滁州市等八個城市的城市韌性年均增長率高于安徽省平均水平,其中宣城市最高為11.97%,從2011年的第14名躍升至2020年的第6名。

3.時間維度耦合協調分析

利用耦合協調度模型分析抵抗力、適應力和恢復力的協調發展水平。各市的耦合協調度在不斷增長(見圖2);合肥市以高耦合協調度遙遙領先,池州市的耦合協調度最低;除合肥外,剩下15個地級市在2015年之后呈現出中等耦合的特性,且耦合協調度集聚性變強。這種現象表明,安徽省各市在城市韌性領域方面的發展正逐漸向互動協同的方向邁進,各地區發展趨于同步,集聚效應顯著增強,這有助于提升區域整體發展的協調性。

圖2 2011—2020年各市城市韌性耦合協調度

4.空間維度總體趨勢

為進一步從空間角度分析安徽省各市城市韌性發展的空間特征,利用Arcgis 10.8軟件對2011、2015和2020年安徽省各市城市韌性綜合得分以及抵抗力、適應力和恢復力得分進行可視化處理[22]。由圖3～圖6可以看出,各市總體城市韌性水平中等,并且在研究期內逐漸改善。安徽省城市韌性發展水平不均衡,以合肥市為中心,城市韌性不斷向外遞減,表現出東部高西部低、中部優于南北部的特點。

圖3 各市城市韌性綜合得分時空分布

圖4 各市抵抗力得分時空分布

圖5 各市適應力得分時空分布

圖6 各市恢復力得分時空分布

5.空間特征分析

(1)抵抗力得分空間演進分析

抵抗力方面,在2011年全省各市抵抗力都很高,甚至省域邊界城市比中心城市的抵抗力還要高,只有南部城市的抵抗力較低。但2020年抵抗力指標分化加大,呈現了東部高西部低的特點。皖東城市憑借優越的地理位置、發達的交通網絡,快速建設城市基礎設施,吸收先進現代城市管理理念,逐步拉大與皖西城市的抵抗力水平的差距。

(2)適應力得分空間演進分析

適應力方面,安徽省各市空間分布均衡,東西部差異也在逐漸縮小。安徽省對生態環境的建設推進到每一個市,使得每個地級市的生態文化建設都得到了良好的發展,這對于各市城市韌性的發展提供了重要的作用。

(3)恢復力得分空間演進分析

恢復力方面,安徽省空間分化格局最為明顯,東部高西部低的特征最為明顯。皖西地區由于深入內陸,交通不便利等原因,經濟發展逐漸與交通便利的皖東地區拉開差距,并且這種差距在短期內不會縮小。

五、結 語

通過對2011—2020年安徽省16個地級市的城市韌性綜合得分以及時空演進特征分析發現:時間維度上,安徽省各市城市韌性呈現穩步上升趨勢;合肥市城市韌性最高,但輻射能力低,沒有起到對周邊的帶動作用;低韌性城市較多,但城市韌性增長速度快;各市城市韌性發展的耦合協調性呈現出中等協調且集聚性增強的特征?？臻g維度上,呈現以合肥市為中心、東部高西部低的空間分化格局;抵抗力和恢復力空間分化明顯,適應力則表現相對均衡。

基于上述研究結論,對安徽省進一步提高城市韌性、優化空間布局、各市協同發展提出以下建議:

一是針對高韌性城市,合肥市作為省會城市應充分利用其引領和輻射作用,以自身為核心構建城市網絡,實現促進區域經濟和社會發展的目標。應不斷增強與各市的協同治理能力,加強城市圈建設,充分發揮省會城市的帶動作用,讓高韌性的網絡結構和現代化城市管理理念逐步向外擴散,將整個區域的發展質量和速度提升到新的層次,形成具有強大韌性和穩定性的區域發展新格局。

二是針對中等韌性城市,馬鞍山市和蕪湖市應繼續保持經濟的穩步增長,不斷投資基礎設施建設,以促進城市的可持續發展,還可借鑒高韌性城市的成功經驗,制定出適合自身特點的政策措施,以更好地推動各行業、各領域的發展。此外,教育和醫療也是如上兩個城市主要的發展領域,需通過改革和創新來提高服務質量,使之滿足市民的需求。

三是針對低韌性城市,低韌性城市普遍存在著基礎設施落后、市場競爭力不足、生態建設不被重視的情況。低韌性城市應從政策方面支持特色產業和創新產業,加強各個城市之間在產業合作、人才培養、技術創新等方面的合作,共同學習先進城市的管理理念,逐步推進數字化管理,使城市管理與數字治理相結合,不斷提高各城市的韌性城市建設水平。發揮地理優勢,調整產業結構,建立健全城市公共安全檢測和應急響應機制。根據各市的實際情況,優化基礎設施占財政支出的比例,實現城市一體化發展,提高城市韌性。