河南省城市韌性時空格局演變及子系統耦合協調研究

李東海，張丹洋

（安徽建筑大學公共管理學院，安徽 合肥 230601）

城市面臨問題的復雜性與不確定性日益突出，傳統被動式減災策略難以適應城市可持續發展要求，提升城市韌性治理能力已成為全球城市治理領域研究者的共識［1］。2020年10月《中共中央關于制定國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和二〇三五年遠景目標的建議》首次將“韌性城市”理念納入國家戰略規劃［2－3］。近年來，隨著城市化進程的加快，河南省各地市在快速發展的同時，城市安全問題也愈發突顯。2021年7月河南省鄭州市遭遇特大暴雨災害，全省因災死亡失蹤398人，直接經濟損失達1 200.6億元。因此，面對突發性的重大危機事件，如何提高城市韌性以預防、應對危機以及在危機后快速恢復城市功能，成為城市治理的重要課題。

城市韌性是指城市及其子系統通過合理準備以防范、回應、適應公共危機帶來的沖擊并維持系統正常功能的能力。學者們對其研究主要集中于以下三方面：一是對其理論內涵研究，多以適應系統［4］、風險災害防治［5］、城市治理［6］等為研究視角，理論內涵從基礎設施延伸到人文環境，不斷得到豐富拓展；二是量化評估研究，研究范圍從全國［7］、省域［8］、城市群［9］、單個地級市［10］再到縣域［11］，研究方法包括層次分析法［12］、BP神經網絡［13］、DPSIR模型［14］、GIS空間分析［15］等；三是城市韌性的交叉研究，包括城市韌性與產業結構［16］、城鎮化水平［17］、土地利用效益［18］等的耦合協調研究。

關于城市韌性的研究已經發展到了一定階段，學者對城市韌性的測度評估多以城市不同的子系統建立評價體系，而對系統間的相互關系研究尚少。城市韌性的建設是一個典型的多維決策問題，韌性水平的提升需要針對城市各子系統不斷提質優化并協調發展，在面臨危機時應確保每個系統均能正常運轉。本文以經濟、社會、生態、基礎設施4個維度構建河南省城市韌性評價體系，借助TOPSIS熵權法模型測度河南省城市韌性水平以及時空演變特征。在此基礎上，進一步運用耦合協調模型測算城市韌性子系統間的相互作用，以期為河南省城市韌性水平和安全指數的提升提供決策參考，同時為其他具有相似背景的城市韌性建設提供經驗借鑒。

1 研究區域概況

河南省，簡稱“豫”，是中華民族和華夏文明的重要發源地。地處我國中東部（北緯31°23′～36°22′，東經110°21′～116°39′），地勢西高東低，跨長江、黃河、淮河、海河等四大流域，屬北溫帶向暖溫帶過渡的大陸性季風氣候，氣候復雜，自然災害頻發。全省總面積16.7萬km2，截至2022年末，全省常住人口為9 872萬人。河南省共有18個地級市，其中濟源市是省級直轄縣級市，未納入研究范圍。各地級市2016—2021年的數據主要摘自《河南省統計年鑒》《中國城市統計年鑒》。

2 指標體系建構

本文參考劉江艷等［19］、張振等［10］以經濟、社會、生態、基礎設施構建4個準則層（包含23個指標層），建立河南省城市韌性評價指標體系（見表1）。

表1 河南省城市韌性評價指標體系

3 研究設計

3.1 指標數值的預處理

（1）構建原始指標矩陣。

假設選取n個地級以上城市作為樣本，設計m個評價指標，Xij表示第i個城市的第j個評價指標值，進而構建原始矩陣X，公式為

（2）指標無量綱化處理。

為使指標數據間具有可比性，需要對所有指標數據進行無量綱化處理。

正向指標處理

負向指標處理

式中：xij為第i個城市的第j個評價指標的原始值；x′ij為經過無量綱化處理后的值。

3.2 指標賦權

計算指標權重是TOPSIS建立模型的關鍵［20］，為避免人為主觀賦權產生的偏差，采用熵權法確定權重。

（1）計算第j項指標下第i個城市占該指標的比重或貢獻度

（2）計算各項指標的熵值

（3）計算各項指標熵值ej的差異性系數dj，公式為

（4）計算各項指標的權重wj并構建加權矩陣Zij，公式為

式中：Wj為權重矩陣；X′ij為標準化后矩陣。

3.3 城市韌性評估模型

TOPSIS常用于多目標決策，而對城市韌性度進行評價是一個典型的多準則決策問題［20］，所以此方法適用于城市韌性的評價。

最優解I＋和最劣解I－公式為

式中最優解I＋和最劣解I－由I中每列的最大值和最小值構成。

每一個評價指標與I＋和I－的歐式距離和公式為

各評價城市與最優方案的貼近度公式為

式中Ci為第i個城市的綜合韌性貼近最優水平的程度。Ci?。?，1］，Ci越大，該城市韌性水平越高。

3.4 城市韌性子系統耦合協調模型

城市韌性是多個子系統耦合作用的復合系統，本文采用來自物理學的容量耦合系數模型。耦合度計算公式為

式中：C表示城市韌性子系統的耦合度，且0＜C≤1，C值越接近1，各子系統之間的相關性越強；U1、U2、U3、U4分別表示經濟、社會、生態、基礎設施的發展指數。

耦合協調度計算公式為

式中：D為耦合協調度，0＜D≤1，D值越接近1，各子系統間協調發展程度越高；α、β、χ、δ分別代表經濟、社會、生態、基礎設施4個準則層的權重系數，且α＋β＋χ＋δ＝1?？紤]到4個子系統對城市韌性建設同等重要，故α、β、χ、δ取值均為0.25。

4 結果與分析

4.1 河南省城市韌性時空演變分析

4.1.1 城市韌性的時序演變

計算可得河南省城市韌性值與城市子系統韌性值如圖1、圖2所示。

圖1 河南省城市韌性值

圖2 河南省城市子系統韌性值

由圖1可知，河南省城市韌性水平整體呈逐年增長趨勢，其中2020—2021年城市韌性水平增長較快，2017—2020年增長趨勢呈平緩狀態。相比于2016年的韌性水平，2021年河南省城市韌性水平增長了0.062，表明隨著河南省城鎮化水平的不斷提升，各市經濟、社會、生態、基礎設施等方面得到了提升和完善。

由圖2可知，河南省城市4個子系統韌性水平均呈上升趨勢，呈現“生態韌性＞基礎設施韌性＞經濟韌性＞社會韌性”的特征。具體而言，生態韌性水平最高，增長趨勢最為明顯，這是因為河南省自2015年提出綠色發展理念之后，在“十三五”規劃中明確了“生態環境質量總體改善”的發展目標并較好地組織實施。2021年河南省人民政府發布《河南省“十四五”生態環境保護和生態經濟發展規劃》，指出“‘十四五’時期是實現生態環境質量改善由量變到質變的關鍵時期”。2021年河南省基礎設施韌性快速增長，創歷史新高，表明在遭遇特大暴雨災害之后，各市更加注重基礎設施的資金投入和項目完善。經濟韌性在2017—2018年有所下降，是因為2017—2018年河南省大范圍遭遇了近十年最嚴重的秋季連陰雨、山洪、泥石流、雪災等多種自然災害，全省大面積的農作物嚴重受災，經濟損失慘重。2021年河南省遭遇嚴重降雨天氣，而全省經濟韌性不降反增，一方面反映了我國“一方有難，八方支援”的強勁凝聚力和建設力，另一方面反映了河南省產業結構的優化升級，經濟發展更加多元化。2016—2019年社會韌性值最低，且年增長趨勢不明顯，是因為河南省人口較多造成的多種社會問題一定程度上制約了社會發展，但在2019—2021呈明顯增長趨勢，說明此期間河南省的社會發展水平有所提高。

4.1.2 城市韌性的空間格局演變

2016—2021年河南省各地市綜合韌性水平如表2所示。鄭州市作為省會城市，同時也是國家中心城市和國際綜合交通樞紐中心，有著得天獨厚的資源聚集能力，城市韌性水平始終居于首位?！多嵵菔谐鞘锌傮w規劃（2018—2035年）》進一步促進鄭州市經濟、社會、生態、基礎設施的發展和完善，為持續增強城市韌性提供戰略引領。其他地市韌性水平與鄭州市相比差距較大。近年來許昌市城市韌性水平增長迅速，韌性值在2016—2017年增長迅猛，上漲幅度最大。許昌市韌性水平的大幅提高得益于“鄭許融合”“鄭許一體化”的省級戰略規劃以及許昌市“智造之都，宜居之城”的城市定位。三門峽市一直居于最末，2021年與鄭州市的城市韌性值相差0.693，差距有所增大。三門峽地處河南西部，多為山地、丘陵地區，地形復雜，交通不便，說明城市所在地的地形地貌與城市韌性建設也有關聯。濮陽市作為資源枯竭型城市，城市韌性水平排在第15位或第16位，相比于2016年的城市韌性綜合評價值，2021年上漲了0.050，其中2018—2021年上漲幅度較大，說明濮陽市城市轉型發展效果突出，推動了城市韌性水平的提升。平頂山市在2016年城市韌性水平處于第7位，自2017年開始韌性水平排名跌落至第11位，說明平頂山市在推動自身經濟轉型發展方面稍顯不足，地理原因與城市交通問題也是困擾平頂山市韌性發展的重要因素。

表2 2016—2021年河南省各地市綜合韌性水平排名

利用ArcMap10.8軟件將各市韌性水平的時空變化通過可視化方式呈現（見圖3）。河南省城市韌性水平劃分：“0.105～0.125”為低韌性水平；“0.126～0.152”為中低韌性水平；“0.153～0.176”為中等韌性水平；“0.177～0.247”為中高韌性水平；“0.248～0.840”為高韌性水平。

圖3 城市韌性空間分布

由圖3可知，河南省城市韌性水平變動呈現多樣化趨勢，區域間韌性水平差異明顯。中西部城市韌性水平較高，逐年形成高水平、中高水平的連綿分布區，東部地區城市韌性提升較快，逐年形成以中等水平、中高水平為主的連綿分布區。中西部地區城市韌性水平總體高于其他區域，西部和北部區域部分城市韌性水平提升緩慢，常年處于低韌性和中低韌性水平。2016年，河南省高韌性水平的城市只有鄭州市，中高韌性城市有洛陽市和南陽市，處于低等韌性水平的有鶴壁市、濮陽市、漯河、三門峽市，中低水平的有開封市、許昌市、信陽市，其他城市處于中等韌性水平，中等韌性水平城市與中低、低韌性水平城市在東部呈雙“C”環扣式分布（見圖3（a））。2018年高韌性水平城市仍集中分布于西北地區，以鄭州市、洛陽市為主，多數中等韌性水平城市達到中高韌性水平（見圖3（b））；2021年高韌性水平城市增至3個，集中分布于中西部和西南部，分別是鄭州市、洛陽市、南陽市，全省僅有一個中低韌性水平城市，分布于西部地區（見圖3（c））。北部部分城市尚處于中等韌性水平，其他區域多數城市達到中高韌性水平。

4.2 城市韌性子系統耦合協調分析

為了能夠反映各子系統間的耦合度和耦合協調關系，參考王淑佳等［21］的研究結果構建耦合評價等級（見表3）。

表3 耦合評價等級

4.2.1 耦合度分析

河南省城市韌性子系統耦合度均大于0.6，在2016—2021年處于極度耦合和高度耦合兩種狀態（見表3、圖4）。由圖4可知，鄭州市、洛陽市、安陽市、平頂山市、新鄉市、南陽市和商丘市一直保持極度耦合狀態，說明這些城市的經濟、社會、生態、基礎設施韌性間關聯性大，聯系緊密。耦合度下降趨勢較為明顯的為開封市、南陽市和鶴壁市。開封市在2016—2021年的耦合度呈直線下降趨勢，2021年其耦合度從極度耦合降為高度耦合。鶴壁市城市韌性子系統耦合度在2021年出現明顯下降趨勢。南陽市自2018年耦合度大幅下降后，此后三年未有上升。開封市、鶴壁市的城市韌性子系統間關聯性的大幅下降，說明此3個城市發展策略需要進一步調整。濮陽市、漯河市、三門峽市和周口市城市韌性子系統始終保持高度耦合狀態。許昌市和信陽市在2021年的耦合度達到極度耦合。隨著許昌加入鄭州都市圈以及鄭州都市圈一體化發展快速推進，許昌市乃至鄭州都市圈內其他城市的城市韌性子系統耦合度有望在今后得到進一步優化。

圖4 不同城市耦合度值年際變化

4.2.2 耦合協調度分析

河南省城市韌性子系統耦合協調度均大于0.3，城市韌性子系統耦合協調度處于良好協調、勉強協調和瀕臨失調三種層次，隨著時間的推移，輕度失調城市消失，勉強協調城市增多，初級協調城市顯現（見表3、圖5）。由圖5可知，鄭州市耦合協調層次最高，且耦合協調度在近年來呈不斷上升趨勢，2021年達到0.869 1，隨著鄭州都市圈一體化建設，鄭州發展潛力和活力將不斷被激發，未來鄭州市極有可能晉升為優質協調層次。洛陽在2016—2019年處于勉強協調層次，2020年一躍晉升初級協調層次，說明洛陽近年來“不斷提升城市品質，完善城市功能”的發展規劃效果突出。南陽市在2020—2021年的城市韌性子系統耦合協調度上升較快，2021年城市韌性子系統耦合協調度達到0.609 0，進入初級協調層次，說明該市近年來積極進行城市建設與規劃效果明顯。三門峽市在2016—2017年處于輕度失調層次，2018—2021年進入勉強協調層次，六年間耦合協調度最低，發展緩慢，這是因為三門峽市本身工業基礎薄弱，加上地形限制，城市發展受限，縣市發展不協調，市區規模小，“供血”能力疲弱，導致社會、經濟、生態、基礎設施等方面發展不平衡且發展緩慢。

圖5 不同城市耦合協調度值年際變化

5 研究結論

通過對河南省17個地級以上城市2016—2021年城市韌性水平的測量和評價，得出以下結論：

（1）從時序演變上看，河南省各城市韌性水平呈緩慢上升趨勢，4個子系統韌性水平呈現“生態韌性＞基礎設施韌性＞經濟韌性＞社會韌性”的特征，其中，生態韌性水平較高，增長趨勢明顯。

（2）從空間格局演變來看，中西部城市韌性水平較高，逐年形成高水平、中高水平的連綿分布區。東部地區城市韌性提升較快，逐年形成以中等水平、中高水平為主的連綿分布區。中西部地區城市韌性水平總體高于其他區域，西部和北部區域部分城市韌性提升緩慢，常年處于低韌性和中低韌性水平。截至2021年，中西部與西南部韌性較高，西部韌性較低，多數區域達到中高韌性水平。

（3）河南省城市韌性4個子系統在2016—2021年的耦合度處于極度耦合和高度耦合兩種狀態。城市韌性子系統耦合協調度大多處于良好協調、勉強協調和瀕臨失調等3種層次，隨著時間的推移，輕度失調城市消失，勉強協調城市增多，初級協調城市顯現。

（4）研究中發現地勢地貌也是影響城市韌性水平的重要因素，因此以地形地貌角度對城市韌性水平的評價還需進一步探討。

6 河南省城市韌性提升策略

加強城市韌性建設，提高城市韌性水平是城市抵御侵擾、保障人民安全的重要舉措。河南省城市韌性的提升策略有以下幾方面：

（1）轉變發展理念，促進區域協調發展。加強頂層設計，轉變發展理念，完善政策制定，改變鄭州市在全省戰略發展布局中一家獨大局面，促進資源在各區域間合理分配，對落后區域給予適當的政策傾斜和資源幫扶。激活省會城市經濟活力，加快推進鄭州都市圈“1＋8”建設和區域示范區建設，同時河南省“門戶型城市”要借勢利用周邊地區的國家級發展規劃，抓住輻射帶動機遇，促進自身發展。

（2）優化產業結構，實現產業多樣化發展。在保證國家糧食安全基礎上，優化產業結構，促進第三產業的發展。繼續推進農業現代化發展，實現農業智慧化和數字化轉型，提高農業綜合生產力、提升農產品附加值。堅持創新驅動，科技興省戰略，優化創新創業環境，落實政策紅利，吸引高新技術產業來豫建設投資，促進產業鏈深度融合，推動新興產業和產業多元化發展。同時加強完善省重點實驗室、產業研究院建設，審時度勢，搶占未來產業新賽道。

（3）優化公共服務供給，守牢民生底盤。河南省是人口大省，任何一項民生問題均至關重要。牢牢守住民生底盤，繼續推進幼有所育、學有所教、老有所得、病有所醫、老有所養、住有所居、弱有所扶等公共服務的優化供給，規范和簡化公共服務流程，加快建設“15分鐘服務圈”，推動醫療、教育體系的數字賦能。加大科學技術和教育財政支出，繼續推進“雙一流”高校建設，鼓勵地方科研教育工作，加快“人人持證、技能河南”建設，完善落實人才崗位使用機制，優化就業環境，促進和保障就業。

（4）堅持綠色發展理念，強化生態治理。深入貫徹落實綠色發展理念，強化生態治理，健全生態保護管理體系，促進生態系統多樣化發展，增強生態環境風險防范意識，依靠大數據、衛星遙感等技術建立健全自然災害監控預警機制。持續打好污染防治攻堅戰，嚴格控制污染物排放，推進“無廢城市”建設，促進生產方式綠色低碳發展，合理規劃城市綠色空間，全面推動生態強省建設。

（5）增強憂患意識，加強“里子工程”建設。道路、橋梁、管線、水系建設是城市的骨骼、血脈，其他各類設施都是對城市機體功能的完善和補充［22］。提高基礎設施供給質量，推進老舊設施換代升級。完善基礎設施管理體系，做好對基礎設施的日常養護和定期檢查工作。加強城市地下排水網、燃氣網等“里子工程”建設，合理布局，排除隱患。加快推進城市數字基礎設施和智慧平臺建設，借鑒浙江省寧波市“一網統管、一屏智控”的“智治”平臺建設，利用GIS地圖熱區、風險色塊等工具繪制“一張圖”界面以全面感知和監測道路、地下管道、在建工程等狀況，并建立多部門數據共享聯合防控體系，有利于實現城市管理部門應對危機及突發狀況的科學決策與精準、高效的行動部署。