資源型城市脆弱性評價和預警機制研究：以山西省為例

畢云龍，牛方曲，李 偉，齊 瑞，楊壯壯

(1.中國地質大學(北京)地球科學與資源學院，北京 100083；2.自然資源部咨詢研究中心，北京 100035；3.中國科學院地理科學與資源研究所，北京 100101；4.中國地質大學(北京)土地科學技術學院，北京 100083；5.南京師范大學地理科學學院，江蘇 南京 210023)

0 引 言

1970年左右，“脆弱性”的概念首次在自然災害研究領域出現并逐漸推廣到地理學、生態學、社會學和工程學等多個學科，備受關注[1-2]。早期，脆弱性主要應用于自然災害和氣候變化等領域[3]，是研究系統由于災害等不利影響而遭受損害的程度或可能性。隨著其概念不斷深化，多數學者認為脆弱性是所研究的系統承受不利因素影響的能力[4]。當前，脆弱性的概念是一個集合性的概念[5]，包含了抵抗力和敏感性等多個內在因素。隨著城市快速發展，城市脆弱性的概念逐漸被引入城市問題研究，但各界學者因研究角度不同，對城市脆弱性理解也存在差異，如部分學者認為城市的內在屬性包括了脆弱性，只在強度上存在區別[6]；也有部分研究將脆弱性的概念進行了廣義和狹義的劃分[7]；目前研究角度多從可持續發展方向給出了解釋[8]，或更細化考慮城市內外部的脆弱性[9]，還有從多學科角度定義城市脆弱性[10]。結合相關學者關于城市脆弱性的研究[11]，筆者認為：城市脆弱性是指城市作為一個整體系統，對外界因素、如經濟、社會、資源和生態等方面所發生的突發性事件敏感程度、反應能力、應對能力及缺乏應對能力從而使其結構和功能發生改變的一種內置特性。

資源型城市是以本地區礦產、森林等自然資源開采、加工為主導產業的城市[12]，其自然資源稟賦決定了一定時期發展水平，并對自然資源具有高度依賴性。然而，資源過度開發和經濟結構單一將導致資源型城市在生態環境、社會經濟等方面暴露一系列問題，并影響城市整個系統的脆弱性。

資源型城市的脆弱性主要由其區域內的資源稟賦、環境保護力度、人口情況和社會經濟發展程度等因素決定[13]，其脆弱性的強弱能夠體現資源型城市發展的前景和可持續性，因此備受廣大學者關注。前人的研究在一定程度上提供了經驗和理論基礎，但存在一定不足，如：多集中在資源、經濟和環境等單一方面的評價，不能較為綜合地分析和反應資源型城市作為系統的整體脆弱性。同時，脆弱性是一個空間和時間相疊加的維度函數，部分學者以單年或者單個城市進行研究，很少涉及具有相同或相似屬性區域的多城市、跨時間的綜合研究。另外，現有階段的城市脆弱性研究存在“重評價，輕措施”的現象，且多數城市脆弱性研究將評價和預警機制分開探討，評價研究多是就現狀評價現狀，缺乏后續研究支持，預警機制研究多采用了灰色GM(1，1)預測模型和BP人工神經網絡模型，將已知數據中年份較新的實際數據假定為未知數，依據另一部分已知數據對其進行預測，通過預測結果與實際數據對比，考察灰色GM(1，1)預測模型和BP人工神經網絡模型的預測精度，進而對未來情況加以預測并提出相應預警機制，看似對城市脆弱性未來趨勢作出較好的預測并給出相應結論，也符合數學的基本理論和邏輯，但城市發展受整體社會經濟環境和政策導向等多重復雜因素影響，雖存在一定規律，但并非理想化預測的結果，此類研究可能與現實情況存在一定偏差，需進一步改進。

綜上，筆者綜合相關領域學者的研究積累和成果，并考慮資源型城市的基本特點，建立資源型城市脆弱性評價指標體系，基于山西省往年數據進行實證研究，綜合分析并給出評價結果，以現有客觀的評價結果為基礎，設定預警警界，進行預警結果分析并嘗試提出實操性的具體措施，構建中短期預警機制。探索將資源型城市脆弱性評價研究和預警機制構建相結合，以期為破解資源型城市轉型發展面臨的困難提供理論支撐和基于現實情況的操作性對策。

1 研究方法

1.1 構建脆弱性評價指標體系

基于資源型城市系統的基本特點，在評價研究區域城市的脆弱性應充分考慮地區的社會發展、經濟情況、人口布局和生態環境等方面選取指標。按照指標選取的客觀性、系統性和可獲取性等原則，參考其他學者的城市脆弱性指標評價體系[2,6,14-16]，本文從經濟系統、社會系統、資源系統和生態系統4個角度構建源型城市脆弱性指標體系(表1)。

表1 資源型城市脆弱性指標體系Table 1 Vulnerability index system of resource-based cities

1.2 數據標準化

數據標準化是為了降低不同指標因存在較大差異性而對評價產生的影響。在數據標準化過程中遵循以下原則：根據指標特性和評價的客觀性，將指標分為正向指標和負向指標，正向指標是其值越大，越有利于城市發展；負向指標是其值越小，越有利于城市發展。 指標數據標準化計算公式見式(1)～式(2)。

(1)

(2)

指標層權重確定的方法主要有主觀賦權法和客觀賦權法兩種，為避免權重賦值的主觀性[17]，本文采用客觀賦權法中的熵值法[18]確定各指標權重，使評價結果具有一定的客觀性，并計算出加權后各指標的值，見式(3)。

(3)

1.3 評價模型的建立

資源型城市脆弱性評價指標因數量多，類別復雜，且需要結合實際，適當做動態擇優選擇，選取評價模型需對指標特點綜合考量。本文采用逼近理想的多屬性排序和距離的綜合評價模型——TOPSIS模型[19]，該模型是一種有效的多指標、多目標決策分析法，通過多種數學理論證明其具有可靠的數學基礎，并易于實現，其優勢在于對指標數量、類別無嚴格控制，不受參考序列選擇的干擾，可將不同指標相結合進行綜合評價，能有效利用原始數據信息，其計算過程綜合了其他模型成熟算法，評價結果能相對精準地反映各評價方案之間的差距，評價基本過程是比較樣本與正負解的相對距離來評價樣本的優劣，正理想解是設想最優解，其各項指標均為最優，負理想解是設想最劣解，其各項指標均為最差。評價對象結果最靠近正理想解并且又遠離負理想解為最優，反之則為最差[20-21]。綜上，TOPSIS模型是資源型城市脆弱性評價較為理想的模型之一。基于熵值法TOPSIS的資源型城市脆弱性綜合評價計算步驟如下所述。

1) 對指標原始值建立由m個對象、n個指標值構成的空間矩陣X，見式(4)。

(4)

2) 數據標準化后矩陣X′，見式(5)。

(5)

3) 加權標準化后的決策矩陣Y,見式(6)。

(6)

4) 理想距離的確定。測算同一屬性指標的最值，其中，用負指標j-的最小值與正指標j+的最大值構成正理想解Y+，用負指標j-的最大值與正指標j+的最小值構成負理想解Y-，計算見式(7)～式(8)。

(7)

(8)

5) 測算樣本到正理想解和負理想解的歐氏距離，見式(9)～式(10)。

(9)

(10)

6) 計算貼合度，確定每個評價指標與最優解額相對接近度，見式(11)。

(11)

式中，Ci的值在0～1之間，其值越接近0，說明脆弱性越小；反之越大。

2 實證分析

2.1 山西省概況

山西省資源型城市是依煤興市，其產業以煤為主，是中國重要的煤產區，一定時期內對促進地區經濟發展起到關鍵作用，但采煤、選煤和煤化工等行業的發展帶來的生態環境問題日益突出，單位GDP耗能過高，超過全國平均水平。加之較為單一的經濟結構無法實現高質量的經濟發展，其區域發展問題逐漸暴露，城市系統整體脆弱性上升。因此，亟需對山西省資源型城市脆弱性現狀進行綜合評價，結合實際情況提出較為合理的中遠期預警機制并采取相應措施。

2.2 模型數據及研究區域

實證研究數據來源于2009年、2012年、2015年和2018年的《山西省統計年鑒》《中國城市統計年鑒》和山西省各地市統計年鑒，以《全國資源型城市可持續發展規劃(2013—2020年)》中所列出的山西省資源型城市(地級市)為研究區域(圖1)。以2009年、2012年、2015年和2018年為時間斷面通過上述脆弱性評價指標體系和TOPSIS模型對其脆弱性進行綜合研究分析。

圖1 山西省資源型城市分布圖Fig.1 Distribution of resources-based citiesin Shanxi province

3 脆弱性評價結果分析

根據上述建立的資源型城市脆弱性評價模型計算研究區域各個資源型城市脆弱性指數。計算結果見表2。通過評價模型計算山西省資源型城市貼合度Ci，即城市脆弱性指數，根據自然斷點法按照計算結果的大小將其分為5級，依次為低脆弱度、較低脆弱性度、中脆弱度、較高脆弱度和強脆弱度，見表3。

表2 山西省資源型城市脆弱性指數Table 2 Vulnerability index of resource-based citiesin Shanxi province

表3 山西省資源型城市脆弱性綜合測度分級標準Table 3 Grading criteria for the comprehensive assessment of vulnerability of resource-based cities in Shanxi province

3.1 研究區脆弱性存在差異化，總體處于中度脆弱狀態

山西省10個資源型地級市平均脆弱性指數為0.438 0，處于中度脆弱狀態。呂梁市2012年城市脆弱性指數最低，為0.032 6，其值遠小于本身其他年份和其他城市各個年份的值，基于算法相同和數據采集的權威性，該結果理論上不存在偏差，說明呂梁市在2012年的評價結果最靠近正理想解并且相對遠離負理想解。從過程結果上看，其標準化后的值恰在權重較高的指標上的值表現較好，如科技從業比例的權重在29個指標中占比超過10%，并且呂梁市在2012年該項指標值標準化后為1；此外，科技支出比例指標值同樣具有較高權重比例，且呂梁市2012年該項指標標準化后為0.924 8，加之負向指標，如城鎮登記失業率，資源層的4項指標均為最優表現或次優表現。綜上初步判斷，呂梁市在2012年前后采取了相應的改革措施，降低了萬元GDP的各項能耗，提高了城市整體生態環境，重視科技投入及就業崗位設置，提高科技興市占比，有效加強城市綜合競爭性，降低城市整體脆弱性，促進了城市可持續發展。晉中市在2018年城市脆弱性指數最高，為0.924 0，其次是2018年的運城市，為0.726 4，這兩座城市2018年脆弱性指數是僅有的處在5級脆弱度的城市。運城市和晉中市在山西省資源型城市中地區生產總值始終位于前列，其中在2018年分別列第二位和第三位，但其高脆弱度從一定程度上反映了兩座城市的發展模式并未做出根本性改變，仍對傳統資源產業過度依賴，間接影響社會層和經濟層的整體表現，從而導致脆弱性指數偏高，特別是晉中市在2018年的脆弱度接近于1，從理論值上來看，城市資源存在枯竭的危機，產業結構處于失調狀態，城市脆弱性已過閾值，亟待調整，需加強有效政策供給，從各角度刺激城市發展新活力。

3.2 研究區脆弱性呈現“正相關”時間分異特征，無明顯空間分異特征

山西省10個資源型城市呈現顯著的時間分異特征，除2012年整體脆弱性有明顯降低，整體上隨著時間推移，脆弱性逐漸加大，存在一定的正相關(圖2)。從各年份山西省資源型城市脆弱性空間分異特征示意圖(圖3)可以看出無明顯空間分異特征。具體來說，山西省資源型城市在2009年的脆弱性指數均值為0.403 0，處在中脆弱度偏低值。根據區域間的資源稟賦和地區生產總值、GDP增長率等各項指標具體情況，初步判斷：城市發展對所在區域資源存在較高依存度，但資源利用和生態環境破壞并未到達閾值，城市脆弱度不高，處在較為良性的城市發展期。2012年除臨汾市和長治市以外，其他城市脆弱性指數呈明顯下降趨勢。對各城市脆弱性指標體系指標值分析，正向指標多數向好，負向指標多數為優解，改進了城市整體脆弱性，說明各個城市發展方式有所改變，促進城市可持續發展。從2015年和2018年兩年的脆弱性變化趨勢來看，脆弱性整體呈明顯上升趨勢，經濟方面，地區生產總值大部分城市雖有增長，但GDP增長率下降，特別是2015年部分城市GDP呈現負增長，經濟下行壓力較大；社會方面，城鎮居民人均可支配收入和農村居民人均純收入均有所增加，城鎮登記失業率基本持平或有小趨勢下降，說明政府在面臨經濟下行壓力的同時，依然在保就業、惠民生等方面做出了巨大努力；第二產業從業比例上漲，一定程度上表明多數城市的發展加大資源開發利用，從而刺激經濟發展，緩解經濟下行的壓力。從長遠來看，對地區的生態環境、社會經濟的可持續發展將帶來負面影響。由圖3可知，雖無明顯區域差異性，但存在“分散化”空間分異特征。各市脆弱度大體趨勢呈逐年升高，朔州市和晉城市仍處在中脆弱度，兩市分別位于山西省北部和南部，在自然地理條件上并無聯系，卻存在較為相似的城市脆弱性指數，使山西省資源型城市脆弱性整體呈現一定的“分散化”空間分異特征。

圖2 山西省資源型城市脆弱性時間分異特征示意圖Fig.2 Time differentiation characteristics of vulnerabilityof resource-based cities in Shanxi province

圖3 山西省資源型城市脆弱性空間分異特征示意圖Fig.3 Spatial differentiation characteristics of vulnerability of resource-based cities in Shanxi province

3.3 城市脆弱性與城市GDP增長率無明顯相關性，與城市規模存在一定關系

城市GDP增長率反映城市社會經濟發展的整體水平，也是城市脆弱性指標體系的組成部分，本文分析了城市GDP增長率與城市脆弱性之間的關系。資源型城市由資源利用貢獻大部分的地區生產總值，促進地區GDP增長，對資源利用有較高依存度，但由于影響城市GDP增長率的是多重因素，且從結果可以看出，城市脆弱性與城市GDP增長率無明顯正負相關性。如2018年城市GDP增長率最大的是晉城市和長治市，均為7.4%，增長率最慢的是朔州市，為2.7%；而與之對應的城市脆弱性指數分別為0.451 2、0.531 2和0.453 3。三個城市GDP增長率差距較大，但城市脆弱性指數卻相差不大。由此可見，城市GDP增長率大小并不能反映城市脆弱性的高低。通過多維度指標分析可知，某一城市GDP增長率增大，同時城市脆弱性指數下降時，可初步推斷其發展模式是良性的，但不能單純從城市GDP增長率來判斷城市脆弱性指數的大小。

本文還分析了城市規模與城市脆弱性的關系，文中城市規模是用城市人口數量反映城市規模。結果表明，隨著城市人口增加，城市脆弱性指數未存在明顯改變，但城市人口激增，形成規模效益，其整體城市脆弱性指數存在下降趨勢。按照國務院《關于調整城市規模劃分標準的通知》的規定，運城市屬于特大城市，臨汾市屬于I型大城市，將兩市作為一個研究單元，其他資源型城市作為一個研究單元，兩個研究單元城市脆弱性指數平均值分別為0.388 1和0.450 0。由此可知，城市規模達到一定程度，城市脆弱性指數平均值呈下降趨勢，但單個城市之間脆弱性指數差異不大。因本文實證研究中無500萬～1 000萬人口的特大城市和超過1 000萬人口的超大城市，并未分析城市脆弱性與城市規模具體關系，但結合以往研究，城市規模達到特大城市以上水平，雖面臨諸多問題，但其完備設施和配套制度有利于應對突發事件，使其脆弱性指數普遍小于其他規模城市的脆弱性指數。

4 預警機制初探

4.1 依據資源型城市脆弱性現狀評價，設定預警警界

警界的設定是有效預警的前提，較為客觀的界定無警情和有警情的臨界點，有利于判定資源型城市發展現實情況處在“安全”或者“危險”。城市脆弱性指數可綜合反映城市發展各維度的現實情況，是城市發展“閾值”預警綜合指數。本文依據資源型城市脆弱性評價結果，設定預警警界具有可靠性、真實性，為城市管理者根據警情采取合理對策矯正城市發展方向提供較為客觀的支撐。城市發展各類預警研究仍處在發展階段，預警警界設定標準并未達成，常用的設定方法主要包括正態歸一法、μ-d法、系統化法等，前兩種方法適用于數據量較大的研究[22]，因此本文采用系統化法作為資源型城市脆弱性預警警界劃定的依據。該方法以定性分析為基礎，依據一種或幾種并列原則設定警界，具體原則和對應預警對象特征假設見表4。根據預警對象特征假設，本文采用均數原則作為預警警界設定依據。平均值是反應實證研究區域各城市歷年脆弱性指數的均值，研究區域脆弱性指數均值為0.438，處于三級脆弱性(中脆弱度)，即預警臨界值，綜合相關研究成果和結合實證研究區域的自身特點，設定其為輕警，低于臨界值，即一級脆弱性、二級脆弱性為無警，四級脆弱性為中警，五級脆弱性為重警(表5)。為了實現城市可持續發展，城市在未來的發展應將城市脆弱性指數控制在均值以下，避免因城市發展方式等諸多因素導致其值的變化，如其值高到一定限度，很難有明顯下降，導致不可逆的惡性城市發展，形成了“積累”過程效應和放大累積效應。所以，當已高于或接近均值，進行報警，城市管理者應給予重視并采取相應措施，制定出臺有效政策加以干預。因此，以均數原則設定預警警界臨界點，對資源型城市發展方向糾偏，具有現實指導意義。

表4 系統化方法常用原則和對應預警對象特征假設Table 4 General principles of systematic methods andCharacteristic hypothesis of correspondingearly-warning object

表5 山西省資源型城市脆弱性警情分級標準Table 5 Classification standard for vulnerability warning situation of resource-based cities in Shanxi province

4.2 預警結果分析

以山西省資源型城市脆弱性評價結果為基礎，結合各城市發展實際情況，根據山西省資源型城市脆弱性警情分級標準，對山西省資源型城市脆弱性預警結果進行分析。

由表6可知，山西省資源型城市脆弱性警情整體變化從無警、輕警向中警、重警轉變，城市向較高預警方向轉變數量呈現出下降后再增長的折線式上升的趨勢。2012年比2009年無警城市的增加和各指標數據表明，2012年多數城市加大政策供給，嘗試擺脫對傳統采礦業等的依賴，增強科研與教育投入水平，探索實施轉型發展以擺脫對自身資源稟賦的依賴。但2012年后經濟下行壓力加大，在科技創新無法短期內形成有效經濟增長和為了保就業等多重因素，導致采礦行業就業人數明顯增加，以煤炭為主的經濟發展模式形成的“路徑依賴”無法避免，在科技方面投入勢必減少，對科技創新形成了“擠出”效應。2018年數據顯示，山西省資源型城市均達到報警值，預警處在輕警的城市僅有朔州市和晉城市，晉中市和運城市已達重警，說明城市長期依賴資源開發、消耗資源的同時破壞區域生態環境，也制約了區域科技創新進一步發展，加之當地一度出現GDP增長率為負、就業壓力加大等情況，使得一段時期內山西省資源型城市轉型發展從高點有所回落，處于預警狀態。雖然平均值顯示，十個城市除晉中市處在中警預警等級，其他城市均處在輕警等級，山西省資源型城市整體上警情尚未嚴重，但已達到報警值，同樣說明處在預警處級階段。

表6 山西省資源型城市脆弱性警情情況Table 6 Vulnerability warning situation of resource-based cities in Shanxi province

4.3 預警措施

通過對山西省資源型城市脆弱性預警結果分析得出：山西省資源型城市脆弱性已處于警報狀態，需加強有關政策制定與供給，形成有效機制，探索城市發展突破口，深化城市轉型發展，從而帶動區域地方經濟的健康發展。

預警機制前期措施考慮，加大對資源枯竭礦業城市的財政轉移支付力度，抓住國際部分礦產品價格低迷，結合本地區資源保有量和優勢資源量充分挖掘自身資源稟賦優勢，延長礦業經濟壽命。同時，逐步探索依托省會太原市的輻射帶動作用，各地區結合自身特點，圍繞中心城市發掘自身優勢，做好城市群協調發展戰略輔助點，提升產業發展水平，依靠核心帶動作用，建立軸帶協調發展模式，切實改變該區域第二產業、第三產業比重在全國仍處于偏低水平的局面，大力發展先進制造業等第二產業，發展城際軌道交通體系，打造更廣、更便捷的生活經濟圈，推動軸帶協調發展，逐步實現交通一體、產業協同的城市群；有序引導發展第三產業，拓展旅游、生態農業等方面資金投資渠道，調整稅收結構，降低或減免相關行業稅費，提供相關就業培訓與就業崗位，維穩地區經濟的同時，提高第二產業、第三產業就業比重，形成就業多元化；同時，研究破解新型城鎮化發展遇到的實際問題，有序推進城鄉基本公共服務均等化，形成發展可持續化的良好狀態。

中短期考慮，山西省適時采取“政府主導，企業參與”的模式，加大科技和教育的投入，調整地區發展考核指標，適度弱化地區經濟和增長率等單向指標，采用城市脆弱性等綜合性指標進行考核，有效降低資源開發類行業的比重，加大對高新技術企業的政策供給和投資傾斜，增強科研和教育等投入，完善人才引進等相關政策與配套措施，提升區域人員整體素質，對區域資源開發進行合理規劃，實行最嚴格的城市脆弱性預警機制，切實在中遠期將警情控制在輕警狀態，將無警情作為城市發展的重要目標之一，推動城市可持續發展。

長遠考慮，在“簡政放權、放管結合”的大背景下，山西省通盤考慮資源、文化、區位上的優勢，破解轉型發展中的瓶頸，貫徹“整體謀劃、統一布局”的基本思路，不斷深化改革創新，激發改革紅利，營造良好競爭環境，尋求產業轉型新出路，積極挖掘適合自身情況的戰略新興產業，依托科技創新開展全面創新，營造產品創新、產業創新的新環境，為社會經濟發展提供新活力。同時，建立城市脆弱性評價長效機制，根據地區發展和實際需要，動態調整城市脆弱性評價指標體系，根據區域制定的發展政策和城市脆弱性評價結果，研判城市發展未來趨勢，適時調整和供給相關政策，完善城市發展預警機制，逐步實現城市可持續發展的目標。