湖南省城市韌性測度及時空演變分析

覃事婭 尤昊宇 劉 丹 郄苗苗

（長沙理工大學建筑學院,湖南 長沙 410076）

0 概述

城市作為經濟社會發展的重要載體，是一個復雜的系統。我國在城市化發展過程中出現的許多城市病癥，包括環境污染、資源浪費、交通擁擠、建筑密集等慢性積累問題和洪澇、干旱、地震、滑坡以及新型冠狀病毒等緊急突發事件，都在威脅著城市的正常運轉和可持續發展。如何增強城市抵御災害及遭遇災害后自我恢復的能力，成為維護城市持續健康發展的重要課題之一。因此，研究城市韌性測度及韌性提升措施顯得尤為重要。

20世紀90年代末，美國學者Mileti首次將韌性思維引入城市規劃領域[1]；Brenkert與Gallopin認為城市韌性應包含暴露性、敏感性、脆弱性、響應能力與適應能力[2-3]；在此基礎上，Cutte等提出基于位置的社區自然災害韌性評價框架，包括生態、社會、經濟、制度、基礎設施和社區能力六個主要領域的29個指標[4]；FoxLent C等結合定性和定量方法，構建韌性矩陣框架，評估紐約洛克威半島沿海社區遭受颶風“桑迪”后的應變能力[5]；Dorbritz綜合前人研究，結合網絡分析提出了韌性量化方法[6]。

2005年，中國學者將“韌性”概念引入城市研究領域。李彤玥等闡述了韌性城市理論的緣起和發展脈絡，概述了國外主要韌性城市研究框架，對我國韌性城市研究帶來借鑒與啟示的作用[7-9]；鄒祖鈺等從不同角度構建了韌性城市評價指標體系，并對案例城市的韌性能力進行評價，進一步提出韌性城市規劃對策[10-13]；隨著學科的發展與融合，研究城市韌性的手段日益增多——彭翀、張恩嘉、吳宇彤分別借助Gephi社會網絡分析、Entropy-Topsis區域發展韌性評估模型、對抗性交叉效率DEA模型與Malmquist指數方法對案例城市群的城市韌性水平與發展趨勢進行了研究[14-16]。

雖然眾多學者對城市韌性進行了個案研究，取得了一些成果，但其研究尺度范圍過窄，雖有從城市層面向區域、城市群等層面擴展的趨勢，但涉及區域韌性的研究還不多，區域尺度的韌性時空演變研究也相對薄弱。鑒于此，本文基于Arcgis技術手段，綜合運用熵權法、全局自相關法、局部自相關法等，對2010—2019湖南省14個地州市城市韌性進行評價，對其時間、空間上的城市韌性差異進行分析，并提出提升城市韌性、協調城市發展的有效途徑，為實現區域經濟、社會與生態環境效益多贏目標提供參考借鑒。

1 數據來源與研究方法

1.1 研究范圍及數據來源

本次研究范圍是湖南省14個地州市，包括13個地級市、1個自治州。研究所采用的相關數據主要來源于《湖南省統計年鑒》《中國統計年鑒》、湖南省各市州的統計年鑒，以及湖南省氣象、林業、水務等各級政府職能相關部門網站。研究采集的數據涉及的時間范圍為2010—2019年連續十年。

1.2 研究方法

1.2.1 指標體系構建

參考國內外相關研究成果[17-20]，結合湖南省實際和發展情況，根據系統性、科學性、動態性、地域性、可操作性原則，從生態韌性、工程韌性、經濟韌性、社會韌性4個維度選擇38個指標，構建湖南省城市韌性綜合測度指標體系（見表1）。其中，生態韌性指標主要體現城市生態環境建設水平、自然資源豐富度和環境保護力度；工程韌性指標主要體現城市基礎設施建設完善程度，以及基礎設施所提供服務的完備程度；經濟韌性指標主要體現城市經濟結構的平衡性和穩定性、經濟發展水平及其保障能力、經濟發展潛力；社會韌性指標主要體現人民生活狀態、社會基本保障制度、社會整體文化教育發展水平和社會穩定運行的能力。

1.2.2 熵權法與專家打分法

本研究采用熵權法與專家打分法相結合來確定指標權重。首先對原始數據進行標準化處理，按照熵權法與專家打分法1 :1的比例確定最終指標權重（見表1），再通過加權求和求得湖南省城市綜合韌性指數。具體計算步驟如下。

表1 城市韌性綜合評價指標體系表

數據標準化處理：構建原始數據矩陣，共有n個樣本。

其中，Sij為第i年第j項指標的數值的標準化結果，Xij為第i年第j項指標的數值，Xjmax、Xjmin分別為第j項指標的最大值和最小值。

其中，k為調節系數，。

其中，w'j為專家打分法得到的第j項指標的權重。

2 湖南省城市韌性測度與時空演變分析

2.1 湖南省城市韌性測度

基于上文構建的湖南省城市韌性綜合評價指標體系，通過對數據的綜合測算，得到2010—2019年湖南省城市綜合韌性及各子系統韌性指數值，具體見表2，其變化趨勢如圖1所示。

2.2 湖南省城市韌性時間變化分析

由表2和圖1可見，2010—2019年，湖南省城市綜合韌性指數從0.310提高到了0.759，從較低韌性提升到較高韌性，整體呈上升趨勢。其中在2011年出現下降，這與子系統中生態韌性指數的波動有較大關系。生態韌性在2011年和2013年分別出現低值，是因受年降水量低、空氣質量差的影響，湖南省全省出現春夏連旱、霧霾嚴重現象，對城市生態韌性造成較大影響。

表2 湖南省城市韌性指數表

圖1 湖南省城市韌性指數圖

2.3 湖南省城市韌性空間分異分析

為進一步了解湖南省各城市間韌性空間分布差異，同時避免由于研究時間連續導致結果過于冗雜，本研究采用梯度分析方法選取2010年、2015年和2019年三個年份湖南省各城市綜合韌性指數，利用ArcGIS技術進行可視化處理，運用自然間斷點分級法將各年份湖南省城市韌性劃分為高度韌性、較高韌性、較低韌性及低度韌性，較為直觀地展示了湖南省各地州市綜合韌性空間分布情況，如表2所示。

由表2可見，2010—2019年間，湖南省城市韌性整體水平較低，城市韌性指數較高值均位于“長株潭”城市群及周邊地區，高度韌性城市只有長沙市。

圖2 湖南省城市韌性空間分布示意圖

2010年，湖南省高度韌性和較高韌性城市主要集中在湖南省東部，其中長沙市為高度韌性；較低韌性地區集中在湖南省中部和北部；低度韌性地區集中在湖南省西部，城市韌性指數最低的地區為湘西州，整體呈現出東部高西部低的梯度化分布態勢。2015年，高度韌性和較高韌性地區仍集中在“長株潭”城市群，其中長沙市為高度韌性地區，岳陽市從2010年的較高韌性降為較低韌性，這與岳陽市洞庭湖區生態環境變化有較大關聯；較低韌性地區主要分布在湖南省東南部和東北部及西部，其中西部的湘西州和南部的永州在2010—2015年期間韌性得到了較大提升，這與地方政府加大工業環境整治、積極建設道路設施及完善社會保障措施相關；低度韌性地區主要分布在湖南省中部，張家界市、常德市和婁底市，從2010年的較低韌性降為低度韌性，主要原因在于全年降水量降低、空氣質量相對較差帶來的生態環境問題，以及基礎設施建設與人口增長不匹配帶來的城市工程問題。2019年，高度韌性和較高韌性地區仍位于“長株潭”城市群，其中長沙市為高度韌性地區；較低韌性地區整體占比較大，從低度韌性提升為較低韌性的城市數量較多，包括常德、懷化、張家界、婁底四市，這四個地區在幾年間無論是在環境質量、設施基礎還是經濟條件方面都有穩步提升；益陽、邵陽韌性值在此三個年份間雖有所提升，但在湖南省范圍內仍處在低度韌性水平。益陽市主要是因為其空氣質量達二級天數在全省排名最低，城區綠化覆蓋率較低，生態環境較為脆弱，且經濟增長率全省最低；邵陽市主要是因為其人均建設用地面積較少，城市基礎設施建設、城市規模的發展與省內平均水平存在差距，同時，其適齡勞動人口比重及每萬人在校大學生人數在全省排名最低，社會生產力、社會穩定運行能力有待提高。

2.4 湖南省城市韌性空間自相關分析

基于前文計算所得湖南省城市韌性指數，利用Geoda軟件，計算湖南省14個地州市2010、2015和2019年城市綜合韌性全局自相關系數Moran’I（見表3）并得到Moran’I散點圖（見圖3）。

表3 湖南省城市綜合韌性Moran’I表

圖3 湖南省城市綜合韌性Moran’I散點圖

由表3中數據可知，2010年、2015年及2019年三個年份湖南省城市綜合韌性的Moran’I都大于0，且在p＜0.05下通過顯著性檢驗，說明湖南省城市綜合韌性空間分布格局存在一定的空間聚集性，城市韌性存在正向空間相關聯。但在此期間，城市綜合韌性的Moran’I由2010年的0.387逐漸減小到了2019年的0.247，說明2010—2019年間湖南省城市韌性空間分布的分散性逐漸增強，與集聚區空間位置關聯性較弱的城市在綜合韌性上也有了較大提升，城市之間的綜合韌性差距逐漸縮小，與空間的相關性逐步下降。結合圖3可見，2010—2019年期間，湖南省內大部分城市的Moran’I落在第一象限和第三象限，表明湖南省城市綜合韌性呈現出空間正相關關系，韌性水平相似的地方在空間上具有集聚趨勢，其空間分布結果并不是隨機產生，而是具有一定的空間依賴性。

由于全局自相關系數Moran’I及Moran’I散點圖只能反映湖南省城市綜合韌性的總體空間差異及空間分布模式，不能反映局部空間上城市綜合韌性的空間關聯模式，因此運用Geoda軟件進行局部自相關分析得到LISA集散圖，如圖4所示。

圖4 湖南省城市綜合韌性LISA集散圖

由圖4可知，2010年湖南省出現了長沙、株洲、湘潭三個H-H型城市，它們憑借其優良的生態條件、基礎設施條件、較強的經濟基礎以及較為完善的社會運行能力，成了湖南省城市綜合韌性的“熱點”，城市綜合韌性值達到較高狀態，且與周邊城市協調發展，對周邊城市有較強的擴散效應。懷化市為L-L型城市，是湖南省城市綜合韌性的“冷點”，城市韌性值為較低狀態，且周邊城市綜合韌性也處于較低值。2015年湖南省H-H型城市為長沙市、株洲市，城市綜合韌性值較高；湘潭市由H-H聚集變為不顯著；懷化市由L-L聚集變為不顯著，這與其自身及周邊城市綜合韌性值變化有關；張家界市由聚集性不顯著變為L-L聚集，成為湖南省城市綜合韌性的“冷點”，城市韌性值較低，且在空間上與其他韌性值較低的城市相鄰。2019年湖南省的H-H類型城市為株洲市，是湖南省城市綜合韌性的“熱點”，其自身與周邊相鄰城市的城市綜合韌性值都較高。長沙市由H-H聚集變為不顯著，主要原因在于周邊城市中的益陽市城市綜合韌性值依舊較低；而張家界市由L-L聚集變為不顯著，原因在于其自身與周邊城市在生態環境、經濟條件及社會保障制度方面都有了較大進步，城市綜合韌性值逐步提高。

3 結論與建議

3.1 結論

本研究通過構建城市綜合韌性評價指標體系，對湖南省14個地州市在2010—2019年期間城市韌性進行測度，并對其子系統間韌性進行協調度分析。結果表明：在2010—2019年期間，湖南省城市綜合韌性整體呈上升趨勢，在空間分布上有所差異。在時間維度上，湖南省城市綜合韌性從研究初期的較低韌性水平提升到了研究末期的較高韌性水平，總體提升跨度較大，各子系統韌性值除在個別年份出現小幅度波動，總體而言還是得到了一定程度提升。其中城市生態韌性的貢獻處于主導地位，城市經濟韌性提升過程最為平穩。在空間維度上，湖南省城市綜合韌性指數較高值主要集中于“長株潭”城市群及周邊輻射地區，區域間城市綜合韌性仍存在一定差距。在空間相關性方面，湖南省城市綜合韌性呈現出正相關關系，在空間上存在集聚關系，但隨著城市之間綜合韌性差距逐漸縮小，城市綜合韌性與空間的相關性逐步下降，分散性逐步增強。

3.2 建議

基于湖南省城市韌性及其協調度的分析結果，初步提出以下建議：首先，從提升韌性的角度出發解決城市問題，強化韌性發展理念。城市在快速發展的過程中，往往會出現城市韌性降低甚至城市韌性缺乏的問題，導致一系列“城市病”的滋生。未來的城市發展與建設應當重視“韌性”理念，消除阻礙城市韌性提升的因素。其次，關注低韌性城市個例，促進區域韌性均衡發展。總結湖南省城市韌性水平較低的原因并探索提升兩市其城市韌性的對策，盡可能縮小其與周邊城市的韌性差距，使得湖南省整體城市韌性在城市群的集聚與輻射作用下齊頭并進，朝著面對潛在風險擁有更強抵御力、恢復力的高韌性城市發展。