陜西省自然災害綜合承災能力時空變化特征

徐 彬，文彥君，2，李曉宇，耿碩璘，王天英

（1.寶雞文理學院地理與環境學院，陜西 寶雞 721013；2.陜西省災害監測與機理模擬重點實驗室，陜西 寶雞 721013）

目前，國外很多學者對承災能力開展了廣泛研究，并取得了大量成果。國外應對災害經驗豐富，無論理論基礎還是體系建設都處于先進水平，如美洲計劃（American program）、災害風險指標計劃（DRI）和多發區指標計劃（Hotspots）是國際上最有代表性的自然災害風險評估指標［1］。Larson等［2］分析了佛羅里達颶風等重大災難，提出通過構建模型使災害影響降低。Bruneau等［3］運用多學科定量研究災害評估承災能力。Janssen等［4］從易損性角度出發研究承災能力，結合氣候環境變化提出未來災害研究發展方向是對易損性的綜合評價。

國內學者目前對于承災能力指標體系構建、評價方法與模型和區域評價實踐等開展了廣泛研究。劉艷等［5］對城市減災管理進行了指標體系的構建。鄧玲等［6］對氣象防災減災進行了評估指標體系研究。李曉娟［7］從防災、抗災、救災和恢復能力4個角度出發，結合突變級數理論，構建了城市綜合承災能力評價指標體系。張風華等［8］運用人員傷亡、經濟損失和恢復時間3個指標，構建了城市防震減災能力模型。高慶華［9］、張明媛［10］從空間角度出發研究城市防災減災能力，將區域的承災能力進行對比評價。湛孔星等［11］基于層次分析法構建線性加權評估模型，提出對應的分級準則評估結果分級。王威等［12，13］運用分形理論和貝葉斯理論對中國29個城市的綜合承災能力開展分析研究。

陜西省位于中國西北部，地形地貌復雜，黃土高原面積占全省土地面積的40%。由于地理位置、地形地貌和自然氣候等原因，陜西省自然災害表現為多種災害交織、受災面積廣、危害大等特征［14］，區域可持續發展面臨著極大的挑戰。部分學者圍繞陜西省主要遭受的自然災害、災害時空分布特征及自然災害脆弱性等進行了相關研究，并取得了一定進展［15-19］。目前相關研究對陜西省自然災害時空變化特征與承災能力評價體系構建有所涉及，但引入的指標和研究區域較為單一，對于綜合承災能力時空變化缺少系統性的理論及實證分析。本研究以2000—2019年為研究期，構建陜西省自然災害綜合承災能力評估體系，客觀評估陜西省自然災害綜合承災能力，分析承災能力時空演變特征及影響因素，為提升區域綜合承災能力提供科學依據。

1 數據來源與方法

1.1 研究區概況

陜西省面積為20.56萬km2，常住人口為3 876.21萬人，目前下轄有西安市、銅川市、寶雞市、咸陽市、渭南市、延安市、漢中市、榆林市、安康市、商洛市10個地級市及楊凌高新示范區。陜西省地處中國西北內陸，地形地貌復雜，北部以高原地形為主，中部以盆地地形為主，南部多山地，地勢中間低、南北高。陜西省地跨黃河、長江兩大水系及3個氣候帶，年降水量南多北少，氣候變化多樣，加之位于中國東西和南北兩個地震帶的過渡位置，易發干旱、暴雨、洪澇、風雹、冷凍等各種氣象災害和滑坡、崩塌等地質災害［20］。

1.2 數據來源與研究方法

1.2.1 綜合承災能力評價指標體系 參考前人研究［21］，從防災、抗災、救災及恢復能力構建綜合承災能力評價指標體系（表1）。

表1 陜西省自然災害綜合承災能力評價指標體系

1.2.2 數據來源及承災能力評價方法 評價指標數據來自《陜西省統計年鑒》、各地市國民經濟社會發展統計公報及全國人口普查數據公報等。基于熵權法構建原始指標評價矩陣A′，對正負向指標用歸一化方法處理，得到標準化無量綱評價矩陣。再根據熵權法計算各指標的權重［22，23］，進一步計算得出2000—2019年陜西省及其11個地市的防災、抗災、救災、恢復和綜合承災能力指數，構建的模型如下。

1）建立綜合承災能力評價指標矩陣（A′）。

去除原數據量綱，進行標準化處理，指標歸一化公式：

式中，aij為第i個城市中的第j項評價指標的標準化值分別為第j項評價指標在所有城市數據中的最大值和最小值。

標準化后的無量綱矩陣（A）：

2）計算各評價指標的熵值，根據熵權法構建模型。

式中，Ej為評價指標j的熵值；pij為評價指標j在第i個城市中出現的頻率，故0≤pij≤1；m為評價城市數；n為評價因子數。

3）計算各評價指標的權重。

式中，Wj為評價指標j的權重值，Ej為評價指標j的熵值。

4）根據指標歸一化后的值及指標權重，構建綜合承災能力指數模型。

式中，Ci為第i個城市的綜合承災能力指數（i=1，2，…，m）。

參考前人研究［21］對綜合承災能力進行分級，可將其分為低、較低、中等、較高和高5個等級（表2）。

表2 陜西省綜合承災能力等級劃分標準

1.2.3 時空變化特征分析方法 利用承災能力指數及其變化量、空間變異系數的時間序列曲線分析陜西省自然災害綜合承災能力的狀態、變率及空間差異程度的時序變化特征；利用承災能力分項指標及分區指標的時間序列曲線，分析陜西省自然災害承災能力時序變化的結構性差異與區域差異。

利用ArcGIS空間制圖方法，分析陜西省綜合承災能力與各分項能力整體狀態的空間分布及階段性變化，并探討綜合承災能力與各分項能力變幅的空間差異。

2 結果與分析

2.1 陜西省自然災害綜合承災能力時序變化特征

2.1.1 綜合承災能力的時序變化2000—2019年陜西省綜合承災能力指數平均為0.484 2，總體上處于中等承災能力狀態。由圖1可知，2000—2019年陜西省自然災害綜合承災能力整體呈上升趨勢，增長態勢良好，年均增長率為2.95%，變化較為穩定。其中，2000—2007年處于低、較低承災階段，承災能力平穩上升；2008—2013年為中等承災階段，承災能力波動較大，期間受金融危機影響，社會經濟增速放緩；2014年開始步入較高承災階段，此階段承災能力平穩上升，變化波動較小，在此期間，陜西省適應經濟新常態，推動高質量發展。由此可知，近年來陜西省在承災能力建設方面取得較大進步，承災水平有了明顯提升，區域可持續發展能力不斷增強。這表明在研究期間陜西省經濟發展水平提高，產業結構與空間布局優化，生態環境改善，區域系統抵抗干擾和風險的能力增強，安全系數進一步提升。

圖1 2000—2019年陜西省自然災害綜合承災能力時序變化

承災能力變化量曲線在變化量均值處波動起伏，除2011年的低谷外整體較為平穩。2007年、2011年及2015年為相對低谷期，與空間變異系數曲線低谷有部分重合。2011年變化量相比2010年減少0.030 1，變化量達整個研究期最低值，但由于陜西省依據“十二五”規劃進行轉型發展，2012年變化量突增，達到最高峰值0.060 0。

空間變異系數曲線則先微幅上漲后急速下跌，整體呈波動下降趨勢。2003年受傳染性非典型肺炎影響，空間變異系數從2002年的0.16降到了0.08，而2007年受洪澇災害影響，空間變異系數達到低谷0.02，另一個低谷為2015年，主要受滑坡及干旱災害的影響。2002年、2008年和2012年空間變異系數相對較高，分別為0.16、0.08及0.12，為曲線高峰期。

2.1.2 承災能力分項指標的時序變化 對研究期間4個分項指標時序變化進行具體分析，進一步了解陜西省承災能力結構及其動態演化特點。由圖2可知，2000—2019年陜西省自然災害防災、抗災、救災和恢復能力的動態演化態勢具有如下特征。

圖2 2000—2019年陜西省承災能力分項指標演化態勢

1）2000—2019年陜西省防災能力總體呈上升趨勢。2000—2007年防災能力除2005年有所下降外均速發展，增速平緩；2008—2011年，2011年防災能力出現下降；2012—2019年呈上升趨勢，其中2012—2014年增速較快，2015年后增速放緩。2010年承災能力步入中等階段，2016年步入較高階段。早期防災能力提升是由經濟發展帶動，2014年后經濟發展轉型，更注重環境因素，故防災能力增速減緩。陜西省各市災害防治資金投入增加，區域綠地面積占比提升，是防災能力增長的主要因素。

2）研究期間抗災能力雖整體也呈上升態勢，但一直低于其他分項。2000年陜西省的抗災能力僅為0.011 6，隨著陜西省空間布局的改善和基礎設施建設的投入，抗災能力穩定提升，除2011年外持續上升。2013年開始抗災能力進入中等階段，2017年開始步入較高階段。防災能力和抗災能力的曲線演化態勢較為相似，是由于抗災能力的提升能夠使得城市空間布局更加合理，進而使得防災能力中的環境因素也能得到進一步的提升，抗災能力和防災能力的發展是相互促進的。

3）2000—2019年陜西省救災能力整體呈上升趨勢，但與防災能力和抗災能力不同，救災能力的動態演化過程較復雜，相對其他3個子系統波動較大。其中，2000—2003年，陜西省救災能力增速較快，在2004—2006年增速減緩，2007出現了小幅波動；2008—2015年救災能力上升幅度較為平緩，增速較慢；2016—2019年救災能力增速有所提高。從2016年開始，救災能力開始高于其他分項，主要受益于交通的快速發展。

4）2000—2019年陜西省恢復能力整體態勢為平穩上升，上升速度雖較為均勻但低于其他分項。2000—2007年時段中，2007年出現小幅度下降；2008年恢復增長，直至2011年受經濟危機影響有小幅波動，2012年后回歸穩定。2015—2018年恢復能力趨于穩定，變化較小，2018年后有了小幅增長。陜西省在建設恢復能力過程中，對社會醫療保障系統較為重視，養老、失業及醫療保險參比人數不斷增加，居民生活條件也日益改善，但第二、三產業生產總值占比較低，需進一步推動產業轉型升級。

2.1.3 分區承災能力的時序變化2000—2019年陜西省各分區自然災害承災能力整體均為上升趨勢，但存在一定的區域差異（圖3）。關中地區承災能力提升最多，從2000年的0.167 6上升到2019年的0.778 0，提升了3.6倍。西安市與楊凌高新示范區的綜合承災能力變化最大，這一變化與近20年來關中地區城市群的快速發展緊密相關。西安市作為省會城市，輻射帶動周邊城市發展工業與經濟。陜北地區綜合承災能力從2000年的0.178 9增長到2019年的0.756 3，增加了3.2倍。延安市大部分時期綜合承災能力高于榆林市，但在近年略低于榆林市，榆林市綜合承災能力增速稍高于延安市。陜南地區初始承災能力高于關中和陜北地區，但后期逐漸弱于這兩個地區，從2000年的0.199 9到2019年的0.627 6，提升了2.1倍，遠低于關中和陜北地區綜合承災能力的增速。其主要原因為陜南地區自然災害發生率高于關中和陜北地區，導致綜合承災能力發展較慢。

圖3 2000—2019分區承災能力的時序變化

具體到11個市（區），楊凌高新示范區的承災能力提升最多，從2000年的0.106 0上升到2019年的0.807 8，增長了6.6倍。而渭南市的承災能力提升最少，從2000年的0.270 1增長到2019年的0.734 6，提升了1.7倍。其主要受其人均GDP、醫保參保人數占比和第二三產業生產總值占比因素影響，相較于其他市區，渭南市這些因素增速較低。

2.2 陜西省自然災害綜合承災能力空間分布及其演變特征

2.2.1 綜合承災能力的空間分布及其演變2000—2019年陜西省內各市（區）自然災害綜合承災能力總體上有了很大提升（圖4）。2000年渭南市和安康市承災能力為較低，其他城市（區）均為低（圖4a）；2010年時，所有城市（區）承災能力均達到中等（圖4b）；2019年銅川市、楊凌高新示范區和西安市步入高承災階段，其余城市為較高（圖4c）。低承災能力城市比重迅速下降，由2000年的81.82%下降到2004年的9.09%，到2005年陜西省各市（區）承災能力步入較低承災階段，2010年陜西省各市（區）全部達到中等承災能力水平，從2018年起，全省整體達到較高承災能力水平。

圖4 分階段陜西省自然災害綜合承災能力狀態的空間分布

2000—2019年自然災害綜合承災能力中部變化最大，北部次之，南部較低，承災能力變化量由大到小排列依次為楊凌高新示范區、西安市、寶雞市、銅川市、榆林市、咸陽市、延安市、漢中市、安康市、商洛市、渭南市（圖5a）。整體來看，楊凌高新示范區及西安市承災能力變化最大，渭南市變化最小。2000—2010年，商洛市承災能力變化最大，渭南市變化最小（圖5b），這主要由于商洛市經濟的發展，相關基礎設施建設的完善等推動。2010—2019年，西安市及楊凌高新示范區主要受“十二五”規劃影響，產業快速轉型升級，承災能力變化較大，漢中市和商洛市變化較小（圖5c）。

圖5 不同階段陜西省自然災害綜合承災能力變化量的空間分布

2.2.2 承災能力分項指標的空間分布及其演變 截至2019年底，陜西省防災能力空間分布為中間高，北部次之，南部最低（圖6a）。防災能力主要影響因素為綠地面積占比，西安市等區域綠地面積占比高，防災能力相應更強，而渭南市、漢中市與商洛市綠地面積占比較低，故防災能力較低。2019年抗災能力空間分布為中間高、南北低（圖6b）。抗災能力中城市道路面積及橋梁數為主要影響因素，由于西安市和銅川市城市道路面積較高，寶雞市橋梁數較多，故這3個城市抗災能力強于其他城市，商洛市抗災能力最弱。2019年救災能力呈現中部高、北部略低、南部最低的空間分布格局（圖6c）。中部的咸陽市和楊凌高新示范區救災能力最強，主要得益于客運總量這一因素，寶雞市、漢中市和安康市救災能力較弱。2019年恢復能力中間高、南北較低（圖6d）。人均儲蓄額及醫保參保人數占比為恢復能力的主要影響因素，西安市兩項因素均最強，楊凌高新示范區人均儲蓄額排名第二，銅川市醫保參保人數占比為第二，故這3個城市恢復能力略高于其他城市，而漢中市及商洛市恢復能力較弱。

圖6 2019年陜西省自然災害承災分項能力的空間分布

研究期間，陜西省防災能力演變整體呈上升趨勢，同時存在顯著的區域差異（圖7a）。陜北地區防災能力變化最大，提升了0.194 7，其次是陜南地區，區域防災能力增長了0.179 6，關中地區增長較少，提升了0.151 8。漢中市防災能力增長量較多，增長了0.204 0。安康市和商洛市的防災能力變化量相對較少，災害防治資金與建成區綠化覆蓋率等建設有待進一步加強。

抗災能力增長最多的是陜北地區，其次為關中和陜南地區（圖7b）。截至2019年底，西安市與楊凌高新示范區抗災能力較高，主要得益于較高的城市道路面積與城市橋梁占比。榆林市的抗災能力變化量較多，這是由于其人口密度相對較小，且城市空間布局較為合理。安康市和商洛市在研究期間抗災能力變化量較少，陜南地區的抗災能力需進一步強化。

2000—2019年陜西省救災能力變化呈中間高、南北低的特征（圖7c）。截至2019年底，關中地區除咸陽市與渭南市外，其他市區醫療床位數均超過70張/萬人，楊凌高新示范區與銅川市甚至超過80張/萬人，人均醫師數量、公鐵客貨運總量也較高，故關中地區救災能力高于陜北和陜南地區。陜北的延安市隨著重鑄革命老區的步伐加快，公鐵客貨運總量在近些年增長較快，故延安市救災能力變化大于榆林市。陜南地區的醫療服務與交通發展速度相對較慢，故救災變化量在全省也相對較低。

圖7 2000—2019年陜西省自然災害綜合承災分項能力變化量的空間分布

2000—2019年陜西省恢復能力變化量的空間分布特征與救災能力變化量的空間分布特征相同，呈中間高、南北低的特征（圖7d）。2019年西安市與楊凌高新示范區人均儲蓄額、醫保參比與第二三產業生產總值占比居于全省前列，因此恢復能力變化量較多。榆林市和延安市恢復能力變化量處于中等，商洛市、安康市恢復能力變化量較低，漢中市恢復能力變化量最小。

2.3 陜西省自然災害綜合承災能力與人口變化的關系

陜西省自然災害綜合承災能力與陜西省人口變化的空間分布（圖8）存在一定的耦合關系。2000—2020年陜西省人口變化空間分布呈北部較高、南部次之、中部除個別市（區）外均較低的特征。除西安市、楊凌高新示范區人口大幅度增加變化率高達70%，榆林市、延安市小幅度增加外，其他地市均有一定程度減少，咸陽市人口減少幅度達18%（圖8a）。2000—2010年陜西省人口變化率空間分布特征為中間高、北部次之、南部最低（圖8b）。楊凌高新示范區人口變化率最高，其次是西安市，而渭南市、漢中市、安康市和商洛市人口變化率均為負值。2010—2020年陜西省人口出現較大變化，西安市人口增加400多萬，變化率超過50%，楊凌高新示范區人口增長率依舊較大，而寶雞市、渭南市、咸陽市、銅川市與商洛市人口減少幅度超過10%，其中咸陽市人口減少幅度高達19%（圖8c）。

圖8 不同階段陜西省人口空間變化率

人口為承災體的一部分，也是影響承災能力的因素之一。人口暴露度越高，自然災害來臨時可能遭受的損失就越大。區域內人口減少，承災體暴露度降低，承災能力會相應提高。研究期間，人口增長率由大到小排列依次為楊凌高新示范區、西安市、榆林市、延安市、安康市、漢中市、寶雞市、渭南市、商洛市、銅川市、咸陽市，這與陜西省承災能力變化基本一致，因此人口的空間格局變化與承災能力的空間變化存在一定耦合關系。而西安市承災能力提高是作為省會城市，人口的大量涌入促使其空間布局、道路建設和醫療服務等其他影響因素的提升。

3 小結

1）2000—2019年陜西省自然災害綜合承災能力整體水平呈上升趨勢、變化速率漸趨穩定、區域差異逐漸縮小，從低承災水平步入較高承災水平。這表明近年來陜西省在承災能力建設方面取得較大進步，承災水平有了明顯提升，區域可持續發展能力不斷增強。

2）研究期間陜西省自然災害綜合承災能力總體呈上升趨勢，抗災能力和防災能力的變化特征基本一致，防災能力整體高于抗災能力；救災能力的動態演化過程較復雜，波動次數較多；恢復能力整體態勢呈平穩上升，但提升幅度低于其他分項能力。各分區及分項能力與陜西省發展態勢基本一致。

3）陜西省自然災害綜合承災能力及分項能力變化量均呈中部高、南北低的空間分布特征。目前楊凌高新示范區及西安市綜合承災能力最高，主要得益于綠地面積占比、人均GDP、人均儲蓄額和公鐵客的運客總量等因素，區域規劃發展優于其他城市。

4）作為最重要的承災體，區域人口增長也意味著自然災害暴露度增加，也對承災能力提出了更高要求。陜西省人口變化與自然災害綜合承災能力變化的空間分布格局具有一定的耦合度。人口變化率空間分布特征與綜合承災能力空間分布特征基本一致，均為中部高、北部次之、南部最低。這表明陜西省城市建設水平與承災能力的提升和發展基本適應了研究期與人口變化相關的自然災害暴露度的新空間分布格局。

陜西省需加快經濟結構調整，繼續提高第二、三產業的比重，加強防災減災資金投入、保障居民收入；補齊區域發展中醫療衛生服務較弱、綠化覆蓋率較低等短板；加大宣傳提高民眾風險防范意識，推動區域自然災害承災能力的提升，保障區域社會經濟可持續發展。