地震易發區傳統村落空間分布特征及災害韌性評價

白惠文,師滿江,,曹 琦,寧志中

(1. 西南科技大學 土木工程與建筑學院,四川 綿陽 621010; 2. 中國科學院 地理科學與資源研究所,北京 100101)

0 引言

四川省是我國自20世紀以來受地震影響最嚴重的省份之一[1],據統計,2008—2019年,該地區發生5級以上地震災害共19次,占全國總數的11.4%,直接經濟損失占全國災害損失總數的82.6%[2]。同時,四川省也是《全國重要生態系統保護和修復重大工程總體規劃(2021—2035年)》[3]中長江上游典型的生態修復區和“兩山”理論實踐區,多樣的生態系統和復雜的地理環境孕育了悠久、豐富的歷史民族文化,形成了眾多獨具地方特色、形態各異的傳統村落,這些村落不僅承載著民族文化的歷史記憶,更是區域災害系統中最基本的承災體[4]。隨著近年來地震和各類山地災害(包括崩塌、滑坡和泥石流等)的頻繁發生,傳統村落的自然環境、空間格局、文化承載體以及承災能力均遭受到了不同程度的影響[5],開展傳統村落災害韌性的科學評價是傳承保護傳統村落的當務之急。

災害韌性作為氣候變化背景下緩解和適應災害風險的新視角,已成為國際社會應對災害風險的新手段[6-7]。但當前災害韌性評價研究主要集中在城市社區[8]、大城市[9]、城市群[10]等人口密集區,相對而言,較少關注鄉村地區[11],特別是缺乏針對傳統村落災害韌性評價的系統研究。在當前鄉村振興的背景下,我國傳統村落綜合防災減災的研究已逐漸引起重視,相關研究如傳統村落防災體系構建[12]、傳統村落防災減災能力評價[13]和傳統村落有機防災策略研究[14]等。然而,從災害韌性的視角審視傳統村落的綜合防災減災能力,不僅需要考慮地理環境[15]、空間形態[16]、建筑格局[17]和文化景觀[18]等單一維度對傳統村落本體的影響,還應考察其在不同空間尺度下,如宏觀尺度下傳統村落所在區縣的社會經濟發展水平和中觀尺度下鄉鎮的地理孕災環境等對災害韌性的綜合影響,目前尚缺乏針對上述多維度、多尺度評價指標體系的系統梳理和定量評價研究。

鑒于此,本研究從中國傳統村落保護名錄中選取位于四川省地震易發區內179個傳統村落為研究對象,基于當前國內外災害韌性理論研究進展,從宏觀、中觀和微觀3個尺度構建了涵蓋社會、文化、環境、生態、建筑和區位的多維度傳統村落災害韌性評價框架和指標體系,綜合采用遙感和地理信息系統等技術開展實證分析,定量評價了研究區傳統村落在不同空間分布下的災害韌性水平,進而提出了傳統村落災害韌性提升策略。本研究構建了一套針對地震易發區傳統村落災害韌性的評價指標體系,以期為傳統村落防災減災規劃提供理論依據和科學方法。

1 傳統村落災害韌性評價框架及指標體系

1.1 傳統村落災害韌性評價框架

“韌性”在不同學科間的含義不盡相同,在災害學視角下,大部分學者將其視為災害暴露下社區具有抵抗、適應和災后恢復的能力[19]。作為降低自然災害風險和加強災害適應性管理的有效策略,災害韌性評價已被國際社會廣泛采納[20]?，F有災害韌性評價研究多以構建指標體系為主[21],國外較為成熟的災害韌性評價體系主要包括:地方災害韌性模型[22]、社區基線韌性評價指標體系[23]、氣候災害韌性指數[24]等。國內主要有中國城市災害韌性[25]、西南地區災害韌性[26]以及農村社區韌性[27]等相關評價模型。梳理上述研究進展可知,盡管當前對災害韌性的評價體系還沒有形成統一的標準,但從社會、環境、生態和區位等維度構建指標體系已成為國內外研究的共識。

然而,由于傳統村落的特殊性,其災害韌性評價不僅要考慮到上述社會、環境、生態和區位4個維度,還涉及到歷史古跡、建筑群等物質文化遺產和傳統文化、建筑營造技藝等非物質文化遺產在傳統村落防災減災中起到的特殊作用[28],因此,本研究從社會、文化、環境、生態、建筑和區位6個維度構建傳統村落災害韌性評價框架。

同時,保護傳統村落不僅是當地居民的責任,也是各級鄉鎮、區縣乃至國家的責任,除了從不同維度探討傳統村落的災害韌性水平及其影響因素,還應明確不同空間尺度下行政單元在傳統村落防災減災中的主要作用。首先,宏觀層面基于區縣尺度,考察傳統村落所在區縣在遭遇地震沖擊時,依靠縣域力量,適應調整和開展災后恢復重建的能力[29]以及區縣對傳統村落傳承保護的重視程度,選取社會和文化2個維度綜合表征傳統村落災害韌性的宏觀層面。其次,中觀層面基于鄉鎮尺度,考察傳統村落所在鄉鎮的孕災環境和生態環境質量,選取環境和生態2個維度綜合表征村落依賴自然環境以抵御、適應及適時調整應對災害的能力。最后,微觀層面聚焦傳統村落本體,考察其空間營造(主要是空間選址和建筑格局)中蘊含的防災智慧[30],選取建筑和區位2個維度綜合表征在長期的歷史演變中,傳統村落的空間選址及傳統民居建筑對災害的自適應能力,如圖1所示。

1.2 傳統村落災害韌性評價指標體系

遵循科學性、綜合性和數據易獲取性的原則,根據圖1的傳統村落災害韌性評價框架,本研究構建了如表1所示的傳統村落災害韌性評價指標體系。

圖1 傳統村落多維度災害韌性評價框架Fig.1 Multi-dimensional disaster resilience assessment framework of traditional villages

宏觀尺度參考繆惠全等[31]、許兆豐等[9]基于災后恢復和防災視角構建城市韌性評價指標體系,選取常住人口、自然增長率、城鎮化率、地區生產總值和人均國內生產總值5個指標因子衡量傳統村落所在區縣的社會發展水平;參考王淑佳等[32]構建的傳統村落保護水平評價模型,選取傳統村落保存率和傳統村落分布密度作為文化維度的評價指標。

中觀尺度參考李媛等[33]利用災害點密度評價地質災害發育程度,選取平均海拔、地形起伏度、崩塌、滑坡和泥石流點密度5個指標因子作為環境維度的評價指標。參考葉亞平等[34]構建的生態環境質量評價指標體系,選取耕地、水域、林地及草地面積作為生態維度的評價指標。

微觀尺度參考林偉[35]結合生態學中的景觀格局指數對傳統村落邊界形態進行研究,將單個建筑視作景觀斑塊,選取與景觀面積、斑塊數量、景觀形狀指數(landscape shape index, LSI)、斑塊平均最近距離(mean nearest neighbor distance, MNN)和斑塊凝聚度(patch cohesion index, COHESION)對應的傳統村落建筑面積、建筑數量、建筑形狀指數、建筑平均最近距離和建筑凝聚度5個指標因子對傳統村落建筑格局進行評價。參考關中美等[36]對傳統村落分布格局的研究,選取與中心城市、道路及河流水系的距離作為傳統村落區位條件的評價指標。

2 數據及方法

2.1 數據來源

本研究主要數據來源如表2所示,包含社會經濟發展、地理環境、災害點和傳統村落本體四大類數據集。其中,研究區傳統村落空間分布數據是根據前5批中國傳統村落名錄,利用Map Location拾取以WGS-84為地理坐標系的經緯度信息,再基于ArcGIS10.8平臺構建的空間屬性數據庫,最后將所有矢量數據統一投影到WGS-1984-UTM-Zone-48N(中央經線105°)。

表2 傳統村落災害韌性評價主要數據源Table 2 Main data for disaster resilience evaluation of traditional villages

2.2 數據處理

數據處理主要包括數據的預處理和效度檢驗。數據預處理用于統一指標的方向和量綱,以確保數據的一致性。效度檢驗則用于確保數據的準確性和可靠性。當數據通過效度檢驗后,可計算各指標數據的權重值,用于進一步的分析和決策。

1)數據的預處理與效度檢驗

為了統一不同指標的方向、數值和量綱,需要對數據進行預處理,指標屬性如表1所示。

對于正向指標,處理公式為

(1)

對于負向指標,處理公式為

(2)

式中:Xij為處理前第i項指標下第j個傳統村落的統計值;Xi為處理前第i項指標的統計值; min和max分別為統計變量中的最小值和最大值;Yij為標準化處理后第i項指標下第j個傳統村落的統計值。

為了檢驗指標體系是否能夠準確反映評價目的和要求,利用IBM SPSS Statistics26軟件對各項指標數據進行效度檢驗,選用指數測度法(Kaiser-meyer-olkin,KMO)和Bartlett’s球形檢驗[41]。結果顯示, 23項指標的KMO值為0.759≥0.5,變量間的相關性較好,即各分項下指標數據具有相關性;在球形檢驗中, Sig.值≤0.01,變量相關矩陣為單位矩陣,即各分項間存在顯著獨立性。故上述指標可用于下文的進一步計算。

2)權重賦值

采用IYENGAR和SUDARSHAN的方法[42]對表1中一級指標和二級指標進行權重分配,該方法考慮權重的變化與各自指標的方差成反比,表達式為

(3)

式中:ωi為第i項指標的權重; Var(Yi)為標準化處理后第i項指標統計量的方差值。

其中k的計算公式為

(4)

式中m為分項指標個數。

2.3 研究方法

2.3.1 傳統村落空間分布特征計算方法

為厘清不同空間分布下傳統村落的集聚特征,以及分析地理區位、地形地貌等因素對災害韌性的影響,選取傳統村落的區位、地形和集聚程度綜合表征其空間分布特征。其中,集聚程度通過在ArcGIS10.8平臺中使用核密度分析(搜索帶寬為10 km,輸出柵格為100 m×100 m)和最鄰近指數計算得到,最鄰近指數R為實際最鄰近距離與理論最鄰近距離的比值,當R=1時,說明點狀傳統村落是隨機分布;當R>1時,說明點狀傳統村落是均勻型分布;當R<1時,說明點狀傳統村落是聚集型分布。其計算公式為

(5)

式中:R為最鄰近指數;r1為各點狀傳統村落與最鄰近點的實際距離;rE為理論最鄰近距離;D為點密度。

2.3.2 傳統村落災害韌性計算方法

為得到傳統村落各維度和綜合災害韌性水平,參考基于災后恢復過程的城市韌性評價公式[31],各維度和總體上傳統村落災害韌性得分計算公式為

(6)

(7)

式中:Pij為傳統村落j在p維度上的得分; DR為傳統村落j的綜合災害韌性指數; DI為維度數;nk為維度p上的分項指標數量;ωj和ωk分別對應二級指標和一級指標的權重值,計算方法見式(3)和式(4)。

最后,基于ArcGIS10.8平臺,利用自然斷點法將傳統村落災害韌性指數由高到低劃分為5個等級,依次為高、較高、中等、較低和低。

3 結果分析

3.1 傳統村落空間分布特征

從區位來看,研究區傳統村落主要沿河流分布,高原山地區和平原丘陵區的傳統村落與河流的最近距離均小于100 m,較平原丘陵區傳統村落而言,高原山地區傳統村落更靠近河流,如表3所示。在與臨近城鎮和主干道的歐氏距離上,平原丘陵區傳統村落更靠近城鎮和主干道,高原山地區傳統村落與臨近城鎮的最近距離在1000 m左右,而該距離在平原丘陵區小于200 m,高原山地區傳統村落與臨近主干道的最遠距離達到80000 m,平均距離在25000 m以上,而平原丘陵區與臨近主干道的平均距離僅11000 m左右。

表3 傳統村落空間統計分析Table 3 Spatial statistical analysis of traditional villages m

續表

從地形來看,研究區傳統村落主要位于地勢相對較平緩的區域,其中高原山地區傳統村落平均地形起伏度小于40 m,平原丘陵區傳統村落平均地形起伏度為20 m左右。高原山地區的傳統村落平均海拔在3000 m左右,最高海拔達到4432 m,最低海拔為899 m,而平原丘陵地區的傳統村落平均海拔在770 m左右,最高海拔為2457 m,最低海拔僅為286 m。

從空間集聚程度來看,表4計算結果顯示研究區傳統村落在空間上呈顯著聚集分布,并表現出“多核聚集”特征如圖2所示。其中,高原山地區傳統村落集聚程度高于平原丘陵區,形成組團狀的“小范圍聚集”型的空間分布類型,而平原丘陵區傳統村落則形成了散點狀的“大范圍聚集”型的空間分布類型。

表4 傳統村落最鄰近指數及分布類型Table 4 The nearest neighbor index and distribution type in traditional villages

圖2 研究區傳統村落分布核密度圖Fig.2 Kernel density of traditional villages distribution in the study area

3.2 傳統村落災害韌性評價結果及分析

結合表1和式(7)計算得到本研究區傳統村落災害韌性指數(disaster resilience, DR),理論值介于0～1之間,其值越接近1,表示災害韌性水平越高。然而,實際計算結果顯示0.23≤DR≤0.62,平均值為0.37,整體偏低?；谧匀粩帱c法將DR由高到低劃分為5個等級,研究區災害韌性等級為高、較高、中等、較低和低的傳統村落數量(占比)分別有30(17%)、43(24%)、58(32%)、33(18%)、15(8%)個,且平原丘陵區傳統村落災害韌性水平整體高于高原山地區。其中,平原丘陵區傳統村落計算結果顯示0.28≤DR≤0.62,平均值為0.42,災害韌性等級為較低及低、中等、較高及高的傳統村落數量(占比)分別有8(16.67%)、10(17.24%)、33(67.12%)個;高原山地區傳統村落計算結果顯示0.23≤DR≤0.42,平均值為0.34,災害韌性等級為較低及低、中等、較高及高的傳統村落數量(占比)分別有40(83.33%)、48(82.76%)、24(32.88%)個。

從構成傳統村落災害韌性各維度評價結果來看,平原丘陵區傳統村落在社會、環境、生態和區位4個維度上均高于高原山地區,而高原山地區傳統村落僅在文化和建筑2個維度上高于平原丘陵區,如表5所示。

表5 傳統村落災害韌性評價結果Table 5 Evaluation results of disaster resilience in traditional villages

社會維度反映的是宏觀視角下傳統村落所在區縣的社會經濟發展水平,平原丘陵區的評價結果高于高原山地區。在空間上,高值區主要分布在成都市龍泉驛區和青白江區、綿陽市涪城區以及德陽市旌陽區;低值區主要分布在甘孜藏族自治州德格縣、得榮縣和甘孜縣等,如圖3(a)所示。相較平原丘陵區,高原山地區受地理條件限制,自然資源和勞動力較為匱乏,導致該地區經濟發展落后。

文化維度反映的是宏觀視角下各區縣的傳統村落保護水平,高原山地區的評價結果高于平原丘陵區。在空間上,高值區主要分布在阿壩藏族羌族自治州壤塘縣、九寨溝縣和甘孜藏族自治州丹巴縣、理塘縣和稻城縣;低值區主要分布在雅安、樂山、眉山一帶,包括漢源縣、洪雅縣和沐川縣等,如圖3(b)所示。相較平原丘陵地區,高原山地區不適宜大規模的經濟活動和開發建設,故當地民居往往以傳統村落的形式保存下來,傳統的建筑、文化和生活習慣更能得到傳承和保護。

環境維度反映的是中觀視角下傳統村落所在鄉鎮的孕災環境暴露水平,平原丘陵區的評價結果高于高原山地區。在空間上,高值區主要分布在龍門山斷裂帶東南區域,包括成都市青白江區城廂街道、綿陽市豐谷鎮、德陽市云西鎮和遂寧市玉豐鎮等;低值區主要分布在在龍門山斷裂帶西北區域,包括甘孜藏族自治州中路鄉、阿壩藏族羌族自治州桃坪鄉、龍溪鄉等,如圖3(c)所示。相較平原丘陵區,位于龍門山斷裂帶西北部的高原山地區地勢陡峭、地形起伏度大,導致山體崩塌、滑坡和泥石流頻發,孕災環境復雜且不穩定性突出。

生態維度反映的是中觀視角下傳統村落所在鄉鎮的生態環境質量,平原丘陵區的評價結果高于高原山地區。在空間上,如圖3(d)所示,高值區主要分布在遂寧市青堤鄉、綿陽市林山鄉和成都市朝陽湖鎮等;低值區主要分布在甘孜藏族自治州子庚鄉、阿壩藏族羌族自治州大錄鄉和雅安市磽磧鄉等,如圖3(d)所示。相較平原丘陵地區,高原山地區土地資源相對匱乏,不利于大規模的農業、林業和草業發展,且該地區降雨少、年均氣溫低等因素也限制了耕地、林地和草地的發展。

建筑維度反映的是微觀視角下各傳統村落建筑形態特征,高原山地區的評價結果高于平原丘陵區。在空間上,高值區主要分布在阿壩藏族羌族自治州和綿陽市交界一帶,包括阿壩藏族羌族自治州林坡村和綿陽市黑水村;低值區主要分布在研究區東南部,包括雅安市五家村、樂山市民建村和成都市花揪村等,如圖3(e)所示。相較平原丘陵區,高原山地區的傳統村落因其所處地理環境復雜而形成了獨特的建筑營造技藝和建筑格局,以適應當地環境并抵御自然災害。而平原丘陵區的傳統村落受城鎮化進程的影響較大,建筑格局通常順應城鎮建設規劃,導致缺乏傳統建筑的獨特風格和防災智慧。

區位維度反映的是微觀視角下各傳統村落的地理區位條件,平原丘陵區的評價結果高于高原山地區。在空間上,高值區主要分布在研究區東南部,包括遂寧市高石村和資陽市治山村等;低值區主要分布在研究區西北部,主要包括阿壩藏族羌族自治州苗州村、阿爾村和甘孜藏族自治州子實村等,如圖3(f)所示。相較平原丘陵區,高原山地區的地形地貌和地質構造對交通運輸和基礎設施建設存在諸多限制,導致該地區傳統村落的地理區位條件較差。

圖3 傳統村落災害韌性各維度評價結果Fig.3 Evaluation results of dimensions of disaster resilience in traditional villages

綜上,平原丘陵區傳統村落在社會、環境、生態和區位4個維度上的評價結果高于高原山地區,而高原山地區傳統村落在文化和建筑2個維度上的評價結果高于平原丘陵區。通過方差分析可得出研究區傳統村落災害韌性指數方差值為0.0474,表明研究區傳統村落災害韌性水平存在顯著差異。

4 結論與建議

本研究在綜合當前災害韌性研究進展的基礎上,針對傳統村落在地震災害風險下防災減災的實際需求,從宏觀、中觀和微觀3個尺度建立了涵蓋社會、文化、環境、生態、建筑和區位6個維度的傳統村落災害韌性評價的理論框架和指標體系,并以四川省地震易發區傳統村落為研究對象進行了實證分析。主要結論有:

1)研究區內傳統村落以“多核聚集”為特征并形成若干傳統村落空間分布群。其中,高原山地區的傳統村落聚集程度更高,并形成組團狀的“小范圍聚集”型的空間分布類型,平原丘陵區則形成了散點狀的“大范圍聚集”型的空間分布類型。

2)研究區傳統村落災害韌性整體偏低且空間差異性顯著,其中高原山地區約83.33%傳統村落處于低或較低的災害韌性等級,僅在文化、建筑2個維度的評價結果上高于平原丘陵區,而平原丘陵區傳統村落在社會、環境、生態和區位4個維度的評價結果均高于高原山地區。

根據具體分析結果和上述結論,進一步針對不同空間分布下的傳統村落提出災害韌性提升策略。

1)宏觀層面(區縣尺度),推動區域經濟與傳統村落歷史文化的融合發展,提升傳統村落的歷史文化價值。在社會維度上,加強高原山地區的經濟建設,推動當地經濟發展與歷史傳統文化的融合,在保護傳統村落特色的基礎上進行適度的旅游規劃和開發,以文旅融合的模式提升當地社會、經濟效益;在文化維度上,高原山地區可根據傳統村落的空間集聚特征,協同地區文化特色形成集中連片式保護區,平原丘陵區可基于移動互聯網技術為傳統村落開發和搭建新媒體推廣平臺,提升社會對傳統文化的文化認同和當地居民的文化自信。

2)中觀層面(鄉鎮尺度),提升傳統村落防災減災的基礎設施和能力建設。在環境維度上,建立健全高原山地區的監測預警系統和避難設施,利用無人機航拍、3D全景定位導航等技術針對致災因子進行實時監測,提高搶險救援效率;在生態維度上,加強高原山地區水土保持和植被恢復工作,以提高其生態抗災能力,預防山洪、泥石流等災害的發生。

3)微觀層面(村落尺度),綜合評估傳統村落傳承保護等級,建立傳統村落價值文化、災害等級等分級分類名目。在盡可能保留傳統村落原真性的基礎上,加強平原丘陵區傳統建筑的安全檢測和維護工作;在區位上,“避災”仍是當前災害易發區傳統村落綜合減災的主要措施,采取固定植被、建設護坡和擋土墻等措施減少泥石流、山洪等災害對河流周邊村落的危害,對災害風險等級高、文化價值較大的村落可采取易地搬遷的綜合減災措施。

最后,本研究提出的傳統村落災害韌性評價指標體系是針對四川省地震易發區構建的,若要將其應用于其他地區,則需根據當地傳統村落的空間分布特征、地理環境和文化特色等具體情況進行適當調整和改進,以確保評價結果準確可靠。盡管本研究通過多尺度、多維度構建了傳統村落災害韌性評價框架和指標體系,但這種定量評價方法仍存在“靜態性”問題,后續研究應在傳統村落歷史演變的基礎上,厘清災害韌性的動態自適應學習機制,構建更為系統全面的災害韌性評價模型,進一步深化對傳統村落防災減災的指導作用。