武汉城市圈经济-社会-资源环境系统脆弱性研究

2014-08-20胡志强段德忠曾菊新

湖北大学学报(自然科学版) 2014年6期

胡志强，段德忠，曾菊新

（1.河南大学黄河文明与可持续发展研究中心，河南开封475001；2.河南大学环境与规划学院，河南开封475001；3.华东师范大学资源与环境科学学院，上海200062；4.华中师范大学城市与环境科学学院，湖北武汉430079）

0 引言

脆弱性概念起源于自然灾害研究［1］.P.Timmerman［2］于1981年首先提出脆弱性概念.由于研究视角和学科背景的不同，对脆弱性概念的理解一直未达成统一.Cutter［3］以及美国克拉克大学的研究者从自然科学领域对脆弱性进行了定义，认为脆弱性可分为3种类型：第一种是区域自然状况的敏感性，第二种是区域各种社会因素的应对能力，第三种是敏感性和应对能力的结合.在人文科学领域，对脆弱性概念的理解主要有4种：①R W Kates［4］等认为脆弱性是一种度；②J K Mitchell［5］认为脆弱性是一种可能性，即各要素面对外来干扰时受损害的可能性大小；③B Kochunov［6］认为脆弱性是一种发展状态，即生态环境退化超过了现有的社会经济和技术水平所能长期维持下去的状态；④W C Bohle［7］认为脆弱性是一种能力，即系统要素应对外来损害的能力.近年来，脆弱性研究开始由单一的自然系统脆弱性向人文系统脆弱性转变，对脆弱性的关注开始由自然因素导致的脆弱性评价转向人在脆弱性中的形成及其作用［8］，而且有了自然-社会交叉融合的趋向［9-10］.国内对脆弱性的研究起步较晚但发展很快.我国学者对脆弱性概念的研究首先是从生态环境角度开始的［11］.近几年，研究角度和对象开始呈现多样化特点［12］.如苏飞等［13］、王乃举等［14］、刘继生等［15］、顾康康等［16］、何云玲等［17］分别从经济、社会和生态角度对城市脆弱性进行了评价；王士君等［18］、苏飞等［19］、李博等［20］、高超等［21］则分别对矿业城市、旅游城市、沿海城市和绿洲城市等特殊类型城市的脆弱性进行了研究.

综合国内外已有研究发现，虽然脆弱性研究已成为热点和前沿，但仍有待进一步深化：①当前对城市脆弱性的研究多以单一视角为主，缺少从综合视角对城市系统脆弱性的界定和考察.②从脆弱性研究对象看，多以特殊类型城市为主，评价指标体系会较多地反映城市的特殊性，因此有必要对一般性城市脆弱性的评价指标体系的构建进行探索.③从研究方法看，虽已有学者从综合角度对城市脆弱性的界定进行了尝试［22-23］，但仍以定性研究为主，定量考察不足.④从研究尺度看，当前脆弱性研究的对象多以小尺度的单个城市或大尺度的省际区域为主，涉及中尺度城市圈脆弱性的研究还极为少见.

城市圈是以人类活动为中心，由经济、社会和资源环境构成的开放复合系统，社会、经济、资源环境各系统相互耦合，共同作用，具有非线性耦合性、时间动态性、空间分异性、可度量性、可模拟性特征，表现为耗散结构、自我平衡、协同演化的经济、社会、资源环境复杂巨系统［24-25］.2007年12月7日，武汉城市圈成为全国“两型社会”（资源节约型和环境友好型）建设综合配套改革试验区，实现经济、社会、资源环境相互协调是实现武汉城市圈“两型社会”建设目标的核心和关键.基于此，本文中以武汉城市圈为例，构建城市圈经济-社会-资源环境（以下简称ESR）系统脆弱性评价指标体系，引入三角图分析方法，建立脆弱性评价模型，研究武汉城市圈ESR系统脆弱性的空间特征，并对各城市脆弱性类型进行划分，以期为相关部门制定武汉城市圈可持续发展策略提供参考.

1 研究方法

1.1 脆弱性分类方法近年来，三角图法在分类和评价体系中的应用越来越广泛.武汉城市圈各子系统脆弱性是指各子系统内部和子系统之间的要素、群体、系统相互作用，使得系统、群体、要素内存在的不稳定性，对外界干扰的敏感性及其对干扰的损失或损害，并且难以复原.即武汉城市圈复合系统脆弱性指数（VT）是由经济系统脆弱性指数（VE）、社会系统脆弱性指数（VS）和资源环境系统脆弱性指数（VR）加和组成，即：VT＝VR＋VE＋VS.

三角图法的原理如图1所示：三角形ESR为等边三角形，R点代表城市VR的值为1，VR在E点和S点的值为0，从E（S）点到R点，VR的值从0变化到1.同理，VE在E点的值为1，在R点和S点的值为0；VS在S点的值为1，在E点和R点的值为0.因此，过三角形内部任一点的平行线与各边所截线段对应值之和为1［26］.复合系统脆弱性VT＝VS＋VE＋VR＝1符合三角图法的应用条件，据此计算各子系统脆弱性指数VS、VE、VR所占比例.本文中以武汉城市圈复合系统单一子系统脆弱性指数和两个子系统脆弱性指数之和在城市复合系统指数中达80%为标准（根据数理统计知识大量实践证明，若子系统所占比例超过复合系统的80%，则复合系统可用此子系统的特征近似表示，如李博等［20］和辛馨等在《基于三角图法的矿业城市人地系统脆弱性分类》中验证了“80%”这一数值作为系统类型特征指示量是可行的）将复合系统脆弱性分为以下7类（如图1）：E型（经济子系统脆弱型）、S型（社会子系统脆弱型）、R型（资源环境子系统脆弱型）、SR型（社会资源环境子系统脆弱型）、ER型（经济资源环境子系统脆弱型）、ES型（经济社会子系统脆弱型）和ESR型（经济社会资源环境子系统均衡脆弱型）.

1.2 指标体系的构建根据城市ESR系统脆弱性的内涵，构建武汉城市圈ESR系统指标体系，通过理论分析、专家征询、频度统计，结合数据可获得性建立最终评价指标体系（表1），相关数据选自《2012年湖北省统计年鉴》和武汉城市圈各市2011年国民经济和社会发展统计公报.

图1 城市复合系统脆弱性三角分类图

表1 武汉城市圈ESR系统脆弱性评价指标体系

1.3 指标权重的确定在综合指标体系的测度中，确定权重的方法有主观赋值法和客观赋值法.主观赋值法难免会受人为主观因素的影响，而熵值法利用评价指标的固定值来确定指标的效用价值，从而在一定程度上避免主观因素带来的偏差，因此本文中采用熵值法确定权重，具体步骤参见文献［27］，得出的各指标权重（w）见表1.

1.4 脆弱性评价模型

1.4.1 计算各系统敏感性（P）与应对能力指数（A）

式中，w指各指标权重，E、S和R分别指经济、社会和资源环境子系统的指标值.

1.4.2 脆弱性评价模型引入城市ESR系统脆弱性模型，根据（1）中计算的各子系统的敏感性指数和应对能力指数得出，经济系统脆弱性：VE＝EP／EA；社会系统脆弱性：VS＝SP／SA；资源环境系统脆弱性：VR＝RP／RA.

1.4.3 脆弱性等级划分当前关于ESR系统脆弱性分级标准可供借鉴的成果较少，在参考文献［26］和咨询相关专家的基础上，以复合系统、经济、社会、资源环境脆弱性的平均值（M）和标准差（σ）作为标准将脆弱性分为以下4类（表2）.

表2 系统脆弱性评价等级

2 武汉城市圈ESR系统脆弱性评价

基于表1的评级指标体系及权重，运用脆弱性模型计算出武汉城市圈ESR复合系统及其子系统的脆弱性指数（表3）.

表3 武汉城市圈复合系统及其子系统脆弱性评价结果

2.1 复合系统：脆弱性水平较高，空间分异明显如图2，武汉城市圈所有城市复合系统脆弱性均为中等脆弱性以上，由此可知城市圈总体上处于中高脆弱性级别.其中，属于中等脆弱性的城市有武汉市、咸宁市、仙桃市、潜江市、黄石市、孝感市和鄂州市，共同特点是经济发展水平和社会发展保障能力较高，生态环境质量较好.属于高脆弱性的城市有黄冈市和天门市.虽然黄冈和天门的资源环境状况较好，但是脆弱的经济和社会系统极大地增加了两市复合系统的脆弱性.由于各城市经济、社会和资源环境状况的不同，城市圈脆弱性内部差异较大.脆弱性最低的武汉市的脆弱性指数仅有2.91，脆弱性最高的黄冈市其脆弱性达到了7.23.

2.2 经济子系统：武汉一城最优，板块结构明显武汉城市圈经济子系统脆弱性特点是武汉一城最优，形成较为明显的板块结构，具体可分为低脆弱性、中等脆弱性、较高脆弱性和高脆弱性4个等级板块（如图3）.

1）第一板块是属于低脆弱性的武汉市和鄂州市，以低敏感性、高应对能力和低脆弱性为特征.武汉作为武汉城市圈的经济中心，经济发展水平高，对外经济联系密切，科技创新水平高，经济系统应对能力强；同时，多元的产业结构，发达的高新技术工业使经济系统的敏感性较低.鄂州市的经济水平较高，高新产业发展迅速，经济系统应对能力仅次于武汉.

图2 武汉城市圈复合系统脆弱性空间分异

图3 武汉城市圈经济系统脆弱性空间分异

2）第二板块是属于中等脆弱性的黄石市、孝感市、仙桃市和潜江市，该类城市的特征为较高的敏感性和较高的应对能力.这些城市大多拥有较为雄厚的经济实力，应对能力较强；但同时产业经济多以矿产、建筑、冶炼、金属加工等高能耗企业为主，产业结构现代化水平低，技术创新能力不强，导致经济敏感性普遍较高.

3）第三板块是属于较高脆弱性的咸宁市，脆弱性特征为较低的敏感性和低应对能力.虽然咸宁的经济敏感性不高，但低应对能力极大地提高了经济系统的脆弱性.其人均GDP、地方财政状况均处于中下游水平，高新产业发展严重不足，产值比重位于武汉城市圈之末，产业结构亟待优化.

4）第四板块是属于高脆弱性的天门市和黄冈市，特征是较高的敏感性，低应对能力.以黄冈市为例，黄冈的经济应对能力是所有城市中最低的（仅有0.008），这同样可以从其土地利用结构反映出来.黄冈的农业用地比例高达81%，而居民点和工矿建设用地仅占5.5%，居民点和工矿建设不仅需要大量资金同时也是经济发展的源泉和动力，黄冈的土地利用结构决定了其一产偏大、二产偏弱、三产不优、发展动力不足的经济特征，整体经济实力的低下使其落入较高脆弱性区域.

2.3 社会子系统：整体不优，黄冈市高脆弱性突出

1）武汉城市圈的社会系统脆弱性可分为中等脆弱性、较高脆弱性和高脆弱性3种类型，其中以中度脆弱性占大多数（如图4），整体脆弱性不低.属于中等脆弱性的城市有武汉市、黄石市、咸宁市、鄂州市、潜江市、仙桃市和孝感市，这类城市社会系统的敏感性大小不一，但共同特点是都有着较强的应对能力.同时，天门（较高脆弱性）和黄冈（高脆弱性）的经济水平在所有城市中也是较低的.例如，两市的人均GDP在所有9个城市中处于下游水平，仅是武汉的24.7%和28.8%.雄厚的经济基础是社会系统应对能力的基础和保障，充足的资金保障了基础设施建设的投入和社会保障的支出，覆盖更多的弱势人群.同时，7个城市的人才优势也较为突出，万人拥有卫生技术人员数领先于天门和黄冈.

2）在武汉城市圈所有城市中，黄冈市社会系统高脆弱性极为突出，脆弱性指数高达3.93，是脆弱性最低的武汉市的7.7倍，主要原因是其较高的敏感性和极低的社会应对能力.从敏感性来看，黄冈的经济水平较低，但其城乡收入差距是所有城市最大的，城乡收入比高达2.71.从应对能力看，黄冈市的社会保障体系不够完善，失业保险覆盖率仅为6.01，较其他8个城市还有较大的差距；同时，黄冈市农民收入仅为5 438元，是所有城市中最低的.以上综合因素大大降低了黄冈市的社会应对能力.

2.4 资源环境子系统：呈核心-边缘空间结构，系统敏感性作用显著

1）通过图5可以发现武汉城市圈资源环境子系统脆弱性在空间上呈核心-边缘结构.①属于核心区的是高脆弱性的黄石市、鄂州市和武汉市，三城市的脆弱性特征是高敏感性和较高的应对能力.武汉市经济规模大，工业发达，工业废水和SO2的排放量远高于其他几个城市.黄石和鄂州经济以矿产加工、冶金冶炼制造为主，高污染、高排放特征明显.从应对能力看，武汉市人均水资源量低于城市圈的其他城市，水资源应对脆弱性的能力有限，而且黄石和鄂州两市的污染物综合处理和利用能力并不突出.②属于边缘区的是中等脆弱性的黄冈市、咸宁市、仙桃市、天门市、孝感市和低脆弱性的潜江市.这些城市的脆弱性特点是较高的敏感性和较高的应对能力.从敏感性看，咸宁市的污染物排放尤其是工业粉尘排放量在所有城市中是最高的，达到了每年4.11万t；同时落后的生产工艺极大增加了水资源的消耗量.从应对能力看，六城市的应对能力较强.以黄冈为例，黄冈的土地利用结构中工矿建设用地仅占5%左右，远低于其他几个城市；林业用地高达50%，良好的本底自然环境极大地提高了黄冈对外来扰动的应对能力.

图4 武汉城市圈社会系统脆弱性空间分异

图5 武汉城市圈资源环境系统脆弱性空间分异

2）从资源环境系统与其敏感性和应对能力的关系看，系统的敏感性对资源环境系统脆弱性的作用更为显著.首先从各城市的敏感性和应对能力指数看，应对能力的差别并不是太明显，更多的是敏感性的差距.另外根据灰色关联度法的相关分析，发现资源环境系统与敏感性和应对能力的相关系数分别为0.95和-0.51，同样佐证了这个结论.

3 武汉城市圈ESR系统脆弱性分类及应对措施

根据经济、社会、资源环境系统脆弱性指数占武汉城市圈ESR复合系统脆弱性指数的比重构建三角图，得到武汉城市圈ESR系统脆弱性三角分类和空间布局（如图6），并依据不同城市的脆弱性类型提出了有针对性的规避措施.

1）R型（资源环境子系统脆弱型）城市是武汉市，说明资源环境问题是武汉市可持续发展的主要矛盾.因此，对策的制定应着重改善武汉市的资源环境状况.具体措施有：改进生产工艺，加强对污染物的治理和综合利用，减少废弃物的排放；增加人均绿地面积和森林覆盖率，改善生态环境.

2）SR型（社会资源环境子系统脆弱型）城市是鄂州市，说明社会系统和资源环境系统存在的问题是制约鄂州市可持续发展的主要矛盾.鄂州市应该增加社会保障和就业指出，降低失业率的同时，扩大失业保险的覆盖比例；加强对安全生产的监督力度.在资源环境方面，调整产业结构和生产工艺，减少废弃物的排放量；推广节水生产生活方式，降低人均耗水量；加强对工业固体废弃物的回收利用，提高资源环境系统的应对能力.

3）ER型（经济资源环境子系统脆弱型）城市是黄石市，说明经济系统和资源环境系统存在的问题是制约黄石市可持续发展的主要矛盾.黄石市的第二产业比重是武汉城市圈所有城市中最高的，而且多以冶炼、矿业为主，增加了其单位GDP的能耗和各种污染物的排放，破坏了生态环境.因此，实现黄石市经济和资源环境协调发展，最根本的就是要调整产业结构，做优第二产业，做大第三产业，扩大高新技术产业比例.

图6 武汉城市圈ESR系统脆弱性三角分类及空间布局

4）ESR型（经济社会资源环境子系统均衡脆弱型）城市有仙桃市、咸宁市和孝感市，说明这3个城市在3个子系统方面均存在一定的问题，相对均衡而不突出.在对策调整时应侧重调整脆弱性指数较高子系统中的限制因素.因为3个城市的经济子系统的脆弱性明显高于其他2个子系统，因此应该从经济系统角度出发，调整产业结构，减少资源型产业的比重，加快产业结构优化升级；扩大对外交流，改善投资环境，加大吸引外资的力度.

5）ES型（经济社会子系统脆弱型）城市有潜江市、天门市和黄冈市.通过研究发现，这3个市的共同特点是经济系统脆弱性高（都属于较高或高脆弱性级别），经济活力不足，而健全的社会保障离不开雄厚的经济基础作为后盾，因此，解决经济社会子系统脆弱性应该先从振兴区域经济着手.具体措施有：完善产业结构，创造良好的市场环境，加大基础设施投入力度，优化招商引资环境，提高科技创新能力.

4 结论与讨论

本文中立足武汉城市圈，引入脆弱性三角图分类法，对武汉城市圈ESR系统的脆弱性及类型进行了研究，得出了以下结论：

1）武汉城市圈ESR复合系统整体脆弱性较高，属于中高级别，而且空间差异明显.从武汉城市圈脆弱性各子系统看，各子系统脆弱性区域差异明显.经济子系统脆弱性表现为武汉一城最优，由四大板块构成；社会子系统脆弱性整体较高，其中黄冈市的脆弱性较其他城市相对突出；资源环境子系统脆弱性在空间上呈核心-边缘结构，而且敏感性对系统脆弱性的作用更为显著.

2）通过构建脆弱性类别三角图可将武汉城市圈脆弱性分为R型（武汉市）、SR型（鄂州市）、ER型（黄石市）、ESR型（仙桃市、咸宁市和孝感市）、ES（潜江市、天门市和黄冈市）型5种.各城市因脆弱性类型的不同而有相对的应对措施.

3）城市ESR系统脆弱性受多种要素的扰动，而且存在动态变化特征，因此研究复合系统脆弱性与经济、社会、资源环境的相互作用机制，加强城市圈ESR系统脆弱性变化趋势的预警预测将是今后研究的重要方向.

［1］Janssen M A，Schoon M L，Ke W M，et al.Scholarly networks on resilience，vulnerability and adaptation within the human dimensions of global environmental change［J］.Global Environmental Change，2006，16（3）：240-252.

［2］Timmerman P.Vulnerability，resilience and the collapse of society：a review of models and possible climatic

applications［M］.Toronto，Canada：Institute for Environmental Studies，University of Toronto，1981：5-25.

［3］Cutter S L.Vulnerability to environmental hazards［J］.Progress in Human Geography，1996，20：529-539.

［4］Kates R W.The interaction of climate and society［C］.Kates R W，Ausubel J H，Berberian M.Climate impact assessment.NewYork：Wiley，1985：3-36.

［5］Mitchell J K.Hazards Research［C］.Gaile G L，Wilhnott C J.Geography in America.OH：Merrill，1989：410-424.

［6］Kochunov B.脆弱生态的概念与分类［J］.李国栋，译.地理译报，1993（1）：36-44.

［7］Bohle W C.Bringing social theory to hazards research：conditions and consequences of the mitigation of environmental hazards［J］.Sociological Perspectives，1989（31）：147-168.

［8］方修琦，殷陪红.弹性、脆弱性和适应——IHDP三个核心概念综述［J］.地理科学进展，2007，26（5）：11-22.

［9］Cutter S L，Boruff B J，Shirley W L.Social vulnerability to environmental hazards［J］.Social Science Quarterly，2003，84（2）：242-261.

［10］Eakin H，Luers A L.Assessing the vulnerability of social-environmental systems［J］.Annual Review of Environmeand Resources，2006（31）：365-394.

［11］刘燕华，李秀彬.脆弱性生态环境与可持续发展［M］.北京：商务印书馆，2001：35-42.

［12］王岩，方创琳，张蔷.城市脆弱性研究评述与展望［J］.地理科学进展，2013，32（5）：755-768.

［13］苏飞，张平宇.基于集对分析的大庆市经济系统脆弱性评价［J］.地理学报，2010，65（4）：454-464.

［14］王乃举，周涛发.矿业城市经济系统脆弱性评价——以铜陵市为例［J］.地理与地理信息科学，2012，28（3）：49-53.

［15］刘继生，那伟，房艳刚.辽源市社会系统的脆弱性及其规避措施［J］.经济地理，2010，30（6）：944-948.

［16］顾康康，刘景双，王洋.辽中地区矿业城市生态系统脆弱性研究［J］.地理科学，2008，28（6）：759-764.

［17］何云玲，张一平.云南省生态环境脆弱性评价研究［J］.地域研究与开发，2009，28（2）：108-122.

［18］王士君，王永超，冯章献.石油城市经济系统脆弱性发生过程、机理及程度研究——以大庆市为例［J］.经济地理，2010，30（3）：297-402.

［19］苏飞，张平宇，李鹤.中国煤矿城市经济系统脆弱性评价［J］.地理研究，2008，27（4）：907-916.