基于熵权法的石家庄市城市韧性测度及提升策略

梁 准

(河北地质大学 河北 石家庄 050031)

一、引言

城市是人类赖以生存和发展的复杂社会系统，在不断快速发展过程中，往往遭受各种冲击扰动，这些风险不仅包括地震、洪涝等自然扰动，还包括环境污染、恐怖袭击、公共卫生的威胁等人为扰动[1]，这些冲击具有多样性、不确定性、破坏性大等特点，而这些冲击一旦发生会带来巨大的生命和经济损失，例如2012年7月21日，北京的特大暴雨造成79人遇难、160.2万人受灾、直接经济损失116.4 亿元的重大灾情[2]。2020年春节前后爆发的新型冠状病毒肺炎事件，使得多个行业阶段性停产，给中国造成的巨大的经济损失。在各种突如其来的自然和人为灾害面前，城市应当如何科学高效应对灾难，同时实现城市的快速恢复能力等问题逐渐成为全球城市规划领域关注焦点，因此增强城市韧性成了许多城市应对突发冲击的策略性选择，成都、上海、浙江等以城市韧性为基本切入点，围绕城市的基础设施，经济，社会等方面进行研究。纵观国际，纽约、伦敦、东京等国际大都市纷纷将韧性城市规划纳入到城市发展规划中，提高城市韧性来更好的应对不确定性冲击。在这种大的现实背景下，本文研究目的在于探究城市韧性的各个组成要素，完善城市韧性评价体系，度量石家庄城市韧性度，这对深入研究城市韧性有着非常重要的意义。

二、数据来源与处理

考虑到城市韧性阶段性的动态趋势、数据的可获得性和研究区域的实际情况，该研究的数据采集时间设定在2014—2018年的范围。研究数据主要来源于《河北省城市统计年鉴》(2015—2019年)、《石家庄市经济年鉴》(2015—2019年)，并根据需要直接获取或通过年鉴数据间接计算相关指标。

三、评价方法

(一)评价模型的建立

城市韧性度评价是一个多指标定量综合评价的过程，为了统一各评价指标的单位与量纲，要对数据进行标准化处理。选取的指标对于城市韧性的影响程度存在差异性，所以需要对所选指标进行客观的权重赋予，因此选用熵值法，依据熵值大小对各项指标进行权重计算。

用熵值法确定指标权重，既可以克服主观赋权法无法避免的随机性等问题 ，还可以有效解决多指标变量间信息的重叠问题[3～4]。

设城市韧性综合评价模型中需要评价某一个城市第m年的城市韧性度状况，有n个指标，于是得到该评价系统的原始数据矩阵为[5]：

主要步骤如下：

1.数据标准化处理

采用极差法，对样本指标进行标准化处理，消除量纲对数据的影响。

统计出评价指标Xij的最小值Min{Xij}；统计出评价指标Xij的最大值Max{Xij}；

对评价结果起正向作用的指标处理公式：

对评价结果起负向作用的指标处理公式：

由(1)、(2)公式得到标准化的判断矩阵；

2.求指标的信息熵值及熵权

计算各个指标的信息熵值：

计算相应指标的熵权：

3.计算某城市的韧性度

(二)城市韧性评价指标体系构建

城市是一个复杂的巨系统，涉及经济、社会、环境、基础设施等各个方面，城市的韧性程度是指标体系中所有指标作用的综合表现，每一个单项指标都从不同侧面反映了城市的韧性状况，对城市韧性度进行测度和评价，理应采用多指标综合评价方法[6]。根据石家庄市的实际情况，在加上借鉴国内外城市韧性评价指标体系，主要从经济环境、基础设施韧性、环境韧性和社会韧性等4个一级指标和24个二级指标，共同构建韧性城市综合评价指标体系(表1)。相关指标数据采用excel 表格和熵值法对指标数据进行数据处理。

表1 石家庄市城市韧性度评价指标体系

(二)城市韧性度及影响因素分析

表2 石家庄市城市韧性度

图1 石家庄市城市韧性度趋势图

通过测度石家庄市2014-2018年的城市综合韧性度及其子系统的韧性度，得到表2。

依据表2画出2014-2018年石家庄市各子系统韧性度及综合韧性度的演变趋势图(图1)

由图1可知，石家庄市从2014～2018年期间，城市韧性综合水平呈上升趋势。但在2015年石家庄市综合韧性度由0.1955下降到0.0901，是由于社会韧性度下降趋势较大，从0.1574下降到0.0158，而其他三个子系统韧性度变化不大，城市综合韧性度受社会韧性度的影响较大。在2015年～2017年期间，经济、基础设施、环境、社会四个子系统的韧性度变化不大且均呈上升趋势，所以城市综合韧性度呈较大的上升趋势，2017～2018年基础设施韧性度从0.0487上升到0.1166，有较大的上升趋势，经济韧性度有所下降但下降的幅度不大，环境与社会韧性度保持平稳，所以石家庄市的城市综合韧性度也呈上升趋势。通过以上分析得出，城市综合韧性度是由这四个子系统韧性综合作用的结果，四个子系统的韧性度都上升，城市综合韧性度上升且上升幅度较大，而某一子系统韧性度大幅下降，会导致整个城市的韧性度呈大幅下降趋势，可见经济、基础设施、环境、社会等方面协调发展才能增强城市整体韧性。

1.经济发展对城市韧性度的影响

经济发展水平是影响一个城市韧性的重要影响因素，能直接影响城市基础设施的建水平，同时也影响环境和社会发展水平。人均GDP、第三产业占GDP比重、科学技术支出占财政支出比重，这三个指标在经济韧性子系统中的权重较大，说明这三个指标对经济韧性度有较大的影响，而实际中科学技术支出占财政支出比重较小，因此导致石家庄市经济韧性度不高。

2.基础设施建设对城市韧性度的影响

基础设施是城市发展的生命线，也是城市抵抗冲击的强有力保障。没有强大的基础设施建设，城市韧性也会变脆弱[7]。在基础设施子系统中，城市下水管道长度权重最高，说明城市下水管道长度是影响基础设施韧性的重要影响因素，而互联网基础设施已经成为城市居民生活、共享城市发展不可或缺的一部分，对基础设施的韧性也有较大的影响。

3.环境保护对城市韧性度的影响

由表2可知，污水、垃圾、固体废弃物处理系统、人均公园绿地面积等指标对环境韧性度影响较大，也是保护城市环境干净整洁的重要方面。加大对城市环境的保护力度，是提升城市韧性的重要措施。

4.社会发展对城市韧性的影响

社会发展的水平的高低是影响城市居民生活质量的重要保障，在社会韧性子系统中，城镇医疗保险人数指标权重最高，公共管理和社会组织从业人员占比指标权重位于第二，说明组织管理和社会、医疗保障对社会韧性度的提升有重要影响，2015年社会韧性大幅降低主要是因为城镇医疗保险人数由2014年2863102人下降到2015年1416300人，在其他各子系统韧性变化幅度不大的情况下，社会子系统韧性的急剧下降会导致城市整体韧性的下降。

四、城市韧性的提升策略

针对上文城市韧性影响因素的分析，以指标权重的大小为依据，从经济发展、基础设施建设、环境保护及社会发展四个方面采取城市韧性提升措施，以提高城市整体韧性水平。

(1)提高经济实力，合理调整产业结构，加大科学技术支出在财政支出中所占比例，扶持高新技术产业，推进产业转型升级，提高第三产业所占比重。

(2)加强基础设施的完备度和冗余度建设[8]。要加强基础设施建设的坚固性和完备性，在灾害来临时，能有效抵挡冲击，还要保证基础设施有一定程度的冗余备份，在某些基础设施受损时，冗余系统能维持正常的功能运作。

(3)提高并重视城市建成区绿地率、城市污水日处理能力等影响城市环境因素的作用，严格控制污染气体的排放、控制污水排放、提高固体废弃物的利用率，在长期发展过程中使城市生态环境方面更具有韧性，从而增强城市的整体韧性水平。

(4)加强政府公共管理和社会组织的治理水平，并加强保障制度的创新，为城市居民提供医疗、失业等方面的保障，完善社会保障体系会大幅提高城市整体韧性度。