湖南省城市韧性测度及时空演变分析

覃事娅 尤昊宇 刘 丹 郄苗苗

（长沙理工大学建筑学院,湖南 长沙 410076）

0 概述

城市作为经济社会发展的重要载体，是一个复杂的系统。我国在城市化发展过程中出现的许多城市病症，包括环境污染、资源浪费、交通拥挤、建筑密集等慢性积累问题和洪涝、干旱、地震、滑坡以及新型冠状病毒等紧急突发事件，都在威胁着城市的正常运转和可持续发展。如何增强城市抵御灾害及遭遇灾害后自我恢复的能力，成为维护城市持续健康发展的重要课题之一。因此，研究城市韧性测度及韧性提升措施显得尤为重要。

20世纪90年代末，美国学者Mileti首次将韧性思维引入城市规划领域[1]；Brenkert与Gallopin认为城市韧性应包含暴露性、敏感性、脆弱性、响应能力与适应能力[2-3]；在此基础上，Cutte等提出基于位置的社区自然灾害韧性评价框架，包括生态、社会、经济、制度、基础设施和社区能力六个主要领域的29个指标[4]；FoxLent C等结合定性和定量方法，构建韧性矩阵框架，评估纽约洛克威半岛沿海社区遭受飓风“桑迪”后的应变能力[5]；Dorbritz综合前人研究，结合网络分析提出了韧性量化方法[6]。

2005年，中国学者将“韧性”概念引入城市研究领域。李彤玥等阐述了韧性城市理论的缘起和发展脉络，概述了国外主要韧性城市研究框架，对我国韧性城市研究带来借鉴与启示的作用[7-9]；邹祖钰等从不同角度构建了韧性城市评价指标体系，并对案例城市的韧性能力进行评价，进一步提出韧性城市规划对策[10-13]；随着学科的发展与融合，研究城市韧性的手段日益增多——彭翀、张恩嘉、吴宇彤分别借助Gephi社会网络分析、Entropy-Topsis区域发展韧性评估模型、对抗性交叉效率DEA模型与Malmquist指数方法对案例城市群的城市韧性水平与发展趋势进行了研究[14-16]。

虽然众多学者对城市韧性进行了个案研究，取得了一些成果，但其研究尺度范围过窄，虽有从城市层面向区域、城市群等层面扩展的趋势，但涉及区域韧性的研究还不多，区域尺度的韧性时空演变研究也相对薄弱。鉴于此，本文基于Arcgis技术手段，综合运用熵权法、全局自相关法、局部自相关法等，对2010—2019湖南省14个地州市城市韧性进行评价，对其时间、空间上的城市韧性差异进行分析，并提出提升城市韧性、协调城市发展的有效途径，为实现区域经济、社会与生态环境效益多赢目标提供参考借鉴。

1 数据来源与研究方法

1.1 研究范围及数据来源

本次研究范围是湖南省14个地州市，包括13个地级市、1个自治州。研究所采用的相关数据主要来源于《湖南省统计年鉴》《中国统计年鉴》、湖南省各市州的统计年鉴，以及湖南省气象、林业、水务等各级政府职能相关部门网站。研究采集的数据涉及的时间范围为2010—2019年连续十年。

1.2 研究方法

1.2.1 指标体系构建

参考国内外相关研究成果[17-20]，结合湖南省实际和发展情况，根据系统性、科学性、动态性、地域性、可操作性原则，从生态韧性、工程韧性、经济韧性、社会韧性4个维度选择38个指标，构建湖南省城市韧性综合测度指标体系（见表1）。其中，生态韧性指标主要体现城市生态环境建设水平、自然资源丰富度和环境保护力度；工程韧性指标主要体现城市基础设施建设完善程度，以及基础设施所提供服务的完备程度；经济韧性指标主要体现城市经济结构的平衡性和稳定性、经济发展水平及其保障能力、经济发展潜力；社会韧性指标主要体现人民生活状态、社会基本保障制度、社会整体文化教育发展水平和社会稳定运行的能力。

1.2.2 熵权法与专家打分法

本研究采用熵权法与专家打分法相结合来确定指标权重。首先对原始数据进行标准化处理，按照熵权法与专家打分法1 :1的比例确定最终指标权重（见表1），再通过加权求和求得湖南省城市综合韧性指数。具体计算步骤如下。

表1 城市韧性综合评价指标体系表

数据标准化处理：构建原始数据矩阵，共有n个样本。

其中，Sij为第i年第j项指标的数值的标准化结果，Xij为第i年第j项指标的数值，Xjmax、Xjmin分别为第j项指标的最大值和最小值。

其中，k为调节系数，。

其中，w'j为专家打分法得到的第j项指标的权重。

2 湖南省城市韧性测度与时空演变分析

2.1 湖南省城市韧性测度

基于上文构建的湖南省城市韧性综合评价指标体系，通过对数据的综合测算，得到2010—2019年湖南省城市综合韧性及各子系统韧性指数值，具体见表2，其变化趋势如图1所示。

2.2 湖南省城市韧性时间变化分析

由表2和图1可见，2010—2019年，湖南省城市综合韧性指数从0.310提高到了0.759，从较低韧性提升到较高韧性，整体呈上升趋势。其中在2011年出现下降，这与子系统中生态韧性指数的波动有较大关系。生态韧性在2011年和2013年分别出现低值，是因受年降水量低、空气质量差的影响，湖南省全省出现春夏连旱、雾霾严重现象，对城市生态韧性造成较大影响。

表2 湖南省城市韧性指数表

图1 湖南省城市韧性指数图

2.3 湖南省城市韧性空间分异分析

为进一步了解湖南省各城市间韧性空间分布差异，同时避免由于研究时间连续导致结果过于冗杂，本研究采用梯度分析方法选取2010年、2015年和2019年三个年份湖南省各城市综合韧性指数，利用ArcGIS技术进行可视化处理，运用自然间断点分级法将各年份湖南省城市韧性划分为高度韧性、较高韧性、较低韧性及低度韧性，较为直观地展示了湖南省各地州市综合韧性空间分布情况，如表2所示。

由表2可见，2010—2019年间，湖南省城市韧性整体水平较低，城市韧性指数较高值均位于“长株潭”城市群及周边地区，高度韧性城市只有长沙市。

图2 湖南省城市韧性空间分布示意图

2010年，湖南省高度韧性和较高韧性城市主要集中在湖南省东部，其中长沙市为高度韧性；较低韧性地区集中在湖南省中部和北部；低度韧性地区集中在湖南省西部，城市韧性指数最低的地区为湘西州，整体呈现出东部高西部低的梯度化分布态势。2015年，高度韧性和较高韧性地区仍集中在“长株潭”城市群，其中长沙市为高度韧性地区，岳阳市从2010年的较高韧性降为较低韧性，这与岳阳市洞庭湖区生态环境变化有较大关联；较低韧性地区主要分布在湖南省东南部和东北部及西部，其中西部的湘西州和南部的永州在2010—2015年期间韧性得到了较大提升，这与地方政府加大工业环境整治、积极建设道路设施及完善社会保障措施相关；低度韧性地区主要分布在湖南省中部，张家界市、常德市和娄底市，从2010年的较低韧性降为低度韧性，主要原因在于全年降水量降低、空气质量相对较差带来的生态环境问题，以及基础设施建设与人口增长不匹配带来的城市工程问题。2019年，高度韧性和较高韧性地区仍位于“长株潭”城市群，其中长沙市为高度韧性地区；较低韧性地区整体占比较大，从低度韧性提升为较低韧性的城市数量较多，包括常德、怀化、张家界、娄底四市，这四个地区在几年间无论是在环境质量、设施基础还是经济条件方面都有稳步提升；益阳、邵阳韧性值在此三个年份间虽有所提升，但在湖南省范围内仍处在低度韧性水平。益阳市主要是因为其空气质量达二级天数在全省排名最低，城区绿化覆盖率较低，生态环境较为脆弱，且经济增长率全省最低；邵阳市主要是因为其人均建设用地面积较少，城市基础设施建设、城市规模的发展与省内平均水平存在差距，同时，其适龄劳动人口比重及每万人在校大学生人数在全省排名最低，社会生产力、社会稳定运行能力有待提高。

2.4 湖南省城市韧性空间自相关分析

基于前文计算所得湖南省城市韧性指数，利用Geoda软件，计算湖南省14个地州市2010、2015和2019年城市综合韧性全局自相关系数Moran’I（见表3）并得到Moran’I散点图（见图3）。

表3 湖南省城市综合韧性Moran’I表

图3 湖南省城市综合韧性Moran’I散点图

由表3中数据可知，2010年、2015年及2019年三个年份湖南省城市综合韧性的Moran’I都大于0，且在p＜0.05下通过显著性检验，说明湖南省城市综合韧性空间分布格局存在一定的空间聚集性，城市韧性存在正向空间相关联。但在此期间，城市综合韧性的Moran’I由2010年的0.387逐渐减小到了2019年的0.247，说明2010—2019年间湖南省城市韧性空间分布的分散性逐渐增强，与集聚区空间位置关联性较弱的城市在综合韧性上也有了较大提升，城市之间的综合韧性差距逐渐缩小，与空间的相关性逐步下降。结合图3可见，2010—2019年期间，湖南省内大部分城市的Moran’I落在第一象限和第三象限，表明湖南省城市综合韧性呈现出空间正相关关系，韧性水平相似的地方在空间上具有集聚趋势，其空间分布结果并不是随机产生，而是具有一定的空间依赖性。

由于全局自相关系数Moran’I及Moran’I散点图只能反映湖南省城市综合韧性的总体空间差异及空间分布模式，不能反映局部空间上城市综合韧性的空间关联模式，因此运用Geoda软件进行局部自相关分析得到LISA集散图，如图4所示。

图4 湖南省城市综合韧性LISA集散图

由图4可知，2010年湖南省出现了长沙、株洲、湘潭三个H-H型城市，它们凭借其优良的生态条件、基础设施条件、较强的经济基础以及较为完善的社会运行能力，成了湖南省城市综合韧性的“热点”，城市综合韧性值达到较高状态，且与周边城市协调发展，对周边城市有较强的扩散效应。怀化市为L-L型城市，是湖南省城市综合韧性的“冷点”，城市韧性值为较低状态，且周边城市综合韧性也处于较低值。2015年湖南省H-H型城市为长沙市、株洲市，城市综合韧性值较高；湘潭市由H-H聚集变为不显著；怀化市由L-L聚集变为不显著，这与其自身及周边城市综合韧性值变化有关；张家界市由聚集性不显著变为L-L聚集，成为湖南省城市综合韧性的“冷点”，城市韧性值较低，且在空间上与其他韧性值较低的城市相邻。2019年湖南省的H-H类型城市为株洲市，是湖南省城市综合韧性的“热点”，其自身与周边相邻城市的城市综合韧性值都较高。长沙市由H-H聚集变为不显著，主要原因在于周边城市中的益阳市城市综合韧性值依旧较低；而张家界市由L-L聚集变为不显著，原因在于其自身与周边城市在生态环境、经济条件及社会保障制度方面都有了较大进步，城市综合韧性值逐步提高。

3 结论与建议

3.1 结论

本研究通过构建城市综合韧性评价指标体系，对湖南省14个地州市在2010—2019年期间城市韧性进行测度，并对其子系统间韧性进行协调度分析。结果表明：在2010—2019年期间，湖南省城市综合韧性整体呈上升趋势，在空间分布上有所差异。在时间维度上，湖南省城市综合韧性从研究初期的较低韧性水平提升到了研究末期的较高韧性水平，总体提升跨度较大，各子系统韧性值除在个别年份出现小幅度波动，总体而言还是得到了一定程度提升。其中城市生态韧性的贡献处于主导地位，城市经济韧性提升过程最为平稳。在空间维度上，湖南省城市综合韧性指数较高值主要集中于“长株潭”城市群及周边辐射地区，区域间城市综合韧性仍存在一定差距。在空间相关性方面，湖南省城市综合韧性呈现出正相关关系，在空间上存在集聚关系，但随着城市之间综合韧性差距逐渐缩小，城市综合韧性与空间的相关性逐步下降，分散性逐步增强。

3.2 建议

基于湖南省城市韧性及其协调度的分析结果，初步提出以下建议：首先，从提升韧性的角度出发解决城市问题，强化韧性发展理念。城市在快速发展的过程中，往往会出现城市韧性降低甚至城市韧性缺乏的问题，导致一系列“城市病”的滋生。未来的城市发展与建设应当重视“韧性”理念，消除阻碍城市韧性提升的因素。其次，关注低韧性城市个例，促进区域韧性均衡发展。总结湖南省城市韧性水平较低的原因并探索提升两市其城市韧性的对策，尽可能缩小其与周边城市的韧性差距，使得湖南省整体城市韧性在城市群的集聚与辐射作用下齐头并进，朝着面对潜在风险拥有更强抵御力、恢复力的高韧性城市发展。