陕西省自然灾害综合承灾能力时空变化特征

徐 彬，文彦君，2，李晓宇，耿硕璘，王天英

（1.宝鸡文理学院地理与环境学院，陕西 宝鸡 721013；2.陕西省灾害监测与机理模拟重点实验室，陕西 宝鸡 721013）

目前，国外很多学者对承灾能力开展了广泛研究，并取得了大量成果。国外应对灾害经验丰富，无论理论基础还是体系建设都处于先进水平，如美洲计划（American program）、灾害风险指标计划（DRI）和多发区指标计划（Hotspots）是国际上最有代表性的自然灾害风险评估指标［1］。Larson等［2］分析了佛罗里达飓风等重大灾难，提出通过构建模型使灾害影响降低。Bruneau等［3］运用多学科定量研究灾害评估承灾能力。Janssen等［4］从易损性角度出发研究承灾能力，结合气候环境变化提出未来灾害研究发展方向是对易损性的综合评价。

国内学者目前对于承灾能力指标体系构建、评价方法与模型和区域评价实践等开展了广泛研究。刘艳等［5］对城市减灾管理进行了指标体系的构建。邓玲等［6］对气象防灾减灾进行了评估指标体系研究。李晓娟［7］从防灾、抗灾、救灾和恢复能力4个角度出发，结合突变级数理论，构建了城市综合承灾能力评价指标体系。张风华等［8］运用人员伤亡、经济损失和恢复时间3个指标，构建了城市防震减灾能力模型。高庆华［9］、张明媛［10］从空间角度出发研究城市防灾减灾能力，将区域的承灾能力进行对比评价。湛孔星等［11］基于层次分析法构建线性加权评估模型，提出对应的分级准则评估结果分级。王威等［12，13］运用分形理论和贝叶斯理论对中国29个城市的综合承灾能力开展分析研究。

陕西省位于中国西北部，地形地貌复杂，黄土高原面积占全省土地面积的40%。由于地理位置、地形地貌和自然气候等原因，陕西省自然灾害表现为多种灾害交织、受灾面积广、危害大等特征［14］，区域可持续发展面临着极大的挑战。部分学者围绕陕西省主要遭受的自然灾害、灾害时空分布特征及自然灾害脆弱性等进行了相关研究，并取得了一定进展［15-19］。目前相关研究对陕西省自然灾害时空变化特征与承灾能力评价体系构建有所涉及，但引入的指标和研究区域较为单一，对于综合承灾能力时空变化缺少系统性的理论及实证分析。本研究以2000—2019年为研究期，构建陕西省自然灾害综合承灾能力评估体系，客观评估陕西省自然灾害综合承灾能力，分析承灾能力时空演变特征及影响因素，为提升区域综合承灾能力提供科学依据。

1 数据来源与方法

1.1 研究区概况

陕西省面积为20.56万km2，常住人口为3 876.21万人，目前下辖有西安市、铜川市、宝鸡市、咸阳市、渭南市、延安市、汉中市、榆林市、安康市、商洛市10个地级市及杨凌高新示范区。陕西省地处中国西北内陆，地形地貌复杂，北部以高原地形为主，中部以盆地地形为主，南部多山地，地势中间低、南北高。陕西省地跨黄河、长江两大水系及3个气候带，年降水量南多北少，气候变化多样，加之位于中国东西和南北两个地震带的过渡位置，易发干旱、暴雨、洪涝、风雹、冷冻等各种气象灾害和滑坡、崩塌等地质灾害［20］。

1.2 数据来源与研究方法

1.2.1 综合承灾能力评价指标体系 参考前人研究［21］，从防灾、抗灾、救灾及恢复能力构建综合承灾能力评价指标体系（表1）。

表1 陕西省自然灾害综合承灾能力评价指标体系

1.2.2 数据来源及承灾能力评价方法 评价指标数据来自《陕西省统计年鉴》、各地市国民经济社会发展统计公报及全国人口普查数据公报等。基于熵权法构建原始指标评价矩阵A′，对正负向指标用归一化方法处理，得到标准化无量纲评价矩阵。再根据熵权法计算各指标的权重［22，23］，进一步计算得出2000—2019年陕西省及其11个地市的防灾、抗灾、救灾、恢复和综合承灾能力指数，构建的模型如下。

1）建立综合承灾能力评价指标矩阵（A′）。

去除原数据量纲，进行标准化处理，指标归一化公式：

式中，aij为第i个城市中的第j项评价指标的标准化值分别为第j项评价指标在所有城市数据中的最大值和最小值。

标准化后的无量纲矩阵（A）：

2）计算各评价指标的熵值，根据熵权法构建模型。

式中，Ej为评价指标j的熵值；pij为评价指标j在第i个城市中出现的频率，故0≤pij≤1；m为评价城市数；n为评价因子数。

3）计算各评价指标的权重。

式中，Wj为评价指标j的权重值，Ej为评价指标j的熵值。

4）根据指标归一化后的值及指标权重，构建综合承灾能力指数模型。

式中，Ci为第i个城市的综合承灾能力指数（i=1，2，…，m）。

参考前人研究［21］对综合承灾能力进行分级，可将其分为低、较低、中等、较高和高5个等级（表2）。

表2 陕西省综合承灾能力等级划分标准

1.2.3 时空变化特征分析方法 利用承灾能力指数及其变化量、空间变异系数的时间序列曲线分析陕西省自然灾害综合承灾能力的状态、变率及空间差异程度的时序变化特征；利用承灾能力分项指标及分区指标的时间序列曲线，分析陕西省自然灾害承灾能力时序变化的结构性差异与区域差异。

利用ArcGIS空间制图方法，分析陕西省综合承灾能力与各分项能力整体状态的空间分布及阶段性变化，并探讨综合承灾能力与各分项能力变幅的空间差异。

2 结果与分析

2.1 陕西省自然灾害综合承灾能力时序变化特征

2.1.1 综合承灾能力的时序变化2000—2019年陕西省综合承灾能力指数平均为0.484 2，总体上处于中等承灾能力状态。由图1可知，2000—2019年陕西省自然灾害综合承灾能力整体呈上升趋势，增长态势良好，年均增长率为2.95%，变化较为稳定。其中，2000—2007年处于低、较低承灾阶段，承灾能力平稳上升；2008—2013年为中等承灾阶段，承灾能力波动较大，期间受金融危机影响，社会经济增速放缓；2014年开始步入较高承灾阶段，此阶段承灾能力平稳上升，变化波动较小，在此期间，陕西省适应经济新常态，推动高质量发展。由此可知，近年来陕西省在承灾能力建设方面取得较大进步，承灾水平有了明显提升，区域可持续发展能力不断增强。这表明在研究期间陕西省经济发展水平提高，产业结构与空间布局优化，生态环境改善，区域系统抵抗干扰和风险的能力增强，安全系数进一步提升。

图1 2000—2019年陕西省自然灾害综合承灾能力时序变化

承灾能力变化量曲线在变化量均值处波动起伏，除2011年的低谷外整体较为平稳。2007年、2011年及2015年为相对低谷期，与空间变异系数曲线低谷有部分重合。2011年变化量相比2010年减少0.030 1，变化量达整个研究期最低值，但由于陕西省依据“十二五”规划进行转型发展，2012年变化量突增，达到最高峰值0.060 0。

空间变异系数曲线则先微幅上涨后急速下跌，整体呈波动下降趋势。2003年受传染性非典型肺炎影响，空间变异系数从2002年的0.16降到了0.08，而2007年受洪涝灾害影响，空间变异系数达到低谷0.02，另一个低谷为2015年，主要受滑坡及干旱灾害的影响。2002年、2008年和2012年空间变异系数相对较高，分别为0.16、0.08及0.12，为曲线高峰期。

2.1.2 承灾能力分项指标的时序变化 对研究期间4个分项指标时序变化进行具体分析，进一步了解陕西省承灾能力结构及其动态演化特点。由图2可知，2000—2019年陕西省自然灾害防灾、抗灾、救灾和恢复能力的动态演化态势具有如下特征。

图2 2000—2019年陕西省承灾能力分项指标演化态势

1）2000—2019年陕西省防灾能力总体呈上升趋势。2000—2007年防灾能力除2005年有所下降外均速发展，增速平缓；2008—2011年，2011年防灾能力出现下降；2012—2019年呈上升趋势，其中2012—2014年增速较快，2015年后增速放缓。2010年承灾能力步入中等阶段，2016年步入较高阶段。早期防灾能力提升是由经济发展带动，2014年后经济发展转型，更注重环境因素，故防灾能力增速减缓。陕西省各市灾害防治资金投入增加，区域绿地面积占比提升，是防灾能力增长的主要因素。

2）研究期间抗灾能力虽整体也呈上升态势，但一直低于其他分项。2000年陕西省的抗灾能力仅为0.011 6，随着陕西省空间布局的改善和基础设施建设的投入，抗灾能力稳定提升，除2011年外持续上升。2013年开始抗灾能力进入中等阶段，2017年开始步入较高阶段。防灾能力和抗灾能力的曲线演化态势较为相似，是由于抗灾能力的提升能够使得城市空间布局更加合理，进而使得防灾能力中的环境因素也能得到进一步的提升，抗灾能力和防灾能力的发展是相互促进的。

3）2000—2019年陕西省救灾能力整体呈上升趋势，但与防灾能力和抗灾能力不同，救灾能力的动态演化过程较复杂，相对其他3个子系统波动较大。其中，2000—2003年，陕西省救灾能力增速较快，在2004—2006年增速减缓，2007出现了小幅波动；2008—2015年救灾能力上升幅度较为平缓，增速较慢；2016—2019年救灾能力增速有所提高。从2016年开始，救灾能力开始高于其他分项，主要受益于交通的快速发展。

4）2000—2019年陕西省恢复能力整体态势为平稳上升，上升速度虽较为均匀但低于其他分项。2000—2007年时段中，2007年出现小幅度下降；2008年恢复增长，直至2011年受经济危机影响有小幅波动，2012年后回归稳定。2015—2018年恢复能力趋于稳定，变化较小，2018年后有了小幅增长。陕西省在建设恢复能力过程中，对社会医疗保障系统较为重视，养老、失业及医疗保险参比人数不断增加，居民生活条件也日益改善，但第二、三产业生产总值占比较低，需进一步推动产业转型升级。

2.1.3 分区承灾能力的时序变化2000—2019年陕西省各分区自然灾害承灾能力整体均为上升趋势，但存在一定的区域差异（图3）。关中地区承灾能力提升最多，从2000年的0.167 6上升到2019年的0.778 0，提升了3.6倍。西安市与杨凌高新示范区的综合承灾能力变化最大，这一变化与近20年来关中地区城市群的快速发展紧密相关。西安市作为省会城市，辐射带动周边城市发展工业与经济。陕北地区综合承灾能力从2000年的0.178 9增长到2019年的0.756 3，增加了3.2倍。延安市大部分时期综合承灾能力高于榆林市，但在近年略低于榆林市，榆林市综合承灾能力增速稍高于延安市。陕南地区初始承灾能力高于关中和陕北地区，但后期逐渐弱于这两个地区，从2000年的0.199 9到2019年的0.627 6，提升了2.1倍，远低于关中和陕北地区综合承灾能力的增速。其主要原因为陕南地区自然灾害发生率高于关中和陕北地区，导致综合承灾能力发展较慢。

图3 2000—2019分区承灾能力的时序变化

具体到11个市（区），杨凌高新示范区的承灾能力提升最多，从2000年的0.106 0上升到2019年的0.807 8，增长了6.6倍。而渭南市的承灾能力提升最少，从2000年的0.270 1增长到2019年的0.734 6，提升了1.7倍。其主要受其人均GDP、医保参保人数占比和第二三产业生产总值占比因素影响，相较于其他市区，渭南市这些因素增速较低。

2.2 陕西省自然灾害综合承灾能力空间分布及其演变特征

2.2.1 综合承灾能力的空间分布及其演变2000—2019年陕西省内各市（区）自然灾害综合承灾能力总体上有了很大提升（图4）。2000年渭南市和安康市承灾能力为较低，其他城市（区）均为低（图4a）；2010年时，所有城市（区）承灾能力均达到中等（图4b）；2019年铜川市、杨凌高新示范区和西安市步入高承灾阶段，其余城市为较高（图4c）。低承灾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年陕西省各市（区）承灾能力步入较低承灾阶段，2010年陕西省各市（区）全部达到中等承灾能力水平，从2018年起，全省整体达到较高承灾能力水平。

图4 分阶段陕西省自然灾害综合承灾能力状态的空间分布

2000—2019年自然灾害综合承灾能力中部变化最大，北部次之，南部较低，承灾能力变化量由大到小排列依次为杨凌高新示范区、西安市、宝鸡市、铜川市、榆林市、咸阳市、延安市、汉中市、安康市、商洛市、渭南市（图5a）。整体来看，杨凌高新示范区及西安市承灾能力变化最大，渭南市变化最小。2000—2010年，商洛市承灾能力变化最大，渭南市变化最小（图5b），这主要由于商洛市经济的发展，相关基础设施建设的完善等推动。2010—2019年，西安市及杨凌高新示范区主要受“十二五”规划影响，产业快速转型升级，承灾能力变化较大，汉中市和商洛市变化较小（图5c）。

图5 不同阶段陕西省自然灾害综合承灾能力变化量的空间分布

2.2.2 承灾能力分项指标的空间分布及其演变 截至2019年底，陕西省防灾能力空间分布为中间高，北部次之，南部最低（图6a）。防灾能力主要影响因素为绿地面积占比，西安市等区域绿地面积占比高，防灾能力相应更强，而渭南市、汉中市与商洛市绿地面积占比较低，故防灾能力较低。2019年抗灾能力空间分布为中间高、南北低（图6b）。抗灾能力中城市道路面积及桥梁数为主要影响因素，由于西安市和铜川市城市道路面积较高，宝鸡市桥梁数较多，故这3个城市抗灾能力强于其他城市，商洛市抗灾能力最弱。2019年救灾能力呈现中部高、北部略低、南部最低的空间分布格局（图6c）。中部的咸阳市和杨凌高新示范区救灾能力最强，主要得益于客运总量这一因素，宝鸡市、汉中市和安康市救灾能力较弱。2019年恢复能力中间高、南北较低（图6d）。人均储蓄额及医保参保人数占比为恢复能力的主要影响因素，西安市两项因素均最强，杨凌高新示范区人均储蓄额排名第二，铜川市医保参保人数占比为第二，故这3个城市恢复能力略高于其他城市，而汉中市及商洛市恢复能力较弱。

图6 2019年陕西省自然灾害承灾分项能力的空间分布

研究期间，陕西省防灾能力演变整体呈上升趋势，同时存在显著的区域差异（图7a）。陕北地区防灾能力变化最大，提升了0.194 7，其次是陕南地区，区域防灾能力增长了0.179 6，关中地区增长较少，提升了0.151 8。汉中市防灾能力增长量较多，增长了0.204 0。安康市和商洛市的防灾能力变化量相对较少，灾害防治资金与建成区绿化覆盖率等建设有待进一步加强。

抗灾能力增长最多的是陕北地区，其次为关中和陕南地区（图7b）。截至2019年底，西安市与杨凌高新示范区抗灾能力较高，主要得益于较高的城市道路面积与城市桥梁占比。榆林市的抗灾能力变化量较多，这是由于其人口密度相对较小，且城市空间布局较为合理。安康市和商洛市在研究期间抗灾能力变化量较少，陕南地区的抗灾能力需进一步强化。

2000—2019年陕西省救灾能力变化呈中间高、南北低的特征（图7c）。截至2019年底，关中地区除咸阳市与渭南市外，其他市区医疗床位数均超过70张/万人，杨凌高新示范区与铜川市甚至超过80张/万人，人均医师数量、公铁客货运总量也较高，故关中地区救灾能力高于陕北和陕南地区。陕北的延安市随着重铸革命老区的步伐加快，公铁客货运总量在近些年增长较快，故延安市救灾能力变化大于榆林市。陕南地区的医疗服务与交通发展速度相对较慢，故救灾变化量在全省也相对较低。

图7 2000—2019年陕西省自然灾害综合承灾分项能力变化量的空间分布

2000—2019年陕西省恢复能力变化量的空间分布特征与救灾能力变化量的空间分布特征相同，呈中间高、南北低的特征（图7d）。2019年西安市与杨凌高新示范区人均储蓄额、医保参比与第二三产业生产总值占比居于全省前列，因此恢复能力变化量较多。榆林市和延安市恢复能力变化量处于中等，商洛市、安康市恢复能力变化量较低，汉中市恢复能力变化量最小。

2.3 陕西省自然灾害综合承灾能力与人口变化的关系

陕西省自然灾害综合承灾能力与陕西省人口变化的空间分布（图8）存在一定的耦合关系。2000—2020年陕西省人口变化空间分布呈北部较高、南部次之、中部除个别市（区）外均较低的特征。除西安市、杨凌高新示范区人口大幅度增加变化率高达70%，榆林市、延安市小幅度增加外，其他地市均有一定程度减少，咸阳市人口减少幅度达18%（图8a）。2000—2010年陕西省人口变化率空间分布特征为中间高、北部次之、南部最低（图8b）。杨凌高新示范区人口变化率最高，其次是西安市，而渭南市、汉中市、安康市和商洛市人口变化率均为负值。2010—2020年陕西省人口出现较大变化，西安市人口增加400多万，变化率超过50%，杨凌高新示范区人口增长率依旧较大，而宝鸡市、渭南市、咸阳市、铜川市与商洛市人口减少幅度超过10%，其中咸阳市人口减少幅度高达19%（图8c）。

图8 不同阶段陕西省人口空间变化率

人口为承灾体的一部分，也是影响承灾能力的因素之一。人口暴露度越高，自然灾害来临时可能遭受的损失就越大。区域内人口减少，承灾体暴露度降低，承灾能力会相应提高。研究期间，人口增长率由大到小排列依次为杨凌高新示范区、西安市、榆林市、延安市、安康市、汉中市、宝鸡市、渭南市、商洛市、铜川市、咸阳市，这与陕西省承灾能力变化基本一致，因此人口的空间格局变化与承灾能力的空间变化存在一定耦合关系。而西安市承灾能力提高是作为省会城市，人口的大量涌入促使其空间布局、道路建设和医疗服务等其他影响因素的提升。

3 小结

1）2000—2019年陕西省自然灾害综合承灾能力整体水平呈上升趋势、变化速率渐趋稳定、区域差异逐渐缩小，从低承灾水平步入较高承灾水平。这表明近年来陕西省在承灾能力建设方面取得较大进步，承灾水平有了明显提升，区域可持续发展能力不断增强。

2）研究期间陕西省自然灾害综合承灾能力总体呈上升趋势，抗灾能力和防灾能力的变化特征基本一致，防灾能力整体高于抗灾能力；救灾能力的动态演化过程较复杂，波动次数较多；恢复能力整体态势呈平稳上升，但提升幅度低于其他分项能力。各分区及分项能力与陕西省发展态势基本一致。

3）陕西省自然灾害综合承灾能力及分项能力变化量均呈中部高、南北低的空间分布特征。目前杨凌高新示范区及西安市综合承灾能力最高，主要得益于绿地面积占比、人均GDP、人均储蓄额和公铁客的运客总量等因素，区域规划发展优于其他城市。

4）作为最重要的承灾体，区域人口增长也意味着自然灾害暴露度增加，也对承灾能力提出了更高要求。陕西省人口变化与自然灾害综合承灾能力变化的空间分布格局具有一定的耦合度。人口变化率空间分布特征与综合承灾能力空间分布特征基本一致，均为中部高、北部次之、南部最低。这表明陕西省城市建设水平与承灾能力的提升和发展基本适应了研究期与人口变化相关的自然灾害暴露度的新空间分布格局。

陕西省需加快经济结构调整，继续提高第二、三产业的比重，加强防灾减灾资金投入、保障居民收入；补齐区域发展中医疗卫生服务较弱、绿化覆盖率较低等短板；加大宣传提高民众风险防范意识，推动区域自然灾害承灾能力的提升，保障区域社会经济可持续发展。