地震易发区传统村落空间分布特征及灾害韧性评价

白惠文,师满江,,曹 琦,宁志中

(1. 西南科技大学 土木工程与建筑学院,四川 绵阳 621010; 2. 中国科学院 地理科学与资源研究所,北京 100101)

0 引言

四川省是我国自20世纪以来受地震影响最严重的省份之一[1],据统计,2008—2019年,该地区发生5级以上地震灾害共19次,占全国总数的11.4%,直接经济损失占全国灾害损失总数的82.6%[2]。同时,四川省也是《全国重要生态系统保护和修复重大工程总体规划(2021—2035年)》[3]中长江上游典型的生态修复区和“两山”理论实践区,多样的生态系统和复杂的地理环境孕育了悠久、丰富的历史民族文化,形成了众多独具地方特色、形态各异的传统村落,这些村落不仅承载着民族文化的历史记忆,更是区域灾害系统中最基本的承灾体[4]。随着近年来地震和各类山地灾害(包括崩塌、滑坡和泥石流等)的频繁发生,传统村落的自然环境、空间格局、文化承载体以及承灾能力均遭受到了不同程度的影响[5],开展传统村落灾害韧性的科学评价是传承保护传统村落的当务之急。

灾害韧性作为气候变化背景下缓解和适应灾害风险的新视角,已成为国际社会应对灾害风险的新手段[6-7]。但当前灾害韧性评价研究主要集中在城市社区[8]、大城市[9]、城市群[10]等人口密集区,相对而言,较少关注乡村地区[11],特别是缺乏针对传统村落灾害韧性评价的系统研究。在当前乡村振兴的背景下,我国传统村落综合防灾减灾的研究已逐渐引起重视,相关研究如传统村落防灾体系构建[12]、传统村落防灾减灾能力评价[13]和传统村落有机防灾策略研究[14]等。然而,从灾害韧性的视角审视传统村落的综合防灾减灾能力,不仅需要考虑地理环境[15]、空间形态[16]、建筑格局[17]和文化景观[18]等单一维度对传统村落本体的影响,还应考察其在不同空间尺度下,如宏观尺度下传统村落所在区县的社会经济发展水平和中观尺度下乡镇的地理孕灾环境等对灾害韧性的综合影响,目前尚缺乏针对上述多维度、多尺度评价指标体系的系统梳理和定量评价研究。

鉴于此,本研究从中国传统村落保护名录中选取位于四川省地震易发区内179个传统村落为研究对象,基于当前国内外灾害韧性理论研究进展,从宏观、中观和微观3个尺度构建了涵盖社会、文化、环境、生态、建筑和区位的多维度传统村落灾害韧性评价框架和指标体系,综合采用遥感和地理信息系统等技术开展实证分析,定量评价了研究区传统村落在不同空间分布下的灾害韧性水平,进而提出了传统村落灾害韧性提升策略。本研究构建了一套针对地震易发区传统村落灾害韧性的评价指标体系,以期为传统村落防灾减灾规划提供理论依据和科学方法。

1 传统村落灾害韧性评价框架及指标体系

1.1 传统村落灾害韧性评价框架

“韧性”在不同学科间的含义不尽相同,在灾害学视角下,大部分学者将其视为灾害暴露下社区具有抵抗、适应和灾后恢复的能力[19]。作为降低自然灾害风险和加强灾害适应性管理的有效策略,灾害韧性评价已被国际社会广泛采纳[20]。现有灾害韧性评价研究多以构建指标体系为主[21],国外较为成熟的灾害韧性评价体系主要包括:地方灾害韧性模型[22]、社区基线韧性评价指标体系[23]、气候灾害韧性指数[24]等。国内主要有中国城市灾害韧性[25]、西南地区灾害韧性[26]以及农村社区韧性[27]等相关评价模型。梳理上述研究进展可知,尽管当前对灾害韧性的评价体系还没有形成统一的标准,但从社会、环境、生态和区位等维度构建指标体系已成为国内外研究的共识。

然而,由于传统村落的特殊性,其灾害韧性评价不仅要考虑到上述社会、环境、生态和区位4个维度,还涉及到历史古迹、建筑群等物质文化遗产和传统文化、建筑营造技艺等非物质文化遗产在传统村落防灾减灾中起到的特殊作用[28],因此,本研究从社会、文化、环境、生态、建筑和区位6个维度构建传统村落灾害韧性评价框架。

同时,保护传统村落不仅是当地居民的责任,也是各级乡镇、区县乃至国家的责任,除了从不同维度探讨传统村落的灾害韧性水平及其影响因素,还应明确不同空间尺度下行政单元在传统村落防灾减灾中的主要作用。首先,宏观层面基于区县尺度,考察传统村落所在区县在遭遇地震冲击时,依靠县域力量,适应调整和开展灾后恢复重建的能力[29]以及区县对传统村落传承保护的重视程度,选取社会和文化2个维度综合表征传统村落灾害韧性的宏观层面。其次,中观层面基于乡镇尺度,考察传统村落所在乡镇的孕灾环境和生态环境质量,选取环境和生态2个维度综合表征村落依赖自然环境以抵御、适应及适时调整应对灾害的能力。最后,微观层面聚焦传统村落本体,考察其空间营造(主要是空间选址和建筑格局)中蕴含的防灾智慧[30],选取建筑和区位2个维度综合表征在长期的历史演变中,传统村落的空间选址及传统民居建筑对灾害的自适应能力,如图1所示。

1.2 传统村落灾害韧性评价指标体系

遵循科学性、综合性和数据易获取性的原则,根据图1的传统村落灾害韧性评价框架,本研究构建了如表1所示的传统村落灾害韧性评价指标体系。

图1 传统村落多维度灾害韧性评价框架Fig.1 Multi-dimensional disaster resilience assessment framework of traditional villages

宏观尺度参考缪惠全等[31]、许兆丰等[9]基于灾后恢复和防灾视角构建城市韧性评价指标体系,选取常住人口、自然增长率、城镇化率、地区生产总值和人均国内生产总值5个指标因子衡量传统村落所在区县的社会发展水平;参考王淑佳等[32]构建的传统村落保护水平评价模型,选取传统村落保存率和传统村落分布密度作为文化维度的评价指标。

中观尺度参考李媛等[33]利用灾害点密度评价地质灾害发育程度,选取平均海拔、地形起伏度、崩塌、滑坡和泥石流点密度5个指标因子作为环境维度的评价指标。参考叶亚平等[34]构建的生态环境质量评价指标体系,选取耕地、水域、林地及草地面积作为生态维度的评价指标。

微观尺度参考林伟[35]结合生态学中的景观格局指数对传统村落边界形态进行研究,将单个建筑视作景观斑块,选取与景观面积、斑块数量、景观形状指数(landscape shape index, LSI)、斑块平均最近距离(mean nearest neighbor distance, MNN)和斑块凝聚度(patch cohesion index, COHESION)对应的传统村落建筑面积、建筑数量、建筑形状指数、建筑平均最近距离和建筑凝聚度5个指标因子对传统村落建筑格局进行评价。参考关中美等[36]对传统村落分布格局的研究,选取与中心城市、道路及河流水系的距离作为传统村落区位条件的评价指标。

2 数据及方法

2.1 数据来源

本研究主要数据来源如表2所示,包含社会经济发展、地理环境、灾害点和传统村落本体四大类数据集。其中,研究区传统村落空间分布数据是根据前5批中国传统村落名录,利用Map Location拾取以WGS-84为地理坐标系的经纬度信息,再基于ArcGIS10.8平台构建的空间属性数据库,最后将所有矢量数据统一投影到WGS-1984-UTM-Zone-48N(中央经线105°)。

表2 传统村落灾害韧性评价主要数据源Table 2 Main data for disaster resilience evaluation of traditional villages

2.2 数据处理

数据处理主要包括数据的预处理和效度检验。数据预处理用于统一指标的方向和量纲,以确保数据的一致性。效度检验则用于确保数据的准确性和可靠性。当数据通过效度检验后,可计算各指标数据的权重值,用于进一步的分析和决策。

1)数据的预处理与效度检验

为了统一不同指标的方向、数值和量纲,需要对数据进行预处理,指标属性如表1所示。

对于正向指标,处理公式为

(1)

对于负向指标,处理公式为

(2)

式中:Xij为处理前第i项指标下第j个传统村落的统计值;Xi为处理前第i项指标的统计值; min和max分别为统计变量中的最小值和最大值;Yij为标准化处理后第i项指标下第j个传统村落的统计值。

为了检验指标体系是否能够准确反映评价目的和要求,利用IBM SPSS Statistics26软件对各项指标数据进行效度检验,选用指数测度法(Kaiser-meyer-olkin,KMO)和Bartlett’s球形检验[41]。结果显示, 23项指标的KMO值为0.759≥0.5,变量间的相关性较好,即各分项下指标数据具有相关性;在球形检验中, Sig.值≤0.01,变量相关矩阵为单位矩阵,即各分项间存在显著独立性。故上述指标可用于下文的进一步计算。

2)权重赋值

采用IYENGAR和SUDARSHAN的方法[42]对表1中一级指标和二级指标进行权重分配,该方法考虑权重的变化与各自指标的方差成反比,表达式为

(3)

式中:ωi为第i项指标的权重; Var(Yi)为标准化处理后第i项指标统计量的方差值。

其中k的计算公式为

(4)

式中m为分项指标个数。

2.3 研究方法

2.3.1 传统村落空间分布特征计算方法

为厘清不同空间分布下传统村落的集聚特征,以及分析地理区位、地形地貌等因素对灾害韧性的影响,选取传统村落的区位、地形和集聚程度综合表征其空间分布特征。其中,集聚程度通过在ArcGIS10.8平台中使用核密度分析(搜索带宽为10 km,输出栅格为100 m×100 m)和最邻近指数计算得到,最邻近指数R为实际最邻近距离与理论最邻近距离的比值,当R=1时,说明点状传统村落是随机分布;当R>1时,说明点状传统村落是均匀型分布;当R<1时,说明点状传统村落是聚集型分布。其计算公式为

(5)

式中:R为最邻近指数;r1为各点状传统村落与最邻近点的实际距离;rE为理论最邻近距离;D为点密度。

2.3.2 传统村落灾害韧性计算方法

为得到传统村落各维度和综合灾害韧性水平,参考基于灾后恢复过程的城市韧性评价公式[31],各维度和总体上传统村落灾害韧性得分计算公式为

(6)

(7)

式中:Pij为传统村落j在p维度上的得分; DR为传统村落j的综合灾害韧性指数; DI为维度数;nk为维度p上的分项指标数量;ωj和ωk分别对应二级指标和一级指标的权重值,计算方法见式(3)和式(4)。

最后,基于ArcGIS10.8平台,利用自然断点法将传统村落灾害韧性指数由高到低划分为5个等级,依次为高、较高、中等、较低和低。

3 结果分析

3.1 传统村落空间分布特征

从区位来看,研究区传统村落主要沿河流分布,高原山地区和平原丘陵区的传统村落与河流的最近距离均小于100 m,较平原丘陵区传统村落而言,高原山地区传统村落更靠近河流,如表3所示。在与临近城镇和主干道的欧氏距离上,平原丘陵区传统村落更靠近城镇和主干道,高原山地区传统村落与临近城镇的最近距离在1000 m左右,而该距离在平原丘陵区小于200 m,高原山地区传统村落与临近主干道的最远距离达到80000 m,平均距离在25000 m以上,而平原丘陵区与临近主干道的平均距离仅11000 m左右。

表3 传统村落空间统计分析Table 3 Spatial statistical analysis of traditional villages m

续表

从地形来看,研究区传统村落主要位于地势相对较平缓的区域,其中高原山地区传统村落平均地形起伏度小于40 m,平原丘陵区传统村落平均地形起伏度为20 m左右。高原山地区的传统村落平均海拔在3000 m左右,最高海拔达到4432 m,最低海拔为899 m,而平原丘陵地区的传统村落平均海拔在770 m左右,最高海拔为2457 m,最低海拔仅为286 m。

从空间集聚程度来看,表4计算结果显示研究区传统村落在空间上呈显著聚集分布,并表现出“多核聚集”特征如图2所示。其中,高原山地区传统村落集聚程度高于平原丘陵区,形成组团状的“小范围聚集”型的空间分布类型,而平原丘陵区传统村落则形成了散点状的“大范围聚集”型的空间分布类型。

表4 传统村落最邻近指数及分布类型Table 4 The nearest neighbor index and distribution type in traditional villages

图2 研究区传统村落分布核密度图Fig.2 Kernel density of traditional villages distribution in the study area

3.2 传统村落灾害韧性评价结果及分析

结合表1和式(7)计算得到本研究区传统村落灾害韧性指数(disaster resilience, DR),理论值介于0～1之间,其值越接近1,表示灾害韧性水平越高。然而,实际计算结果显示0.23≤DR≤0.62,平均值为0.37,整体偏低。基于自然断点法将DR由高到低划分为5个等级,研究区灾害韧性等级为高、较高、中等、较低和低的传统村落数量(占比)分别有30(17%)、43(24%)、58(32%)、33(18%)、15(8%)个,且平原丘陵区传统村落灾害韧性水平整体高于高原山地区。其中,平原丘陵区传统村落计算结果显示0.28≤DR≤0.62,平均值为0.42,灾害韧性等级为较低及低、中等、较高及高的传统村落数量(占比)分别有8(16.67%)、10(17.24%)、33(67.12%)个;高原山地区传统村落计算结果显示0.23≤DR≤0.42,平均值为0.34,灾害韧性等级为较低及低、中等、较高及高的传统村落数量(占比)分别有40(83.33%)、48(82.76%)、24(32.88%)个。

从构成传统村落灾害韧性各维度评价结果来看,平原丘陵区传统村落在社会、环境、生态和区位4个维度上均高于高原山地区,而高原山地区传统村落仅在文化和建筑2个维度上高于平原丘陵区,如表5所示。

表5 传统村落灾害韧性评价结果Table 5 Evaluation results of disaster resilience in traditional villages

社会维度反映的是宏观视角下传统村落所在区县的社会经济发展水平,平原丘陵区的评价结果高于高原山地区。在空间上,高值区主要分布在成都市龙泉驿区和青白江区、绵阳市涪城区以及德阳市旌阳区;低值区主要分布在甘孜藏族自治州德格县、得荣县和甘孜县等,如图3(a)所示。相较平原丘陵区,高原山地区受地理条件限制,自然资源和劳动力较为匮乏,导致该地区经济发展落后。

文化维度反映的是宏观视角下各区县的传统村落保护水平,高原山地区的评价结果高于平原丘陵区。在空间上,高值区主要分布在阿坝藏族羌族自治州壤塘县、九寨沟县和甘孜藏族自治州丹巴县、理塘县和稻城县;低值区主要分布在雅安、乐山、眉山一带,包括汉源县、洪雅县和沐川县等,如图3(b)所示。相较平原丘陵地区,高原山地区不适宜大规模的经济活动和开发建设,故当地民居往往以传统村落的形式保存下来,传统的建筑、文化和生活习惯更能得到传承和保护。

环境维度反映的是中观视角下传统村落所在乡镇的孕灾环境暴露水平,平原丘陵区的评价结果高于高原山地区。在空间上,高值区主要分布在龙门山断裂带东南区域,包括成都市青白江区城厢街道、绵阳市丰谷镇、德阳市云西镇和遂宁市玉丰镇等;低值区主要分布在在龙门山断裂带西北区域,包括甘孜藏族自治州中路乡、阿坝藏族羌族自治州桃坪乡、龙溪乡等,如图3(c)所示。相较平原丘陵区,位于龙门山断裂带西北部的高原山地区地势陡峭、地形起伏度大,导致山体崩塌、滑坡和泥石流频发,孕灾环境复杂且不稳定性突出。

生态维度反映的是中观视角下传统村落所在乡镇的生态环境质量,平原丘陵区的评价结果高于高原山地区。在空间上,如图3(d)所示,高值区主要分布在遂宁市青堤乡、绵阳市林山乡和成都市朝阳湖镇等;低值区主要分布在甘孜藏族自治州子庚乡、阿坝藏族羌族自治州大录乡和雅安市硗碛乡等,如图3(d)所示。相较平原丘陵地区,高原山地区土地资源相对匮乏,不利于大规模的农业、林业和草业发展,且该地区降雨少、年均气温低等因素也限制了耕地、林地和草地的发展。

建筑维度反映的是微观视角下各传统村落建筑形态特征,高原山地区的评价结果高于平原丘陵区。在空间上,高值区主要分布在阿坝藏族羌族自治州和绵阳市交界一带,包括阿坝藏族羌族自治州林坡村和绵阳市黑水村;低值区主要分布在研究区东南部,包括雅安市五家村、乐山市民建村和成都市花揪村等,如图3(e)所示。相较平原丘陵区,高原山地区的传统村落因其所处地理环境复杂而形成了独特的建筑营造技艺和建筑格局,以适应当地环境并抵御自然灾害。而平原丘陵区的传统村落受城镇化进程的影响较大,建筑格局通常顺应城镇建设规划,导致缺乏传统建筑的独特风格和防灾智慧。

区位维度反映的是微观视角下各传统村落的地理区位条件,平原丘陵区的评价结果高于高原山地区。在空间上,高值区主要分布在研究区东南部,包括遂宁市高石村和资阳市治山村等;低值区主要分布在研究区西北部,主要包括阿坝藏族羌族自治州苗州村、阿尔村和甘孜藏族自治州子实村等,如图3(f)所示。相较平原丘陵区,高原山地区的地形地貌和地质构造对交通运输和基础设施建设存在诸多限制,导致该地区传统村落的地理区位条件较差。

图3 传统村落灾害韧性各维度评价结果Fig.3 Evaluation results of dimensions of disaster resilience in traditional villages

综上,平原丘陵区传统村落在社会、环境、生态和区位4个维度上的评价结果高于高原山地区,而高原山地区传统村落在文化和建筑2个维度上的评价结果高于平原丘陵区。通过方差分析可得出研究区传统村落灾害韧性指数方差值为0.0474,表明研究区传统村落灾害韧性水平存在显著差异。

4 结论与建议

本研究在综合当前灾害韧性研究进展的基础上,针对传统村落在地震灾害风险下防灾减灾的实际需求,从宏观、中观和微观3个尺度建立了涵盖社会、文化、环境、生态、建筑和区位6个维度的传统村落灾害韧性评价的理论框架和指标体系,并以四川省地震易发区传统村落为研究对象进行了实证分析。主要结论有:

1)研究区内传统村落以“多核聚集”为特征并形成若干传统村落空间分布群。其中,高原山地区的传统村落聚集程度更高,并形成组团状的“小范围聚集”型的空间分布类型,平原丘陵区则形成了散点状的“大范围聚集”型的空间分布类型。

2)研究区传统村落灾害韧性整体偏低且空间差异性显著,其中高原山地区约83.33%传统村落处于低或较低的灾害韧性等级,仅在文化、建筑2个维度的评价结果上高于平原丘陵区,而平原丘陵区传统村落在社会、环境、生态和区位4个维度的评价结果均高于高原山地区。

根据具体分析结果和上述结论,进一步针对不同空间分布下的传统村落提出灾害韧性提升策略。

1)宏观层面(区县尺度),推动区域经济与传统村落历史文化的融合发展,提升传统村落的历史文化价值。在社会维度上,加强高原山地区的经济建设,推动当地经济发展与历史传统文化的融合,在保护传统村落特色的基础上进行适度的旅游规划和开发,以文旅融合的模式提升当地社会、经济效益;在文化维度上,高原山地区可根据传统村落的空间集聚特征,协同地区文化特色形成集中连片式保护区,平原丘陵区可基于移动互联网技术为传统村落开发和搭建新媒体推广平台,提升社会对传统文化的文化认同和当地居民的文化自信。

2)中观层面(乡镇尺度),提升传统村落防灾减灾的基础设施和能力建设。在环境维度上,建立健全高原山地区的监测预警系统和避难设施,利用无人机航拍、3D全景定位导航等技术针对致灾因子进行实时监测,提高抢险救援效率;在生态维度上,加强高原山地区水土保持和植被恢复工作,以提高其生态抗灾能力,预防山洪、泥石流等灾害的发生。

3)微观层面(村落尺度),综合评估传统村落传承保护等级,建立传统村落价值文化、灾害等级等分级分类名目。在尽可能保留传统村落原真性的基础上,加强平原丘陵区传统建筑的安全检测和维护工作;在区位上,“避灾”仍是当前灾害易发区传统村落综合减灾的主要措施,采取固定植被、建设护坡和挡土墙等措施减少泥石流、山洪等灾害对河流周边村落的危害,对灾害风险等级高、文化价值较大的村落可采取易地搬迁的综合减灾措施。

最后,本研究提出的传统村落灾害韧性评价指标体系是针对四川省地震易发区构建的,若要将其应用于其他地区,则需根据当地传统村落的空间分布特征、地理环境和文化特色等具体情况进行适当调整和改进,以确保评价结果准确可靠。尽管本研究通过多尺度、多维度构建了传统村落灾害韧性评价框架和指标体系,但这种定量评价方法仍存在“静态性”问题,后续研究应在传统村落历史演变的基础上,厘清灾害韧性的动态自适应学习机制,构建更为系统全面的灾害韧性评价模型,进一步深化对传统村落防灾减灾的指导作用。