基于社会生态系统的延边城市韧性评价

2020-05-23 02:07韩旭龙李明玉

延边大学农学学报 2020年1期

刘晖，韩旭龙，申红，李明玉*

(1.延边大学理学院，吉林延吉 133002;2.延边州农业技术推广总站，吉林延吉 133001)

随着时代的进步和社会的发展，城市逐渐演变成复杂且脆弱的社会生态系统，自其形成以来便持续地遭受着来自于外界和自身等不同方面的各种干扰与破坏。这些威胁和危机的体现，具有很强的不确定性，是无法避免的[1-2]。如何抵御自然、人为造成的灾害和积累型冲击，又如何在诸多制约条件和不确定因素下实现城市的可持续发展，为应对城市危机、提升城市防灾减灾能力与自身韧性强度，已成为近年来专家学者的研究热点[1]。

在对韧性相关概念认识和了解中，会发现相似的例如脆弱性、弹性等概念，但它们之间也有着本质的区别。城市韧性与弹性相比，更加具有表征意义：弹性偏重事物受挤压后又回到原始状态的可能性，而脆弱性偏重单一风险扰动对事物产生的多重影响[3]；“韧性”结合了弹性和脆弱性这两个方面的内涵，且更多的是在风险影响下反弹的能力及对灾害预防的能力，最终不断提高城市的适应力和恢复力。城市韧性的优势在于它有对突发情况的应对以及长期适应干扰能力的特性。城市韧性越高，发生脆弱的可能性就越低，抗冲击能力与吸收能力就越强，随着抵御能力的下降，需要逐渐减小的冲击才能导致系统危机或混乱。这个过程是累积的，往往会使城市系统向关键性转变。

以往的城市系统从社会、生态、经济等方面的耦合，而社会—生态系统是人与自然紧密联系的复杂系统，其发展进程受内部和外部因素共同的干扰和驱动[4]。社会生态系统是人、自然、社会组成的复杂巨系统，是自然环境、经济、政治、历史、文化、宗教等的巨系统，在这个系统里，任何一个要素的变化都会引起其他因素的变化[5-6]。城市变化的突然性取决于空间和时间的观点。城市系统及其构成是社会生态在面对干扰时和在时间和空间尺度上维持或迅速恢复的能力，是能迅速改变那些抑制现在和未来适应性能力的系统。城市韧性在不断地维护社会—生态系统稳定，并在人与自然系统中不断增强城市的抗打击和干扰能力，以自身韧性的空间作用力保障城市社会—生态系统的稳定[5]。

该文以延边地区为例，基于社会—生态系统利用熵值法建立城市韧性评价指标体系，对城市韧性程度及其空间状态做出评价，运用GIS技术的空间分析和叠加功能得出各因子对城市韧性影响程度，以确保城市韧性度评价的综合性和全面性。结果基于时空格局对延边各城市韧性指数进行综合测度并提出对应的建议，旨在确定延边地区城市韧性程度与分异，作为“一带一路”的北线前沿地区，延边城市建设进入飞速阶段，为延边州“十三五”规划中生态文明先行示范区建设具体实施[7]，为城市发展和规划布局提供理论、技术和决策参考建议，进而促进城市发展和生态保护协调的可持续发展。

1 研究区

延边位于吉林省东部，41°59′N～44°30′N，127°27′E～131°18′E。地处中、俄、朝3国交界，处于美丽的长白山区，长白山山脉贯穿全境且相邻日本海[8]，边境线总长787.7 km。延边涵盖6市2县，分别是延吉市、龙井市、图们市、和龙市、敦化市、珲春市及汪清县和安图县(图1)。全州面积约为4.27×104km2，占吉林省面积的23.11%。

图1 延边研究区地理位置与高程

延边地处中纬度大陆东岸近海地带，属于温带大陆性湿润、半湿润季风气候区。延边山地多，平原少。其山地占延边总面积的54.8%，整体地势西高东低。全州林地面积所占比重非常高，森林覆盖率约占81.7%。但随着城市化进程的加快，近年来建设用地所占比重不断增长(图2)。截至2016年，延边总人口约212.0万，其中，朝鲜族75.9万，占全州总人口的35.8%；全州实现生产总值915.1亿元；人均生产总值达到43 003元。

图2 延边土地利用图

2 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2002—2016年的梯度范围。研究数据主要来源于《延边州统计年鉴》(2003—2017年)、各县市统计年鉴(2003—2017年)及2002年、2009年和2016年延边国民经济和社会发展统计公报，搜集了延边8个县市的数据，并根据需要直接获取或通过年鉴数据间接计算相关指标。

3 评价方法

3.1 评价模型的建立

基于社会生态系统的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。指标权重的确定将直接关系到城市韧性度评价结果的准确性[9]。为了避免人为因素的影响，使评价指标权重确定更加具有科学性，采用客观赋权法中的熵值法来确定指标权重[10]。该文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[11]。

熵值法是一种客观赋权法，熵主要是表达对信息不确定性的度量，收集的数据信息与不确定性和熵呈负相关。熵值法根据评价指标变异程度的大小来确定指标权重，指标变异程度越大，信息熵越少，该指标权重值就越大，反之越小。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[12]。

综合评价是一个多属性、多层次、多目标的复杂决策过程[13]，应用熵值法确定评价指标权重，能够深刻反映出指标信息熵值的效用价值，其给出的指标权重值比专家调研法和层次分析法的可信度高[11]。此方法是通过计算式一步步算出各项指标的熵值和权重等，最后算出综合评价值，为多项指标进行综合评价提供依据。

设城市韧性综合评价模型中需要评价m个城市的城市韧性度状况，评价指标体系包括n个指标，于是得到评价系统的初始数据矩阵：

X={Xij}(i=1,2,…,m;j=1,2,…,n)

(1)

(2)

定义其标准化值，计算第j项指标下，第i城市占该指标比重yij为：

(3)

由此得数据的标准化矩阵：Y={yij}m×n

2) 指标信息熵值e和信息效用值d根据熵的定义，第 j 项指标的信息熵值为：

(4)

某项指标的信息效用值dj取决于该指标的信息熵ej与 1 之间的差值，即

dj=1-ej

(5)

3) 评价指标权重第j项指标的权重wj为：

(6)

4) 计算第i城市韧性度：

(7)

3.2 评价指标体系的构建

社会—生态系统是由一定区域的人、自然和社会等要素所组成的具有一定结构与功能的综合系统[14]。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[15]。根据延边各县市的实际情况,在加上借鉴国内外城市韧性评价指标体系，主要从生态环境、市政设施、经济发展和社会发展等4个一级指标和24个二级指标，共同构建韧性城市复合评价指标体系(表1)[16]。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 延边城市韧性度评价指标体系及其权重值

3.3 评价结果与分析

根据上述计算步骤，对延边2002、2009、2016 年8个县市、4个目标24个指标的数据进行相关处理，确定权重的大小(表1)。利用各指标的权重计算出各县市韧性度分数及排名(表2～4)。近年来城市综合韧性水平得以不断上升主要依赖于延边在城市化进程不断推进的同时，大力完善基础建设设施与服务，整治生态环境，经济及社会韧性水平提升显著，这说明延边在城市发展的过程中还要进一步科学发展以便不断提高延边整体韧性水平。

基于上一节城市韧性综合评价指标体系，测度延边2002—2016年的城市韧性度水平的各指标得分，同时对各指标每个属性进行得分计算，给出延边3个年份整体韧性水平排序得分及其演变趋势。从2002—2016年延边城市韧性水平整体趋于下降的趋势。

表2 2002年延边城市韧性度得分及排序

表3 2009年延边城市韧性度得分及排序

表4 2016年延边城市韧性度得分及排序

由表2可以看出，2002年延吉市的生态环境、市政设施、经济发展和社会发展得分最高，城市韧性度得分为0.274 54，位于首位。敦化市和珲春市排于第2和第3，次之是汪清县和和龙市，城市发展水平较差的安图县、龙井市和图们市城市韧性度得分排最后3名。

由表3可知，2009年延边各县市城市韧性度排序相对于2002年发生了一定的变化，其中，延吉市、敦化市和珲春市的排名没有改变，但汪清县和安图县的排名有一定的下滑，但并不是很明显。

由表4可知，2016年延边各县市的城市韧性度分数在2009年的基础上又有所下降，但其中安图县的经济发展指数提高，使得城市韧性度排序升高。

从3个表整体上看，可以得出研究时间段内延边城市韧性水平整体处于较稳定的状态，波动幅度较小，大部分县市保持韧性水平持续上升。2002—2019年，延边城市韧性呈现较明显的下降趋势，只有延吉市韧性度有小幅度的上升，延吉市到2009年除市政设施方面有所下降外，生态环境、经济发展和社会发展等方面均得到提升。说明延吉市的城市基础设施建设得到提高改善。社会发展得分大幅度提升，说明延吉市近几年在社会服务及保障体系中做出较大努力。其他县市各指标和城市韧性得分均小幅度下降，说明城市韧性水平有所提高。2009—2016年，延边7个县市城市韧性水平均呈现不同程度的下降，只有安图县在2016年经济发展方面的对外贸易经济得到大幅度的提升，而生态环境和市政设施方面得分有所下滑，使得安图县2016年城市韧性整体呈上升的状态，名次排序也由之前的第8名上升到第3名。这也说明经济发展道路也不断加深了与外部经济体之间的联系，受外部环境影响的可能性也越来越大，这也是造成城市韧性逐渐上升的原因，因此，在实现城市发展的同时，还要注重自身经济的稳定，增强对外界经济环境变化的抵抗力[17]。

通过对延边城市韧性发展水平的时序分析，可以得出延边城市综合韧性指数(表5)及各指标韧性水平整体呈现“先减后增”的趋势。

表5 延边各县市城市韧性综合指数

各地城市韧性的发展水平变化有所差异，在不同年份延边城市韧性发展水平也出现了差异化发展格局，由表2～4不难看出，延边8县市城市韧性度的空间差异十分明显，延吉市所有指标及综合得分均最高，其他县市在不同层面的指标得分及排序会有所不同，并与延吉市分数相差甚远，为便于从总体上把握全州城市韧性度的空间分异特征，在空间上根据城市韧性指数分布，因此，为进一步从空间分布角度分析延边城市韧性发展的分布特征，利用软件对2002、2009、2016年延边各市综合韧性得分及各指标的得分进行可视化处理，利用500 m×500 m格网，以ArcGIS 10.1软件为平台，通过指标转换并运用反距离权重插值进行空间内插离散化，得到指标因子影响度分布图(图3～5)，总结延边各县市综合韧性水平分布特征如图6。

图6 2002、2009、2016年延边州城市韧性综合分布图

延边各县市综合韧性总体水平偏低，但在研究时段内有所改善。综合韧性水平的分布地域发生了一定的变化，这也从侧面说明了延边地区各县市韧性程度发展不均，城市韧性指数在不同县市之间的差异较大[18]。从表5中可清楚看到延边各县市城市韧性的空间分布特点：

1) 延边中部延吉城市韧性程度最为突出，其次为敦化市。延边东北部城市汪清县、图们市、珲春市以及南部城市安图县、和龙市、龙井市城市韧性程度较优。

2) 延边南北部城市比中西部城市的韧性程度高，说明延边南北部城市社会生态系统更为良好，对外界因素的干扰具有一定的韧性，应对外来冲击时可以表现出自身的防御能力。但快速城市化会对部分城市生态环境和社会发展韧性产生压力，需要对其方面做出针对性的方案和决策。

3) 延边综合韧性呈现“先减后增”的趋势。综合韧性得分的增加，韧性能力的增强，对不同城市及区域的韧性结果评估分析，从各县市综合韧性发展水平的变化情况来看，各县市综合韧性发展水平变动趋势多样。

延边各县市的城市韧性在时间上和空间上表现出不同程度的分异特征，这是由于不同城市在不同的时间内面对社会环境、自然灾害时的状态，城市韧性适应能力、社会生态系统、生物多样性及基础设施建设共同作用造成的[19]。从城市社会生态条件来看，延边地区在快速发展与建设过程中，耕地面积减少、建设用地扩张，生物多样性、植被覆盖、水域面积等环境要素也发生巨大的变化。延边以延吉市为中心的城市发展，因城市发展消耗的自然资源与排放的废弃物多于延边其他各县市，城市生态环境较差，这就需要在城市建设中提高城市生态环境韧性，降低城市生态脆弱性，注重提升区域生态环境调节和自我恢复功能[20]。在以上的分析中，通过探析生态环境、市政设施、经济发展、社会发展等4个方面的影响因素，进而在城市社会中形成不同形式的动态应对风险的机制，通过深入分析城市韧性的影响因素，对城市重点区域进行整改治理，深入分析了延边及各县市城市韧性发展水平的时序变化，探索并分析城市韧性发展水平空间格局的演变与分异，为进一步提出相关优化策略打下基础[21],以期为建立起合理的城市社会生态系统体系做准备。

4 讨论与结论

针对 2002—2016 年延边各县市的研究表明：各县市总体韧性及生态环境方面和市政设施方面均表现出不同程度的改善，由于城市的不断发展，经济的提高和城镇人数的增加对延边不同县市的城市韧性产生了较大的压力，城市间总体韧性差距表现出“先减后增”趋势。

社会生态系统是一个复杂的巨系统，涉及经济、社会、人口、资源、环境等各个方面，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。本研究用熵值法确定指标权值，不仅能够克服随机性等问题，同时还可以避免多指标变量间信息的重复，具有较强的实用性，可明确反映指标的价值[22]。并以横向的时间序列和纵向的空间格局针对延边各县市城市韧性进行分析和探究。城市韧性的实质在于针对现有城市所面临的不确定性扰动，主动探索合适的改善方法和途径。增强城市韧性是推动城市发展由规模膨胀向质量提升的重要内容。此外，该文的研究内容的指标选取主要参考前人研究成果加上该研究区的特点，具有一定的主观性，从而进一步加强研究问题的确定。以社会生态系统的角度探究城市韧性，深入分析其构成和发展，可以明确地理解城市是如何在面对外界冲击保持自身韧性并正常运行，从各个方面加强城市的韧性，达到城市所应具备的韧性标准，进而实现城市可持续发展[23]。

韧性城市的建设，目的是把城市发展的理念从量变转为质变，降低城市生态脆弱性，不断增强城市韧性程度，从而在实践中满足城镇化建设的需要与需求[24]。现今，由于各地区生态系统、社会发展条件的差异性较大，在受到外界打击和干扰时会呈现出不同的韧性状态，不同程度的城市韧性进行评估时需进行针对性提升，可以利用前人研究思路以及自我分析对不同城市应采取不同的应对措施与韧性城市发展途径。