资源型城市脆弱性评价和预警机制研究：以山西省为例

毕云龙，牛方曲，李 伟，齐 瑞，杨壮壮

(1.中国地质大学(北京)地球科学与资源学院，北京 100083；2.自然资源部咨询研究中心，北京 100035；3.中国科学院地理科学与资源研究所，北京 100101；4.中国地质大学(北京)土地科学技术学院，北京 100083；5.南京师范大学地理科学学院，江苏 南京 210023)

0 引 言

1970年左右，“脆弱性”的概念首次在自然灾害研究领域出现并逐渐推广到地理学、生态学、社会学和工程学等多个学科，备受关注[1-2]。早期，脆弱性主要应用于自然灾害和气候变化等领域[3]，是研究系统由于灾害等不利影响而遭受损害的程度或可能性。随着其概念不断深化，多数学者认为脆弱性是所研究的系统承受不利因素影响的能力[4]。当前，脆弱性的概念是一个集合性的概念[5]，包含了抵抗力和敏感性等多个内在因素。随着城市快速发展，城市脆弱性的概念逐渐被引入城市问题研究，但各界学者因研究角度不同，对城市脆弱性理解也存在差异，如部分学者认为城市的内在属性包括了脆弱性，只在强度上存在区别[6]；也有部分研究将脆弱性的概念进行了广义和狭义的划分[7]；目前研究角度多从可持续发展方向给出了解释[8]，或更细化考虑城市内外部的脆弱性[9]，还有从多学科角度定义城市脆弱性[10]。结合相关学者关于城市脆弱性的研究[11]，笔者认为：城市脆弱性是指城市作为一个整体系统，对外界因素、如经济、社会、资源和生态等方面所发生的突发性事件敏感程度、反应能力、应对能力及缺乏应对能力从而使其结构和功能发生改变的一种内置特性。

资源型城市是以本地区矿产、森林等自然资源开采、加工为主导产业的城市[12]，其自然资源禀赋决定了一定时期发展水平，并对自然资源具有高度依赖性。然而，资源过度开发和经济结构单一将导致资源型城市在生态环境、社会经济等方面暴露一系列问题，并影响城市整个系统的脆弱性。

资源型城市的脆弱性主要由其区域内的资源禀赋、环境保护力度、人口情况和社会经济发展程度等因素决定[13]，其脆弱性的强弱能够体现资源型城市发展的前景和可持续性，因此备受广大学者关注。前人的研究在一定程度上提供了经验和理论基础，但存在一定不足，如：多集中在资源、经济和环境等单一方面的评价，不能较为综合地分析和反应资源型城市作为系统的整体脆弱性。同时，脆弱性是一个空间和时间相叠加的维度函数，部分学者以单年或者单个城市进行研究，很少涉及具有相同或相似属性区域的多城市、跨时间的综合研究。另外，现有阶段的城市脆弱性研究存在“重评价，轻措施”的现象，且多数城市脆弱性研究将评价和预警机制分开探讨，评价研究多是就现状评价现状，缺乏后续研究支持，预警机制研究多采用了灰色GM(1，1)预测模型和BP人工神经网络模型，将已知数据中年份较新的实际数据假定为未知数，依据另一部分已知数据对其进行预测，通过预测结果与实际数据对比，考察灰色GM(1，1)预测模型和BP人工神经网络模型的预测精度，进而对未来情况加以预测并提出相应预警机制，看似对城市脆弱性未来趋势作出较好的预测并给出相应结论，也符合数学的基本理论和逻辑，但城市发展受整体社会经济环境和政策导向等多重复杂因素影响，虽存在一定规律，但并非理想化预测的结果，此类研究可能与现实情况存在一定偏差，需进一步改进。

综上，笔者综合相关领域学者的研究积累和成果，并考虑资源型城市的基本特点，建立资源型城市脆弱性评价指标体系，基于山西省往年数据进行实证研究，综合分析并给出评价结果，以现有客观的评价结果为基础，设定预警警界，进行预警结果分析并尝试提出实操性的具体措施，构建中短期预警机制。探索将资源型城市脆弱性评价研究和预警机制构建相结合，以期为破解资源型城市转型发展面临的困难提供理论支撑和基于现实情况的操作性对策。

1 研究方法

1.1 构建脆弱性评价指标体系

基于资源型城市系统的基本特点，在评价研究区域城市的脆弱性应充分考虑地区的社会发展、经济情况、人口布局和生态环境等方面选取指标。按照指标选取的客观性、系统性和可获取性等原则，参考其他学者的城市脆弱性指标评价体系[2,6,14-16]，本文从经济系统、社会系统、资源系统和生态系统4个角度构建源型城市脆弱性指标体系(表1)。

表1 资源型城市脆弱性指标体系Table 1 Vulnerability index system of resource-based cities

1.2 数据标准化

数据标准化是为了降低不同指标因存在较大差异性而对评价产生的影响。在数据标准化过程中遵循以下原则：根据指标特性和评价的客观性，将指标分为正向指标和负向指标，正向指标是其值越大，越有利于城市发展；负向指标是其值越小，越有利于城市发展。 指标数据标准化计算公式见式(1)～式(2)。

(1)

(2)

指标层权重确定的方法主要有主观赋权法和客观赋权法两种，为避免权重赋值的主观性[17]，本文采用客观赋权法中的熵值法[18]确定各指标权重，使评价结果具有一定的客观性，并计算出加权后各指标的值，见式(3)。

(3)

1.3 评价模型的建立

资源型城市脆弱性评价指标因数量多，类别复杂，且需要结合实际，适当做动态择优选择，选取评价模型需对指标特点综合考量。本文采用逼近理想的多属性排序和距离的综合评价模型——TOPSIS模型[19]，该模型是一种有效的多指标、多目标决策分析法，通过多种数学理论证明其具有可靠的数学基础，并易于实现，其优势在于对指标数量、类别无严格控制，不受参考序列选择的干扰，可将不同指标相结合进行综合评价，能有效利用原始数据信息，其计算过程综合了其他模型成熟算法，评价结果能相对精准地反映各评价方案之间的差距，评价基本过程是比较样本与正负解的相对距离来评价样本的优劣，正理想解是设想最优解，其各项指标均为最优，负理想解是设想最劣解，其各项指标均为最差。评价对象结果最靠近正理想解并且又远离负理想解为最优，反之则为最差[20-21]。综上，TOPSIS模型是资源型城市脆弱性评价较为理想的模型之一。基于熵值法TOPSIS的资源型城市脆弱性综合评价计算步骤如下所述。

1) 对指标原始值建立由m个对象、n个指标值构成的空间矩阵X，见式(4)。

(4)

2) 数据标准化后矩阵X′，见式(5)。

(5)

3) 加权标准化后的决策矩阵Y,见式(6)。

(6)

4) 理想距离的确定。测算同一属性指标的最值，其中，用负指标j-的最小值与正指标j+的最大值构成正理想解Y+，用负指标j-的最大值与正指标j+的最小值构成负理想解Y-，计算见式(7)～式(8)。

(7)

(8)

5) 测算样本到正理想解和负理想解的欧氏距离，见式(9)～式(10)。

(9)

(10)

6) 计算贴合度，确定每个评价指标与最优解额相对接近度，见式(11)。

(11)

式中，Ci的值在0～1之间，其值越接近0，说明脆弱性越小；反之越大。

2 实证分析

2.1 山西省概况

山西省资源型城市是依煤兴市，其产业以煤为主，是中国重要的煤产区，一定时期内对促进地区经济发展起到关键作用，但采煤、选煤和煤化工等行业的发展带来的生态环境问题日益突出，单位GDP耗能过高，超过全国平均水平。加之较为单一的经济结构无法实现高质量的经济发展，其区域发展问题逐渐暴露，城市系统整体脆弱性上升。因此，亟需对山西省资源型城市脆弱性现状进行综合评价，结合实际情况提出较为合理的中远期预警机制并采取相应措施。

2.2 模型数据及研究区域

实证研究数据来源于2009年、2012年、2015年和2018年的《山西省统计年鉴》《中国城市统计年鉴》和山西省各地市统计年鉴，以《全国资源型城市可持续发展规划(2013—2020年)》中所列出的山西省资源型城市(地级市)为研究区域(图1)。以2009年、2012年、2015年和2018年为时间断面通过上述脆弱性评价指标体系和TOPSIS模型对其脆弱性进行综合研究分析。

图1 山西省资源型城市分布图Fig.1 Distribution of resources-based citiesin Shanxi province

3 脆弱性评价结果分析

根据上述建立的资源型城市脆弱性评价模型计算研究区域各个资源型城市脆弱性指数。计算结果见表2。通过评价模型计算山西省资源型城市贴合度Ci，即城市脆弱性指数，根据自然断点法按照计算结果的大小将其分为5级，依次为低脆弱度、较低脆弱性度、中脆弱度、较高脆弱度和强脆弱度，见表3。

表2 山西省资源型城市脆弱性指数Table 2 Vulnerability index of resource-based citiesin Shanxi province

表3 山西省资源型城市脆弱性综合测度分级标准Table 3 Grading criteria for the comprehensive assessment of vulnerability of resource-based cities in Shanxi province

3.1 研究区脆弱性存在差异化，总体处于中度脆弱状态

山西省10个资源型地级市平均脆弱性指数为0.438 0，处于中度脆弱状态。吕梁市2012年城市脆弱性指数最低，为0.032 6，其值远小于本身其他年份和其他城市各个年份的值，基于算法相同和数据采集的权威性，该结果理论上不存在偏差，说明吕梁市在2012年的评价结果最靠近正理想解并且相对远离负理想解。从过程结果上看，其标准化后的值恰在权重较高的指标上的值表现较好，如科技从业比例的权重在29个指标中占比超过10%，并且吕梁市在2012年该项指标值标准化后为1；此外，科技支出比例指标值同样具有较高权重比例，且吕梁市2012年该项指标标准化后为0.924 8，加之负向指标，如城镇登记失业率，资源层的4项指标均为最优表现或次优表现。综上初步判断，吕梁市在2012年前后采取了相应的改革措施，降低了万元GDP的各项能耗，提高了城市整体生态环境，重视科技投入及就业岗位设置，提高科技兴市占比，有效加强城市综合竞争性，降低城市整体脆弱性，促进了城市可持续发展。晋中市在2018年城市脆弱性指数最高，为0.924 0，其次是2018年的运城市，为0.726 4，这两座城市2018年脆弱性指数是仅有的处在5级脆弱度的城市。运城市和晋中市在山西省资源型城市中地区生产总值始终位于前列，其中在2018年分别列第二位和第三位，但其高脆弱度从一定程度上反映了两座城市的发展模式并未做出根本性改变，仍对传统资源产业过度依赖，间接影响社会层和经济层的整体表现，从而导致脆弱性指数偏高，特别是晋中市在2018年的脆弱度接近于1，从理论值上来看，城市资源存在枯竭的危机，产业结构处于失调状态，城市脆弱性已过阈值，亟待调整，需加强有效政策供给，从各角度刺激城市发展新活力。

3.2 研究区脆弱性呈现“正相关”时间分异特征，无明显空间分异特征

山西省10个资源型城市呈现显著的时间分异特征，除2012年整体脆弱性有明显降低，整体上随着时间推移，脆弱性逐渐加大，存在一定的正相关(图2)。从各年份山西省资源型城市脆弱性空间分异特征示意图(图3)可以看出无明显空间分异特征。具体来说，山西省资源型城市在2009年的脆弱性指数均值为0.403 0，处在中脆弱度偏低值。根据区域间的资源禀赋和地区生产总值、GDP增长率等各项指标具体情况，初步判断：城市发展对所在区域资源存在较高依存度，但资源利用和生态环境破坏并未到达阈值，城市脆弱度不高，处在较为良性的城市发展期。2012年除临汾市和长治市以外，其他城市脆弱性指数呈明显下降趋势。对各城市脆弱性指标体系指标值分析，正向指标多数向好，负向指标多数为优解，改进了城市整体脆弱性，说明各个城市发展方式有所改变，促进城市可持续发展。从2015年和2018年两年的脆弱性变化趋势来看，脆弱性整体呈明显上升趋势，经济方面，地区生产总值大部分城市虽有增长，但GDP增长率下降，特别是2015年部分城市GDP呈现负增长，经济下行压力较大；社会方面，城镇居民人均可支配收入和农村居民人均纯收入均有所增加，城镇登记失业率基本持平或有小趋势下降，说明政府在面临经济下行压力的同时，依然在保就业、惠民生等方面做出了巨大努力；第二产业从业比例上涨，一定程度上表明多数城市的发展加大资源开发利用，从而刺激经济发展，缓解经济下行的压力。从长远来看，对地区的生态环境、社会经济的可持续发展将带来负面影响。由图3可知，虽无明显区域差异性，但存在“分散化”空间分异特征。各市脆弱度大体趋势呈逐年升高，朔州市和晋城市仍处在中脆弱度，两市分别位于山西省北部和南部，在自然地理条件上并无联系，却存在较为相似的城市脆弱性指数，使山西省资源型城市脆弱性整体呈现一定的“分散化”空间分异特征。

图2 山西省资源型城市脆弱性时间分异特征示意图Fig.2 Time differentiation characteristics of vulnerabilityof resource-based cities in Shanxi province

图3 山西省资源型城市脆弱性空间分异特征示意图Fig.3 Spatial differentiation characteristics of vulnerability of resource-based cities in Shanxi province

3.3 城市脆弱性与城市GDP增长率无明显相关性，与城市规模存在一定关系

城市GDP增长率反映城市社会经济发展的整体水平，也是城市脆弱性指标体系的组成部分，本文分析了城市GDP增长率与城市脆弱性之间的关系。资源型城市由资源利用贡献大部分的地区生产总值，促进地区GDP增长，对资源利用有较高依存度，但由于影响城市GDP增长率的是多重因素，且从结果可以看出，城市脆弱性与城市GDP增长率无明显正负相关性。如2018年城市GDP增长率最大的是晋城市和长治市，均为7.4%，增长率最慢的是朔州市，为2.7%；而与之对应的城市脆弱性指数分别为0.451 2、0.531 2和0.453 3。三个城市GDP增长率差距较大，但城市脆弱性指数却相差不大。由此可见，城市GDP增长率大小并不能反映城市脆弱性的高低。通过多维度指标分析可知，某一城市GDP增长率增大，同时城市脆弱性指数下降时，可初步推断其发展模式是良性的，但不能单纯从城市GDP增长率来判断城市脆弱性指数的大小。

本文还分析了城市规模与城市脆弱性的关系，文中城市规模是用城市人口数量反映城市规模。结果表明，随着城市人口增加，城市脆弱性指数未存在明显改变，但城市人口激增，形成规模效益，其整体城市脆弱性指数存在下降趋势。按照国务院《关于调整城市规模划分标准的通知》的规定，运城市属于特大城市，临汾市属于I型大城市，将两市作为一个研究单元，其他资源型城市作为一个研究单元，两个研究单元城市脆弱性指数平均值分别为0.388 1和0.450 0。由此可知，城市规模达到一定程度，城市脆弱性指数平均值呈下降趋势，但单个城市之间脆弱性指数差异不大。因本文实证研究中无500万～1 000万人口的特大城市和超过1 000万人口的超大城市，并未分析城市脆弱性与城市规模具体关系，但结合以往研究，城市规模达到特大城市以上水平，虽面临诸多问题，但其完备设施和配套制度有利于应对突发事件，使其脆弱性指数普遍小于其他规模城市的脆弱性指数。

4 预警机制初探

4.1 依据资源型城市脆弱性现状评价，设定预警警界

警界的设定是有效预警的前提，较为客观的界定无警情和有警情的临界点，有利于判定资源型城市发展现实情况处在“安全”或者“危险”。城市脆弱性指数可综合反映城市发展各维度的现实情况，是城市发展“阈值”预警综合指数。本文依据资源型城市脆弱性评价结果，设定预警警界具有可靠性、真实性，为城市管理者根据警情采取合理对策矫正城市发展方向提供较为客观的支撑。城市发展各类预警研究仍处在发展阶段，预警警界设定标准并未达成，常用的设定方法主要包括正态归一法、μ-d法、系统化法等，前两种方法适用于数据量较大的研究[22]，因此本文采用系统化法作为资源型城市脆弱性预警警界划定的依据。该方法以定性分析为基础，依据一种或几种并列原则设定警界，具体原则和对应预警对象特征假设见表4。根据预警对象特征假设，本文采用均数原则作为预警警界设定依据。平均值是反应实证研究区域各城市历年脆弱性指数的均值，研究区域脆弱性指数均值为0.438，处于三级脆弱性(中脆弱度)，即预警临界值，综合相关研究成果和结合实证研究区域的自身特点，设定其为轻警，低于临界值，即一级脆弱性、二级脆弱性为无警，四级脆弱性为中警，五级脆弱性为重警(表5)。为了实现城市可持续发展，城市在未来的发展应将城市脆弱性指数控制在均值以下，避免因城市发展方式等诸多因素导致其值的变化，如其值高到一定限度，很难有明显下降，导致不可逆的恶性城市发展，形成了“积累”过程效应和放大累积效应。所以，当已高于或接近均值，进行报警，城市管理者应给予重视并采取相应措施，制定出台有效政策加以干预。因此，以均数原则设定预警警界临界点，对资源型城市发展方向纠偏，具有现实指导意义。

表4 系统化方法常用原则和对应预警对象特征假设Table 4 General principles of systematic methods andCharacteristic hypothesis of correspondingearly-warning object

表5 山西省资源型城市脆弱性警情分级标准Table 5 Classification standard for vulnerability warning situation of resource-based cities in Shanxi province

4.2 预警结果分析

以山西省资源型城市脆弱性评价结果为基础，结合各城市发展实际情况，根据山西省资源型城市脆弱性警情分级标准，对山西省资源型城市脆弱性预警结果进行分析。

由表6可知，山西省资源型城市脆弱性警情整体变化从无警、轻警向中警、重警转变，城市向较高预警方向转变数量呈现出下降后再增长的折线式上升的趋势。2012年比2009年无警城市的增加和各指标数据表明，2012年多数城市加大政策供给，尝试摆脱对传统采矿业等的依赖，增强科研与教育投入水平，探索实施转型发展以摆脱对自身资源禀赋的依赖。但2012年后经济下行压力加大，在科技创新无法短期内形成有效经济增长和为了保就业等多重因素，导致采矿行业就业人数明显增加，以煤炭为主的经济发展模式形成的“路径依赖”无法避免，在科技方面投入势必减少，对科技创新形成了“挤出”效应。2018年数据显示，山西省资源型城市均达到报警值，预警处在轻警的城市仅有朔州市和晋城市，晋中市和运城市已达重警，说明城市长期依赖资源开发、消耗资源的同时破坏区域生态环境，也制约了区域科技创新进一步发展，加之当地一度出现GDP增长率为负、就业压力加大等情况，使得一段时期内山西省资源型城市转型发展从高点有所回落，处于预警状态。虽然平均值显示，十个城市除晋中市处在中警预警等级，其他城市均处在轻警等级，山西省资源型城市整体上警情尚未严重，但已达到报警值，同样说明处在预警处级阶段。

表6 山西省资源型城市脆弱性警情情况Table 6 Vulnerability warning situation of resource-based cities in Shanxi province

4.3 预警措施

通过对山西省资源型城市脆弱性预警结果分析得出：山西省资源型城市脆弱性已处于警报状态，需加强有关政策制定与供给，形成有效机制，探索城市发展突破口，深化城市转型发展，从而带动区域地方经济的健康发展。

预警机制前期措施考虑，加大对资源枯竭矿业城市的财政转移支付力度，抓住国际部分矿产品价格低迷，结合本地区资源保有量和优势资源量充分挖掘自身资源禀赋优势，延长矿业经济寿命。同时，逐步探索依托省会太原市的辐射带动作用，各地区结合自身特点，围绕中心城市发掘自身优势，做好城市群协调发展战略辅助点，提升产业发展水平，依靠核心带动作用，建立轴带协调发展模式，切实改变该区域第二产业、第三产业比重在全国仍处于偏低水平的局面，大力发展先进制造业等第二产业，发展城际轨道交通体系，打造更广、更便捷的生活经济圈，推动轴带协调发展，逐步实现交通一体、产业协同的城市群；有序引导发展第三产业，拓展旅游、生态农业等方面资金投资渠道，调整税收结构，降低或减免相关行业税费，提供相关就业培训与就业岗位，维稳地区经济的同时，提高第二产业、第三产业就业比重，形成就业多元化；同时，研究破解新型城镇化发展遇到的实际问题，有序推进城乡基本公共服务均等化，形成发展可持续化的良好状态。

中短期考虑，山西省适时采取“政府主导，企业参与”的模式，加大科技和教育的投入，调整地区发展考核指标，适度弱化地区经济和增长率等单向指标，采用城市脆弱性等综合性指标进行考核，有效降低资源开发类行业的比重，加大对高新技术企业的政策供给和投资倾斜，增强科研和教育等投入，完善人才引进等相关政策与配套措施，提升区域人员整体素质，对区域资源开发进行合理规划，实行最严格的城市脆弱性预警机制，切实在中远期将警情控制在轻警状态，将无警情作为城市发展的重要目标之一，推动城市可持续发展。

长远考虑，在“简政放权、放管结合”的大背景下，山西省通盘考虑资源、文化、区位上的优势，破解转型发展中的瓶颈，贯彻“整体谋划、统一布局”的基本思路，不断深化改革创新，激发改革红利，营造良好竞争环境，寻求产业转型新出路，积极挖掘适合自身情况的战略新兴产业，依托科技创新开展全面创新，营造产品创新、产业创新的新环境，为社会经济发展提供新活力。同时，建立城市脆弱性评价长效机制，根据地区发展和实际需要，动态调整城市脆弱性评价指标体系，根据区域制定的发展政策和城市脆弱性评价结果，研判城市发展未来趋势，适时调整和供给相关政策，完善城市发展预警机制，逐步实现城市可持续发展的目标。