基于熵权法模型的陕西省自然灾害综合承灾能力评估与分析

李晓宇，文彦君,2*，耿硕璘，徐 彬，王天英

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

0 引言

自然灾害系统也是地球表层系统的一个组成部分，具有多层次、开放性、非线性等特征［1-2］，是人类社会可持续发展的重要威胁。根据灾害系统理论的框架，一定区域内灾害的发生是孕灾环境、致灾因子、承灾体3个子系统相互作用的结果［3］。降低区域承灾体灾害脆弱性、强化区域承灾能力，是降低灾害风险和减少灾害损失的重要途径。随着我国城市化进程的加快，区域承灾体的暴露度和脆弱性也在不断增加。目前，我国面临复杂、严峻的灾害形势，且受灾害新特性影响，区域灾害风险增加，自然灾害所造成的损失不断加剧。近年来，国家高度重视综合防灾减灾工作。《国家综合防灾减灾规划（2016～2020年）》中明确要求健全防灾减灾救灾体制，并高度重视综合承灾能力的建设。

目前，国内外已有许多学者针对承灾能力开展了广泛研究，并取得了大量的研究成果。国外学者的相关研究主要聚焦于承灾能力指标体系的构建、承灾能力的定性或定量评估方法、承灾能力评估实践等。Marsh等［4］从定性的角度对个人和社区的灾害恢复力进行了全面评估，而Bruneau等［5］指出了定量评估承灾能力的重要性，从此拉开了多学科运用于定量评估研究灾害的序幕。目前，国际上较有影响力的自然灾害风险评估指标为美洲计划（American Program）、灾害风险指标计划（DRI）和多发区指标计划（Hotspots），这3个指标计划均指出，灾害风险由灾害暴露、灾害发生频次与强度、承灾体的脆弱性3个因素组成［6］。

国内相关学者基于不同视角，建立了承灾能力指标体系和评价模型，广泛开展了区域综合承灾能力评价研究。冯志泽等［7］最先对城市承灾能力做了定义，认为城市承灾能力是指城市对一种或多种灾害的抗御、救护及恢复的综合能力。王威等［8-9］综合考虑城市灾害危险性、易损性和承灾能力，建立了城市综合防灾与减灾能力评价的指标体系，并利用实用概率方法、云模型、分形理论等探讨了国内29个城市的综合防灾与减灾能力。张风华等［10］利用人员伤亡、经济损失及灾后恢复时间等指标，建立了城市防震减灾能力模型。李晓娟等［11］基于突变级数理论，构建了城市综合承灾能力评价的指标体系及综合评价模型。张明媛［12］应用层次分析和区间数模糊可变识别方法，对比分析了全国省会城市及直辖市的承灾能力。

陕西省气候多变，地处我国2个地震带的过渡位置，全省高原、山地比例远高于全国平均水平，故气象灾害，地震灾害，滑坡、崩塌等地质灾害频发［13］，且陕西省的人口基数大，承灾体暴露度高，区域可持续发展有着极大的挑战。部分学者围绕陕西省的自然灾害孕灾环境、灾害特点、自然灾害脆弱性及其易损性等展开研究，并取得了一定的进展。刘引鸽等［14］对陕西省自然灾害进行分区，划分4个灾害等级区域，并对孕灾环境及区域差异特征进行分析。张家荣等［15］针对陕西省洪涝灾害特征进行分析，得出洪灾具有区域性、周期性特征且陕南受灾最为严重的结论。高茂盛等［16］针对陕西省自然灾害发生特征及灾后损失进行了分析，得出近年来的陕西省主要灾害为水旱灾害，且陕西省的防灾减灾能力有较大提升，防灾减灾成效显著的结论。朱婵婵等［17-19］则针对陕西省自然灾害的社会脆弱性及其易损性进行了分析，得出陕西省的区域性自然灾害脆弱性及其易损性均具有显著的时空分布差异性，以及东部地区的自然灾害脆弱性较高等结论。

上述部分研究对陕西省自然灾害的承灾能力有所涉及，但对陕西省承灾能力缺少系统性的理论及实证分析。基于此，本文利用熵权法和综合评价方法，对陕西省自然灾害综合承灾能力进行了系统、全面分析，以期发现陕西省自然灾害承灾能力的短板区域及薄弱环节，为区域综合防灾减灾战略及措施提供科学依据。

1 研究区概况与方法

1.1 研究区概况

目前，陕西省下辖西安市、铜川市、宝鸡市、咸阳市、渭南市、延安市、汉中市、榆林市、安康市、商洛市共10个地级市，以及杨凌高新示范区1区（图1）。陕西省占地总面积为20.5万km²，常住人口为3953万人［20］。陕西省在我国西部内陆腹地，地处我国东西和南北2个地震带的过渡位置［14］，地势南北高中间低，由高原、山地、盆地等多种地貌构成，主要地域性土壤为风沙土、黄绵土等，地跨黄河、长江两大水系、3个气候带，地形复杂，气候变化多端。陕北北部沿长城一线是中温带季风气候，关中及陕北大部地区为暖温带季风气候，陕南属于北亚热带季风气候［21］。

1.2 数据来源与研究方法

1.2.1 数据的来源与处理 各项评价指标数据以2019年为准，统计数据基本来自2019年的《陕西省统计年鉴》［20］，灾害风险数据部分则通过各市（区）应急管理部部门预算获取，防灾、抗灾、救灾及恢复能力中所需的各项指标可通过表1查询。在表1的基础上，构建原始指标评价矩阵A′，再将各项指标进行归一化处理，其中正向和负向指标分别用不同的归一化方法处理，得到城市综合承灾能力评价指标的标准化无量纲评价矩阵A。

1.2.2 城市综合承灾能力评价指标体系 （1）防灾能力。防灾能力是指通过规划和对策的实施，确保国家和人民生命财产安全的能力［22］。提高防灾能力和防灾水平，在灾害中可以保证城市要害系统和生命线系统的完全，使重要企业和关键部门不至于被严重破坏，并能迅速恢复生产，减少建筑物的破坏和人员伤亡。本文从社会、经济、环境因素3个方面，构建了陕西省城市群防灾能力的指标体系。

（2）抗灾能力。抗灾能力是指面临灾害时城市的建筑、社会经济的一种抵抗能力。本文通过人口、空间布局和经济因素，搭建了陕西省城市群抗灾能力的指标体系。

（3）救灾能力。救灾能力是指灾害发生后政府紧急救灾和应对灾难的能力，通常受城市紧急避难所、医师数量、空地等因素影响。故本文从社会、环境及交通3个因素，构建了陕西省城市群救灾能力的指标体系。

（4）恢复能力。恢复能力是指灾后城市重建、恢复灾前正常发展水平的能力，目前暂无固定的指标体系，本文暂且从社会和经济因素入手，构建陕西省城市群恢复能力的指标体系。

通过对防灾、抗灾、救灾和恢复能力的分析，本文将城市功能性分类的因素作为城市承灾能力的主要因素，包括社会、经济、环境、人口等，建立了陕西省的综合承灾能力评价指标体系（表1）。

表1 陕西省城市群综合承灾能力评价指标体系

1.2.3 综合承灾能力评价模型 综合评价法是在确定研究对象评价指标体系的基础上，运用一定的方法，对各指标在研究领域内的重要程度及其权重进行确定；根据所选择的评价模型，利用综合指数的计算公式，定量地对某现象进行综合评价的方法［23］。

熵权法是一种客观赋权方法，根据各个评价指标所传递的信息量来确定权重。熵值越小，权重越大［24］。熵权法可准确、客观地反映陕西省城市群综合承灾能力指标的信息，并对定性信息准确量化。

基于熵权法确定各指标权重，分别计算陕西省11个地市的防灾、抗灾、救灾和恢复能力指数，再综合4项能力指数计算出陕西省各城市的综合承灾能力水平，再通过ArcGIS软件中自然断点法进行分类绘图。构建模型如下。

（1）假设共有m个城市等待评价，每个城市由n个评价因子构成其综合承灾能力指标体系，建立城市综合承灾能力评价指标矩阵A′：

式（1）中，为第i个城市中的第j项评价指标值。

由于评价指标体系中各个指标所代表的属性和量纲不同，故而需要对原始数据进行标准化处理。归一化公式为：

式（2）中，aij为第i个城市中第j项评价指标归一化值和分别是第j项评价指标在所有城市数据中的最大值和最小值。

可得标准化后的无量纲矩阵：

（2）依据熵权法构建模型，熵值越大则说明该因子指标对城市综合承灾能力贡献小。

其中，

（3）计算各评价指标的权重，评价指标权重越大则表示对城市综合承载能力贡献越大，计算公式为：

式（5）中，Wj为评价指标j的权重值，Ej为评价指标j的熵值。

（4）构建城市综合承灾能力指数模型，根据指标归一化后的值及指标权重，可得到城市综合承灾能力指数模型：

式（6）中，Ci为第i个城市的综合承灾能力指数。

2 结果与分析

2.1 承灾能力分项指标评价结果

2.1.1 防灾能力 由图2和表1可知，陕西省的防灾能力大体呈北高南低的趋势，西安市、杨凌高新示范区的防灾能力最高，榆林市、延安市、铜川市的防灾能力较强，宝鸡市的防灾能力为中，咸阳市、渭南市、安康市的防灾能力较低，汉中市、商洛市的防灾能力最低。防灾能力受社会因素、经济因素及环境因素的影响，人均教育费用支出与建成区绿化覆盖率指标对陕西省防灾能力的贡献较低，占比仅为8.55%；绿地面积占比对防灾能力的贡献最高，权重占比为40.97%。西安市与杨凌高新示范区的绿地面积占比均较其他城市高，因此西安市与杨凌高新示范区的防灾能力最强。

图2 陕西省承灾能力分项图

2.1.2 抗灾能力 陕西省抗灾能力的空间分布特征表现为南北高、中间低。杨凌高新示范区的抗灾能力最高，其次是西安市，抗灾能力为较高，榆林市和延安市抗灾能力为中，宝鸡市、安康市、汉中市和商洛市抗灾能力为较低，咸阳市和渭南市抗灾能力最低。抗灾能力指标由人口因素、空间布局因素和经济因素构成，其中，人口密度、城镇建筑竣工面积占比与综合抗灾能力呈反比，二者的权重共占6.12%，而城市道路面积占比与城市桥梁数对抗灾能力的贡献较高，分别占比约33.80%和38.87%。杨凌高新示范区城市的道路面积占比、桥梁数、人口密度的权重均高于其他城市，故杨凌高新示范区的抗灾能力最高。

2.1.3 救灾能力 陕西省的救灾能力表现为中间高、南北低。西安市的救灾能力最高，其次为榆林市，渭南市和宝鸡市的救灾能力较强，咸阳市和铜川市的救灾能力为中，杨凌高新示范区、商洛市的救灾能力较低，延安市、汉中市和安康市的救灾能力最低。救灾能力由社会因素、环境因素和交通因素组成，公（铁）客运总量信息熵值最高，所占权重值也最高，为37.18%；执业医师数量熵值最低，所占权重也最低，为12.53%。由于西安市的公（铁）客运总量和运货总量最高，故其救灾能力也最强。

1997年亚洲金融危机首起于泰铢大幅贬值，之后迅速蔓延至马来西亚、新加坡、菲律宾、中国香港等地，造成各主要货币大幅贬值，同时各地股市恐慌性下跌，继而冲击实体经济，造成大量失业甚至是政治动荡。其中，香港虽有波及，但有强有力的中央政府支撑，最终顶住压力，香港金融市场得以稳定。与此同时，中国政府作出人民币不贬值承诺，提振了东南亚各地区的信心，防止金融危机进一步扩散，在本次危机中起到了中流砥柱的作用。

2.1.4 恢复能力 陕西省灾后恢复能力以中间最高，北边次之，南部最低。西安市、杨凌高新示范区和铜川市的恢复能力最高，宝鸡市的恢复能力较强，榆林市、咸阳市和延安市的恢复能力为中，汉中市和渭南市的恢复能力较低，商洛市和安康市的恢复能力最低。恢复能力由社会因素和经济因素组成，其中，第二三产业生产总值所占权重最低，为12.01%；人均储蓄额的权重占比最高，为27.91%，医保参保占比权重值较高，为23.63%，西安市的医保参保占比及人均储蓄额均高于其他城市，铜川市的医保参保占比位居第2位，杨凌高新示范区的人均储蓄额位居第2位，故西安市、杨凌高新示范区和铜川市的恢复能力均较高。

2.2 综合承灾能力评价的结果及影响因素

2.2.1 评价结果 由图3和表2可知，陕西省的综合承灾能力整体呈中部略高、北部次之、南部较低的特征。综合承灾能力最高的地区较为集中，为中部地区的西安市及杨凌高新示范区，综合承灾能力在陕西省中分别排第1、第2位；而综合承灾能力较强区分别是陕北的榆林市、关中的铜川市；综合承灾能力中等地区较为集中，主要分布于陕西省的西北部，包含关中的宝鸡市、咸阳市及陕北的延安市；陕西省综合承灾能力较低的城市是关中的渭南市及陕南的汉中市；而综合承灾能力最低的城市集中于陕西省东南部，为安康市和商洛市。陕西省的综合承灾能力从高至低依次为西安市、杨凌高新示范区、榆林市、铜川市、宝鸡市、延安市、咸阳市、渭南市、汉中市、安康市和商洛市。

表2 陕西省综合承灾能力的比较

图3 陕西省综合承灾能力的空间分布

2.2.2 综合承灾能力的影响因素 按陕北、关中、陕南3个区域，分析了陕西省综合承灾能力高低的原因主要有以下3个方面：

（1）陕北的榆林市的恢复能力弱于防灾、抗灾和救灾能力，主要影响因素为养老保险参保占比和医保参保占比，防灾、抗灾和救灾能力较强，使得综合承灾能力也较强；而延安市救灾能力及恢复能力弱于其他能力，影响因素为人均执业医师数量、公（铁）客运总量、第二三产业生产总值占比、人均储蓄额，故延安市综合承灾能力排名仅处于中等，排名第6位。

（2）关中地区渭南市的抗灾能力与恢复能力较弱，主要影响因素为常用耕地面积占比、人均GDP、医保参保占比等；咸阳市的抗灾能力较弱，主要是受常用耕地面积占比、人均GDP因素的影响；宝鸡市的防灾、抗灾能力弱于救灾能力和恢复能力，主要受制于绿地面积占比、城市道路面积占比和人均GDP；铜川市的抗灾能力和救灾能力略低于其他能力，影响因素为城市的道路面积占比、人均公园面积、公（铁）客运总量；杨凌高新示范区的救灾能力相对最弱，主要原因为人均公园面积、公（铁）客运及运货总量较低；西安市的抗灾能力略弱于防灾、救灾和恢复能力，是城镇建筑竣工面积占比过高和承灾体暴露度较高所致。

（3）陕南地区商洛市的防灾能力最弱，恢复能力也不强，主要受制于建成区绿化覆盖率、绿地面积占比、医保参保占比和人均储蓄额4个因素。安康市的救灾及恢复能力最差，主要原因为人均医疗床位数、失业保险参保占比、人均储蓄额较少。汉中市的防灾和救灾能力较弱，主要制约因素为人均垃圾清运量、人均执业医师数量等。

综上所述，陕西省区域的综合承灾能力呈现显著的区域差异性，且各区域综合承灾能力制约因素也有一定差异，但也有部分因素出现频次较高，如绿地面积占比、医保参保占比、人均GDP、人均储蓄额、公（铁）客运总量等，故陕西省需有针对性地加强区域的综合承灾能力建设，弥补短板之处，才能从整体提升综合承灾能力水平，保障区域社会经济可持续发展。

3 讨论

陕西省自然灾害危险性与综合承灾能力的空间分布具有一定的耦合度。综合承灾能力较强的城市，其灾害危险性也较高。从陕西省自然灾害危险性空间分布特征［14］中可得出，极重灾害区主要位于陕西省最北部，即榆林市长城沿线干旱区，主要灾害有干旱、滑坡、水土流失等。榆林市长期受自然灾害的威胁，其防灾及救灾能力均较强，综合承灾能力排名第3位，且该市的人均教育费用、灾害防治资金相对较多，人民防灾及救灾意识也较强。

重灾害区包括陕西省南部大部分地区，以及榆林市西部部分地区、延安市北部地区、西安市大部地区，关中地区自然灾害较为多样，有干旱、冰雹、滑坡等灾害，而陕南地区自然灾害以滑坡、泥石流、洪水等为主。关中地区防灾、抗灾、救灾及恢复能力都较强，区域的综合承灾能力相对强于陕北、陕南。

但自然灾害危险性与综合承灾能力的空间分布并非完全一致。自然灾害的危险性越高，人们应当更加注重提高灾害风险防范意识，政府也应更加注重防灾、抗灾、救灾相关设施与灾后恢复政策的建设。尽管安康市与商洛市为重灾害区，综合承灾能力却为低，主要原因为防灾能力、救灾能力与恢复能力较弱，当地政府应提高绿化覆盖率、绿地面积以及医疗床位数，鼓励人民积极缴纳医疗和失业保险，才能更好地保障人民生命财产安全，维护区域的可持续发展。

4 结论

（1）通过对陕西省综合承灾能力进行了评价分析，从陕西省的防灾、抗灾、救灾、恢复的能力4个方面入手，建立了承灾能力的评价指标体系及评价模型，得出陕西省的西安市综合承灾能力最强，商洛市的综合承灾能力最弱。综合承灾能力评价结果由高到低依次为西安市、杨凌高新示范区、榆林市、铜川市、宝鸡市、延安市、咸阳市、渭南市、汉中市、安康市、商洛市。区域综合承灾能力主要影响因素有绿地面积占比、人均GDP、人均储蓄额和公（铁）客运总量等。

（2）陕西省11个地（市、区）中，防灾能力和恢复能力的空间分布特征与综合承灾能力的空间分布特征较为相似，均表现为中间高、北部次之、南部最弱。而抗灾能力的空间分布特征则表现为南北地区高于中部地区。救灾能力的空间分布特征表现为中间高、南北（除榆林市外）均较低。防灾能力最强的城市为西安市，最弱的为商洛市；杨凌高新示范区的抗灾能力最强，而渭南市的抗灾能力最弱；西安市的救灾与恢复能力也最强，安康市的救灾能力与恢复能力则最弱。

（3）陕西省综合承灾能力的空间分布与陕西省自然灾害危险性空间分布相耦合，灾害高发区对应综合承灾能力较强区，极重灾害区在榆林市北部，而榆林市的综合承灾能力也较强。安康市与商洛市属于重灾害区，但综合承灾能力较低，防灾能力、救灾能力与恢复能力最弱，当地需提高绿化覆盖率、绿地面积占比及医疗床位数，鼓励人民积极缴纳保险，提高风险防范意识，才能有力地维护区域社会经济的可持续发展，保障人民生命财产安全。