山地城市群城市洪涝韧性时空格局研究

樊华 赵翠薇

(贵州师范大学地理与环境科学学院，贵州 贵阳 550025)

引言

改革开放以来，中国社会经济突飞猛进，同期，城镇化水平也提升至2021年的64.72%。快速城镇化在提升民生福祉的同时，也使得城市不断遭受来自各方面的扰动和冲击[1]。其中，由于人口增长、城镇化和气候变化等原因，洪涝灾害已成为当前城市面临的主要威胁因素之一[2]，严重影响了人们的生产生活和城市经济社会健康发展。因此，提升城市应对洪涝灾害的能力，让水资源真正成为生命之源和发展之基[3]，对于促进城市治理和实现高质量发展具有重大意义。

“韧性”一词本意为“恢复到原始状态”[4]，兼具弹性和恢复力2方面的含义[5]。韧性被应用于生态学、工程学、社会学和心理学等多学科领域[6]。随着研究深入，韧性得到城市研究者的重视，国外学者针对城市韧性的研究较早，以定性分析为切入点，通过建立理论框架和评估模型，探讨自然灾害[7]、城市贫困[8]、生产生态系统[9]、城市规划[10]等与城市韧性的关系，并从智慧城市角度探究提升城市韧性的方式[11]。我国相关研究则起步较晚，在研究内容上，众多学者通过构建社会、经济、基础设施、生态、工程、城市管理等单一维度或多维度融合的韧性评价指标，以此探究其时空演变格局及其影响因素[12，13]。城市作为复杂的自然-社会-经济巨系统[14]，其韧性与新型城镇化[15]、旅游发展[16]、数字经济[17]、土地利用效率[18]等系统的耦合及相互关系逐渐受到广泛关注。在理论与方法上，学者将木桶理论[19]、复杂适应系统理论[20]、“源—汇”理论[21]等运用于城市韧性相关研究，空间分析法、韧性网络法、情景模拟法等[22]为量化城市韧性提供了技术与方法支持。

在当前天气日渐极端、气候愈发复杂的背景下，城市洪涝韧性受到广泛关注，这也为有效管理洪涝灾害提供了新思路[23]。众多学者从韧性理论出发，对洪涝背景下的城市系统韧性[24]、灾害因子、环境和主体[25]、属性[26]等进行了测度，以此识别城市洪涝韧性短板，进而为提升城市洪涝韧性建言献策。此外，还有学者借助历史灾情数据[27]、地理数据库及数学模型[28]、水文水动力模型[29]等评估了城市洪涝风险，并从绿色道路建设[30]、海绵城市[31]等角度提出了城市洪涝防范与管理措施。

综上所述，众多学者普遍认为建设韧性城市已然成为解决城市问题的关键，尤其是气候变化以来，探索提升城市应对洪涝灾害的适应能力和调整能力具有重要意义。但当前关于城市洪涝韧性的研究多集中于经济发达地区的城市群或经济带，较少涉及山地城市群县域尺度研究。县域作为完整的基层单位，承担着上传下达的重要作用。《关于推进以县城为重要载体的城镇化建设的意见》指出，县城是我国城镇体系的重要组成部分，要增强县城综合承载能力，提升县城发展质量。黔中城市群降水集中，城市发展相对缓慢，加之山地地貌影响，城市洪涝灾害日益加剧[32]。研究该区域城市洪涝韧性，对于提升防灾减灾能力，促进区域协调发展具有重要现实意义。因此，以黔中城市群为研究区，以2010年、2015年、2020年为时间节点，综合测度其洪涝韧性，希冀为黔中城市群和其他类似区域发展提供借鉴。

1 研究区概况

黔中城市群地处西南喀斯特山区，贵州省核心区域，由33个县(市、区)构成，面积5.38万km2，根据研究需要，将其划分为北部、中部、南部3个区域[33]，见图1。截至2022年，地区生产总值12134亿元，常住人口1885万人，分别占贵州省的60.2%和48.5%，人均GDP达到6.48万元，约为全省的1.24倍。2022年，《国务院关于支持贵州在新时代西部大开发上闯新路的意见》要求培育发展黔中城市群，增强要素集聚能力，打造区域高质量发展增长极。在社会经济和城镇化快速推进的同时，如何提升城市防灾减灾能力意义重大。

图1 研究区示意图

2 研究思路与方法

2.1 指标体系构建

洪涝灾害下的城市韧性可分为抵抗力、适应力和恢复力3大属性及社会、经济、生态和基础设施4个维度[26]。当城市遭遇洪涝灾害时，首先表现为对灾害的抵抗和防御，即承灾能力。城市人口疏密、建筑抗压能力、资金投入等都会显著影响城市系统对灾害的抵抗能力和承受程度。随着灾害加剧，城市所受威胁达到一定强度后，城市系统凭借已有基础设施、经济能力不断进行自我调整，适应新的变化，以此达到系统稳定。灾害过后，城市系统在新的条件下逐渐恢复到干扰前的状态并转型，实现经济复苏、环境改善、社会和谐。在这一过程中，内外动力相互作用，促使要素和结构不断完善，城市洪涝韧性不断经历层次跃升，从低级到高级、无序到有序、量变到质变，最终促进韧性优化提升，实现可持续发展[34]。

研究以韧性理论为根本遵循，参考已有研究成果[26]，基于数据可获得性，从社会、经济、生态、基础设施等4个维度，构建城市洪涝韧性评价指标，见表1。其中，社会韧性表现为城市洪涝发生时的抵抗能力，以及灾后的社会保障能力与可持续发展潜力，是测度其能否保障城市居民物质与精神生活稳定的关键。经济韧性是城市洪涝韧性升级和可持续发展的基础和动力[22]，表现为面对未知和不确定风险时，其灵活应对风险、减少损失的能力。生态韧性是城市的安全屏障，影响城市面对洪涝问题时的缓冲作用与快速恢复能力。基础设施韧性是保障物质系统与人类社会稳定的关键，加强基础设施建设，增强城市面对洪涝灾害的防御和抵抗能力，减轻由此带来的社会风险。

表1 城市洪涝韧性评价指标体系

2.2 数据来源及处理

在研究时段内行政区划有所调整，为保证具有时空可比性，以2020年行政区划为基础进行研究。主要数据来源：社会经济数据来源于相关年份的《贵州省统计年鉴》《中国县域统计年鉴》，贵州省宏观经济数据库，中经网统计数据库，各市、县(区)统计年鉴以及国民经济和社会发展统计公报；土地利用数据来源于武汉大学杨杰和黄昕团队制作的数据集，DEM数据来源于91卫图。缺失数据主要通过SPSS进行填补。

2.3 研究方法

2.3.1 综合得分计算

在指标体系中，其性质可分为正向、负向以及适度指标，参考已有研究做法，对适度指标进行正向化处理后，再进行无量纲化处理[35]。为消除主观因素影响，保证评价的客观性和科学性，采用熵值法确定各指标权重，在此基础上计算得出33个区域洪涝韧性得分。

2.3.2 标准差椭圆

标准差椭圆可以用来分析地理要素空间差异与分布特征，运用标准差椭圆探究黔中城市群城市洪涝韧性的方向、分布及重心演变。

2.3.3 动态变化度

为测算城市洪涝韧性影响因素的动态变化程度，借鉴土地利用多功能动态变化度，以此探究各类影响因素的动态变化，具体公式见刘愿理等人研究[36]。

2.3.4 地理探测器

地理探测器是用于度量地理要素空间分异并揭示其背后驱动因子的一种统计学方法，运用地理探测器中的因子探测及交互探测对城市洪涝韧性空间分异的影响因素与机理进行分析，具体公式见王劲峰等人研究[37]。q的取值范围[0，1]，值越大，则解释力越强，反之，则解释力越弱[38]。

3 结果分析

3.1 洪涝韧性时空特征分析

利用熵值法计算得出黔中城市群各年份城市洪涝韧性综合得分，并以自然间断点分级法为基础，将2010年、2015年、2020年的城市洪涝韧性划分为低值区、次低值区、中值区、次高值区和高值区5个等级，见图2。

图2 城市洪涝韧性水平时空分布格局

整体来看，2010—2020年，黔中城市群城市洪涝韧性综合得分整体上呈不断提高的趋势，大致呈现中部向四周减小的趋势。但受到自然、社会经济等因素的影响，中心城市综合实力不强，辐射带动作用较弱，区域总体韧性水平不高。2010年，无高值区分布，次高值区和中值区分布于中部的云岩区、南明区和观山湖区，次低值区包括红花岗区、清镇市、西秀区，低值区数量最多，共计27个，占比高达81.82%。2015年，区域整体洪涝韧性水平有较大提升，北部最为明显，广大区县晋升为次低值区，中部的云岩区、观山湖区提升为高值区，南明区、花溪区为次高值区。但仍要注意的是，尽管大部分地区洪涝韧性均有了较大提升，仍有16个区县为低值区，占比近50%，广泛分布于南部和中部广大区县。2020年，区域洪涝韧性水平继续提高，高值区和次高值区增加明显，个数均为4个，两者合计占比24.24%，低值区减至5个，仅占15.15%，多集中于南部。总体而言，研究期内，黔中城市群洪涝韧性水平提升较快，低值区数量减少明显，中值区及以上数量增加较多，其中北部和中部提升幅度较大，南部提升相对缓慢。

分系统来看，见图3，2010—2020年，经济韧性发展最快，自2012年以来，黔中经济区被列为新一轮西部大开发布局的重点经济区之一，黔中被称为贵州经济社会发展的火车头和发动机，加之国发〔2012〕2号文件的出台，使得该时期成为贵州经济发展的黄金时期。然而在经济韧性发展迅速的同时，生态韧性增长缓慢，社会韧性、基础设施韧性还处于较低水平发展，区域协调发展能力较弱。城市洪涝韧性作为综合系统，无论是生态环境及社会基础建设，还是城市对灾害的应急能力，都是城市洪涝韧性的重要组成部分，因此未来需加强生态、社会、基础设施等方面的建设，实现系统均衡发展。分属性来看，城市洪涝韧性各属性差异较大，抵抗力3年均为最低，表明黔中城市群对于洪涝灾害的抵抗和防御能力较弱，还有较大提升空间。而恢复力始终处于较好的发展态势，表明黔中城市群拥有较强的灾后恢复能力。总之，黔中城市群的抵抗力、适应力和恢复力表现各不相同，但均处于增长趋势。

图3 系统和属性水平

3.2 标准差椭圆分析

利用标准差椭圆分析不同时间及不同区域洪涝韧性的分布范围、移动趋势及重心迁移等特征，见图4。由图4可知，3个区域不同时期标准差椭圆均呈现较为明显的“东北-西南”方向分布，黔中城市群北部和南部椭圆面积经历了“扩大-缩小”的过程。随着织金县、七星关区等地的洪涝韧性水平提升，北部区域重心整体上向西迁移。中部区域重心从2010—2020年趋于东偏，随着贵安新区的成立及强省会战略的提出，为贵阳发展带来利好政策，其城市洪涝韧性水平也实现了增强。南部区域重心先向东北迁移，再向西迁移，但移动距离较短，中心位置始终落在贵定县境内。

图4 城市洪涝韧性标准差椭圆及重心

从整体来看，2010—2020年，椭圆面积呈现逐渐“缩小”的过程，表明研究期内城市洪涝韧性趋于集中，重心整体上向西北迁移趋势明显，但各个时期变化不大，都是以贵阳市修文县为中心。分时段来看，2010—2015年，椭圆面积缩小，重心向北迁移，但仍位于贵阳市境内，贵阳市作为贵州省会及黔中城市群核心，在社会经济、基础设施、集聚能力等方面具有较强综合实力。2015—2020年，椭圆面积继续缩小，重心向西北方向迁移，随着时间推移，仁怀市、红花岗区、七星关区等黔北经济要地发展态势良好，使得城市洪涝韧性重心向北偏移较大。综合来看，未来洪涝韧性重心可能仍将以贵阳为中心，北移趋势大于南移趋势。

4 影响因素分析

4.1 影响因素选取

基于上述研究发现，城市洪涝韧性存在显著的空间分异性，而其内在的驱动因子尚待明确，因此，借助地理探测器对其影响因素进行分析。城市洪涝韧性受到“自然-经济-社会”等多方因素影响，自然本底是城市发展的背景与依托，是人为较难改变的因素，影响着城市的规模与空间布局，对洪涝灾害的发生具有较大的影响；社会基础及经济条件是城市发展的助推器，与城市发展互促互进，洪涝韧性的提升需要强大的经济条件作为支撑，而完善的社会基础则有利于抵御洪涝灾害，减小损失。自然、经济、社会可以综合反映出区域发展现状及环境资源现状。据此，从自然本底、社会基础、经济条件3方面进行影响因素选取。其中，自然本底选取高程(X1)、坡度(X2)，在山区，城市的发展及其空间分布极大的受制于地形地貌，每遇大雨或暴雨都极易造成河水猛涨，洪灾严重。社会基础选取人口增量(X3)、城镇新增就业人数(X4)，黔中城市群过快过高的人口增长，对城市基础设施、环境等承载力带来较大挑战，很大程度上不利于洪涝韧性的提升，城镇新增就业人数可以反映城镇就业状况，对于稳定社会具有重大推动作用。经济条件方面选取GDP增长率(X5)、二三产业增加值占比(X6)、一般公共预算收入(X7)，GDP增长率反映了区域经济实力，是城市发展的基础，二三产业增加值占比可以较好地反映地区非农化发展水平及城市经济结构，一般公共预算反映了政府调控能力，对于维护社会稳定和救灾减灾具有重要作用。

4.2 因子探测分析

利用地理探测器求得各因子对城市洪涝韧性的影响力q值，见表2。由表2可知，各影响因子的q均值大小排序为X7>X4>X6>X2>X3>X5>X1，总体来说，社会基础和经济条件类因子对城市洪涝韧性的影响较强，自然本底对洪涝韧性的影响则较弱，黔中城市群虽地处山区，地形复杂，山高坡陡，但从分析结果来看，自然本底对洪涝韧性的影响较弱，可见随着社会进步，自然环境的束缚作用逐渐降低。分年份来看，2010年，X4、X7、X3为排名前3的影响因子，这个时期城市洪涝韧性主要受到社会基础的重要影响，至2015年，排名前3的因子为X7、X4、X6，表明随着时间变化，经济条件逐渐变化为影响城市洪涝韧性的主导因素，至2020年，主导因素进一步变化为X7、X6、X4，表明在城市洪涝韧性的发展过程中，经济条件的作用越来越强。由此可知，一座城市的产业结构、经济发展程度对于城市在洪涝灾害中的抵抗和防御能力具有重要影响。综合而言，随时间推移，城市洪涝韧性由社会基础为主导因素，逐渐演化为社会基础、经济条件综合影响，并以经济条件为主导。从其动态变化度可知，各因子对洪涝韧性的影响变化不一，仅有X6和X7呈现逐年增强的现象，其余因子都表现为短时的上升或下降趋势。此外，虽然X1对洪涝韧性的q值较低，但由于山地地形复杂，加之喀斯特地貌，洪涝灾害造成的损失难以掌握，因此，未来在关注社会经济对洪涝韧性影响的同时，仍需关注自然本底的重要作用。

表2 因子探测

4.3 交互探测分析

对影响因子进行交互探测，以探究其相互关系，见图5。各个影响因素表现为非线性增强或双因子增强，说明洪涝韧性是自然、社会、经济等多因素综合作用结果。2010年，X4与X2交互后，其解释力达到0.829，排首位，表明自然本底与社会基础的综合作用对洪涝韧性的影响较强。此外，X4与X3、X5、X6和X7交互后，解释力均达到0.700以上，表明X4与其他因子的交互作用将会对洪涝韧性产生显著影响，未来需更加注重就业对社会稳定的重要作用。单因子中，2010年，X1的q值最低，而在与其他因子交互作用后，解释力显著提升，尤其是在与X2交互后解释力达到0.700以上。2015年，X3与X7交互后解释力达到0.953，0.900以上的还有X1与X7、X2与X3、X3与X4、X3与X6。2020年，X1与X7的交互作用居首位，但相较2015年解释力有所下降，为0.916，表明即使自然本底单因子对洪涝韧性的解释力较低，但与其他因子交互后则有显著提升。综上，城市洪涝韧性是多因素综合形成的结果，未来需要制定多组合发展策略，实现城市洪涝韧性水平提升。

图5 交互探测

由上述研究可知，单因子方面，社会基础、经济条件是影响洪涝韧性的主要因素，在交互作用后，因子的解释力均有显著提升。具体来看，高程、坡度是影响城市空间布局的重要因素，山区资源梯度性、灾害频发性和生态脆弱性显著[39]，把城市空间布局与自然环境相统筹，顺应自然，尊重自然，可有效提升城市洪涝韧性。人口增量、城镇新增就业人数对于洪涝韧性具有显著影响，其实质反映了城市发展活力与城市承载力，过高的人口增长量势必会增加城市压力，适当调控人口增长速度，缓解人口、经济、资源与环境之间的矛盾，可有效提升城市防灾减灾能力。GDP增长率、二三产业增加值占比、一般公共预算收入可以充分反映地区经济发展状况和政府调控能力，当城市遭受洪涝灾害时，雄厚的经济实力可以减少灾难中的损失并快速恢复到灾害之前的状态。值得注意的是，城市洪涝韧性的高低不仅受主导因素的影响，更是自然环境、社会基础和经济条件多因素综合作用的结果。

5 讨论与结论

5.1 讨论

全球气候变化已然是不争的事实，随着社会发展，人们也逐渐认识到提升城市应对洪涝灾害能力的重要性。黔中城市群属亚热带季风气候，降水集中且多暴雨，相较于其他城市群而言应对城市洪涝灾害的能力较弱，基于前述研究，提出以下建议。

充分认识山地城市发展限制，促进人地和谐绿色发展。由分析可知，自然环境对城市洪涝韧性的影响虽小，但黔中城市群地处山区，坡地多，平坝少，城市发展仍然受到地形限制。未来发展需因地制宜，充分尊重地形地貌特点，合理利用地势起伏和缓的山间坝子，规划建设分片集中和有机松散的城市总体发展布局。坚持走绿色可持续发展道路，巩固和增强生态优势，持续进行石漠化、水土流失综合治理，建立起“山水林田湖草沙”一体协调的长江上游生态安全屏障。

加强基础设施建设，促进区域一体化发展。随着黔中城市群发展，越来越密集的人口，加剧了潜在的洪涝风险，也对城市基础设施和公共服务承载能力提出更高要求。因此，未来发展应完善生产生活配套设施并提升其质量，着力补齐城市基础设施、公共服务短板，以此提升承载能力。此外，要强化区域合作，打破行政界限壁垒，促进生产要素自由流动，推动区域基础设施共建、资源共享，实现区域协同发展。

提升经济发展水平，打造更具韧性的经济系统。与发达地区相比，黔中城市群经济发展方式较为粗放，质量和效益不高。经济发展在很大程度上影响着城市在洪涝灾害中的抵抗力和恢复力。因此，未来应调整经济结构，健全现代化产业体系，抢抓发展机遇，同时积极融入周边发达经济圈，学习周边区域先进经验，促进区域协调发展。

治理“水”问题，提升水系统韧性。解决城市洪涝问题，关键在“水”，下垫面、水库容量、排水能力等都是城市洪涝问题的关键影响因素。为此，需要加强海绵城市建设，完善灰-蓝-绿基础设施建设，优化城市管网布局，增加透水性下垫面，系统解决城市水安全、水环境等问题。

5.2 结论

研究通过探讨黔中城市群城市洪涝韧性的时空演变格局及其影响因素，得出以下结论。

城市洪涝韧性是城市各方面综合作用的结果，黔中城市群城市洪涝韧性在时间上，呈逐年增长的趋势，空间上大致呈现中部向四周减小的趋势。其中经济韧性发展较快，其余维度还有较大提升空间。

黔中城市群城市洪涝韧性整体上椭圆面积逐渐缩小，洪涝韧性趋于集中；重心北移趋势明显，这与贵阳和遵义发展较好具有相关关系。

单因子方面，城市洪涝韧性主要受到社会基础和经济条件的影响，但自然因素仍需关注。双因子方面，不同因子交互作用对城市洪涝韧性影响显著，未来发展应更加注重多种因素的组合影响。