崔海寧, 王 芳, 湯 峰

(1.河北瑞嘉土地規(guī)劃咨詢有限公司, 河北 廊坊 065000;2.滄州市地產(chǎn)開發(fā)服務中心, 河北 滄州 061001; 3.河北農(nóng)業(yè)大學 國土資源學院, 河北 保定 071001)

資源型城市是因自然資源開采和加工而興起的一類城市。近年來，資源型城市因經(jīng)濟結構失衡、大量貧困和失業(yè)人口、生態(tài)環(huán)境嚴重破壞[1]，并引發(fā)自然環(huán)境、經(jīng)濟、社會脆弱性問題而受到廣泛關注[2-5]。城市脆弱性作為研究城市人地系統(tǒng)和諧發(fā)展的新視角和資源型城市健康持續(xù)發(fā)展的重要途徑[6-7]，對保障倡導城市安全發(fā)展具有重要的指導意義。城市脆弱性研究目前主要集中在概念、分析框架[6-7]、影響因素[8-9]、評價[10-11]、規(guī)避建議[12-14]等方面。城市脆弱性概念及內(nèi)涵經(jīng)歷了由一元到多元、由簡單到復雜的過程[2]，涵蓋了風險、暴露性、敏感性、適應性或恢復力等多種概念[8-11]。如從災害[2]和氣候變化[16]視角進行定義，也有從生態(tài)[8]、社會[17]和經(jīng)濟[18]等視角進行界定，但無法全面體現(xiàn)城市作為環(huán)境—經(jīng)濟—社會綜合體的脆弱性特征[5,19]，整合多視角的概念逐步成為共識[2,11]。評價是城市脆弱性研究的基礎性環(huán)節(jié)，通過對城市脆弱性的程度識別可為降低城市脆弱性水平提供參考[19]，通常是在指標體系構建基礎上結合不同數(shù)學方法綜合成脆弱度指數(shù)并判斷城市脆弱性程度。常見評價模型包括綜合指數(shù)法[5]，集對分析法(SPA)[20-21]、函數(shù)模型法[17]、數(shù)據(jù)包絡分析(DEA)[22]、能值法[15]、情景分析[23]等，取得了很好效果，但需要借助人為進行城市脆弱性指數(shù)的等級劃分[24]，主觀性強且無法識別單指標的狀態(tài)水平，易忽視指標間的分異信息[25]，同時這些模型可評價出評價對象的脆弱性等級，但無法反映出評價對象向某個等級轉化的中間狀態(tài)。作為全國首批資源型城市轉型發(fā)展示范區(qū)之一，河北省唐山市的城市脆弱性具有代表性和典型性。因此，本研究通過構建表征城市綜合脆弱性的評價指標體系，嘗試構建基于物元分析的城市脆弱性評價模型，測度唐山市2000—2014年城市脆弱性的演變狀況，為提高唐山和類似資源型城市可持續(xù)發(fā)展能力提供科學依據(jù)。

1 研究區(qū)概況和數(shù)據(jù)來源

唐山市作為河北省經(jīng)濟和城市化發(fā)展的快速地區(qū)，是一座“依煤而建，因鋼而興”的資源型城市，是北方重要的能源、原材料生產(chǎn)基地和全國三大鐵礦集中區(qū)之一[26]。區(qū)域綜合經(jīng)濟實力整體較強，地區(qū)和人均GDP均位居全省前列，但經(jīng)濟結構高度單一且超重型化，工業(yè)產(chǎn)值占全市GDP 的80%以上，整體產(chǎn)業(yè)鏈條短，礦產(chǎn)資源的長期“群采”也破壞了區(qū)域生態(tài)環(huán)境和自然景觀，形成了較大規(guī)模的采空區(qū)和采煤塌陷地，還排放了大量工業(yè)廢棄物排、大量SO2，粉塵、煙塵等工業(yè)廢氣，影響了環(huán)境質量。

研究數(shù)據(jù)主要涉及2001—2015年的人口、社會、經(jīng)濟、資源、環(huán)境狀況等，其中人口、經(jīng)濟、城市建設、資源利用等數(shù)據(jù)主要來自于城市統(tǒng)計年鑒、河北省和唐山市社會經(jīng)濟統(tǒng)計年鑒，以及相應年份唐山國民經(jīng)濟和社會發(fā)展統(tǒng)計公報(中國統(tǒng)計信息網(wǎng)http:∥www.tjcn.org/)。廢污水排放量、固體廢棄物排放等數(shù)據(jù)來源于《唐山市環(huán)境狀況公報》。評價中采用的GDP為統(tǒng)一折算到2000年現(xiàn)價GDP。對于缺失的個別年份數(shù)據(jù)采用滑動平均法或趨勢外推法獲得。數(shù)據(jù)處理和評價在Excel和Matlab 7.0平臺支持下完成。

2 研究方法

2.1 物元分析原理和方法

物元模型是一種解決不相容的復雜問題的方法，適用于多因子綜合評價。城市是一個復雜系統(tǒng)，城市脆弱性評價指標涉及到眾多指標且單項指標評價具有不相容性，所以構建城市脆弱性評價物元模型具有一定可行性。通過關聯(lián)函數(shù)分析決策對象各子系統(tǒng)間的矛盾性，在等級確定上結合客觀標準先對評價指標的經(jīng)典域進行區(qū)間界定，然后通過脆弱性單指標的關聯(lián)函數(shù)獲得單指標狀態(tài)，再進行多指標綜合，從而提高了等級判定的客觀性和科學性。將物元分析理論與方法應用到城市脆弱性評價中，基本步驟為：

(1) 構建城市脆弱性評價物元。城市脆弱性物元R=(Q，C，V)，由城市脆弱性對象Q及其特征向量C(評價指標)和特征量值v(評價指標值)共同構成。其中，對象Q有n個特征向量c1，c2，…，cn。

(2) 確定脆弱性經(jīng)典域、節(jié)域物元矩陣。城市脆弱性狀態(tài)的經(jīng)典物元矩陣可表達為：Roij=(Qoj，ci，voij)。其中Roij為經(jīng)典域物元；Qoj為所劃分城市脆弱性程度的第j個評價等級；ci為特征向量(i=1,2,3,…,n)，經(jīng)典域voij為第i特征向量對應等級j的量值范圍(aoij，boij)。經(jīng)典域符合物元矩陣可表達為：

(1)

節(jié)域物元矩陣表示為：

(2)

式中：Rp——節(jié)域物元；vpi——節(jié)域物元關于i特征Ci的量值范圍(api,bpi)。

(3) 確定關聯(lián)函數(shù)和關聯(lián)度。城市脆弱性評價指標關聯(lián)函數(shù)K(x)的定義為：

(3)

式中：K(ci)j——第i項指標相應于第j個脆弱性等級的關聯(lián)度。

(4)

式中：ρij(vi,Voij)——點vi特征向量Ci的量值，與對應特征向量有限區(qū)間Voij=[aoij,boij]的距離；ρpi(vi,Vpi)——點vi特征向量Ci的量值，與對應特征向量有限節(jié)域(有限區(qū)間)Vpi=[api,bpi]的距離，|Voij|=|boij-aoij|；Voij，Vpi——待評價城市脆弱物元的指標值、經(jīng)典域物元和節(jié)域物元的量值范圍。

(4) 計算綜合關聯(lián)度和評價等級。待評價物元Qx(x=1,2,3,…,m)是關于等級j的綜合關聯(lián)度Kj(Qx)。根據(jù)得到的指標關聯(lián)函數(shù)K(x)和指標權重，采用綜合指標法構建城市脆弱性評價模型為：

(5)

式中:ωvi——指標權重值。采用熵值法確定權重，由于該方法比較常見，不再贅述。

若Kij=max[K(ci)j]，則待評價對象第i個指標屬于城市脆弱性等級j級；若Kjx=max[Kj(Qx)]，則待評對象Tx屬于脆弱性標準等級j級。Kjx值越大表明評價對象在對應的等級中越穩(wěn)定，反之則表明評價對象有向僅次于該等級k值的等級轉化的趨勢，兩等級的值越接近，轉化的可能越大。若Kjx≤0，表明城市脆弱性水平在設定標準等級之外，并向最大k值對應等級轉化。

2.2 脆弱性評價指標體系構建

本研究認為城市脆弱性是指城市資源環(huán)境、經(jīng)濟、社會系統(tǒng)在面對內(nèi)外部自然要素和人為要素干擾因素的作用下，表現(xiàn)出高度敏感并缺乏應對能力，并導致城市結構和功能易受到損害的屬性[19]?？蓮某鞘袑Y源環(huán)境、社會和經(jīng)濟維度的敏感性和適應力角度構建城市脆弱性評價指標體系。敏感性越小，而應對能力越強則城市脆弱性越小，參考已有相關文獻研究，遵循科學性、靈敏性、相關性、可操作性與可靠性等原則，建立了唐山城市脆弱性評價指標體系(表1)。

2.3 脆弱性警度的確定

依據(jù)城市脆弱性的可拓性，在借鑒相關預警研究[31]的基礎上，結合唐山市發(fā)展現(xiàn)狀與研究目標，將城市脆弱性指數(shù)劃分為5個等級，定性描述為無警(Ⅰ)、輕警(Ⅱ)、中警(Ⅲ)、重警(Ⅳ)、巨警(Ⅴ)。評價經(jīng)典域的確定則主要依據(jù)以下幾點原則進行： ①參考已有國家或國際標準的指標值； ②參照相關指標的全國平均水平以及所處省份的經(jīng)濟社會發(fā)展平均水平； ③依據(jù)現(xiàn)有的環(huán)境與社會、經(jīng)濟協(xié)調發(fā)展的理論，力求定量化作為標準值； ④參考相關文獻[32]制定。依據(jù)以上原則，確定各個指標經(jīng)典域的取值范圍(表2)。

3 唐山市城市脆弱性評價結果分析

3.1 物元分析評價

按照構造的物元模型公式(1)—(4)，以唐山市2000—2014年各指標數(shù)據(jù)為對象，得到不同時期指標脆弱性級別的關聯(lián)度。為更好識別城市脆弱性狀況，分別從敏感性和應對能力進行分析。

3.1.1 城市脆弱敏感性預警狀況分析 由于篇幅有限，本文僅以2000年C1指標(工業(yè)廢水排放強度)為例介紹各參數(shù)意義。將2000年C1指標原始數(shù)據(jù)代入相應的公式后，得出其相應的評價等級的關聯(lián)分別為：K(C1)1=-0.189，K(C1)2=0.392，K(C1)3=-0.131，K(C1)4=-0.348，K(C1)5=-0.478，可判定2000年唐山市該指標屬于級別Ⅳ 級，即屬于“重警”水平。同理可得到年份各個指標的相關數(shù)值和等級(表3—4)。

由敏感性系統(tǒng)各項指標的物元分析結果表3可以看出，指標工業(yè)廢水排放強度、二氧化硫排放強度、單位GDP碳排放、城鎮(zhèn)居民人均可支配收入、城鎮(zhèn)人均居住面積、城鄉(xiāng)收入平衡指數(shù)等因素在研究期間預警等級呈現(xiàn)不同程度的下降趨勢，對降低唐山城市脆弱的敏感性具有促進作用。工業(yè)廢水排放強度、二氧化硫排放強度、單位GDP碳排放分別由2000年的21.96,28.93和8.1 t/104元降低到2014年的5.01,4.42和2.75 t/104元，表明城市在綠色生產(chǎn)、提高能源利用率方面取得良好效果。城鎮(zhèn)居民人均可支配收入6 802元提升至2014年的28 891元，城鎮(zhèn)人均居住面積由2000年的20 m2/人上升至2014年的28.07 m2/人，表明城市經(jīng)濟發(fā)展實力和人均生活保障水平不斷提高。但人均耕地面積、地方財政自給率、城鄉(xiāng)平衡指數(shù)、資源密集型產(chǎn)業(yè)就業(yè)比重、第三產(chǎn)業(yè)增加值比重、產(chǎn)業(yè)結構多樣化指數(shù)等指標在研究期間基本處于警度較高狀態(tài)，一定程度上阻礙了城市脆弱的敏感性降低。

表1 唐山市城市脆弱性評價預警指標體系

注：資源密集型產(chǎn)業(yè)就業(yè)比重C9:為從事采掘業(yè)和制造業(yè)人口占就總業(yè)人口比重；外貿(mào)依存度C10:表征區(qū)域對外貿(mào)易活動對經(jīng)濟發(fā)展的影響和依賴，外貿(mào)依存度=進出口總額/GDP；產(chǎn)業(yè)結構多樣化指數(shù)C13：表征城市產(chǎn)業(yè)結構多樣化狀況，一般來說指數(shù)值越大表明產(chǎn)業(yè)結構越合理。計算公式為:W=∑|Ii-Ii-1|其中，Ii為第i(i=1，2，3)次產(chǎn)業(yè)的增加值占GDP的比重；城鄉(xiāng)收入平衡指數(shù)C17：表明城鄉(xiāng)收入差距。城鄉(xiāng)收入平衡指數(shù)=農(nóng)民人均純收入/城鎮(zhèn)居民人均可支配收入。

表2 唐山城市脆弱性評價預警指標經(jīng)典域范圍

3.1.2 城市脆弱應對能力預警狀況分析 由脆弱性應對能力單個指標的物元分析結果可知(表4)，應對能力指標中的萬元GDP綜合能耗、萬元GDP水耗、萬元GDP建設用地占用、污水處理廠集中處理率、人均地方財政收入、人均GDP、固定資產(chǎn)投資密度、百人擁有移動電話數(shù)、國際互聯(lián)網(wǎng)用戶數(shù)、建成區(qū)供水管道密度、排水管網(wǎng)密度和人均城市道路面積等指標在研究期間預警等級呈不同程度的增強趨勢，表明這些因素對城市脆弱性應對能力的提高具有促進作用。由表4可知，萬元GDP綜合能耗由2000年的3.94標準煤/萬元下降至2014年的1.4標準煤/萬元，萬元GDP水耗和電耗、地耗則分別下降了22.74 m3/萬元、479.11 kW·h/萬元、28.28 k/萬元，反映出唐山在節(jié)約利用能源、提高資源利用效率方面效果較顯著，一定程度緩解了城市資源脆弱性。建成區(qū)綠化覆蓋率、人均公園綠地面積分別提高了7.84%和4.38，這與唐山實施植物物種多樣性保護、道路綠化、特色景觀和采沉區(qū)生態(tài)改造等專項行動有關，生態(tài)建設得到改善。污水處理、工業(yè)固體廢棄物綜合利用率分別提高了48.5%，35.32%，生活垃圾無害化處理率在2010年達到100%，單位GDP碳排放量由2000年的8.1 t/萬元下降到2014年的2.75 t/萬元。此外，城市人均道路面積、每萬人擁有公共汽車數(shù)量、建成區(qū)供水管道和排水管道密度分別提高了6.55 m3，0.43萬輛、1.55，3.39 km/km2。表明唐山市配套設施和城市現(xiàn)代化水平較高。百人擁有移動電話數(shù)和擁有國際互聯(lián)網(wǎng)戶數(shù)分別增長了170.9和20.09人，萬人普通中學在校生學生數(shù)和萬人擁有醫(yī)生數(shù)、城鎮(zhèn)人均居住面積也在研究期間呈現(xiàn)上升趨勢，表明唐山在城市基礎設施建設、信息化建設以及生活、醫(yī)療等保障方面得到改善。但萬元GDP電耗、工業(yè)固體廢棄物綜合利用率、科技支出占地方財政支出比重、第三產(chǎn)業(yè)從業(yè)人員比重等仍處于中警狀態(tài)，影響了脆弱性的應對能力提升。

表3 唐山城市脆弱性評價敏感性指標關聯(lián)度與等級

表4 唐山城市脆弱預警應對能力指標關聯(lián)度與等級

3.2 城市脆弱性評價狀況總體分析

結合公式(5)計算綜合關聯(lián)度，并判定城市脆弱性的警度等級(圖1)。研究期間唐山城市脆弱性安全警度由“向巨警轉化”狀態(tài)降低為“向無警轉化”狀態(tài)，表明城市脆弱性總體正逐步降低，呈日益好轉的趨勢，并呈現(xiàn)出4個階段。2000—2003年，城市脆弱性不完全符合“巨警”的標準，但具備“向巨警轉化”的條件；2004—2006年，城市脆弱性不完全符合“重警”的標準，但具備“向重警轉化”的條件，表明城市脆弱性程度較高，“重警”等級不穩(wěn)定。2007年唐山市制定實施資源型城市轉型戰(zhàn)略以來，城市脆弱性狀況明顯得到改善。2007—2011年，唐山市城市脆弱性不完全符合“中警”和“輕警”的標準，但具備“向中警轉化”和“向輕警轉化”的條件，2012—2014年，城市脆弱性不完全符合“無警”的標準，但具備“向無警轉化”的條件。

研究采用熵權物元模型進行城市脆弱性評價，不僅可對每個參評指標所處的等級狀況進行判定，且結果可以體現(xiàn)城市脆弱性所處的狀態(tài)和向某個脆弱性等級轉化的中間狀態(tài)。從實際評價結果來看，與已有關于唐山脆弱性的研究結果基本一致[34]。已有研究結果顯示唐山城市脆弱性由2000年的“重警”降低至“輕警”，本研究中則是“向巨警轉化”狀態(tài)降低為“向無警轉化”狀態(tài)，評價的警情等級略有差異。這可能是與已有研究的指標體系和評價方法有所差異，多指標綜合評價法強調對綜合質量的分析，物元分析模型更強調對影響因子的分析，關聯(lián)函數(shù)可提示更多的分異信息，體現(xiàn)不同時期評價指標在城市脆弱性評價預警中的差異作用，可有效地克服城市脆弱性評價概念的模糊性和單項指標評價結果的不相容性，避免了主觀判斷的不確定性，結果可信度較高，揭示出更豐富的信息量。

圖1 唐山市2000-2014年城市脆弱性狀況預警等級

4 結 論

(1) 基于敏感性—應對能力框架，本研究從資源環(huán)境、經(jīng)濟和社會維度構建了城市脆弱性評價預警指標體系，結合物元分析評價模型對唐山市綜合脆弱性進行了評價。結果表明:2000—2014年間唐山在資源環(huán)境、經(jīng)濟和社會發(fā)展方面采取了多項舉措降低城市的脆弱性，取得了一定成效，城市脆弱性狀況趨于良好。脆弱性警情等級演變分為4個階段：2000—2003年的“向巨警轉化”狀態(tài)，2004—2006年為“向重警轉化”狀態(tài)，2007—2011年為“向中警轉化”和“向輕警轉化”的疊加期，2012—2014年為“向無警轉化”狀態(tài)。

(2) 物元分析結果表明，當前制約唐山市脆弱性提高的主要因素是人均耕地面積、地方財政自給率、城鄉(xiāng)平衡指數(shù)、資源密集型產(chǎn)業(yè)就業(yè)比重、第三產(chǎn)業(yè)增加值比重、產(chǎn)業(yè)結構多樣化指數(shù)、萬元GDP電耗、工業(yè)固體廢棄物綜合利用率、科技支出占地方財政支出比重、第三產(chǎn)業(yè)從業(yè)人員等。這種結果表明城市處于礦產(chǎn)資源的大規(guī)模開采階段，高能源消耗、高污染排放的根本矛盾仍然存在，第二產(chǎn)業(yè)占GDP的比重始終居高不下，采礦業(yè)的工業(yè)總產(chǎn)值占工業(yè)總產(chǎn)值的比重達到14%，資源型產(chǎn)業(yè)的就業(yè)人口比重一直處在50%以上，城市對人才與資金的吸引力不夠，產(chǎn)業(yè)結構的調整速度緩慢[30,33]，仍制約著區(qū)域可持續(xù)性發(fā)展。

(3) 根據(jù)研究所得到出的城市脆弱性狀況演變路徑和物元分析得到的障礙因子，提出如下建議： ①以成為全國首批資源型城市轉型發(fā)展示范區(qū)為契機，依托區(qū)域資源優(yōu)勢來延伸產(chǎn)業(yè)鏈條，推進傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的升級和生態(tài)化改造，以更好地發(fā)揮資源和經(jīng)濟效益； ②積極主動承接京津產(chǎn)業(yè)轉移，充分利用北京、天津各類科技智力資源，尤其是人才的引進，培育壯大戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)； ③鞏固城市基礎設施建設水平，進一步保護耕地資源，開展工礦廢棄地整治補充耕地，促進人地關系協(xié)調發(fā)展。

(4) 物元分析方法要求必須設定脆弱性評價的經(jīng)典域和節(jié)域，而目前研究僅涉及到標準等級值，不是一個域。此外，對突發(fā)性自然災害等影響城市脆弱性的因素未進行考慮，今后在脆弱性評價指標體系構建、經(jīng)典域和節(jié)域等方面還需要深入研究。