高 祿，那仁滿都拉，郭恩亮，王永芳，董金義，賈書承

(1.內(nèi)蒙古師范大學 地理科學學院 內(nèi)蒙古自治區(qū)蒙古高原災害與生態(tài)安全重點實驗室，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010022；2.內(nèi)蒙古師范大學 地理科學學院 遙感與地理信息系統(tǒng)重點實驗室，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010022)

近年來，隨著全球氣候變化和城市化加速，內(nèi)澇、霧霾、高溫熱浪等城市災害大幅度增加，導致城市安全與生態(tài)環(huán)境問題日益顯著[1-4]。城市作為人類活動的主要載體，承擔著愈來愈多的職能[5]，是經(jīng)濟、社會、生態(tài)、基礎設施等人文與環(huán)境系統(tǒng)組成的高度復雜耦合系統(tǒng)[6]。城市韌性即為“城市在受到外界干擾后，仍保持主要特征、結構和關鍵功能的能力”[7-8]，如何準確評估復雜城市系統(tǒng)韌性及提高抵御與適應能力是城市安全和可持續(xù)發(fā)展的基本保障問題[9]。國內(nèi)外學者開展了大量的研究，如CUTTER[10]評估了美國3 100個縣的固有抗災力并提出對策建議；OSMAN[11]評估了日本10個城市系統(tǒng)的韌性并指出未來政府重心與不足；曾冰[12]以全國30個省份為研究對象進行經(jīng)濟韌性發(fā)展水平評估；劉彥平[13]以全國288個城市為對象進行韌性系統(tǒng)建設方面研究；王曉鴻[14]以西北地區(qū)30個地級市為研究對象進行韌性水平研究；張明斗[15]以東北地區(qū)34個地級及以上城市為對象進行韌性水平與空間收斂性分析；陳曉紅[16]以哈長城市群為研究對象進行城市韌性時空變化；目前城市韌性研究主要以全國各城市、省級或地區(qū)城市、城市群等大尺度研究對象為主，而城市轄區(qū)、街道、社區(qū)等城市內(nèi)部小尺度為單位的研究也日益受到關注[17-18]。如張振[19]對長春市下轄7個區(qū)3個縣進行韌性評價并提出建設建議；楊瑩[20]以廣州2 056個社區(qū)為研究對象構建社區(qū)恢復力評價模型并進行韌性評價分析?？傮w而言，多尺度的城市韌性評價尤為重要[21]，尤其是規(guī)模較大且不斷擴展的城市來說，以城市街道、或社區(qū)為單位進行韌性評估，在城市內(nèi)部韌性水平差異性的掌握和防災規(guī)劃建設中，更有針對性、實際參考價值，但數(shù)據(jù)獲取和影響要素選定等方面面臨局限性和挑戰(zhàn)。

2020年自然資源部印發(fā)《市級國土空間總體規(guī)劃編制指南(試行)》中明確提出“強化資源環(huán)境底線約束，推進生態(tài)優(yōu)先、綠色發(fā)展”及“完善基礎設施體系，增強城市安全韌性”等要求[22]。內(nèi)蒙古地區(qū)城市化速度較快，所面臨災害種類較多，作為我國北方重要的生態(tài)安全屏障[23]，更應加強城市綠色與安全建設。可是該領域研究成果較少[24-26]，城市綠色與安全韌性評估及提出針對性對策建議迫在眉睫。因此，本文以呼和浩特市為例，街道為單位，采用熵權與GIS相結合的方法，首先，探索構建城市綠色與安全韌性評價指標體系并進行韌性評價。其次，對城市內(nèi)部韌性差異性及其空間分異特征進行影響因素分析和合理性驗證。最終，提出具體針對性的城市綠色與安全韌性提升對策建議，以期推動我區(qū)綠色安全城市建設進程和防災規(guī)劃從“多城一策”向靈活的“一城一策”轉變。

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)概況

呼和浩特市(以下簡稱呼市)是內(nèi)蒙古自治區(qū)的首府，也是政治、貿(mào)易、交通中心。絕對位置為40°51′～41°8′N，110°46′～112°10′E，相對位置為內(nèi)蒙古自治區(qū)中部土默川平原上。呼市轄4區(qū)，包括玉泉區(qū)、回民區(qū)、新城區(qū)和賽罕區(qū)，本文以建成區(qū)260 km2為研究范圍，主要涉及呼市四個城區(qū)的33個街道(圖1)。研究區(qū)平均海拔高度為1 040 m，地勢由東北向西南逐漸傾斜，即北部大青山、南部及西南部土默川平原，綠化覆蓋率達40.1%[27]，流經(jīng)水系有小黑河、扎達蓋河、烏素圖溝、紅山口溝等[26]；2020年底市轄區(qū)人口為254萬人，研究區(qū)涵蓋約90%以上的人口。

圖1 呼和浩特市街道位置及研究范圍

1.2 數(shù)據(jù)來源

本研究的數(shù)據(jù)通過多種渠道與多種分析方法所獲得。人口數(shù)據(jù)來源于《呼和浩特統(tǒng)計年鑒2020》；POI數(shù)據(jù)來源于2021年高德地圖標注的7 000多個興趣點中，提取金融服務業(yè)、生活服務業(yè)、文化業(yè)、政府機關、醫(yī)療設施、交通設施等信息；最低生活保障補助金與醫(yī)療救助補助金數(shù)據(jù)來源于呼市“陽光三務”服務系統(tǒng)；街道地形與LST數(shù)據(jù)來源于2017-2022年Landsat遙感數(shù)據(jù)；PM2.5數(shù)據(jù)來源于https：//zenodo.org/record/6372847#.YxFStsgoqlw；建成區(qū)避難場所數(shù)據(jù)來源于呼市中心城區(qū)綜合防災規(guī)劃圖(2010-2020年)；建成區(qū)排水管道分布來源于2020年春華水務與市政工程部門的管線圖紙及其說明書。

2 構建指標體系

2.1 選取指標

現(xiàn)階段城市韌性評價目的不同，選取韌性評價指標也不同[28]，一般采取社會、經(jīng)濟、住房與基礎設施、環(huán)境、災害易發(fā)性、機構組織等城市主要要素為主[10，29-31]。本文借鑒已有研究成果，以綠色安全城市建設為理念，考慮本地化和數(shù)據(jù)可獲取性原則[32]，選取社會、生態(tài)環(huán)境、災情準備和生命線系統(tǒng)這四個韌性角度，18個三級指標，構建城市綠色與安全韌性指標體系，表1顯示所選指標與指標含義。由于以街道為單位部分數(shù)據(jù)難以直接獲取，因此，采用影像圖、現(xiàn)場調(diào)查、POI數(shù)據(jù)，間接或疊加裁剪等方法獲取街道對應數(shù)據(jù)。如道路緩沖區(qū)數(shù)據(jù)是采用GIS方法，道路緩沖以主干道600 m、其他道路400 m、地鐵緩沖半徑為1.5 km來計算(圖2)。

表1 城市綠色與安全韌性評價指標體系

圖2 呼市主干道、其他道路、地鐵緩沖區(qū)分布

2.2 確定權重

在多指標的韌性評估中，為消除原始數(shù)據(jù)所具有不同的量綱和量綱單位的影響，需進行無量綱化處理。本文選取極值法[39]進行處理，之后為確保數(shù)據(jù)不為0，對所有數(shù)據(jù)平移0.000 01。具體步驟如下所示：

首先構建一個n個街道，m個指標的原始矩陣X，經(jīng)過處理后的新矩陣為Y，公式為：

對于正項指標

(1)

對于負向指標

(2)

式中：xij(i=1，2，…，n；j=1，2，…，m)表示第i個街道第j個原始指標值；yij(i=1，2，…，n；j=1，2，…，m)表示第i個街道第j個新指標值。

為避免在指標權重賦值時人為因素的干擾，本文選取熵權法，將出發(fā)點立足于各項評價指標值之間的差異程度來確定權重系數(shù)[40]，其具體步驟為：

由式(1)式(2)得到Y矩陣后，用式(3)計算第i個評價對象在第j個評價指標上的指標比值pij，式(4)計算第j個評價指標的熵值ej，式(5)計算第j個評價指標的差異系數(shù)，式(6)計算第j個評價指標的權重wj，式(7)采用綜合評價法計算城市綠色與安全韌性得分R。

(3)

(4)

gj=1-ej；

(5)

(6)

(7)

綜上所述，為各項指標最終的權重系數(shù)，對n個被評價對象依次進行計算，最終得到綠色與安全韌性評價指標的權重見(見表1)。

3 城市綠色與安全韌性評價結果

3.1 綠色與安全韌性評價

通過熵值法與綜合評價法對數(shù)值進行計算，可得到33個街道綠色與安全韌性水平值，并在ArcGIS中采用相等間隔分級法分為5級：低韌性、較低韌性、中度韌性、較高韌性和高韌性，具體等級劃分標準及結果如表2所示。

表2 呼市33個街道韌性水平分級

從圖3可知，中山西路辦事處韌性水平值最高為0.42，鄂爾多斯路街道最低為0.14，相差3倍左右。各街道韌性水平平均值為0.24，其中2/3的街道韌性水平值低于平均值。前五種韌性水平的街道數(shù)量從低到高占比為15.2%、48.5%、27.3%、6.1%和3.0%(圖4)，能看出低、較低、中等街道數(shù)量居多，且各街道之間的韌性發(fā)展水平存在較大的差異。

圖3 各街道綠色與安全韌性水平值

圖4 不同等級街道數(shù)量與面積比例

3.2 綠色與安全韌性空間特征分析

各街道綠色與安全韌性水平空間分布如圖5所示，發(fā)現(xiàn)韌性水平較低的街道在研究區(qū)的西南集中，高韌性街道在城市中心和次外圍分布，從四區(qū)交界處的中心往外呈“高-低-高”趨勢分布。五種韌性水平的街道面積從低到高占比為5.3%、57.7%、25.1%、11.3%和0.7%(圖4)，較低和中度韌性的街道面積比例明顯高于低、較高和高韌性的街道。四區(qū)單位面積韌性水平為賽罕區(qū)(0.28)>回民區(qū)(0.27)>新城區(qū)(0.24)>玉泉區(qū)(0.20)。

圖5 各街道綠色與安全韌性水平空間分布

3.3 韌性指數(shù)的空間集聚特征

為探討各街道韌性指數(shù)的空間集聚特征，本文在ArcGIS中采用空間自相關的全局莫蘭指數(shù)(Global Moran’s I)法進行分析。Moran’s I指數(shù)為0.1384大于0，表明韌性水平值呈空間正相關，且通過了0.1水平上的顯著性檢驗，表明各街道韌性指數(shù)在空間分布上呈現(xiàn)顯著聚集現(xiàn)象。進一步采用局部莫蘭指數(shù)(Local Moran’s I)進行制圖(圖6)，發(fā)現(xiàn)研究區(qū)的四區(qū)交界處存在高-高集聚，即該區(qū)域的街道與周圍街道韌性水平均較強，抵御外界擾動和恢復能力較強，屬于相對安全的區(qū)域；研究區(qū)西南角存在低-低集聚，即該區(qū)域的街道與周圍街道韌性水平均較差，應對擾動與恢復的能力較差，屬于相對危險的區(qū)域；東南角為低-高異常，是正在建設街道，即該街道韌性水平低而周圍街道韌性水平高。

圖6 各街道韌性局部莫蘭指數(shù)分布

4 城市綠色與安全韌性影響因素分析及其對策建議

4.1 城市綠色與安全韌性的影響因素分析

從指標權重和不同要素對城市韌性的影響程度與合理性分析可知，災情準備韌性是影響城市綠色與安全韌性的第一要素，第二是生態(tài)環(huán)境韌性。分解到具體指標來看，排序第一、第二、第五和第六的分別是避難場所密度、平均醫(yī)療救助補助、醫(yī)療設施服務點和人均政府機關，上述指標均屬于災情準備韌性。而第三位的河網(wǎng)密度屬于生態(tài)環(huán)境韌性，第四位的交通設施服務點屬于生命線系統(tǒng)韌性，由此可以說明防災減災能力和生態(tài)環(huán)境保護對提升城市綠色與安全韌性水平的重要性。

從社會韌性(圖7a)來看，研究區(qū)具有中心向外圍逐漸降低趨勢。該趨勢與研究區(qū)中心街道商業(yè)中心、文化、體育和醫(yī)療機構較為集中，向郊區(qū)逐漸減少的實際情況一致。其中，韌性水平最低的4個街道人口密度占比皆超過66%，金融服務業(yè)、生活服務業(yè)與文化業(yè)密度三者不足15%，是單純住宅區(qū)為主的街道，因此綜合得分較低。從不同轄區(qū)來看，最新建設的賽罕區(qū)社會韌性最高、其次為新城區(qū)，玉泉區(qū)和回民區(qū)偏低，這與甄江紅得出呼市城市重心向東南、東北、東南轉移相吻合(圖8)[41]。從生態(tài)環(huán)境韌性(圖7b)來看，中心街道韌性水平較低，越接近郊區(qū)水平越高，與社會韌性呈現(xiàn)相反趨勢。其中市中心7個街道由于PM2.5濃度較高、LST較大、不透水面較多，三者之和占比高達80%所造成韌性最低，但烏蘭夫公園、扎達蓋河與紅山口溝匯流地和偏北側新鋼公園-賽馬場-阿爾泰游樂園等公園與景點一帶的生態(tài)韌性偏高。而研究區(qū)周邊由于建設空地與綠地，北側大青山腳下由于硬化少、生態(tài)環(huán)境較好，街道的韌性水平皆高于周邊街道。從災情準備韌性(圖7c)來看，研究區(qū)外圍和避難所占比高的街道韌性水平較高，其中低度韌性的9個街道中幾乎沒有避難所。相對新建設用地和政府、醫(yī)療機構較多的賽罕區(qū)和新城區(qū)韌性偏高，而玉泉區(qū)最低。從生命線系統(tǒng)韌性(圖7d)來看，除研究區(qū)西北、西南、東南角等正在建設或未建設空地的韌性水平較低以外，整體較好，主要由于該區(qū)街道道路緩沖區(qū)密度和排水管網(wǎng)密度占比超過30%和20%。特別是地鐵交叉的商業(yè)中心及地鐵輻射到的商業(yè)較為繁榮的街道韌性水平偏高，并且東部明顯要好于西部，該趨勢與呼市東南方向擴建速度較快，特別是西南方向緩慢的實際情況比較符合。

圖7 各街道社會、生態(tài)環(huán)境、災情準備與生命線系統(tǒng)韌性空間分布

圖8 呼市城市用地擴展分布[41]

4.2 城市綠色與安全韌性提升對策建議

在獲得的街道韌性水平差異性和影響因素分析的基礎上，以街道、市轄區(qū)或市級角度提出韌性提升對策建議。

1)研究區(qū)低韌性5個街道，在日常管理與街道建設當中，更注重生態(tài)建設和災情準備工作。比如硬化地改為綠地或小型公園，增加綠色長廊并對建筑物進行立體綠化，減少機動車污染并加強道路灑水降溫措施。同時，將學校操場和公共場所納入避難場所建設中，并加強救援隊、防災教育、演練、應急物資儲備和應急救援系統(tǒng)建設。研究區(qū)外圍處于較低韌性的8個街道，應適當加強該區(qū)域文化、體育、醫(yī)療、金融與商業(yè)建設，構建與人口相匹配的基本生活需求服務點與醫(yī)療補貼，進而提高街道的社會韌性。

2)從圖5能看出，賽罕區(qū)整體韌性水平最高，玉泉區(qū)最差。玉泉區(qū)有必要從社會、災情和生命線等各方面大幅提升。應增加商業(yè)、金融服務點和政府機構，并加強文化業(yè)投入、完善衛(wèi)生健康服務體系以吸引人口流動，對西南區(qū)域應加快土地整理，完善道路、排水管網(wǎng)，合理推進城市更新?；孛駞^(qū)與新城區(qū)應完善北部邊緣區(qū)的城市功能布局，科學配置交通、政府機關和生活服務設施，利用大青山國家自然保護區(qū)等重點區(qū)域，提高社會韌性水平。賽罕區(qū)應加速建設東南角空地。

3)呼市2/3街道韌性水平處于中等以下，城市整體應加強綠色與安全韌性工作。中心區(qū)大部分屬于20世紀70-80年代建設用地，應推進城市重新規(guī)劃，或生態(tài)安全改造工程。研究區(qū)最外圍處應加速建設環(huán)城道路和基礎網(wǎng)絡，提高環(huán)境條件和社會服務水平，并加強公眾環(huán)保行為和應急能力。

5 結論與展望

本文在詳細掌握城市內(nèi)部韌性水平差異性的基礎上，提出具體的綠色與安全韌性提升對策建議為目的，以呼市街道為單位，采用熵權與GIS相結合的方法，從社會、生態(tài)環(huán)境、災情準備與生命線系統(tǒng)4個韌性角度，18個三級指標，評估了綠色安全城市韌性水平，得到如下主要結論：

1)呼和浩特市33個街道的低、較低、中度、較高和高韌性水平占比為15.2%、48.5%、27.3%、6.1%和3.0%，2/3的街道韌性水平值低于平均值，各街道存在較大的差異性。

2)在空間上分異性顯著，韌性水平較低的街道集中在研究區(qū)西南地區(qū)，高韌性街道從中心往外呈現(xiàn)“高-低-高”趨勢分布態(tài)勢?？傮w來看玉泉區(qū)韌性水平最差，賽罕區(qū)最好。

3)從指標權重和要素的影響程度分析中發(fā)現(xiàn)，獲得成果與城市用地擴建方向、功能布局等實際情況比較吻合，說明該方法在城市綠色與安全韌性評估中具有可靠性。

4)從街道、市轄區(qū)和市級角度提出了具體的韌性提升對策建議。呼市整體應加強綠色與安全韌性工作，其中玉泉區(qū)重中之重。主要在中心地區(qū)街道加強綠色生態(tài)環(huán)境的同時，提升災情應對能力，而周圍地區(qū)街道提高基礎設施建設速度與社會服務功能。

由于本文以呼和浩特市街道為單位進行評估，相關經(jīng)濟數(shù)據(jù)獲取困難，并且評估過程中未能考慮POI數(shù)據(jù)如商場、醫(yī)院等不同等級的輻射范圍，導致評估精度受到一定程度的影響。與此同時，城市韌性水平會隨著社會經(jīng)濟發(fā)展及自然環(huán)境的變化而改變，而本研究并沒有深入探索城市韌性的動態(tài)變化，在下一步研究中皆是重點關注的領域。