高原山地城市安全韧性家园构筑——云南省防震减灾避难场所规划策略优化研究.pdf
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1、上海国土资源 Shanghai Land&Resources6 2023Vol.44.3 doi:10.3969/j.issn.2095-1329.2023.03.002高原山地城市安全韧性家园构筑云南省防震减灾避难场所规划策略优化研究高鹏飞1,苏振宇2*(1.浙江大学建筑设计研究院有限公司,浙江杭州 310013;2.昆明理工大学建筑与城市规划学院,云南昆明 650054)摘 要:高原山地城市在遭受地质灾害时,有着灾前预测效果差,灾时持续时间长,灾后恢复效率低的特点。为构筑“人人安居”的安全韧性家园,本文基于 USGS 监测校正后数据,对云南省地震灾害情况进行地震点位、地震频率、震级强度和断
2、层距离分析;结合分析结果,以普洱市为典型,利用植被覆盖数据、地震断层数据、土壤类型数据和地形坡度等土地资源数据构建地震安全韧性指标评价体系,并利用熵权法确定指标权重,栅格计算得出实际地域层面地震安全韧性空间分布情况;再结合防灾减灾规范和应急避难场所规划要求进行静态指标分析,构建城市道路网络,分析动态可达性。结果表明:当下高原山地城市防震减灾避难场所规划往往停留在静态人均指标层面,缺乏对自然资源要素的综合分析,在交通路线单一的高原山地城市中应急避难场所的可达性远不达标,据此提出优化策略。关键词:城市安全;高原山地;防震减灾;应急避难;韧性家园;规划方案;优化策略中图分类号:TU984.11+6;
3、P642.27 文献标志码:A 文章编号:2095-1329(2023)03-0006-06早在 20 年前,联合国可持续发展全球峰会上首次将“韧性”概念引入城市建设与防灾减灾领域。2020 年,党的十九届五中全会上中共中央关于制定国民经济和社会发展第十四个五年规划和二三五年远景目标的建议首次提出建设“韧性城市”的目标。2022 年 5 月 12日中国第 14 个全国防灾减灾日,主题就设为“减轻灾害风险,守护美好家园”。从韧性城市的规划到安全家园的构筑,均在强调人民日常生活与安全韧性家园构筑的紧密联系1-2,安全韧性家园的构筑为城市应对各类灾害时提供了一个弥足珍贵的先行样本。中国是一个气象灾害
4、、水文灾害与地质灾害频发的国家,有着数量多、危害大、时间久的特点。有记录以来,公元 1303 年到 2008 年,中国经历了百余次对城乡居民生命财产造成严重破坏的地震灾害。地震灾害具有突发性强、破坏性大、成灾范围广、社会影响深、防御难度大和次生灾害严重等特点3-4。对城市而言,城市中心城区人口密度大,建筑开发强度大,基础设施分布密集,在遭受地震灾害时将承受更大的生命财产损失5;对乡村而言,高原山地城市高程较高,坡度较大,大量农村宅基地临山而建且缺乏防护措施,在遭受地震灾害时将存在严重的生命安全隐患和财产损失风险。地震灾害在发生时,受灾程度往往与致灾因子与脆弱性的乘积成正比,与应对能力成反比。当
5、下针对地震灾害的研究范围较广,但较多集中于自然科学领域,主要对致灾因子预测、自然环境脆弱性和防震减灾工程及其材料相关领域6-7进行分析,在社会科学层面的研究主要围绕城市应急避难场所8与应急疏散通道9规划设计和城市防震仿真模型模拟设计10-11展开。此外,也有学者聚焦乡村地区,通过地理信息工具对单一少数民族村落在地震前后的布局调整进行分析,研究其布局变化影响因素和未来衍变趋势12,但当下研究仍缺少对区域范围层面与实体地域层次的防震减灾相关研究。城市规划与建设与防震减灾规划往往关联于人均应急避难场所指标的静态指标管控和紧急疏散通道的静态交通规划,并结合相关法律条例与工程规范对防震减灾工程管理工作进
6、行指导与监督。通过目前国内外的研究收稿日期:2022-12-06修回日期:2023-07-25作者简介:高鹏飞,1994 年生,男,硕士,助理工程师,主要从事城乡规划与设计。电子邮箱:基金项目:云南省科技厅基础研究专项面上项目(202201AT070792)*通信作者:苏振宇(教授/博导),上海国土资源Shanghai Land&Resources 2023Vol.44.3 7可以看出,现有研究多集中于自然科学方面的工程技术研究和社会科学方面的城市模型模拟,亦或对刚性人均指标的静态管控和疏散通道的静态规划,缺少自然与社会学科的综合研究以及动态与静态防灾减灾措施的统筹考虑。本论文基于美国地震监测
7、局数据(数据校正后),对云南普洱市域范围内地震灾害情况进行分析,构建地震安全韧性指标评价体系,并利用熵权法确定指标因子权重,分析普洱市实际地域范围内地震安全韧性空间分布情况。同时,构建城市网络进行应急避难场所动态可达性分析,提出当下高原山地城市防震减灾规划应突破静态指标层面,综合考虑高原山地城市自然资源条件相关因素,深入探索“人本”视角下的应急避难场所规划新规则,并提出相关优化策略。1 研究区概况云南省位于中国西南地区,受横断山脉与哀牢山脉影响,地势呈西北高东南低,平均海拔约 2000 m,山地面积占全省总面积的 89%,坡度 25以上面积占全省总面积的44%,为典型高原山地地形。云南省下辖1
8、6个地级行政区,因独特的地形地貌,其受地震、滑坡、泥石流等地质灾害影响较大。从 1900 年到 2022 年间,云南省发生地震共计1021 次(图 1a),其中有感地震 491 次、中强震 479 次、强震 42 次、大地震 9 次。1988 年,普洱市澜沧县、临沧市耿马县在 15 分钟内相继发生 7 级以上大地震,共计伤亡 4848 人,造成直接经济损失 25.11 亿元。随着中国土地城镇化和人口城镇化的不断推进,地震发生频率逐年增加,面临的生命财产与安全隐患愈加严重,对防震减灾相关措施的规划优化迫在眉睫。通过对地震点位与断层距离的分析,可知地震发生频率与地震断层距离呈负相关关系,距离地震断
9、层越近,地震发生频率越高(图 1b)。同时,对地震震级强度进行叠加分析,可知强震级以上地震发生频率与地震断层距离同样呈负相关关系,且强震级以上地震均发生在距离地震断层 50 km 范围内(图 1c)。基于行政区划对云南省地震情况进行综合分析(图 1d),云南省大地震级以上地震发生频率最高的城市依次为普洱市、西双版纳州、保山市、临沧市和玉溪市,地震发生频率最高的四个城市为昭通市,大理州,普洱市和丽江市。根据地震发生频率和高强度地震发生频率,以普洱市为例进行市域层面地震安全韧性空间分析和应急避难场所规划分析。普洱市位于云南省西南部,全市面积45385 km2,是云南省国土面积最大的辖区,海拔范围在
10、3763306 m 之间,境内群山起伏,山地面积占 98.3%,坝区及河谷面积占 1.7%,为典型的高原山地城市。2 研究方法2.1 数据来源与研究路径本研究所用数据主要基于开源大数据和统计调查数据(表 1),开源大数据包括土壤类型数据、植被覆盖数据、地形坡度数据、地震勘测数据和城市路网数据等,统计调查数据主要包括土地利用“三调”变更数据等。通过地理信息技术软件对开源栅格数据进行要素转换,创建城市渔网进行数据赋值,利用熵权法对各个因子进行权重赋值,从而确定普洱市全域范围内的防震安全韧性空间分布。同时,提取土地利用信息和道路网络构建全域城市道路网络,进行网络分析,探索静态指标规范标准外应急避难场
11、所的动态可达性,以此综合分析高原山地城市防震减灾安全韧性,为打造安全韧性家园提出优化策略。2.2 防震减灾安全韧性评价指标体系构建(1)基于地震安全韧性的评价指标体系以普洱市为例基于普洱市高原山地城市的地形环境特征,结合地震灾害在高原山地城市发生的全过程,选取地震发生频率作为灾害导向型因素和山体滑坡作为灾害持续型因素,(a)地震时序分布图(b)地震断层距离与地震位置关系图(c)地震断层距离与震级强度分布图(d)云南省地级市地震情况对比图图 1 云南省地震情况分析图(审图号:CS(2019)1823)Fig.1 Analysis of earthquake distribution in Yun
12、nan Province表 1 数据来源统计表 Table 1 Data source statistical table数据类型数据来源数据时间城市路网数据OSM 城市路网数据(结合现状校准)2022土地调查变更数据自然资源部2021土壤类型数据全球 30 弧秒土壤数据集(HWSD)2009植被覆盖数据国家地球系统科学数据中心2017地形坡度数据地理空间数据云2022地震勘测数据美国 USGS 地质勘测数据(校准后)2022上海国土资源 Shanghai Land&Resources8 2023Vol.44.3 确定地形坡度、土壤类型、植被覆盖率和断层距离作为单因子,选取 4 项指标因子(图
13、 2),最终构建地震安全韧性评价指标体系(表 2)。(2)单因子分析及其权重确定地震发生频率作为地震发生的唯一主导性灾害因素,通过对地震断层和地震发生地点情况的综合分析,94%的地震发生在地震断层 5 km 范围内,且 75%强震级以上地震发生在地震断层 10 km 范围内,因此将断层距离作为地震发生频率的主要影响因子;高原山地城市的山体滑坡是地震后期造成持续性灾害的主要因素,根据相关研究,1045 之间的地形坡度最容易发生滑坡现象,对此将 1045 之间坡度区域视为地震安全韧性最差区域;不同的山体土壤类型将直接影响山体抗剪切力,从而影响滑坡产生,一般来说,结构比较松散的土壤类型最容易发生滑坡
14、,从云南省土壤分布情况可知,云南省强酸土占比达 74%,淋溶土和雏形土分别约占 10%,根据相关研究,抗剪切力:酸性土淋溶土雏形土其他土壤,以此对土壤类型按抗剪切力程度划分为 4 个等级;植被覆盖率高低直接影响山体的滑坡的可能性,一般来说,植被覆盖率越高,水土流失程度越弱,山体抗滑坡安全韧性越高。熵值法是结合熵值提供的信息值来确定权重的一种研究方法。熵值是一种物理计量单位,熵越大说明数据越混乱,携带的信息越少,效用值越小,因而权重也越小。由于熵权法不需要对指标的重要性进行主观赋值,减少了主观性对决策结果的影响。同时,适用于指标间相关性较弱的情况,能够更好地处理指标间的相互影响,在本论文中对于相
15、关因子的适宜度最佳。因此,使用熵值法对断层距离、土壤类型等 4 项因子进行权重计算,从表 3 可以看出:土壤类型,地形坡度,断层距离和植被覆盖的权重值分别是 0.554、0.132、0.312、0.003。各项间的权重大小有着一定的差异,其中土壤类型这项的权重最高为 0.554,由于普洱市范围内为高原山地地形,植被覆盖率差异值较小,因此植被覆盖这项的权重最低为 0.003。2.3 研究区指标量化分析 构建评价指标体系后,利用熵值法确定各项指标因子权重,通过地理信息软件,叠加各项指标因子实际空间载体,得出普洱市地震安全韧性空间分布图(图 3)。计算前先采用标准化和重分类法对各项单因子栅格数据进行
16、数据处理,按地震安全韧性综合指标数值大小划分为 5 个等级:高安全韧性、中高安全韧性、中安全韧性、中低安全韧性和低安全韧性。表 2 地震安全韧性评价指标体系 Table 2 Earthquake safety toughness evaluation index system目标层准则层指标层指标说明和计算方法地震安全韧性地震发生频率断层距离将断层进行欧式距离分析重分类作为地震发生概率影响因子山体滑坡韧性地形坡度将地理高程模型及其坡度起伏度作为影响震后山体滑坡的影响因子之一土壤类型将不同类型土壤对地质灾害的影响作为影响震后山体滑坡的影响因子之一植被覆盖率将植被覆盖指数作为影响震后山体滑坡的影响
17、因子之一表 3 熵值法计算权重结果汇总Table 3 Entropy method to calculate weight results summary项信息熵值信息效用值权重系数土壤类型0.95190.04810.5537地形坡度0.98850.01150.1319断层距离0.97260.02710.3118植被覆盖0.99980.00020.0026图 3 普洱市地震安全韧性空间分布图 Fig.3 Spatial distribution map of earthquake safety toughness in Puer City(a)断层距离因子(b)植被覆盖因子(c)地形坡度因子(
18、d)土壤类型因子图 2 地震安全韧性评价指标因子Fig.2 Seismic safety toughness evaluation index factors上海国土资源Shanghai Land&Resources 2023Vol.44.3 9通过对普洱市地震安全韧性空间分布分析,普洱市地震安全韧性整体较差,近70%地域范围为低安全韧性区,中及中高安全韧性区占比仅为 13%,无高安全韧性区。市域范围内存在较大地震灾害安全隐患。中高安全韧性区主要集中在各区县中心城区,中安全韧性区主要分布在普洱市中部土壤抗剪力较高区域、湖塘水面等地势平坦开阔区域和距离地震断层较远处。3 基于土地利用和道路网络的
19、应急避难场所布局分析以普洱市为例根据中国应急地震搜救中心发布的具体标准与要求,一级应急避难场所规模一般在 15 万平方米可用面积以上,可容纳 10 万人以上,服务半径 5000 米以内;二级应急避难场所一般规模不少于 1.5 万平方米可用面积,最少可容纳 1 万人以上,服务半径 1000 米左右;三级应急避难场所一般规模不少于 2000 平方米可用面积,可容纳 1000人以上,服务半径 500 米左右。3.1 应急避难场所人均指标量化分析基于最新土地变更数据,选取绿地与开敞空间用地,广场用地,交通场站用地外部空间和高教用地外部空间作为普洱市现有应急避难场所,应急避难场所总计面积为 525.06
20、 公顷,而根据第七次全国人口普查修订数据,普洱市全市常住人口为 240.50 万人,人均应急避难场所为 2.18 平方米,在静态指标层面,已满足人均 2 平方米的基本要求。3.2 应急避难场所缓冲服务范围分析根据应急避难场所分类标准,将普洱市应急避难场所根据面积大小分为一级应急避难场所、二级应急避难场所、三级应急避难场所和其他应急避难场所。对不同等级的应急避难场所按其服务半径分类进行缓冲分析,可得当下应急避难场所虽已满足人均指标,但在其缓冲距离范围内覆盖居住用地面积总计为 42.09 km2,仅占城乡总居住用地的 11.15%,可知近 9 成居住用地在应急避难场所服务范围以外,使用效率低,应急
21、效果差,远远未达到应急场地规划建设标准。3.3 应急避难场所可达性分析根据应急避难场所实际点位,构建城市步行网络和车行网络,以 5 km/h 和 50 km/h 作为高原山地城市步行速度和车行速度进行应急避难场所动态可达性分析(图 4)。考虑到二级及以下三级应急避难场所占地面积较小,不利于应急避难相关设施的布置和使用,不适合进行车行道路网络分析,且普洱市一级应急避难场所仅有一个,因此,提取普洱市 5 公顷以上应急避难场所进行车行道路网络分析。结果显示:普洱市全域应急避难场所步行 5 分钟范围内覆盖城乡居住用地面积为 21.13 km2,占居住用地总面积的 5.60%,步行 15 分钟范围内覆盖
22、城乡居住用地面积为 38.89 km2,占居住用地总面积的 10.31%,步行 30分钟范围内覆盖城乡用地面积为 50.65 km2,占居住用地总面积的 13.42%;普洱市全域 5 公顷以上应急避难场所车行 30 分钟范围内覆盖城乡居住用地面积为 36.00 km2,占居住用地总面积的 9.54%,车行 120 分钟范围内覆盖城乡居住用地面积为 100.30 km2,占居住用地总面积的26.58%。由此可见,普洱市全域应急避难场所整体可达性较差,应急避难场所的规划仍缺乏均衡考虑,其次,由于缺乏大规模应急避难场所,普洱市西南及东部部分县城车行可达性严重滞后,存在防震减灾滞后区,同时,西南地区地
23、震安全韧性较差,亟待对其进行缺失点补充。3.4 基于地震安全韧性空间的应急避难场所布局分析当下普洱市市域范围内城乡应急避难场所共计 893个,用地类型主要由绿地与开敞空间用地,广场用地,交通场站用地和高教用地构成,所在地多为城市居委会所在地和农村村委会所在广场。将应急避难场所位置与地震安全韧性空间分布进行空间连接,筛除处于中低安全韧性区和低安全韧性区的应急避难场所,最终符合地震安全韧性要求中等以上的应急避难场所共计 392 个,其中包括 5 万平方米以上应急避难场所 4 个。基于筛选后的应急避难场所,进行城市网络可达性分析(图 5),结果显示:普洱市全域应急避难场所筛选后步行 5 分钟范围内覆
24、盖城乡居住用地面积为 11.26 km2,占居住用地总面积的 2.98%,步行 15 分钟范围内覆盖城乡居住用地面积为22.83 km2,占居住用地总面积的6.05%,步行 30 分钟范围内覆盖城乡用地面积为 32.14 km2,占居住用地总面积的 8.52%;普洱市全域 5 公顷以上应急避难场所车行 30 分钟范围内覆盖城乡居住用地面积为 32.59 图 4 普洱市应急避难场所可达性分析图 Fig.4 Analysis diagram of accessibility of emergency shelter in Puer City上海国土资源 Shanghai Land&Resource
25、s10 2023Vol.44.3 km2,占居住用地总面积的 8.63%,车行 120 分钟范围内覆盖城乡居住用地面积为 91.81 km2,占居住用地总面积的 24.33%。由此可见,经过地震韧性空间叠加筛选后的普洱市全域应急避难场所步行可达性再次减半,由于 5 公顷以上应急避难场所数量较少,普洱市全域应急避难场所车行可达性差异不大。应急避难场所的规划不应停留在“一村一个”或“一城多个”的行政区划静态量化指标层面,需结合地理空间所承载的自然资源信息,结合可达性分析综合评价应急避难场所的布局优劣,并对其进行优化。4 防震减灾韧性家园构筑策略云南省“十四五”综合防灾减灾救灾规划的通知中提出至 2
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