基于文獻計量可視化圖譜分析的河湖水系連通研究現狀

陸志華，李 敏，石亞東

(1.太湖流域管理局水利發展研究中心，上海 200434；2.太湖流域水文水資源監測中心(太湖流域水環境監測中心)，江蘇 無錫 214024)

1 研究背景

為適應自然、改造自然，人類很早就開始了河湖水系連通探索實踐，如尼羅河引水灌溉工程、都江堰、南水北調工程等，均已成為河湖水系連通工程的典范[1]。2009年水利部開始提出河湖水系連通戰略；2011年中央1號文件提出“盡快建設一批骨干水源工程和河湖水系連通工程，提高水資源調控水平和供水保障能力”。自河湖水系連通工作推進以來，相關學者圍繞河湖水系連通的概念、理論、特征、技術、利弊等進行了大量研究[2-10]，但少有學者對我國當前河湖水系連通研究的現狀進行探討，尤其是利用文獻計量工具進行可視化分析。隨著研究的深入，有必要總結把握研究進展，并對未來研究趨勢進行展望。文獻可視化分析是文獻計量學的一個新興研究領域，其通過相關的引文分析、共被引分析、聚類分析、詞頻分析來挖掘某個研究領域的發展歷史、當前熱點及發展趨勢[11]?？茖W知識圖譜作為一種重要的文獻分析和可視化方法，可以克服采用閱讀、歸納法進行分析的主觀性、片面性和局限性等問題[12]?；诳茖W知識圖譜軟件，國內學者圍繞水資源管理[13]、水生態文明[14]、河長制[15-16]、水安全[17]、水生態環境[18]等領域分析了研究現狀與熱點。本文繪制國內河湖水系連通研究知識圖譜，解讀該研究領域的作者、機構、熱點等，以期為從事河湖水系連通研究和利用的學者與決策者提供參考和借鑒。

2 研究方法和數據來源

2.1 研究方法

CiteSpace是目前最受歡迎的知識圖譜工具之一[19]，是由美國德雷塞爾大學計算與信息學院陳超美博士設計開發[20]，能夠從不同視角和不同時區對高頻作者、高頻關鍵詞等參數進行共現共引和聚類分析，并通過復雜的引文網絡結構圖譜展示出來，形象地展現某領域的研究熱點、演進歷程、知識關聯情況和研究前沿等信息。

2.2 數據來源

數據來源于中國學術期刊網絡出版總庫(CNKI)，檢索時間截至2020年2月10日，關鍵詞為“河湖連通(聯通)”“水系連通(聯通)”“河湖水系連通(聯通)”，檢索結果共739篇。在剔除科普文章、新聞報道、索引、一稿多發、無作者文獻及關聯性不強的文獻后，共獲得314篇有效文獻，并對相關同義關鍵詞進行合并處理，形成樣本數據庫。

3 國內河湖水系連通研究的特征分析

3.1 研究文獻的時間分布

文獻數量的變化情況是衡量學科領域研究發展的重要指標。從文獻數量的年度分布狀況(圖1)發現，國內河湖水系連通研究大致可分為3個階段：2003—2010年為第一階段，2003年發文量1篇，第一次有學者提及武漢市的“江湖連通”初步構想；后至2010年發文量2篇，涉及長江流域“水系連通”的特征及影響研究。2011—2014年為第二階段，2011年發文12篇、2014年為36篇，原因是2011年我國推出了河湖水系連通治水新方略，刺激了當年及后續幾年的文獻數量。2015—2019年為第三階段，文獻數量繼續呈穩步增加趨勢。

圖1 國內河湖水系連通研究文獻數量

3.2 研究作者和高被引文獻分析

作者合作網絡圖譜可以找出某一研究領域的核心研究者，以及研究者之間的合作、互引關系。從作者合作網絡圖譜(圖2)可以發現，左其亭、李宗禮、王中根、竇明等作者論文產量相對較高，具有一定的影響力，且相關作者具有一定的合作程度。結合發文量(表1)來看，主要形成了5個合作網絡，發文量前2位的為左其亭-竇明-崔國韜-臧超-馬軍霞等人的合作網絡以及李宗禮-王中根-李原園-劉曉潔-郝秀平等人的合作網絡，同時兩者之間也存在一定合作；其次為李景保-代穩-于丹丹-楊波，徐宗學-龐博，許有鵬-孟慧芳-徐光來；其他為吳慶-紀道斌-戴凌全-阮洲，蔡梅-王元元-諸發文-陸志華，陳鴻玉-肖璇-湯宇強，李志威-陳葉華-沈小雄等。進一步分析高被引文獻(表2)可知，排名前10的文獻幾乎全部為左其亭-竇明-崔國韜-臧超等、李宗禮-王中根-李原園-劉曉潔等2個合作網絡發表的，表明這部分學者的研究對他人研究起到了重要啟發作用，這些文章為該領域的經典文獻，其中左其亭等發表的《河湖水系連通特征及其利弊》、李宗禮等發表的《河湖水系連通的理論探討》《河湖水系連通研究:概念框架》《河湖水系連通研究的若干問題與挑戰》被引頻次分別高達122次、122次、115次、109次；這些高被引文獻多為理論探討分析，屬于典型的經典文獻類型，對該研究領域有著理論引入和傳播的作用；文獻主要從水利水電工程、環境科學與資源利用、資源科學這幾個學科視角進行研究，說明以上學科與河湖水系連通關聯性較高。此外，《關于水生態文明建設的若干思考》從水利部層面提出把推進江河湖庫水系連通作為水生態文明建設的重要舉措，屬于政策引導類文獻，被引頻次也高達99次。

圖2 國內河湖水系連通研究作者合作網絡圖譜

表1 國內河湖水系連通研究作者發文量排名(前20)

3.3 研究機構分析

從研究機構共現網絡圖譜(圖3)發現，國內河湖水系連通研究機構有32家(發文量2篇及以上)，但總體分布比較分散，只有少數幾個機構存在合作關系。從發文量(表3)來看，最高為鄭州大學18篇，含鄭州大學水科學研究中心14篇、水利與環境學院4篇；其次為水利部水利水電設計總院14篇；第三為河海大學13篇，含河海大學水文水資源學院8篇、水利水電學院5篇；其余機構的發文量均為2篇。從合作網絡來看，鄭州大學水科學研究中心與水利部水利水電設計總院、鄭州大學水利與環境學院、河海大學水文水資源學院等存在一定合作，水利部水利水電設計總院與中國科學院地理科學與資源研究所、華北水利水電大學等存在一定合作，而河海大學水文水資源學院、水利水電學院不存在合作。從機構類型來看，該領域發文數量較多的機構主要為水利部直屬機構、高校中涉水的研究院系以及地方水利設計院等。

表2 國內河湖水系連通研究高被引文獻排名(前10)

表3 國內河湖水系連通研究機構發文量排名(前20)

圖3 國內河湖水系連通研究機構共現網絡圖譜

3.4 研究熱點分析

論文的關鍵詞是文獻的知識信息標簽，是對文獻研究內容和核心觀點的提煉和概括。基于對整個領域文獻高頻關鍵詞的分析，可挖掘出該領域的研究熱點[14]。

首先對關鍵詞進行共現分析(圖4(a))，關鍵詞出現頻次反映了該領域研究的關注度，關鍵詞中介中心度表示了其控制的關鍵詞之間信息流的數量以及對整個網絡資源的控制程度[21]。河湖水系連通研究高頻關鍵詞(表4)中，河湖水系連通、水系、水系連通性、水資源、規劃、連通性、連通、水系結構等出現頻次相對較高，均≥10，是研究的熱點。其中，河湖水系連通、水系、水系連通性的頻次和中介中心度基本一致，占據前3位。

在關鍵詞共現網絡的基礎上，采用LLR(對數似然率算法)進行聚類分析(圖4(b))，進一步明確當前研究的熱點為：①“連通”，包括河湖水系連通的特征分類、均衡管控、格局優化、功能提升、關鍵技術、連通戰略等研究，如竇明等[22]分析了河湖水系連通的特征、分類體系，龐博等[9-10]提出了河湖水系連通戰略研究的理論基礎、關鍵技術；②“河湖水系連通”，包括與國家水安全的關系、人水關系的變化與調控、對生態環境的影響、量化評估、理論基礎等研究，如李宗禮等[2]探討了保障國家水安全要求下河湖水系連通的概念內涵及研究基本框架，左其亭等[1]分析了河湖水系連通與經濟社會發展之間的協調程度；③“水系結構”，包括河湖水系調蓄能力、水系連通變異、水系連通度、水系連通功能、水文連通性等評價[23-24]；④“圖論”，運用圖論方法在不同河網地區進行河湖水系連通性評價、基于圖論方法與其他方法的結合與優化研究等[25-27]；⑤“水資源配置”，包括河湖水系連通對水資源的保障關系、基于河湖水系連通的水資源優化模擬與水資源合理配置等研究[28-29]；⑥“水質改善”，包括河湖水系連通對水質的改善關系、基于水質改善的河湖水系連通方案、數值模擬等研究[30]。

(a) 關鍵詞共現圖譜

(b) 關鍵詞聚類圖譜

圖5 國內河湖水系連通研究關鍵詞聚類時間線

最后使用“時間線”功能分析關鍵詞的聚類結果(圖5)，相同聚類的文獻被放置在同一水平線上，可看到各個類中的文獻的時間跨度，反映聚類所關注的時間特征[21]。可以發現，河湖水系連通的研究范圍越來越擴展、研究內容越來越具體化。河湖水系連通研究第一次出現在2003年，有學者提出了武漢市江湖連通的構想，擬通過引江入湖、江湖連通來改善湖泊水質；2010年河湖水系連通作為國家新時期的一個治水方略被提出，各級水行政主管部門對河湖水系連通的理論問題提出了迫切需求，相關學者對河湖水系連通的概念內涵、分類、特征、關鍵問題等進行了探討，2011年出現了連通、水系、水資源等研究；2012、2013年主要對太湖流域、海河流域、洞庭湖、南水北調地區、哈爾濱市等地區河湖水系連通性變化、水系結構變化及影響、連通方案等研究；為反映河湖水系連通對于經濟社會發展的影響，2014年有學者基于人水關系角度開展了河湖水系連通與經濟社會發展、城鎮化發展相互關系的研究；2015年出現了河湖水系連通評價指標體系研究；2016年文獻多為城市、城區河湖水系連通的實踐探討、規劃設想等；為定量分析具體地區的河湖水系連通程度，2017年出現了基于圖論及圖論改進法的河湖水系連通性定量評價、水文連通性(連通度)、水系連通性(連通度)等研究；2018、2019年出現了平原水網地區以改善水質為目的的河湖水系連通研究、數學模型在河湖水系連通方案研究中的運用、海綿城市中的河湖水系連通方案等研究。

表4 國內河湖水系連通研究關鍵詞頻次、中介中心度排名(前10)

3.5 研究趨勢分析

CiteSpace中探測詞頻突發增長的“涌現”詞(burst term)功能可分析研究趨勢，可用于標注研究領域、識別研究的未來趨勢、及時發現動態走向和突變[31]。通過分析得到8個突現主題及其對應的突現率和被引歷史曲線(圖6)，從時間序列上看依次為“水系”“水資源”“水系結構”“連通工程”“水資源配置”“影響”“城市水系”“連通性”，強度最高的關鍵詞為“水資源”“城市水系”“連通性”；“水資源”“連通性”的影響周期最長，均為3年，其余均為2年，說明研究關注的具體問題具有較強的跳躍性。

圖6 國內河湖水系連通研究突現詞

總的來看，國內河湖水系連通研究的主題具有多樣性，且受政策導向明顯，2015年之前的突現詞為“水系”“水資源”“水系結構”“連通工程”，2015年之后為“水資源配置”“影響”“城市水系”“連通性”。分析發現，2009年水利部正式提出河湖水系連通命題；2013年水利部印發《關于推進江河湖庫水系連通工作的指導意見》，要求各地有序推進；2015—2016年水利部全面安排和部署，引導地方實施了84個縣市層面的江河湖庫水系連通項目。結合研究文獻時間分布，將近20年來國內河湖水系連通研究大致劃分為3個時期，分別為2003—2010年、2011—2014年、2015—2019年。①第一個時期為2003—2010年，國內河湖水系連通研究很少，可以說處于醞釀探索階段。②第二個時期為2011—2014年，隨著水利部不斷推進河湖水系連通工作，這一時期研究處于快速發展階段，研究領域熱點開始涌現，主要關注于河湖水系的結構、保障水資源的功能、連通工程規劃、項目實踐等。③第三個時期為2015—2019年，處于平穩發展階段，河湖水系連通的首要目的是優化水資源配置格局，“水資源配置”研究熱點出現；隨著各地河湖水系連通工程的實施以及生態文明建設越來越受重視，研究開始關注河湖水系連通產生的“影響”；隨著水生態文明城市建設，人們對于良好水環境的需求越來越高，“城市水系”研究也成為熱點；隨著研究的深入，“連通性”的演變及評價成為近幾年研究的熱點；這一時期研究熱點作為第二個時期的補充，使我國河湖水系連通的研究更加詳實與豐富。新的研究趨勢顯示，未來河湖水系連通研究會朝著更加具體、更加細分的領域深化，并且從先前的理論研究為主向理論和實踐相結合的方向發展。2019年1月水利部提出“水利工程補短板、水利行業強監管”是當前和今后一個時期水利改革發展的總基調，2019年9月習近平總書記發出了建設造福人民的幸福河的偉大號召。新時期新老水問題的解決除了依靠強監管以外，也需通過引調水項目、河湖水系連通、水生態水環境治理等必要的工程措施加以解決。因此，可以預見河湖水系連通的研究將會持續獲得更多關注。

4 結論及建議

運用CiteSpace軟件對CNKI數據庫中2003—2019年的國內河湖水系連通研究的期刊文獻進行了可視化分析，繪制了知識圖譜，得出的主要結論為：①從研究階段來看，河湖水系連通研究歷經了3個階段，2003—2010年為醞釀探索階段、2011—2014年為快速增長階段、2015—2019年平穩增長階段，該領域在2011年開始逐漸升溫。②從研究力量來看，部分學者之間具有一定聯系，大多數學者之間聯系并不緊密；少數研究機構之間形成了合作網絡，鄭州大學、水利部水利水電規劃設計總院之間存在一定合作，兩者發表的文獻數量最多且被引頻次最高，在該領域占有重要位置。③從研究熱點來看，“河湖水系連通”“水系”“水系連通性”“水資源”“規劃”“連通性”“連通”“水系結構”等屬于高頻關鍵詞，形成了“連通”“河湖水系連通”“水系結構”“圖論”“水資源配置”“水質改善”等6個聚類。④從研究趨勢來看，“水資源”“城市水系”“連通性”3個突現詞強度最高，突現詞出現的時間大致趨同于國家對于河湖水系連通工作的政策頒布與推動過程，預測未來在對現狀已經實施的河湖水系連通工程的影響分析，全國、流域、區域等不同層面的河湖水系連通性定量評價分析，基于建設幸福河湖的城市水系河湖水系連通方案及技術研究等領域將有較大的發展空間。

分析發現國內河湖水系連通研究領域正在逐漸擴寬與深入細化，為今后的研究奠定了良好基礎，未來研究可以關注以下3個方面：①我國河湖水系經歷了從自然漸變到人工干預變化的演變歷程，不同地區建設了諸多大大小小的河湖水系連通工程，亟須研究這些連通工程產生的影響。②河湖水系連通涉及國家、區域、城市等不同層面，需適應地區經濟社會發展與生態文明建設要求，目前已有學者研究建立了結構連通性、水力連通性、脆弱性、水安全指數、河湖水系連通系統與經濟社會發展系統協調關系等方面的評價體系，但缺乏河湖水系連通與水安全保障之間適配性的綜合評價技術，因此開展河湖水系連通與水安全保障適配性研究，對于河湖水系治理具有重要意義。③受氣候變化與人類活動的影響，水安全保障需求呈現從單目標向多目標發展的態勢，對水安全保障技術的多樣性與系統性也提出了需求，河湖水系連通作為水安全保障的重要措施，需開展涵蓋防洪除澇、水資源優化配置、水生態環境改善的河湖水系連通治理技術研究，為實現多目標的水安全保障提供技術支撐。