我國水庫大壩安全評價研究綜述
——基于Citespace的知識圖譜分析

吳 偉 韓春苗

(1.黃河水利職業技術學院，河南 開封 475004；2.小流域水利河南省高校工程技術研究中心，河南 開封 475004；3.北京市水文總站，北京 100089)

2011年中央一號文件首度聚焦水利建設，將水利提到國家安全層面。同時水利部提出力爭通過5～10年努力，到2020年基本建成水利保障和支撐經濟社會發展需要的四大體系：防洪抗旱減災體系、水資源合理配置和高效利用體系、水資源保護和河湖健康保障體系、水利科學發展的體制機制和制度體系。在這四大體系中，水庫大壩都發揮著重要的作用。2014年水利部印發《關于進一步加強水庫大壩安全管理的意見》，就進一步強化水利系統水庫大壩的安全管理，確保工程安全運行工作做出部署安排，指出要定期開展大壩安全鑒定，及時掌握大壩安全狀況。

水庫大壩不僅是江河防洪工程體系的重要組成部分，也是調控水資源時空分布、優化水資源配置的重要工程措施。為了保障水庫大壩的功能充分發揮，需要定期對其進行安全評價和除險加固。近年來，我國學者對水庫大壩安全評價進行了大量研究。覃友中1996年分析了大壩安全評價涉及的主要外部因素和內部因素，總結出我國大壩安全評價的現狀和安全評價的方式，提出了大壩安全診斷的新方法。王志軍2008年從大壩風險分析方法、水庫大壩防洪風險、潰壩模式、潰壩洪水、潰壩概率、潰壩后果等9個方面，綜述了國內當前開展大壩風險研究的進展狀況。袁坤等2013年基于國內外水庫大壩安全評價和風險分析的研究現狀，分析了我國大壩安全評價中存在的問題，提出了我國水庫大壩安全評價技術的發展方向。

以往的文獻綜述只針對研究對象的研究內容、研究方法進行分類分析，而缺乏對時間、空間、機構的綜合分析。科學知識圖譜分析是近年來被廣泛采用的文獻計量研究手段，能夠對文獻的產出時序、空間分布、合作機構等進行全方面分析，并能將其通過可視化手段進行呈現。本文通過知識圖譜分析方法對我國水庫大壩安全評價研究的文獻進行梳理、分析，發現水庫大壩安全評價的研究規律，為相關領域學者的研究提供參考。

1 研究方法與數據來源

CiteSpace是目前最為流行的科學知識圖譜繪制工具，是外籍學者陳超美教授基于Java語言開發的科學計量分析軟件，能夠用可視化的手段展示科學知識的發展進程和結構關系。

本次研究數據來源于CNKI(中國學術期刊網絡出版總庫)，操作時間為2020年7月10日。本文在CNKI以“主題=(水庫+大壩+壩體)×(安全評價)”為檢索式，時間范圍：全部時段；來源類別選擇“EI來源期刊、北大核心、CSCD”進行檢索，通過對初步得到的文獻進行篩選、剔除，共得到水庫大壩安全評價相關有效文獻194篇。

2 大壩安全評價研究的知識圖譜

2.1 來源期刊分布情況

選取大壩安全評價研究方面載文量超過5篇的主要期刊(見表1)可以發現，中國水力發電工程學會和華中科技大學主辦的《水電能源科學》在水庫大壩安全評價研究方面載文量最多，為19篇；其次是水利部主辦的《水利水電技術》，有18篇；再次是《水力發電》《人民長江》《人民黃河》《水利學報》等期刊。此外還有一些未列出的期刊，如《天津大學學報》《巖土工程學報》《水資源與水工程學報》等也有相關文獻。以上數據可以說明相關水行政主管部門及工程學會對大壩安全評價研究的重視。

表1 大壩安全評價研究載文量超過5篇的來源期刊

2.2 高被引文獻

對大壩安全評價領域經典文獻進行統計，國內學者發表的相關論文被引頻次呈現顯著的不均衡。被引超過40次的論文有六篇(見表2)，其中被引次數最高的有114次，是林皋和陳健云所作的《混凝土大壩的抗震安全評價》。表2中66.67%的文獻為大壩安全綜合評價方面的論文，說明國內學者非常重視采用不同的方法對大壩安全進行綜合評價。

表2 大壩安全評價研究中的高被引文獻

2.3 學者和研究機構分析

2.3.1 研究者

根據發文量的多少衡量學者該方向的學術研究能力，以核心期刊為來源庫對相關文獻進行檢索。從表3可以看出，河海大學的沈振中發文6篇，中國水利水電科學研究院的趙劍明發文5篇，廣東水利電力職業技術學院的劉亞蓮發文5篇，中國水利水電科學研究院的劉小生發文4篇，清華大學的金峰發文4篇。

表3 大壩安全評價研究核心期刊發文量排名前5的作者及其單位

利用Citespace軟件對作者進行共現分析，得到圖1的作者合作圖譜。在作者合作網絡圖譜中，節點字體大小代表中心性，連接邊表示合作性。結果顯示，網絡節點數量為380，連線數量為442，網絡密度為0.0061。合作關系較為緊密的有以劉小生、趙劍明、楊玉生為中心，以李德玉為中心，以林皋為中心等的科研團隊。

圖1 大壩安全評價研究作者合作圖譜

2.3.2 研究機構

大壩安全評價研究機構情況見表4，河海大學研究成果最多，為29篇。通過研究機構合作圖譜(見圖2)可以看出，河海大學、南京水利科學研究院、中國水利水電科學研究院、武漢大學、大連理工大學相對較多。

圖2 大壩安全評價研究機構合作圖譜

表4 大壩安全評價研究主要機構

研究水庫大壩安全評價的機構主要以水利院校和水利科學研究機構為主，具體參與實施大壩安全評價的水庫管理機構和主管部門發文量較少。不同院校、學術機構的合作較少，大壩安全評價研究機構之間的聯系還有待進一步加強。

2.4 主題分析

通過關鍵詞出現的頻次和中心度大小，可以了解我國水庫大壩安全評價研究的主題。在194篇CNKI數據庫“EI來源期刊、北大核心、CSCD”樣本文獻中，出現頻次排序前20的關鍵詞見表5，主要有“大壩安全評價”“大壩”“土石壩”“大壩安全”“云模型”“層次分析法”等。除了“大壩安全評價”“大壩”這兩個關鍵詞之外，其他關鍵詞都代表了大壩安全評價研究的熱點話題。其中，“土石壩”“混凝土重力壩”“病險水庫”“拱壩”“高拱壩”代表了大壩安全評價研究的熱點研究對象；“云模型”“層次分析法”“模糊數學”“有限元法”代表了大壩安全評價研究的熱點研究方法。“極限抗震能力”“抗震安全評價”“安全監測”“指標體系”代表了大壩安全評價研究的熱點研究內容。

表5 大壩安全評價研究領域關鍵詞頻次及中心度排序

2.5 研究熱點

研究熱點是某個研究領域的一組文章所共同聚焦的話題或主題，通常會在一定時間內高頻出現并產生內部鏈接關系。為考察水庫大壩安全評價研究熱點，筆者進行了關鍵詞共現及聚類分析。在參數設置中，時間跨度設置為“1993—2020”，Years Per Slice(時間切片)設為1，在term source中選擇“Title”“Abstract”“Author Keywords”“Keywords plus”，Node Types選擇“Keyword”，閾值選擇默認值，運行CiteSpace之后得到圖3的水庫大壩安全評價研究關鍵詞共現圖譜。其中共包含401個節點，831條邊，網絡密度0.0104。關鍵詞在圖中用圓圈表示，圓圈越大，關鍵詞出現的頻次越高；關鍵詞字體越大，表示中心度越高，越趨向圖譜中心位置。進一步，對關鍵詞進行聚類分析得出的結果見圖4及表6，可以看出，知識圖譜以“大壩安全”為核心，向多個方向發散，主要包括土石壩、層次分析法、抗震安全評價、混凝土重力壩、云模型等。這些聚類體現了水庫大壩安全評價研究的熱點，近年來我國水庫大壩安全評價的研究熱點主要體現在以下幾個方面。

表6 大壩安全評價研究關鍵詞聚類標簽及主要關鍵詞

圖3 大壩安全評價研究關鍵詞共現圖譜

圖4 大壩安全評價研究關鍵詞聚類圖譜

a.大壩安全評價體系研究。相關聚類有：0號綜合評價、2號混凝土重力壩、5號土石壩、6號指標體系、9號模糊層次分析法、11號模糊綜合評價。大壩安全評價體系的研究主要包括根據《水庫大壩安全評價導則》(SL 258—2017)的評價內容、方法和項目結合工程實際遴選評價指標，然后根據各評價指標的(相對)重要性進行排序、賦予權重，最后構建評價指標體系，并針對具體工程進行安全評價應用。層次分析法、熵權法、模糊數學、灰色系統理論以及云模型是這類研究中常用的方法。例如韓立煒、劉明凱(2020年)基于模糊最優最劣(FBWM)法和灰色聚類法，構建了土石壩安全評價模型，并在應用中取得了可靠的評價結果。

b.抗震安全評價研究。相關聚類有：2號混凝土重力壩、3號地震、7號擬動力法、8號非線性波動分析、11號模糊綜合評價。主要是對地震動、大壩-庫水-地基等周邊系統的動力特性進行研究。擬動力法、非線性波動分析、振型分解反應譜法、三維有限元法是這類研究中常用的方法。例如李紅軍等(2018年)參考國際水電工程相關技術規范要求，采用擬動力法(Newmark 滑塊位移法)對以色列 Kokhav Hayarden 抽水蓄能電站上、下庫壩坡進行抗震安全復核，取得了可靠結論。

c.結構安全評價研究。相關聚類有：1號抗滑穩定、2號混凝土重力壩、5號土石壩、9號模糊層次分析法、11號模糊綜合評價。壩體抗滑穩定研究是結構安全評價研究比較主流的研究方向。常曉林等(2008年)采用非線性有限元法對亭子口重力壩復雜壩基進行了深層抗滑穩定分析，通過強度儲備系數法得到了壩體及壩基系統的漸進破壞過程并搜索出了最危險的滑移方式。

d.基于除險加固和大壩安全管理對策的安全評價研究。相關聚類有：4號除險加固、10號大壩安全管理。大壩安全評價的目的是為了做好水庫大壩的安全鑒定工作，根據安全綜合評價結論對大壩安全狀況進行分類，對于評定為二類、三類的大壩，應提出處置對策和加強管理的建議。例如方榮等(2011年)根據某大壩設計加固方案，采用有限元法對加固后的大壩結構進行變形和應力計算，提出該類壩型結構加固后的安全評價方法，為開展此類壩型除險加固、運行維護和安全按監測提供了參考。

2.6 研究趨勢

在CiteSpace關鍵詞共現分析的基礎上，進行關鍵詞時區分布可視化顯示，對節點進行適當調節，得到大壩安全評價研究關鍵詞共現圖譜時區圖，(見圖5)。可以看出，1993—2008年間，大壩安全評價研究熱點較少，突出的有“安全風險評價”“安全監測”“綜合評價”“抗震安全”及“有限元法”；2009年開始，在安全評價內容方面，“抗震安全評價”“地震動參數”“極限抗震能力”“抗震措施”的研究較多，學者們也開始關注對“評價指標”“指標體系”的研究。在研究方法上，2009年集中出現了很多熱點，如“模糊綜合評價”“層次分析法”“psr模型”等，之后關注的方法有“模糊數學”“三維有限元法”，近年來活躍度較高的熱點有“云模型”“模糊層次分析法”“d-s證據理論”等。

圖5 大壩安全評價研究關鍵詞共現圖譜時區圖

3 結 論

a.大壩安全評價研究中，論文產出表現杰出的學者主要包括沈振中、趙劍明、劉亞蓮、劉小生、金峰等。在作者合作中，表現突出的作者主要包括劉小生、趙劍明、楊玉生、李德玉、林皋等，他們與網絡中作者建立了廣泛的合作關系。

b.大壩安全評價研究中，學者關注的熱點主要包括云模型、層次分析法、綜合評價、模糊數學、混凝土重力壩、除險加固、極限抗震能力等方面，近期活躍的有云模型、模糊層次分析法、D-S證據理論等。

c.學者在國內核心期刊發表的關于大壩安全評價研究論文形成了“大壩安全”“土石壩”“層次分析法”“抗震安全評價”“混凝土重力壩”“云模型”等聚類。產出的有影響力的論文主要分布在“抗震安全評價”“大壩安全評價體系”等聚類。