“十三五”期間中國海綿城市研究進展與前沿分析

陳玉萍，王 月，2，3*，劉 創，夏春暉

(1.廣西師范大學環境與資源學院,廣西 桂林 541004;2.巖溶生態與環境變化研究廣西高校重點實驗室,廣西 桂林 541004;3.珍稀瀕危動植物生態與環境保護教育部重點實驗室,廣西 桂林 541004)

自第二次工業革命以來，許多新興城市開始涌現并發展起來。由于城市硬化面積的不斷擴大，城市內的水循環過程遭到破壞，城市開始頻繁出現內澇現象。針對這個問題，美國最先于20世紀90年代提出了針對城市雨水徑流管理和控制的“低影響開發理念”，試圖通過該理念的實施使城市開發前后的水文特征能夠保持一致[1-2]。與低影響開發相似的理念在歐洲和澳大利亞等地區也得到了廣泛發展，各國普遍從法律法規、技術體系和設計理念等多方面進行了實施[3-5]。

低影響開發理念進入中國后，為了尋找一條適合中國國情的雨洪管理理念，提高城市應對洪澇災害的能力，中國于2013年12月正式提出 “海綿城市”的概念。其旨在通過現代雨水管理體系的建設達到控制城市雨水徑流、緩解城市內澇、恢復水環境的自我凈化能力以及保障水安全等目的[6]。隨后，住建部聯合水利部等部門于2014年發行了《海綿城市建設技術指南》；2015—2016年先后發布了共30個海綿城市建設試點；2016年的“十三五”規劃中也明確指出要加強城市防洪防澇設施的建設，支持海綿城市的發展[7]。“十三五”也是國務院辦公廳印發《關于推進海綿城市建設的指導意見》后，具體落實指導意見的第一個五年。因此，受國家政策的引導，在“十三五”期間，中國關于海綿城市的研究呈快速增長的趨勢，且研究已取得一定成果。在2021年提出的《中華人民共和國國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和2035年遠景目標綱要》中，也再次強調了要建設海綿城市，并對海綿城市的建設指出了一些具體的要求[8]。

目前，中國對海綿城市的研究與建設應用多從海綿城市的內涵、概念、海綿設施的設計、改良、影響機制以及水文模擬模型的開發等方面進行。在現有被引量較大的海綿城市綜述中，多數文獻選擇將海綿城市中的海綿設施、建設技術或受影響的自然因子等方面進行闡述，但從整體的角度上去研究海綿城市發展進程、方向以及研究熱點的文獻較少，研究者難以快速以及準確地把握海綿城市當下已有的成果以及未來的發展方向。為了掌握中國海綿城市在“十三五”期間的研究發展趨勢，為“十四五”規劃期間的發展確定方向，本文以2016—2020年為研究時段，運用CiteSpace可視化分析工具，從文獻數量、發文作者、科研機構、研究熱點及趨勢方面對“十三五”期間海綿城市的研究進展及焦點等進行分析，以期為“十四五”階段的海綿城市研究方向提供科學參考與依據。

1 研究方法與數據來源

1.1 數據來源

首先，本文選擇對中國知網中收錄的SCI、EI、CSSCI、CSCD和中文核心期刊文獻進行檢索。以上期刊中包含的文獻質量較高，能基本表現出海綿城市研究領域的學科前沿和主要研究方向。其次，選取2016—2020年主題詞為“海綿城市”的文獻；接著，在初次檢索得到1 223篇文獻的基礎上，去除了66篇無關文獻，最終得到有效文獻共1 157篇，作為本文研究的樣本。

1.2 研究方法

本文采用5.6.R1版本的CiteSpace知識可視化軟件作為文獻數據量化分析的工具[9]，將Refworks格式文件轉換成可識別格式文件，時間跨度分別設置為2016—2020年、2019—2020年，時間切片調整為1年，分別依次以作者、機構和關鍵詞為節點類型從作者合作、研究機構合作、關鍵詞共現以及突現詞4個方面制作出可視化知識圖譜，以便對海綿城市研究的歷程、熱點以及前沿進行分析。

2 海綿城市研究現狀分析

2.1 發文量年度分析

發文量的多少可在一定程度上反映出一個研究領域受關注度的高低，發文量在不同時期的變化則可體現出一個研究領域所處的發展階段[10]。因此，為了分析海綿城市領域的研究進程，更清晰地展示出海綿城市研究成果集中的年份，本文以中國知網上2011—2020年的年度發文量數據為基礎，制作出以海綿城市為主題的年度發文量變化趨勢(圖1)。

圖1 2011—2020年度發文量變化趨勢

從圖1中可知，有關海綿城市的文獻數量在整體上呈逐年遞增趨勢。根據圖中研究文獻的年度分布情況，將海綿城市的相關研究大致分為3個階段。

a)2011—2014年為起步發展階段。中國在海綿城市的研究方面剛剛起步，發文量為0。這與中國于2013年12月才正式提出海綿城市的定義，且研究和發文等都需要一定時間有關系。

b)2015—2017年為爆發階段。僅3年的時間，海綿城市的發文量由2014年的0篇迅速增至230篇，海綿城市在短時間內迅速進入了眾多學者們的研究視野，為學者所關心。這受到了中國“十三五”規劃中對海綿城市發展起支持態度的影響，中國于2015—2016年內設立的30個海綿城市試點城區也推動了大量關于海綿城市建設的理論和技術研究。

c)2017—2020年為穩定發展階段。該階段的文獻數量呈波動上升趨勢，文獻數均維持在200篇以上。這說明海綿城市仍是眾多學者所關心的領域。由于中國國土面積廣大，地貌單元多，氣候復雜，因此對于如何因地制宜地建設海綿城市仍沒有較好的解決辦法，需要研究者更深入、更全面地進行探索。

2.2 發文作者分析

在作者共現圖譜(圖2、3)中，節點代表發文作者，節點面積代表發文作者在該領域的發文量，面積大的發文量大，節點間連線的粗細代表各發文作者在該領域的合作密切程度，連線較粗代表連線兩端的發文作者合作較密切，反之則合作較少。從發文作者的共現圖譜中可以分析出在某一研究領域中的核心作者以及各作者間的合作情況。

圖2 2016—2020年作者合作網絡共現圖

從單個作者的發文量(節點的大小)上看，節點較大的作者為李俊奇、車伍和王文亮等人；其中，在2019—2020年，李俊奇、潘興瑤和楊默遠等人的發文量較大。從整體上看，發文作者在“十三五”期間的分布較分散，雖有一定的網狀結構，但結構較為單一。以三位節點較大，且均有一定網狀結構的李俊奇、車伍和王文亮學者為例：從圖2可以看出，以李俊奇為核心展開的網狀結構最大，說明該研究者與他人的合作度較高。其中，車伍和王文亮都在李俊奇的網狀結構圖中，說明他們都與李俊奇有過較密切的研究交流，但車伍和王文亮之間沒有連線，說明他們沒有進行合作或者合作較少。此外，結合表1和圖2可看出研究者多在同機構或同地區間進行合作，較少進行跨機構或跨地區的合作。在發文量包含且超過10篇的研究者中僅有吳連豐和王寧進行了跨機構和跨地區的合作。在2019—2020年的作者共現圖中可以看出，作者間的合作是逐漸趨向緊密的，多位研究者在2020年的合作數達到3個及以上(圖3)。但2020年單個研究者的發文量較少。其中，發文量較大的馬越僅與和他同機構的梁行行在海綿城市的研究上較為緊密，與其他研究者的合作較少。這主要也是受到跨機構的影響，其次，也可以看出與馬越合作緊密的都是位于同地區的研究者。這說明在2019—2020年，研究者間跨機構和地區進行合作的現象依舊較少。

圖3 2019—2020年作者合作網絡共現圖

表1 2016—2020年發文量大于等于10篇的發文作者

2.3 發文機構分析

通過對所取文獻進行以機構為節點的提取，制作出發文機構的共現圖譜(圖4、5)。首先，從類型上看，研究機構類型主要包括高校、城市或市政規劃設計企業和科研院所。主要的研究機構包括北京建筑大學城市雨水系統與水環境教育部重點實驗室、中國城市規劃設計研究院、上海市政工程設計研究總院(集團)有限公司以及北京市水科學技術研究院等。從區域分布來看，研究機構主要集中于北京、上海、廈門、江蘇、天津、深圳等地，說明關于海綿城市的研究與建設多集中在中國北京及東部沿海發達地區，較小涉及到中西部地區。

此外，機構間的聯系還存在著以下特點：①主體機構之間有著單方面的聯系，形成了一條聯系線，但雙向聯系不緊密；②各主體機構下自成一條聯系線，聯系的機構數量較多，但仍是以單向聯系為主，各機構間的相互聯系不緊密；③通過圖4、5的對比可看出，機構間的合作逐漸向跨地域合作的趨勢發展。

圖4 2016—2020年機構合作網絡共現圖

圖5 2019—2020年機構合作網絡共現圖

3 研究熱點與趨勢分析

3.1 關鍵詞共現分析

運用CiteSpace對文獻進行以關鍵詞為節點的提取和聚類分析，可以得到關鍵詞時序圖譜(圖6、7)。在圖譜中，節點越大表明該關鍵詞受到研究者的關注程度越高，研究的熱度也越高。

圖6 2016—2020年關鍵詞時序圖

首先，從節點的分布上看，節點在2016—2017年較為密集，說明在該時段內海綿城市的相關研究被提的最多，從而出現了與海綿城市相關的一系列熱點、關鍵詞等。此外，最大的節點出現在低影響開發的聚類線上，說明在海綿城市的研究領域中研究者對低影響開發的重視程度最高。中國海綿城市理念是在低影響開發的影響下提出的，因此對低影響開發進行了解和研究是必要的。

其次，結合節點與時間線可以大致將中國海綿城市在“十三五”規劃期間的研究熱點歷程分為2個階段。

a)2016—2018年的爆發階段。該階段是“十三五”規劃開始建設的前半階段，也是圖中節點較多，大節點較集中的階段。在圖中，節點較大的為低影響開發、海綿城市、SWMM模型、年徑流總量控制率和透水磚等。研究者們順應國家規劃的倡導和需要，從海綿城市的理念、水文模擬模型、指標體系以及設施等多方面對海綿城市進行了研究。其中，美國環境保護署早在1971年便研發出了SWMM模型，并用于城市雨洪的動態模擬。中國在這方面的起步較晚，但在20世紀90年代之后，中國學者也陸續開展了對城市水文模型的研究[11]。因此，當中國針對城市的雨洪問題提出并開始計劃建設海綿城市后，大量關于水文模型的模擬研究便出現在了海綿城市的研究進程中，其嘗試著通過模型比較出城市中不同海綿設施組合以及海綿設施在不同空間進行布局后所能產生的雨洪減控效果，從而找出海綿城市的最佳設計方案[12]。

b)2019—2020年的穩定發展階段。該階段出現了系統化方案、檢測評估、風景園林、水環境和黑臭水體等研究熱點。系統化方案和檢測評估等熱點的出現可能是由于海綿城市已經進入建設并使用階段，研究者在嘗試能夠有效地收集和觀察某段時間內海綿城市數據的方法，并對海綿城市建設的整體成效進行評價。而風景園林、水環境和黑臭水體的出現，說明研究者不僅關注城市的水平衡情況，同時也重視水體質量和環境等問題。在國家需求上，國務院于2015年印發的《關于推進海綿城市建設的指導意見》中提出要以黑臭水體治理為突破口對老城市的海綿設施進行建設。和“十三五”規劃相比，在2021年提出的“十四五”規劃中，國家明確提出要重點建設31個在江河沿岸的海綿城市，并將海綿設施改造的重點更多放在了堤防、護岸以及江河道等水環境區域中。同時，在綱要的綠色發展一節中也指出要基本消除城市黑臭水體的要求。因此，如何治理城市江河湖中的黑臭水體，改善城市水環境不僅是該階段的研究熱點，亦可作為將來海綿城市研究的熱點話題。

3.2 突現詞分析

突現詞是指某一時段內在大量的關鍵詞中，某一個發生了頻次快速增長現象的詞[13]。因此可以利用突現詞揭示出研究主題的前沿領域和未來發展趨勢。由于2019—2020年的時間較短，文獻較少，因此無法計算出相應的突現詞。因此本文以2016—2020年的文獻為數據源，選取關鍵詞為節點，運用CiteSpace中的“burstness”功能對文獻進行突現詞的選取，從而繪制成圖8。

圖8 2016—2020年關鍵詞突現圖

從圖8中可知,在2016—2018年，共出現了8個突現詞，分別是城市雨洪管理、海綿體、景觀設計、水系統、徑流總量控制、徑流污染、生態智慧和徑流控制率。在該階段，海綿城市的研究主要是從整體以及理論層面出發。其中，城市雨洪管理、徑流總量控制、徑流污染和徑流控制率均是關注城市的徑流變化及影響。城市化快速發展后城市下墊面發生劇烈的變化，城市徑流因此出現了流量激增和污染嚴重等現象。而海綿城市的作用之一便是調節城市徑流。為了使海綿城市對徑流的調節以及整體布局更合理，因此關于雨水徑流控制的一系列研究著重放在了海綿城市開發規劃的初始階段[14]。海綿體是建設海綿城市的必備設施，而海綿體的建設和選擇等也是眾多城市在建設海綿城市過程中遇到的難點，因此該研究成為海綿城市建設初期的著重點[15]。十九大之后，社會主要矛盾的轉變推動了海綿城市朝綠色發展的方向前進。景觀設計、水系統和生態智慧等突現詞的出現表明該階段研究多強調海綿城市的建設理念與建設設備等應與自然協調、融合，發展可持續的綠色城市。

在2018—2020年，海綿城市的研究主要是從建設的具體措施入手。出現的突現詞有設計降雨量、綠色屋頂、排水管網、低影響開發措施、源頭減排等。海綿設施是海綿建設過程中的重要組成部分，各海綿設施的組合和建設會對海綿城市降雨徑流量的控制以及城市水質產生不同的影響。該階段中海綿設施已在眾多城市投入使用并產生了一定效果，不同的設施也在不同程度上出現了不同的問題。因此如何因地制宜建設、高效組合和利用海綿設施是該階段進行的主要研究。

此外，在2018—2020年還出現了“城市雨洪資源利用”一詞。這說明研究者們在注重城市防洪排澇的同時，還加強了對于水資源收集和利用的研究力度。韌性城市思想最早是在英、美等國家提出，并于21世紀成為國際學界的熱點話題[16]。韌性城市旨在以適應、共生的理念提高城市系統應對氣候變化和災害等風險擾動的能力，保障城市的可持續發展。中國的海綿城市便是建設韌性城市的具體途徑之一[17]。韌性城市作為突現詞在海綿城市研究領域出現，說明研究者在研究海綿城市過程中，也普遍認同海綿設施建設不應只強調功能性和工程性，應與環境相適應、相結合，強調城市的生態效益[18]。因此，在未來的研究當中，如何因地制宜地建設海綿城市，推動城市與環境的相互適應可以作為一個研究方向。

4 結論

a)從年度發文量上看，在2000—2020年，海綿城市研究呈整體上升趨勢，上升速度較快。其中，在2015—2017年的3年時間里，由于國家可持續發展的需要以及相關政策等的引領，海綿城市得到研究者的廣泛關注，為海綿城市研究的爆發階段。此后，關于海綿城市的年發文量均保持在200篇以上，仍是學者們探究較多的一個領域。

b)從發文作者上看，發文作者的分布較為分散，雖有一定的網狀結構，但結構較為單一。此外，同機構或同地區間的研究者合作度較高，跨機構或跨地區的研究者合作度較低。

c)從發文機構類型上看，研究海綿城市的機構主要有高校、城市或市政規劃設計企業和科研院所。在地域分布上，機構主要集中于中國北京及東部沿海發達地區，位于中國中西部地區的研究機構數量較少。在合作程度上，主題機構間以單線聯系為主，各機構的交叉聯系很少，但機構間的合作是逐漸向跨地域合作的趨勢發展的。

d)在海綿城市的研究進程中，熱點先后圍繞著低影響開發、徑流總量控制、SWMM模型、透水鋪裝以及檢測評估和水環境等展開，反映了中國研究者緊跟中國海綿城市建設腳步開展研究的現象。在熱點爆發期，研究者們根據海綿城市初期開始推進建設而產生的需求，對城市雨洪模擬模型以及海綿設施建設開展了研究。在熱點穩定發展期，由于海綿城市已經進入建設并使用階段，關于對海綿城市的評價指標和監測評估變成了研究熱點。而由于國家政策規劃的影響，水環境和黑臭水體的研究也是“十四五”期間研究的熱點。

e)由于中國地形和氣候類型的復雜性使得中國各城市的水文特征存在著較大的差異性，因此目前在海綿城市的實施過程中還難以制定較為統一的建設標準，需要注重因地制宜。而如何根據城市的實際情況去提高城市排水設施的防澇能力，消除城市的澇積現象仍會是未來長期的研究重點。此外，如何因地制宜地建設海綿城市，推動城市與環境的相互適應也可以作為未來的研究方向之一。