基于文献计量可视化图谱分析的河湖水系连通研究现状

陆志华，李 敏，石亚东

(1.太湖流域管理局水利发展研究中心，上海 200434；2.太湖流域水文水资源监测中心(太湖流域水环境监测中心)，江苏 无锡 214024)

1 研究背景

为适应自然、改造自然，人类很早就开始了河湖水系连通探索实践，如尼罗河引水灌溉工程、都江堰、南水北调工程等，均已成为河湖水系连通工程的典范[1]。2009年水利部开始提出河湖水系连通战略；2011年中央1号文件提出“尽快建设一批骨干水源工程和河湖水系连通工程，提高水资源调控水平和供水保障能力”。自河湖水系连通工作推进以来，相关学者围绕河湖水系连通的概念、理论、特征、技术、利弊等进行了大量研究[2-10]，但少有学者对我国当前河湖水系连通研究的现状进行探讨，尤其是利用文献计量工具进行可视化分析。随着研究的深入，有必要总结把握研究进展，并对未来研究趋势进行展望。文献可视化分析是文献计量学的一个新兴研究领域，其通过相关的引文分析、共被引分析、聚类分析、词频分析来挖掘某个研究领域的发展历史、当前热点及发展趋势[11]。科学知识图谱作为一种重要的文献分析和可视化方法，可以克服采用阅读、归纳法进行分析的主观性、片面性和局限性等问题[12]。基于科学知识图谱软件，国内学者围绕水资源管理[13]、水生态文明[14]、河长制[15-16]、水安全[17]、水生态环境[18]等领域分析了研究现状与热点。本文绘制国内河湖水系连通研究知识图谱，解读该研究领域的作者、机构、热点等，以期为从事河湖水系连通研究和利用的学者与决策者提供参考和借鉴。

2 研究方法和数据来源

2.1 研究方法

CiteSpace是目前最受欢迎的知识图谱工具之一[19]，是由美国德雷塞尔大学计算与信息学院陈超美博士设计开发[20]，能够从不同视角和不同时区对高频作者、高频关键词等参数进行共现共引和聚类分析，并通过复杂的引文网络结构图谱展示出来，形象地展现某领域的研究热点、演进历程、知识关联情况和研究前沿等信息。

2.2 数据来源

数据来源于中国学术期刊网络出版总库(CNKI)，检索时间截至2020年2月10日，关键词为“河湖连通(联通)”“水系连通(联通)”“河湖水系连通(联通)”，检索结果共739篇。在剔除科普文章、新闻报道、索引、一稿多发、无作者文献及关联性不强的文献后，共获得314篇有效文献，并对相关同义关键词进行合并处理，形成样本数据库。

3 国内河湖水系连通研究的特征分析

3.1 研究文献的时间分布

文献数量的变化情况是衡量学科领域研究发展的重要指标。从文献数量的年度分布状况(图1)发现，国内河湖水系连通研究大致可分为3个阶段：2003—2010年为第一阶段，2003年发文量1篇，第一次有学者提及武汉市的“江湖连通”初步构想；后至2010年发文量2篇，涉及长江流域“水系连通”的特征及影响研究。2011—2014年为第二阶段，2011年发文12篇、2014年为36篇，原因是2011年我国推出了河湖水系连通治水新方略，刺激了当年及后续几年的文献数量。2015—2019年为第三阶段，文献数量继续呈稳步增加趋势。

图1 国内河湖水系连通研究文献数量

3.2 研究作者和高被引文献分析

作者合作网络图谱可以找出某一研究领域的核心研究者，以及研究者之间的合作、互引关系。从作者合作网络图谱(图2)可以发现，左其亭、李宗礼、王中根、窦明等作者论文产量相对较高，具有一定的影响力，且相关作者具有一定的合作程度。结合发文量(表1)来看，主要形成了5个合作网络，发文量前2位的为左其亭-窦明-崔国韬-臧超-马军霞等人的合作网络以及李宗礼-王中根-李原园-刘晓洁-郝秀平等人的合作网络，同时两者之间也存在一定合作；其次为李景保-代稳-于丹丹-杨波，徐宗学-庞博，许有鹏-孟慧芳-徐光来；其他为吴庆-纪道斌-戴凌全-阮洲，蔡梅-王元元-诸发文-陆志华，陈鸿玉-肖璇-汤宇强，李志威-陈叶华-沈小雄等。进一步分析高被引文献(表2)可知，排名前10的文献几乎全部为左其亭-窦明-崔国韬-臧超等、李宗礼-王中根-李原园-刘晓洁等2个合作网络发表的，表明这部分学者的研究对他人研究起到了重要启发作用，这些文章为该领域的经典文献，其中左其亭等发表的《河湖水系连通特征及其利弊》、李宗礼等发表的《河湖水系连通的理论探讨》《河湖水系连通研究:概念框架》《河湖水系连通研究的若干问题与挑战》被引频次分别高达122次、122次、115次、109次；这些高被引文献多为理论探讨分析，属于典型的经典文献类型，对该研究领域有着理论引入和传播的作用；文献主要从水利水电工程、环境科学与资源利用、资源科学这几个学科视角进行研究，说明以上学科与河湖水系连通关联性较高。此外，《关于水生态文明建设的若干思考》从水利部层面提出把推进江河湖库水系连通作为水生态文明建设的重要举措，属于政策引导类文献，被引频次也高达99次。

图2 国内河湖水系连通研究作者合作网络图谱

表1 国内河湖水系连通研究作者发文量排名(前20)

3.3 研究机构分析

从研究机构共现网络图谱(图3)发现，国内河湖水系连通研究机构有32家(发文量2篇及以上)，但总体分布比较分散，只有少数几个机构存在合作关系。从发文量(表3)来看，最高为郑州大学18篇，含郑州大学水科学研究中心14篇、水利与环境学院4篇；其次为水利部水利水电设计总院14篇；第三为河海大学13篇，含河海大学水文水资源学院8篇、水利水电学院5篇；其余机构的发文量均为2篇。从合作网络来看，郑州大学水科学研究中心与水利部水利水电设计总院、郑州大学水利与环境学院、河海大学水文水资源学院等存在一定合作，水利部水利水电设计总院与中国科学院地理科学与资源研究所、华北水利水电大学等存在一定合作，而河海大学水文水资源学院、水利水电学院不存在合作。从机构类型来看，该领域发文数量较多的机构主要为水利部直属机构、高校中涉水的研究院系以及地方水利设计院等。

表2 国内河湖水系连通研究高被引文献排名(前10)

表3 国内河湖水系连通研究机构发文量排名(前20)

图3 国内河湖水系连通研究机构共现网络图谱

3.4 研究热点分析

论文的关键词是文献的知识信息标签，是对文献研究内容和核心观点的提炼和概括。基于对整个领域文献高频关键词的分析，可挖掘出该领域的研究热点[14]。

首先对关键词进行共现分析(图4(a))，关键词出现频次反映了该领域研究的关注度，关键词中介中心度表示了其控制的关键词之间信息流的数量以及对整个网络资源的控制程度[21]。河湖水系连通研究高频关键词(表4)中，河湖水系连通、水系、水系连通性、水资源、规划、连通性、连通、水系结构等出现频次相对较高，均≥10，是研究的热点。其中，河湖水系连通、水系、水系连通性的频次和中介中心度基本一致，占据前3位。

在关键词共现网络的基础上，采用LLR(对数似然率算法)进行聚类分析(图4(b))，进一步明确当前研究的热点为：①“连通”，包括河湖水系连通的特征分类、均衡管控、格局优化、功能提升、关键技术、连通战略等研究，如窦明等[22]分析了河湖水系连通的特征、分类体系，庞博等[9-10]提出了河湖水系连通战略研究的理论基础、关键技术；②“河湖水系连通”，包括与国家水安全的关系、人水关系的变化与调控、对生态环境的影响、量化评估、理论基础等研究，如李宗礼等[2]探讨了保障国家水安全要求下河湖水系连通的概念内涵及研究基本框架，左其亭等[1]分析了河湖水系连通与经济社会发展之间的协调程度；③“水系结构”，包括河湖水系调蓄能力、水系连通变异、水系连通度、水系连通功能、水文连通性等评价[23-24]；④“图论”，运用图论方法在不同河网地区进行河湖水系连通性评价、基于图论方法与其他方法的结合与优化研究等[25-27]；⑤“水资源配置”，包括河湖水系连通对水资源的保障关系、基于河湖水系连通的水资源优化模拟与水资源合理配置等研究[28-29]；⑥“水质改善”，包括河湖水系连通对水质的改善关系、基于水质改善的河湖水系连通方案、数值模拟等研究[30]。

(a) 关键词共现图谱

(b) 关键词聚类图谱

图5 国内河湖水系连通研究关键词聚类时间线

最后使用“时间线”功能分析关键词的聚类结果(图5)，相同聚类的文献被放置在同一水平线上，可看到各个类中的文献的时间跨度，反映聚类所关注的时间特征[21]。可以发现，河湖水系连通的研究范围越来越扩展、研究内容越来越具体化。河湖水系连通研究第一次出现在2003年，有学者提出了武汉市江湖连通的构想，拟通过引江入湖、江湖连通来改善湖泊水质；2010年河湖水系连通作为国家新时期的一个治水方略被提出，各级水行政主管部门对河湖水系连通的理论问题提出了迫切需求，相关学者对河湖水系连通的概念内涵、分类、特征、关键问题等进行了探讨，2011年出现了连通、水系、水资源等研究；2012、2013年主要对太湖流域、海河流域、洞庭湖、南水北调地区、哈尔滨市等地区河湖水系连通性变化、水系结构变化及影响、连通方案等研究；为反映河湖水系连通对于经济社会发展的影响，2014年有学者基于人水关系角度开展了河湖水系连通与经济社会发展、城镇化发展相互关系的研究；2015年出现了河湖水系连通评价指标体系研究；2016年文献多为城市、城区河湖水系连通的实践探讨、规划设想等；为定量分析具体地区的河湖水系连通程度，2017年出现了基于图论及图论改进法的河湖水系连通性定量评价、水文连通性(连通度)、水系连通性(连通度)等研究；2018、2019年出现了平原水网地区以改善水质为目的的河湖水系连通研究、数学模型在河湖水系连通方案研究中的运用、海绵城市中的河湖水系连通方案等研究。

表4 国内河湖水系连通研究关键词频次、中介中心度排名(前10)

3.5 研究趋势分析

CiteSpace中探测词频突发增长的“涌现”词(burst term)功能可分析研究趋势，可用于标注研究领域、识别研究的未来趋势、及时发现动态走向和突变[31]。通过分析得到8个突现主题及其对应的突现率和被引历史曲线(图6)，从时间序列上看依次为“水系”“水资源”“水系结构”“连通工程”“水资源配置”“影响”“城市水系”“连通性”，强度最高的关键词为“水资源”“城市水系”“连通性”；“水资源”“连通性”的影响周期最长，均为3年，其余均为2年，说明研究关注的具体问题具有较强的跳跃性。

图6 国内河湖水系连通研究突现词

总的来看，国内河湖水系连通研究的主题具有多样性，且受政策导向明显，2015年之前的突现词为“水系”“水资源”“水系结构”“连通工程”，2015年之后为“水资源配置”“影响”“城市水系”“连通性”。分析发现，2009年水利部正式提出河湖水系连通命题；2013年水利部印发《关于推进江河湖库水系连通工作的指导意见》，要求各地有序推进；2015—2016年水利部全面安排和部署，引导地方实施了84个县市层面的江河湖库水系连通项目。结合研究文献时间分布，将近20年来国内河湖水系连通研究大致划分为3个时期，分别为2003—2010年、2011—2014年、2015—2019年。①第一个时期为2003—2010年，国内河湖水系连通研究很少，可以说处于酝酿探索阶段。②第二个时期为2011—2014年，随着水利部不断推进河湖水系连通工作，这一时期研究处于快速发展阶段，研究领域热点开始涌现，主要关注于河湖水系的结构、保障水资源的功能、连通工程规划、项目实践等。③第三个时期为2015—2019年，处于平稳发展阶段，河湖水系连通的首要目的是优化水资源配置格局，“水资源配置”研究热点出现；随着各地河湖水系连通工程的实施以及生态文明建设越来越受重视，研究开始关注河湖水系连通产生的“影响”；随着水生态文明城市建设，人们对于良好水环境的需求越来越高，“城市水系”研究也成为热点；随着研究的深入，“连通性”的演变及评价成为近几年研究的热点；这一时期研究热点作为第二个时期的补充，使我国河湖水系连通的研究更加详实与丰富。新的研究趋势显示，未来河湖水系连通研究会朝着更加具体、更加细分的领域深化，并且从先前的理论研究为主向理论和实践相结合的方向发展。2019年1月水利部提出“水利工程补短板、水利行业强监管”是当前和今后一个时期水利改革发展的总基调，2019年9月习近平总书记发出了建设造福人民的幸福河的伟大号召。新时期新老水问题的解决除了依靠强监管以外，也需通过引调水项目、河湖水系连通、水生态水环境治理等必要的工程措施加以解决。因此，可以预见河湖水系连通的研究将会持续获得更多关注。

4 结论及建议

运用CiteSpace软件对CNKI数据库中2003—2019年的国内河湖水系连通研究的期刊文献进行了可视化分析，绘制了知识图谱，得出的主要结论为：①从研究阶段来看，河湖水系连通研究历经了3个阶段，2003—2010年为酝酿探索阶段、2011—2014年为快速增长阶段、2015—2019年平稳增长阶段，该领域在2011年开始逐渐升温。②从研究力量来看，部分学者之间具有一定联系，大多数学者之间联系并不紧密；少数研究机构之间形成了合作网络，郑州大学、水利部水利水电规划设计总院之间存在一定合作，两者发表的文献数量最多且被引频次最高，在该领域占有重要位置。③从研究热点来看，“河湖水系连通”“水系”“水系连通性”“水资源”“规划”“连通性”“连通”“水系结构”等属于高频关键词，形成了“连通”“河湖水系连通”“水系结构”“图论”“水资源配置”“水质改善”等6个聚类。④从研究趋势来看，“水资源”“城市水系”“连通性”3个突现词强度最高，突现词出现的时间大致趋同于国家对于河湖水系连通工作的政策颁布与推动过程，预测未来在对现状已经实施的河湖水系连通工程的影响分析，全国、流域、区域等不同层面的河湖水系连通性定量评价分析，基于建设幸福河湖的城市水系河湖水系连通方案及技术研究等领域将有较大的发展空间。

分析发现国内河湖水系连通研究领域正在逐渐扩宽与深入细化，为今后的研究奠定了良好基础，未来研究可以关注以下3个方面：①我国河湖水系经历了从自然渐变到人工干预变化的演变历程，不同地区建设了诸多大大小小的河湖水系连通工程，亟须研究这些连通工程产生的影响。②河湖水系连通涉及国家、区域、城市等不同层面，需适应地区经济社会发展与生态文明建设要求，目前已有学者研究建立了结构连通性、水力连通性、脆弱性、水安全指数、河湖水系连通系统与经济社会发展系统协调关系等方面的评价体系，但缺乏河湖水系连通与水安全保障之间适配性的综合评价技术，因此开展河湖水系连通与水安全保障适配性研究，对于河湖水系治理具有重要意义。③受气候变化与人类活动的影响，水安全保障需求呈现从单目标向多目标发展的态势，对水安全保障技术的多样性与系统性也提出了需求，河湖水系连通作为水安全保障的重要措施，需开展涵盖防洪除涝、水资源优化配置、水生态环境改善的河湖水系连通治理技术研究，为实现多目标的水安全保障提供技术支撑。