基于文献计量学的水资源承载力研究进展综述*

胡永江，丁超，朱菊，王振华

(内蒙古科技大学 土木工程学院，内蒙古 包头 014010)

水资源承载力概念起源于资源环境承载力[1,2]，1995年，ARROW等[3]在Science的论文引发了环境承载力研究的热潮[4]，为缓解水资源短缺及水环境恶化等情况，水资源承载力研究逐渐成为热点[5,6].随着水资源承载力研究在内涵扩展[2,7]、方法改进以及管理对策等领域的拓展，产生了大量的研究文献[8-11].为把握研究热点，部分专家学者在特定领域进行了回顾性研究工作[12-18].但是，对于水资源承载力研究这一细分领域而言，缺少细致的脉络梳理和发展趋势研判工作，而面对目前庞大的文献数量，单凭研究者个人有限的精力是难以完成的[19,20].因此，为有效了解掌握近几十年来水资源承载力研究领域的研究进展、发掘研究热点，利用更先进的统计计量手段十分必要[21].本研究采用CiteSpace[22,23]作为文献可视化的研究工具，采用文献计量方法，通过水资源承载力领域已有研究成果的系统梳理、数据挖掘、计量分析、图谱绘制等可视化分析方法形成直观的知识图谱[24]，进一步揭示水资源承载力领域的动态发展规律.

1 数据与方法

1.1 数据来源

研究从Web of Science(WOS)的核心合集和中国科学引文数据库收集了1994～2019年间发表的水资源承载力相关中英文文献.中英文检索主题分别为：“水资源承载力”、“water resources carrying capacity”，检索范围包括标题、摘要、关键词.对检索结果去重，得到1994～2019年发表在605个期刊上的全记录及引用文献共2 176篇，其中外文文献1 014篇，中文文献1 162篇.文献更新日期为2020年1月1日.

1.2 数据分析

研究以WOS及中国科学引文数据库文献数据为基础，选用SiteSpace程序对水资源承载力相关文献进行知识图谱构建和可视化分析，研究方法类似于其他文献计量学研究(参考文献).将索引到的2 106条数据导入SiteSpace程序绘制知识图谱进行发文时间、关键词共现和文献共被引等分析来探究水资源承载力的关键研究主题和未来研究趋势[25].

2 研究讨论

2.1 文献发表趋势分析

将检索到的文献按照年份进行数量统计，得到研究期间水资源承载力领域中外文文献发表数量折线图图1.由图1可见，中文文献在水资源承载力领域的研究起步相对较早，且在发文量上也略高于外文文献.这说明，在我国既面临水资源短缺又面临经济快速增长的双重压力下，我国学者更早关注于水资源对经济社会发展支撑作用的研究.由于面临的水资源压力不同，同一时期，国外学者的研究则主要聚焦于水环境保护等领域.但在2013年左右开始，水资源承载力的研究受到国内外学者的更大重视，发文数量增长较快[26].

图1 水资源承载力领域国内外文献发表数量图

从图1可以看出，中文文献研究的趋势阶段性更加明显，大致可分为4个阶段：①1994～2001年，水资源承载力相关研究低位徘徊但缓慢增长，该阶段水资源承载力刚脱胎于资源承载力研究[27]，作为一个全新概念尚处于萌芽阶段；②2002～2007年，该领域研究文献有了较大增长.分析原因可能为，中国于2001年底加入世贸组织，随后中国经济开始强劲增长[28,29]，水资源对经济社会发展的制约开始显现，因此水资源承载力概念受到更大关注；③2008～2013年，文献发表数量开始逐渐下降.分析原因可能为，随着南水北调、三峡工程等一大批重大水利工程等竣工投产，极大改善了全国水资源供需不平衡的局面，水资源承载力研究的热度有所降低；④2014～2019年，随着“绿水青山就是金山银山”等绿色发展理念的确立，最严格水资源管理制度的出台，水资源承载力的研究进入新的阶段，其内涵进一步扩大，更加考虑经济、社会、生态、环境的综合承载作用.相关研究文献数量增长迅速，该领域研究进入高速发展阶段.

外文文献研究大致分为3个阶段：①2003～2008年，水资源领域研究开始转向处于社会风险和社会挑战中的体系研究[30]，水资源承载力的概念开始得到关注；②2009～2015年，研究更加注重加强水资源管理提高水资源利用的可持续性[31]，以及面向可持续性的生态水文学等方面，水资源承载力的研究稳中有升；③2016～2019年，水、生态和人类的未来发展这一主题深入人心[32]，水资源承载力的研究契合这一主题，得到了迅猛发展.

2.2 文献共被引分析

通过水资源承载力领域文献共被引图谱分析，可以直观地反映出水资源承载力领域的知识基础和研究前沿，分析结果如下：

2.2.1水资源承载力领域知识基础

1989年新疆水资源软科学课题研究小组发表了新疆水资源承载力的研究成果，水资源承载力概念首次提出并开始得到广泛应用[33,34].通过CiteSpace程序分析得到国内文献的共引图谱，见图2(a)，其中圆形节点表示文献，大小表示被引频次.经过分析(以最低被引次为最低阀值)，共呈现出6篇高被引文献，国外文献的共引图谱见图2(b)，共呈现出4篇高被引文献.

中外文水资源承载力知识基础分析见表1，由表1可以看出，关于水资源承载力的概念尚未有统一标准，水资源承载力概念内涵是一个不断发展与扩大的过程.关于人口、水资源、生态环境和社会经济多方面的内部特征和相互关系的综合指标是水资源承载力研究的主要评估因素[35]，但其总体上呈现出从人口、经济等的单一承载向复合承载转变的趋势[36]，水-生态-社会经济复合系统研究逐渐成为水资源承载力研究的基础引文，中外文文献研究都呈现出这一特点.同时，关于水资源承载力的定量化计算也是研究的重要方向之一.

图2 水资源承载力研究文献共被引图谱图(a)国内文献共被引图谱；(b)国外文献共被引图谱

表1 水资源承载力研究最强引用文献突现表

2.2.2水资源承载力研究前沿

基于被引频次和突现值进行突现文献统计，得到表2.对高突现度的中外文文献分析发现，水资源承载力领域的研究前沿分别是注重水环境、社会经济系统等多学科的交叉融合、多方位多层次研究[37]，水资源承载力的评估研究应该是基于经济、环境、人口的动态连续评估；以社会经济可持续发展为目标，多种研究方法构建的水资源承载力定量评估指标体系[38]；生态足迹、虚拟水等水资源承载力相关学科的水资源管理研究以及系统动力学[39]、主成分分析等作为评估工具在水资源承载力领域的模型构建[40]，这些研究前沿将是未来水资源承载力领域研究的关注点.

表2 水资源承载力研究最强引用文献突现表

2.3 关键词共现分析

2.3.1水资源承载力研究热点

通过水资源承载力领域关键词共现图谱分析，可直观地反映出水资源承载力领域的研究热点.利用CiteSpace软件对水资源承载力领域的关键词进行共现聚类分析，得到可视化图谱见图3，基于共现频次得到水资源承载力研究的关键词聚类见表3.

由图3(a)可见，中文文献关键词最大的关键节点为水资源承载力，与之相关度较大的关键词有生态承载力、可持续发展、指标体系、生态足迹等，由此可见水资源承载力的研究不仅仅是对于水资源的承载力研究，更是人口、资源、生态环境和社会经济等多方面的研究，将对于水资源问题的研究从单纯的自然资源领域拓展到社会经济领域[41]，拓宽了关于水资源承载力研究的思路，使得可持续发展观念在水资源承载力领域变得更加深入和多元化.

由图3(b)可见，外文文献关键词最大的关键节点为Carrying capacity，第二、三大节点为Water resource、Management，与之相关度较大的关键词还有Model、Climate change、System等.由此可见，外文文献研究偏向于概念范围更大的水资源管理方面领域，水资源承载力仅为其中一个方向，且比较关注于气候变化等外部因素对水资源系统的影响以及模型的构建.

图3 水资源承载力研究关键词共现图谱图(a)国内关键词共现图谱；(b)国外关键词共现图谱

表3列举了水资源承载力领域中外文相关研究关键词中心性最高的5个聚类，从每个聚类中的代表关键词可以看出目前国内外水资源承载力领域的研究热点分别是：①中文文献研究情况来说，主要有水资源供需矛盾激化情况下基于生态角度的可持续利用；水足迹、虚拟水和水资源承载力相结合的水资源综合管理研究；城市区域水资源研究；地下水对水资源承载力的影响；基于地理信息系统监测预警的跨学科多专业的水资源承载力研究[42].②外文文献研究情况来看，研究情况与国内相似，但更偏向于水资源对节约型社会建设的影响、水资源合理配置，微观来看是具体作物的虚拟水计算.由此可见，水足迹、虚拟水等研究是目前国际水资源管理方向的研究热点，水资源承载力研究相对较弱势.

表3 水资源承载力研究被引最多文献表

2.3.2水资源承载力领域的发展趋势

通过关键词突现可以显示一个阶段的新兴研究热点和研究前沿趋势，基于被引频次和突现值统计进行关键词突现得到表4.从表4中可以看出，中外文研究总体趋势相差不大，但是外文文献研究是从灌溉-水资源承载力-能源-气候变化这一趋势来研究水资源承载力，而中文文献研究是从生态环境-水资源承载力-生态承载力-资源环境承载力这一趋势来研究水资源承载力的.外文文献研究显示水资源承载力领域的研究前沿和未来趋势在径流、河流、土地、气候变化等自然条件对水资源承载力的影响方面，而中文文献研究显示的水资源承载力领域的研究前沿和未来趋势在资源、环境、生态承载力等多学科领域的交叉研究和熵权法、主成分分析等多种方法评估水资源承载力，中外文文献突变关键词反映的不同研究趋势也说明了我国经济高速发展中所面临的水危机问题相较其他国家更为严重与紧迫.纵观水资源承载力研究的整个进展情况，可以看出水资源承载力研究对于解决经济发展与水资源短缺的供需矛盾具有十分重要的作用，该领域的研究必将成为本世纪水资源学科发展的重要研究领域.随着现代科学理论、地理信息系统、生态环境等理论的发展，加上计算机、人工智能、生物信息追踪等新技术的应用[43]，未来水资源承载力研究一定是多学科综合集成、多领域交叉、多层次融合、多种新技术手段配合[44]，以提高水资源最大承载能力为目标的社会、经济、人口、资源可持续发展研究[45].

表4 水资源承载力研究关键词凸现表

3 结论

水资源承载力研究是水资源研究领域的一个基础研究领域，在水资源短缺供需矛盾激化的今天越来越受到业界学者的关注.研究通过CiteSpace程序对1994～2019年水资源承载力领域的文献构建知识图谱，进行计量可视化分析，揭示了水资源承载力领域研究的发文时间、阶段研究热点及未来研究趋势初步得到以下结论：

(1)水资源承载力研究是一个快速发展的学科领域.通过中外文文献时序可以看出该领域的施引文献和被引文献时间跨度几乎都在3 a之内，近几年的中文施引文献和被引文献时间跨度甚至都在1～2 a之内，而施引文献和被引文献时间跨度越长说明该学科领域发展越缓慢，这充分说明水资源承载力领域是一个快速发展的学科领域.水资源承载力研究在工业发达的国家地区研究文献较多发展更迅速，相对于国外水资源承载力领域方面的研究发展，我国在该领域的研究起步较早发展更快，究其原因是我国在经济发展与水资源短缺的供需矛盾更加突出.

(2)水-生态-社会经济复合系统研究是水资源承载力研究的基础，关于人口、水资源、生态环境和社会经济多方面的内部特征和相互关系的综合指标是水资源承载力研究的主要评估因素[35]，水资源承载力领域是研究人口、水资源、生态环境和社会经济等多方面的交叉学科.

(3)当前研究热点：水资源供需矛盾激化情况下基于生态角度的可持续利用；社会经济系统下水资源承载能力极限评价；水资源合理配置与产业结构调整；水足迹、虚拟水和水资源承载力相结合的水资源综合管理研究；基于地理信息系统监测预警的跨学科多专业的水资源承载力研究，这些主题是当前水资源承载力领域的学科研究热点.

(4)今后研究方向：随着现代科学理论、地理信息系统、生态环境等理论的发展，以及计算机、人工智能、生物信息追踪等新技术的应用，未来水资源承载力研究一定是多学科综合集成、多领域交叉、多层次融合、多种新技术手段配合，以提高水资源最大承载能力为目标的社会、经济、人口、资源可持续发展的研究.