基于CiteSpace的我国水资源利用效率研究知识图谱分析

王济干，梁雷月，和梦思

(河海大学商学院，江苏 南京 211100)

水是生命之源，人类的生产活动离不开水资源。我国人口众多，用水总量大，水资源总量有限，人均水资源占有量低，水资源时空分布不均，水资源短缺问题严重。解决水资源短缺问题的关键在于提高水资源利用效率。影响水资源利用效率的因素有哪些，水资源利用效率如何测量，如何评价，这些问题引起了学者们的持续关注。

关于水资源利用效率，已有众多学者做了一系列研究。总体来看，水资源利用效率的研究主要包含水资源利用效率的测度与评价、影响因素与影响效应研究两方面。更进一步地，一些学者关注工业用水效率，一些关注农业用水效率，并且最后的研究大多会集中于某一区域水资源利用效率。朱兆珍等[1]对我国省域水资源利用效率进行评价研究，得出各省的水资源利用效率，发现农业用水效率较高，生活生态用水效率最低。张云宁等[2]基于DEA-Malmquist 对江苏省的农业用水效率进行评价，发现提升技术效率可以促进农业用水效率的提高。张永凯等[3]对黄河流域水资源利用效率进行了测度与评价，发现2009—2017年，黄河流域水资源利用效率整体有所提升。从上述研究可以发现，已有关于水资源利用效率的研究中，多采用二手数据进行实证研究，而很少有关于水资源利用效率的系统性文献梳理，尤其是利用文献计量工具进行的可视化分析更为鲜见。

本文选取2000—2020年CSSCI、EI数据库收录的有关水资源利用效率研究的文献，利用美国徳雷塞尔大学教授陈超美开发的CiteSpace软件，绘制发文机构分布、作者分布、关键词聚类、研究热点演替等的可视化图谱，分析探讨水资源利用效率的研究演进情况及未来可能的研究趋势，对我国水资源利用效率研究进行系统性梳理，以期为我国水资源利用效率的后续研究提供参考。

1 数据来源与研究方法

1.1 数据来源

本文运用科学知识图谱方法，采用CiteSpace软件对水资源利用效率研究作出系统性梳理，其文献数据主要来自中国知网中的中文文献。为了保证研究的深度和质量，研究采用知网的高级检索功能，以“水资源利用效率”“用水效率”为主题词，限定期刊类型为EI、CSSCI期刊进行检索，限定检索时间为2000—2020年，发现以“用水效率”检索所得文献更多。本研究剔除了少部分与水资源无关的文献，最后得到767条数据。以Refworks格式输出所选文献数据，再将数据导入CiteSpace软件进行数据转换与分析。从各年发文量、研究机构、研究作者、研究关键词、研究热点演变等方面，对我国水资源利用效率的研究进行了回顾与梳理。

1.2 研究方法

科学知识图谱是一种重要的文献分析方法，这一方法可以克服读者在主观阅读中进行文献归纳的局限[4]，在多个研究学科中均得到较多应用。CiteSpace是应用Java语言开发的一款信息可视化软件，在研究中可以用它对特定领域的文献或集合进行梳理分析。CiteSpace软件对数据格式要求较低，可对来源于CNKI等多种数据库的数据进行转换计算，可根据需要形成多种图谱，便于研究某一主题的演进情况。已有许多学者采用这一方法对水资源利用、管理领域相关研究做出分析，如陈艳萍等[5]基于CiteSpace的可视化图谱分析对水权交易价格的研究进行梳理和整合，探讨了水权交易价格研究中的作者、机构合作情况，研究热点及研究趋势。曹永强等[6]利用CiteSpace对国内外作物需水研究进展做出了分析探讨。陆志华等[7]利用知识图谱进行河湖水系连通研究情况的文献分析。可以看出，CiteSpace软件是分析统计某一主题文献研究的有效方法之一。

2 文献计量分析

2.1 研究时间分布情况

根据文献检索情况，运用Excel软件绘制了各年份文献发表数量的变化情况(图1)。由图1可知，整体来看，水资源利用效率研究发文数量在不断波动。在2002年以前的一段时间，水资源利用效率研究处于初期，文献发表数量较少。2003—2014年，发文量整体呈波动上升趋势，年平均发表论文35篇。2014年的发文量是2003年的2.75倍，10余年来，发文量处于迅速上升状态。2015—2018年，发文量整体呈下降趋势，下降速度与前10年上升速度相当。2018—2020年，发文量呈上升趋势。

图1 水资源利用效率研究发文量年际变化趋势(2000—2020年)

2.2 研究机构分布情况

利用CiteSpace软件对导入的文献进行分析，发文量排名前10的研究机构结果见表1。由表1可知，对水资源利用效率研究较多的机构主要分布在江苏和北京，这与高校的地域分布情况相关。其中，河海大学商学院发文量最多，共发文53篇，中国科学院地理科学与资源研究所、中国航天系统科学与工程研究院，各发文28篇，排名并列第二。研究机构之间的相互合作情况如图2所示，可以看出，各相关机构之间或机构内部的合作较多，但不同机构间的合作不够。如河海大学商学院、企业管理学院、水文水资源与水利工程科学国家重点实验室3个单位具有密切合作关系，中国科学院内部具有许多合作关系。但由于受到一定程度上的地域影响，河海大学与中国科学院间的合作不够。

表1 水资源利用效率研究机构

图2 我国水资源利用效率研究机构共现知识图谱(2000—2020年)

2.3 作者分布情况

利用CiteSpace对文献进行发文作者分布情况分析，结果如图3所示。由图3可以看出，张峰、宋晓娜、薛惠锋、孙才志、佟金萍、王慧敏等学者在研究水资源利用效率方面作出了重要贡献，这些学者之间也存在很强的合作关系。如山东理工大学管理学院、中国航天系统科学与工程研究院的张峰、宋晓娜、薛惠锋3位学者具有合作关系，河海大学、常州大学的佟金萍、王慧敏、马剑锋之间存在合作关系。在具体的研究内容上，张峰等[8]主要进行工业用水相关研究，孙才志等[9]主要研究水资源利用效率的影响因素、虚拟水和水足迹等问题，马剑锋等[10]主要关注农业用水效率，包括效率测算、评价及影响因素研究。

图3 我国水资源利用效率作者共现知识图谱(2000—2020年)

3 研究热点分析

3.1 关键词共现聚类分析

对研究中高频关键词的分析可以得出某一时间段内的研究热点。利用CiteSpace对录入的文献进行关键词共现网络聚类分析，总共形成15个聚类，按照节点数降序排列，0～10聚类包含的成员数均大于10，聚类11包含的成员数为7，因此聚类11及之后的聚类不再多加讨论。0～10聚类类别结果如图4所示。一般地，当聚类模块值Q>0.3时，可以认为聚类结构显著，当聚类平均轮廓S值>0.7时，可以认为聚类是令人信服的[4]。本文形成的聚类指数Q值为0.7142，S值为0.8936，因此可以认为本研究中的聚类结果是显著的、可令人信服的。

图4 水资源利用效率研究关键词聚类图谱

“#0水资源”涵盖范围过于广泛，“#1水资源利用效率”是本研究的主题词，“#3用水效率”与水资源利用效率内涵相差不多，因此对于以上3个聚类不再多加讨论。“#5水资源短缺”，“#8节水型社会”这两个聚类是水资源配置、水资源管理研究的现实背景。提高水资源利用效率是解决水资源短缺问题的重要方式，是建设节水型社会的重要任务之一。加强水资源的节约和保护，建设节水型社会，提高水资源利用效率，改善生态环境，实现人水和谐，促进经济社会环境协调发展，是时代发展的必然选择[11]。作为研究的现实背景，本研究不再对“#5水资源短缺”、“#8节水型社会”进行具体阐述。最后选取剩余6个聚类对其进行具体说明。

“#2水权交易”与“#6水权制度”两个聚类均与水权有关，两者之间内容有重合，因此将这两个聚类统一说明。水权包括水资源的所有权和使用权，但由于水资源的所有权已有明确规定，因此水权研究主要关注水资源的使用权[12]。作为水权交易客体的水资源，它既取决于水资源的总量，又会受到水资源利用效率的影响。水权交易是优化水资源配置的重要方式之一，是促进水资源高效流转的有效手段，其核心之一就是水权制度。建立健全水权制度，进一步强化水权管理，有助于实现水资源的高效利用。田贵良等[13]基于三阶段DEA模型，探究水权试点省份水资源利用效率的变化情况，最后发现水权交易有助于水资源利用效率提升。董小菁等[14]探究不同水价政策(统一水价、阶梯水价、水权交易水价)对农户种植结构的影响，发现水权交易水价更能促使农户选择更加节水的作物。刘世庆等[15]提出可以将跨流域水权交易作为化解黄河上游缺水问题的新方法，要创新水权交易模式，建立健全水权制度与实行最严格水资源管理。

“#4水足迹”。水足迹是指在一定时期内一个地区或某一个体消费的所有产品和服务中所蕴含的水资源总量。水足迹理论在水资源利用研究中已得到充分的应用。邹君等[16]运用水足迹方法，对湖南省2000—2008年的城乡居民虚拟水消费结构及用水效率状况进行综合评价，发现水资源利用效率有了明显提高。刘钢等[17]使用水足迹强度反映省级区域水资源利用效率，以长江经济带为例分析水资源利用效率情况，发现长江经济带区域内水足迹强度存在较大差异，降低工业水足迹是降低水足迹强度的关键。崔宁波等[18]将粮食生产灰水足迹纳入水资源利用率的评价研究中，对黑龙江垦区粮食生产水资源利用效率进行测算，并探究影响水资源利用效率的因素，发现粮食生产劳动力、农业机械总动力、化肥折纯量显著影响粮食生产水资源利用效率。

“#7农业水价”。农业是我国水资源消耗最大的产业，提高农业用水效率是减少水资源消耗的重要途径之一。农业水价是影响农业用水效率的重要因素，所以建立健全农业水价机制，进行农业水价改革，是促进农业节水的有效措施。从21世纪初开始，农业水价问题一直受到学者们的广泛关注。段永红等[19]在2003年就开始探讨农田灌溉节水激励机制的形成与效应，发现合理的水价会改变用水户的成本收益结构，从而进一步激励和约束用水主体的用水量。王蔷等[20]以四川省武引灌区为例，从节水、经济、生态、社会和制度效应五方面对农业水价综合改革的效应加以分析，结果表明，农业水价综合改革具有显著成效，如农业灌溉水有效利用系数提高，亩均用水量得分增加，节水效应明显。

“#9水资源承载力”。水资源承载力是衡量区域可持续发展程度的重要指标，反映了水资源在特定时空背景下对经济社会发展的支撑能力。水资源承载力会影响区域内的发展方式，只有水资源条件能够承载一个地区的发展所需，才能够实现区域的可持续发展。水资源利用效率的提高有利于增强区域水资源承载力，使区域水资源能够满足更多发展需求。付桂军等[21]对呼包鄂城市群水资源综合承载力进行测算，并提出为增加区域水资源承载力，应该合理分配用水份额、采取节水降耗措施以提高水资源利用效率。

“#10产业结构”。产业结构调整可以作为提高用水效率的重要途径[22]。钱文婧等[23]认为产业结构会影响地区用水量，进一步地，产业结构是否合理会影响某一区域的水资源利用效率。俞雅乖等[24]以农业、工业、生活和生态用水总量作为产业用水结构的表征值，探讨不同产业用水结构对水资源利用效率的影响，发现各省市的经济发展水平、科技水平和产业用水结构会影响水资源利用效率。

3.2 关键词中心性分析

共现网络图谱中的关键词中心性表现了该词在某一研究领域中的相关度，中心性越高，表明该关键词与其他关键词之间具有越强的相关性。利用CiteSpace软件分析相关文献，得到水资源利用效率研究中关键词的出现频次、中心性、年份等信息，并按照频次进行降序排序，结果如表2所示。从表2可以看出，2000年左右，我国已经开始水资源相关问题研究，开始关注用水效率问题。值得注意的是，虽然我国工业发展迅速，但农业仍然在我国产业结构中占有重要比重。农业用水也一直占总用水量的绝大部分，因此，在21世纪初，农业用水问题就已经是学者们关注的热点。为了进一步优化水资源配置、提高用水效率，自2001年水利部提出水权制度建设方案开始，水权与水权交易成为研究热点。后续随着产业结构的变化，我国工业经济不断发展，工业用水相关研究成为热点，工业用水效率的研究也日益增多。虽然水足迹这一概念提出较早，但是在2014年左右，水足迹相关研究才明显增多，成为这段时间的研究热点。

表2 水资源利用效率研究高频关键词

4 研究前沿动态

4.1 研究热点演替

突现词是在某一时间内出现频次突然升高的关键词节点，它的变化能反映出这一时期学者们在该领域研究的热点。对前14位频次突然升高的关键词突现情况进行分析，结果如表3所示，可以发现水资源利用效率的研究热点演替情况。2002年水资源利用效率研究的前沿内容和水权相关；2003—2006年研究前沿为“节水”和“水资源短缺”。2006—2011年的研究前沿为“水权交易”和“水资源利用”。2013—2020年的研究前沿为“水资源管理”。“虚拟水”“农业用水效率”是2014—2018年的研究前沿。2014年以后的研究前沿包括“水足迹”“影响因素”“工业用水”“长江经济带”“水资源利用效率”。强度较高的关键词为“水权”“工业用水效率”“水足迹”。“水资源管理”的影响周期最长，为8年，“水足迹”和“影响因素”的影响周期也达到7年，这说明研究关注的具体问题具有较强的关联性。

表3 水资源利用效率关键词突现情况

由表3可以看出，未来的研究热点较多，有“水资源管理”“水足迹”“影响因素”“工业用水”“长江经济带”“水资源利用效率”。一方面，一些学者仅关注某一研究热点，如水足迹、水资源利用效率评价等。孙思奥等[25]对黄河流域用水量的时空变化原因进行数据分析，发现用水强度与产业结构是影响用水量的主要因素，不同二级流域人均用水量及影响因素效应表现出巨大的空间差异性。张熙悦等[26]利用网络SBM-Malmquist模型，分别评价了长江经济带2010—2015年的工业生产用水效率、废水治理效率及两阶段综合绿色效率。另一方面，这些研究热点之间也有很多的交叉，如尹庆民等[27]利用EBM模型计算长江经济带2008—2017年工业用水效率，分析影响不同地区工业用水效率的驱动因素，结果表明经济发展水平、工业化程度、技术水平、水资源禀赋和政府环境管制力度都会对长江经济带工业用水效率产生影响。曾惠等[28]利用改进的水足迹计算方法对水资源利用效率进行计算，并探讨城市化与水资源利用效率之间的关系，结果发现随着城市化进程不断加快，水资源利用效率将会提高。

4.2 研究趋势分析

虽然水资源利用效率突现词情况显示未来研究热点较多，但一些研究已经持续很长时间，未来可能会更多地趋近于常规研究。如水资源管理、水资源利用效率的影响因素研究等问题自提出以来一直受到学者们的广泛关注。这些研究主题已经持续多年，但是由于经济不断发展，面对的情境不断变化，因此在未来将继续得到关注，只是在未来研究中需要更多地创新研究方法。此外，水足迹作为一种衡量水资源量的方法，未来可以与更多研究问题结合进行新的研究。本研究结果表明，“水足迹”一词在关键词聚类中和关键词突现中均被包含于内，这说明水足迹是水资源利用研究中使用较多的方法之一，在未来可与更多水资源方面的研究相结合。如未来研究中，可利用水足迹理论，将内部水足迹(消耗水资源量)和外部水足迹(进口商品或服务中的虚拟水总量)加总，计算总的水资源量来探讨绿色水资源利用效率、水资源承载力、水资源优化配置等问题。

值得一提的是，查阅相关资料可以发现，水资源利用效率研究热点的演替与国家政策的提出与实施有关。2001年水利部提出水权制度建设方案，因此这一时段的研究热点为明确水权含义，建立水权制度，如建立提高用水效率的激励机制和低效率过量用水的约束机制以提高用水效率。2002年12月底，水利部发布《开展节水型社会建设试点工作指导意见》，因此自2003年起，节水型社会建设与节水成为研究热点。2016年1月、2018年4月、2020年11月，习近平总书记分别在重庆、武汉、南京召开座谈会，多次提出要注重长江经济带高质量发展。因此，自2017年起，长江经济带研究成为水资源利用效率的研究热点之一，且这一研究主题受到持续关注[29-30]。由于研究热点的演替会受到国家相关政策发布与实施的导向，基于国家相关政策，本文主要选取以下几点进行详细说明：

a.工业用水过程中的绿色水资源效率将成为未来新的研究趋势。2016年，工信部出台《工业绿色发展规划(2016—2020年)》。目前，我国工业绿色转型虽然已取得一定成效，但仍需要进一步地稳固。随着城镇化的进一步推进，既要利用新的节水技术以提高工业用水效率，同时在大力发展工业经济的过程中不能一味地以环境破坏为代价。未来工业用水研究中，需要更多地关注绿色水资源利用效率、工业用水产生的废水处理、生态环境保护等问题，推动工业绿色发展。

b.农业农村用水问题研究在未来也将成为新的研究点。虽然前14位引用最多的关键词突现词的结果表明，农业用水效率在2018年之后的研究相对不多，但是在国家全面实施乡村振兴战略的背景下，农业用水情况可能会有新的变化。2021年是“十四五”规划的开局之年，为了更好地做好脱贫攻坚工作与乡村振兴工作的有效衔接，全国水利工作会议中提到要全方位提升农村水利支撑保障能力，以助推农业农村现代化建设。建设农业现代化、打造宜居乡村，既需要水资源的持续供给，又需要注意水资源节约。农村供水工程建设与维护、发展节水农业与旱作农业以提高农业用水效率、推进农村水系综合整治项目等，这些都将是未来可能的研究点。

c.长江流域及长江经济带的绿色发展是未来可以多加探讨的新的研究热点。2020年11月，习总书记提出要使长江经济带成为我国生态优先绿色发展主战场，成为引领经济高质量发展的主力军。2021年3月初，为了加强长江流域生态环境保护和修复，促进资源合理高效利用，我国第一部流域保护法《中华人民共和国长江保护法》正式实施。因此，未来可以更多地关注长江经济带的绿色水资源利用效率、生态环境系统保护修复举措、经济与生态协调发展等问题。

5 结论与讨论

5.1 结论

a.通过对水资源利用效率研究领域的时间、机构及作者分布研究可以看出，对于水资源利用效率的研究，2000年左右得到初步发展，2014年到达峰值，随后发文数量回落，在2018年到达峰谷，2019年、2020年发文量持续上升。对其研究较多的机构主要集中在北京和江苏，其中河海大学商学院是对水资源利用效率研究做出贡献最大的机构。在学者的合作方面，同一机构内部的学者合作较多，特别是高校内部各学院之间存在更多合作。学者、机构合作均呈现近距离集聚效应，地域相近的各机构之间的学者存在更多合作。但整体来看，在水资源利用效率研究方面，不同机构之间的合作不够，暂未形成广泛的研究合作网络。

b.从水资源利用效率研究的关键词聚类结果可以看出，对于水资源利用效率的研究，一部分学者关注水权、水权交易、水权制度研究，这是因为水权交易是优化水资源配置的重要方式，而健全水权制度有助于强化水权管理，提高用水效率。还有一部分学者关注农业用水、工业用水效率、农业水价问题。此外，有学者关注水资源承载力问题，因为用水效率是影响水资源承载力的因素之一。

c.通过对水资源利用效率的研究热点演进情况分析可以发现，虽然已有许多研究关注“水资源管理”“水足迹”“影响因素”“工业用水”“长江经济带”“水资源利用效率”，但是这些研究点仍然具有重要影响力，也是未来可能的研究热点。

5.2 讨论

a.研究发现水资源利用效率研究的机构、学者之间合作不够密切，在未来研究中，可以通过加强研究机构间的合作，加强不同专业背景的学者间的交流，以便于学者们能够从不同学科中相互学习，从更多新的角度研究水资源利用效率问题。

b.虽然水资源利用效率的研究热点较多，其中水资源利用效率的影响因素、长江经济带、工业用水这些研究热点近几年来一直得到持续关注，但是由于环境在不断变化，未来这些研究仍将得到关注。此外，未来研究中可将更多研究热点加以结合进行研究，如水足迹是一种相对较新的研究方法(研究视角)，在未来的研究中，可以将它与其他研究热点相互结合进行更多新的研究。

c.本研究还存在一些局限性：①利用CiteSpace进行文献分析可能会遗漏一些具有重要价值但被引人数较少的文献，在文献分析中遗漏新的研究热点。②本文仅选取了国内的研究文献，未将外文文献纳入分析之中。未来研究中可将更多高质量的外文文献也归入原始分析资料之中，进行国内外水资源利用效率研究的对比，从更广阔的视角对水资源利用效率研究做出分析。③虽然利用CiteSpace进行科学知识图谱分析有助于更快地了解某一主题的研究演进情况，但未来研究中还是应该根据研究演进趋势进行更多实证研究，特别是结合某一区域实际情况进行实证研究。