基于文献计量法的涌潮研究动态分析

张舒羽，丁 涛，刘进宝，胡玉珊

(1.浙江同济科技职业学院，浙江 杭州 311231； 2.中国计量大学质量与安全工程学院，浙江 杭州 310018)

0 引言

涌潮是入海河流河口段的一种潮水暴涨现象[1]。世界上约有450处河口或海湾地区出现涌潮[2]，著名的有巴西Amazon River[3]，法国Seine River[4]和Garonne River[5]，英国Severn[6]和Humber河口[7]，美国阿拉斯加Turnagain Arm[8]，加拿大芬地湾内Schubenacadie[9]和Salmon河口[10]，澳大利亚Daly[11]和Ord River河口[12]，俄罗斯Mezen河口[13]和日本Qtsuchi Bay[14]等。我国除世界著名的钱塘江涌潮[15]外，鳌江、灵江和现代长江口北支也时有涌潮发生[16]。涌潮是一种罕见的自然景观，其蕴含的巨大能量对河口过程有重要影响，也影响到航运和河口生态系统[16-17]。然而由于涌潮来势迅猛、行进速度快、观测难度大，因此对涌潮的研究至今还很有限。世界上现有涌潮所在的河口或海湾多呈喇叭型或有水下沙坎，河槽形态和水深对涌潮的形成有着较大的影响。涌潮磅礴的气势是不易多得的旅游资源，若进行科学的开发能促进当地的经济，但涌潮使大量水沙倒灌、水位猛增也给人们治江、治水、河口环境保护等带来很大的挑战[18]。典型涌潮当数我国的钱塘江涌潮。钱塘江河口潮强流急，浪潮汹涌，河床宽浅，海域外来沙丰富，泥沙易冲易淤，主槽摆动频繁，河床冲淤幅度很大[19]。20世纪60年代以来，对钱塘江河口进行了系统的治理。治理后的钱塘江河口在防洪御潮、水资源、岸线资源、航运资源、涌潮景观、古海塘和滩涂资源等方面都得到了很大提升和改善[20]。

国内外有关涌潮的研究内容包括涌潮形成条件[1,13,18,21-26]，涌潮传播规律[27-30]，湍流特性[31-34]，盐水入侵[24,35-36]，泥沙输移[37-39]，涌潮与建筑物的相互作用[40-45]以及涌潮对江道地形[46]、岸线[47-49]、径流和风[50-51]等因素变化的响应关系等多个方面。传统的文献综述大都侧重于对涌潮的具体研究内容进行论述总结，未通过知识图谱的方式直观反映国内外有关涌潮研究的整体面貌。因此，本文借助陈超美教授团队研发的Citespace科研论文可视化软件[52]和作者自主研发的文献计量软件，对国内外有关涌潮研究的文献进行梳理，归纳总结国内外涌潮研究发展脉络。应当说明的是：本文的讨论范围仅限定于中国知网(CNKI)和Web of Science核心合集数据库中检索到的与涌潮研究相关的文献。实际上，很多学者在涌潮观测、实验研究和河口治理开发等方面做了大量卓有成效的工作，但限于当时的特定条件，研究成果并未以论文的形式来体现。

1 数据来源和研究方法

本文以中国知网(CNKI)和Web of Science核心合集数据库为数据源，对国内外涌潮研究现状进行分析。在CNKI数据库，以“涌潮”为主题词，选择文献分类目录中的“基础科学”、“工程科技I辑”和“工程科技II辑”三类进行检索，对1964—2020年期间的文献进行检索，共检索出433个研究机构的632名作者在239种刊物上发表的652篇文献。在Web of Science中，以“tidal bore*”或“surging tide*”作为检索式，对1908—2020年期间的文献进行检索，共得到277篇SCI收录文献(数据采集时间：2020年8月30日)。

借助陈超美教授团队开发的CiteSpace软件[52]和自主研发的文献分析软件对该主题的论文发表量、国家、机构、作者、载文期刊及关键词等知识图谱进行分析。与现有的其他文献可视化分析软件比较，CiteSpace软件具有对知识研究进程可视化、知识导航、聚类分析以及关键节点和关键词突变等方面的分析功能。本文通过绘制知识图谱和利用数学方法对现有的科学文献进行分析，梳理现有的涌潮研究现状和进展脉络，洞悉研究动态和发展趋势，为涌潮科研工作者与决策者提供数据支持。

2 基于CNKI的国内河口涌潮研究发展分析

本文统计了1964—2020年CNKI收录的有关涌潮的研究文献共652篇，其中工程技术类占71.85%，应用基础研究类占22.65%，行业技术指导类占 2.97%，其他类占2.53%。检索结果表明在工程技术层面上对涌潮的研究较多，多服务于水利、交通等建设工程。

2.1 研究论文产出整体趋势分析

1964—2020年国内涌潮相关论文逐年发表量的变化趋势见图1。由图可将涌潮研究划分为3个阶段：第一阶段为1964—1978年，年均发文量为1.33篇；第二阶段为1979—1998年，年均发文量为4.33篇；第三阶段为1999—2020年，研究论文发表数量快速增加，年均为25.72篇。在统计的数据源中，较早的论文为1964年窦国仁[53]在《水利学报》发表的《平原冲积河流及潮汐河口的河床形态》，文中在潮汐河口河相关系的基础上，针对涌潮河口，增加了涌潮系数的研究。同年陈吉余 等[54]在《地理学报》发表了《钱塘江河口沙坎的形成及其历史演变》，文中对涌潮成因与沙坎的关系、涌潮的形成时间等进行了探讨。

图1 1964—2020年国内涌潮研究文献发文量的整体变化趋势Fig.1 The overall trend of the domestic publications on tidal bore during 1964-2020

对上述研究论文的载文期刊进行统计，发文量前10的期刊列于表1。发文量最多的期刊为《浙江水利科技》，共84篇，其后依次为《水动力学研究与进展A辑》、《公路》和《海洋工程》等期刊。《浙江水利科技》主办单位之一的浙江省水利河口研究院长期致力于钱塘江涌潮的观测和研究工作，因此发表与涌潮相关的研究成果较多。

表1 国内前10名涌潮研究载文期刊Tab.1 The top 10 domestic journals on tidal bore research

2.2 研究机构和作者分析

研究机构的共现图谱能够直观地识别出涌潮研究领域的主要机构，以及机构之间的相互合作强度等。本文利用CiteSpace绘制的国内涌潮研究主要机构的共现图谱见图2，图中节点表示研究机构，节点之间的连线表示机构之间存在合作关系。机构发文量越多，节点圆圈半径越大；圆圈的颜色越多，表明论文发表的时间段越多。图2中共有网络节点78个，连接线38条，网络密度0.012 7。由图2可直观地识别出国内涌潮研究机构主要有浙江省水利河口研究院、浙江省钱塘江管理局、浙江大学、广东省长大公路工程有限公司等。其中浙江省水利河口研究院发文量明显多于其他机构，发文量相对占比较大，且节点圆圈颜色较多，说明该机构长期从事涌潮研究。从图2中节点之间的相互关联来看，机构之间的关联度不高，有进一步合作研究的空间。

图2 国内涌潮主要研究机构及其合作关系Fig.2 The main institutions and their cooperation relations on tidal bore research in China

在统计的数据源中，发表论文数量较多的研究人员主要有潘存鸿(36篇)、鲁海燕(13篇)、杨火其(12篇)、韩曾萃(12篇)、林炳尧(11篇)、曾剑(11篇)；被引次数较多的文献有窦国仁[53]于1964年发表的《平原冲积河流及潮汐河口的河床形态》(被引107次)、陈吉余 等[54]于1964年发表的《钱塘江河口沙坎的形成及其历史演变》(被引81次)、谭维炎 等[55]于1995年发表的《钱塘江口涌潮的二维数值模拟》(被引74次)、潘存鸿 等[56]于2006年发表的《三角形网格下求解二维浅水方程的KFVS格式》(被引72次)、陈沈良 等[16]于2003年发表的《长江口北支的涌潮及其对河口的影响》(被引59次)、林炳尧 等[25]于2002年发表的《钱塘江河口潮波变化过程》(被引58次)、潘存鸿[57]于2007年发表的《三角形网格下求解二维浅水方程的和谐Godunov格式》(被引57次)、李绍武 等[58]于2004年发表的《河口准三维涌潮数学模型研究》(被引48次)、潘存鸿 等[33]于2008年发表的《钱塘江涌潮特性及其数值模拟》(被引45次)、邵卫云 等[59]于2002年发表的《钱塘江涌潮压力的动态测试与分析研究》(被引38次)。

2.3 基于关键词的研究热点分析

关键词共现知识图谱(图3)能有效地反映研究热度和关键词之间的关联性。图谱中节点共107个，节点间连线152条，网络密度0.026 8。对图3中检索出的关键词进行分类阐述：“钱塘江河口”、“亚马逊河”、“长江口北支”是出现频次较多的研究区域关键词，表明学者对上述河口涌潮的关注度较高。“传播速度”[29]、“河床演变”[30]、“涌潮压力”[59]、“涌潮形态”和“涌潮高度”等为研究论文中的热点问题。同时为服务于“嘉绍大桥”[44]、“曹娥江大闸”和“桥梁”[45]等大型水利和交通建设工程，开展了大量的涌潮研究工作。 “数值模拟”[33]、“涌潮数学模型”[55]、“有限体积法”、“Godunov格式”[57]和“模型试验”[60]等为涌潮研究的重要手段，相关的研究成果丰富。

图3 国内涌潮研究关键词共现知识图谱Fig.3 Cooccurrence knowledge map of keywords based on Chinese literatures on tidal bore research

3 基于Web of Science国际河口涌潮研究发展分析

在Web of Science核心合集中检索到美国、澳大利亚和中国等34个国家224个研究机构的447名作者在143种期刊上发表的与涌潮研究相关的文献共计277篇，检索年限为1908—2020年。其中期刊论文(Article)210篇，会议论文(Proceedings Paper)37篇，期刊会议论文(Article；Proceedings Paper)14篇，其他类型论文(Editorial Material、Review、Note、Correction Addition、Letter、Book Chapter和News Item)16篇。

3.1 研究论文产出整体趋势分析

1908—2020年国际涌潮研究论文逐年发表量见图4。由图可知，论文发表量在年际间虽有波动，但总体呈现出增长趋势。1908—1990年，共计发表论文8篇；1991—2000年，年均发表论文2.6篇；2001—2009年，年均发表论文7篇；2010—2019年，年均发表论文17篇。在统计的数据源中，较早发表的论文为RAYLEIGH[61]于1908年在ProceedingsoftheRoyalSocietyofLondon上发表的“Note on tidal bores”，CORNISH[62]于1928年发表在Nature上的“The tidal bore in the Trent”，DOODSON[63]于1934年发表在Nature上的“Tidal bores”，LEBLOND[64]于1981年发表在MarineGeodesy上的“The insensitivity of fortnightly water-level modulations to tidal bores in rivers”，国内学者CHEN et al[17]于1990年在JournalofCoastalResearch上发表的“Geomorphological development and sedimentation in Qiantang Estuary and Hangzhou Bay”。 值得一提的是，MOORE等于1888年率英国军舰“漫步者号(Rambler)”进入钱塘江,观测了涌潮,并撰写了“The Bore of the Tsien-Tang-Kiang(Hang-Chau Bay) ”[65],这不但是钱塘江涌潮最早的科学观测记录,并且也可能是迄今所知世界上最早的涌潮实测。虽该文没在SCI检索范围内，但该文对当时国际地理学界的影响很大,在1889年的GeographicalNotes上详细介绍了该文。

图4 1908—2020年国际涌潮研究文献发文量整体趋势Fig.4 The overall trend of international publications on tidal bore research during 1908-2020

对上述研究论文的载文期刊进行统计，发文量前10的期刊列于表2。发文量最多的期刊为MarineEcologyProgressSeries，共发文15篇，占总文献量的 5.40%。其次为EnvironmentalFluidMechanics、ContinentalShelfResearch和Estuarine,CoastalandShelfScience等期刊。

表2 国外前12名涌潮研究载文期刊Tab.2 The top 12 international journals on tidal bore research

3.2 国家和研究机构贡献分析

涌潮研究论文发文量最多的国家为美国，共83篇，占总发文量的24.56%。其他排名前5位的国家依次为澳大利亚66篇，占19.53%；中国51篇，占15.09%；法国34篇，占10.06%；英国15篇，占 4.44%(图5)。机构之间合作知识图谱见图6。发表论文数量15篇以上的研究机构为昆士兰大学(University of Queensland，52篇)、波尔多大学(University of Bordeaux，18篇)、浙江省水利河口研究院(Zhejiang Inst Hydraul & Estuary，16篇)。从图6可以看出浙江省水利河口研究院与浙江大学、同济大学、河海大学和佛罗里达州立大学(Florida State University)之间合作关系密切；昆士兰大学、波尔多大学、浙江水利河口研究院、Australian Institution of Marine Sci和University of Hull之间合作关系密切。

图5 国际涌潮论文发表数量国家间分布图Fig.5 Distribution chart of published papers on tidal bore from different countries

3.3 作者发文量分析

国际涌潮研究作者共现图谱见图7。论文发表量较多的学者有CHANSON H(51篇)、PAN Cunhong(15篇)、LENG Xinqian(13篇)、REUNGOAT D(8篇)、LUBIN P(7篇)、BONNETON P(6篇)和PAN Dongzi(4篇)。从图7可知CHANSON H所在圆圈节点呈现出多种颜色，表明该作者论文发表的时间跨度很大，长时间参与了涌潮的研究工作。引用次数较高的论文为CHANSON[66]于2009年发表在EuropeanJournalofMechanics上的“Current knowledge in hydraulic jumps and related phenomena. A survey of experimental results”(被引112次)、UNCLES et al[7]于2006年发表在EstuarineCoastalandShelfScience上的“Turbidity maximum in the macrotidal, highly turbid Humber Estuary, UK: Flocs, fluid mud, stationary suspensions and tidal bores”(被引88次)、WOLANSKI et al[11]于2004年发表在Estuarine,CoastalandShelfScience上的“Undular tidal bore dynamics in the Daly Estuary, Northern Australia”(被引73次)、WOLANSKI et al[12]于2001年发表在Estuarine,CoastalandShelfScience上的“Rapid, human-induced siltation of the macro-tidal Ord River Estuary, Western Australia”(被引62次)、CHANSON et al[67]于2011年发表在Estua-rine,CoastalandShelfScience上的“High-frequency turbulence and suspended sediment concentration mea-surements in the Garonne River tidal bore”(被引57次)、SIMPSON et al[68]于2004年发表在Estuarine,CoastalandShelfScience上的“Reynolds stress and TKE production in an estuary with a tidal bore”(被引55次)、CHANSON[69]于2012年发表在JournalofIrrigationDrainageEngineering上的“Momentum considerations in hydraulic jumps and bores”(被引52次)、PAN et al[15]于2007年发表在JournalofHydraulicEngineering上的“Case study: Numerical modeling of the tidal bore on the Qiantang River, China”(被引51次)。

图6 国际涌潮主要研究机构及其合作关系Fig.6 The main international institutions and their cooperation relations on tidal bore research

图7 国际涌潮研究作者共现图谱Fig.7 Cooccurrence map of authors based on international tidal-bore literatures

3.4 基于关键词的研究热点分析

绘制的关键词共现知识图谱见图8，对检索出的关键词进行分类阐述。由图可知，“Qiantang Ri-ver”、“Garonne River”、“estuary”、“tidal bore”、“undular bore”、“positive surge”[70]、“breaking bore”[31]是出现频次较多的研究区域和研究对象关键词，表明学者对这些河口区域涌潮现象的关注度较高。“turbulence”[71]、“hydraulic jump”[69]、“wave”、“unsteady turbulence”[71]、“sediment transport”[72]、“bore celerity” 和“recruitment” 等为论文中研究的热点问题。除图8显示的高频关键词外，一些学者在“sediment processes”[37]、“pressure”、“boundary shear stress”、“environmental impact”[72]、“ecological impact”[73]、“saltwater intrusion”[24]、“dynamic similarity”[70]、“scale effects”[70]、“free-surface measurements”、“sea-level rise”[74]等方面也开展了较多的研究工作。“physical modelling”[75]、“field measurements”[67]、“field observations”[37]、“simulation”[76]、“numerical modeling”[15]等为涌潮研究的重要手段，相关的研究成果丰富。

图8 国外涌潮研究关键词共现知识图谱Fig.8 Cooccurrence knowledge map of keywords based on international tidal-bore literatures

从国内外涌潮研究成果的关键词看，国外涌潮多为波状涌潮，涌潮对涉水工程的破环性研究成果更偏向于理论研究；国内涌潮多分布在经济发达地区，尤以钱塘江涌潮最为著名，涌潮到达时，潮大流急，研究成果更偏向技术性和工程性。

鉴于涌潮的复杂性，有些问题如涌潮对水污染扩散、对渔业资源影响，涌潮的水力学结构，涌潮河段的阻力特性等问题还有待于进一步研究。由于近几年测量技术的迅速发展，无人机等新型测量仪器和自动化测量技术也将为涌潮的研究提供更加丰富的数据。

4 结论

(1)国内和国外涌潮研究论文发表数量的变化在整体趋势上较为一致，在年际间虽有波动，但总体呈现出快速增长趋势。国内的《浙江水利科技》、《水动力学研究与进展A辑》、《公路》和《海洋工程》等期刊载文量较多；浙江省水利河口研究院、浙江省钱塘江管理局、浙江大学、广东省长大公路工程有限公司等机构的涌潮研究成果相对较多。国外研究机构主要有University of Queensland、University of Bordeaux；发文量较多的期刊有MarineEcologyProgressSeries、EnvironmentalFluidMechanics、ContinentalShelfResearch和Estuarine,CoastalandShelfScience。

(2)在CNKI检索1964—2020年文献，以“涌潮”为主题词，共检索出433个研究机构的632名作者在239种刊物上发表的652篇文献。“钱塘江河口”和“长江口北支”是国内关注度较高的区域；“涌潮形态”、“河床演变”、“涌潮压力”和“涌潮高度”等为研究的热点关键词；“涌潮数学模型”和“模型试验”等为涌潮研究的重要手段。

(3)在Web of Science检索1908—2020年文献，共检索出美国、澳大利亚和中国等34个国家224个研究机构的447名作者在143种刊物上发表的277篇文献。“turbulence”、“sediment transport”、“hydraulic jump”、“wave”和“environmental impact”等为研究的热点问题；“physical modelling”、“field measurements”和 “numerical modeling”等已成为涌潮研究的重要手段。

(4)涌潮是一种罕见的自然现象，其形成需要满足特定的喇叭型或水下沙坎条件。因此，受特定的河口地域条件限制，涌潮研究机构相对集中，总体论文发表数量不多。