基于CiteSpace的泥石流防治研究可視化分析

趙鵬 杜鵑 王道杰 何松膛 蘭惠娟 陳文樂

摘要：為了明晰泥石流防治的研究進展，以Web of Science中1 335條文獻信息為研究對象，利用CiteSpace分析該領域內主要機構、學者和相關學科以及共現關鍵詞之間的關系網絡。結果表明：① 中國科學院和美國地質調查局等機構在該領域發揮重要作用，形成了中國科學院（成都山地災害與環境研究所）、成都理工大學、意大利國家研究委員會、佛羅倫薩大學和日內瓦大學五大學者群體;② 研究理論相對單一，難以全面地認識泥石流災害，應加強學科交流，促進多學科交叉融合;③ 研究熱點主要集中在災害型、誘因型、區域型和方法型4個大類。研究結果有助于進一步完善泥石流防治科學研究體系，為促進山區生態環境安全提供依據。

關 鍵 詞：泥石流防治; 文獻分析; CiteSpace; Web of science; 科學知識圖譜

泥石流作為常見的山地災害，在山區脆弱的生態環境中極易受自然和人為因素影響，協同其他災害被復合放大[1-2]，嚴重威脅山區人民的生命財產安全，繼而造成“因災致貧”“因災返貧”的惡性循環[3]。因此泥石流災害防治是山區發展和建設的基礎性和長期性工作，是山區可持續發展的重要保障，也是實現人與自然和諧共處的戰略需求[4]。當前對于“泥石流防治”的研究主要集中在關鍵要素的求解[5-8]和工程措施的設計與利用[9-11]，綜合探究該領域發展現狀的研究較少，如對研究“泥石流防治”的機構、人員甚至是國家或者交叉學科模糊不清，難以對領域進行深入的交流和成就共享。

為了追蹤“泥石流防治”研究的機構、人員，以及該領域研究的前沿，本文通過文獻計量對基于Web of Science（簡稱WOS）檢索到的國內外文獻進行多層次、多角度解析，即用CiteSpace進行“泥石流防治”研究的可視化分析，探索“泥石流防治”這一領域的國內外研究動態，追蹤熱點前沿，以期促進領域內各機構和學者的相互認知和交流合作，為全球泥石流災害的防治集思廣益。

1 數據與方法

CiteSpace是文獻計量分析與科學知識圖譜繪制的軟件，通過共現網絡等可視化方式展現某一研究領域的發展趨勢和前沿動態[12]。科學知識圖譜能夠從海量、異構、動態的復雜文獻信息中提取出某領域內的核心信息，通過聚類的方式形成圓形節點，每個圓形節點代表一個關鍵詞，關鍵詞出現的頻率以節點的大小來表征。有助于信息的管理、分析與表現，因此被越來越多的學科領域應用[13-17]。

數據檢索的質量直接決定了科學知識圖譜的準確性和科學性。由于英語語義的原因，使得詞條具有多個同義表達，如“防治”這一主題詞常用的有“control”“prevention”“protection”等，并且檢索方式難以檢索到非英語數據庫（如CNKI）的信息，會導致一些文獻檢索不全，但仍能較為全面地分析學科發展的國際趨勢。本研究從WOS的獲取了“TS=Debris Flow Control”（1 098條）;“TS=Debris Flow Prevention”（129條）;“TS=Debris Flow Protection”（117條）;“TS=Debris Flow Treatment”（58）條;“TS=Debris Flow Countermeasures”（32條），下載日期為2018年7月25日。利用CiteSpace 5.3 R2對檢索得到的1 434條文獻信息進行可視化分析，在剔除重復、無效的文獻信息后，最終得到1 335條，并繪制出了“泥石流防治”方面的科學知識圖譜。

2 泥石流防治的文獻計量分析

2.1 主要研究機構與學者

機構與學者的共現分析能夠辨別出某個學科領域的主要機構和學者，以及相互間的合作強度和互引關系[18]。利用CiteSpace對所得文獻信息進行分析，得到了“泥石流防治”研究領域的主要機構（圖1）和學者（圖2）圖譜，并將頻次≥5的機構（表1）和頻次≥4的學者（表2）進行統計。

主要研究機構圖譜中共有網絡節點188個，連接297條，網絡密度為0.016 9，這表明各機構間聯系較少，需進行更多的交流與合作。為了更加清晰地展現出國內外研究機構的分布，對原始圖像進行調整，大致分為國內研究機構與國外研究機構兩大類。由圖1和表1可以明確看出，在世界范圍內出現次數最多的機構是Chinese Acad Sci（中國科學院），出現90次，其中尤以成都山地災害與環境研究所（以下簡稱成都山地所）表現最為突出。成都山地所是我國唯一一家以山地冠名的國家級研究機構，其主要研究領域為山地災害、山地環境和山區可持續發展，為增強我國防御山地災害能力、保障山區生態安全和促進經濟社會發展提供科學依據和技術支撐[19]。其次為US Geol Survey（美國地質調查局），出現了40次，此機構是美國內政部所屬的重要科學研究機構，主要針對美國的地形、自然資源與災害防治，為其決策部門提供了高效高質的科學信息。前5名中還包括Univ Bern（瑞士伯爾尼大學）、CNR（意大利國家研究委員會）和Chengdu Univ Technol（成都理工大學），分別出現33，31，27次。統計結果表明：我國在泥石流防治研究領域形成了以中國科學院為核心，以成都理工大學、中國科學院大學、中國地質大學等次核心的主要研究機構梯隊，推動了我國在該領域的發展。其次出現頻次≥5國外研究機構來自于意大利（8個）、美國（7個）、瑞士（4個）、日本（3個）以及英國（2個），這些國家主要分布在環太平洋褶皺帶和阿爾卑斯-喜馬拉雅褶皺帶上。出現這種分布結果的一個重要原因是由于這些地區泥石流災害多發，泥石流防治是現實需求，因此需要開展相關研究的多方面嘗試。

從作者圖譜（圖2）上看，共有網絡節點222個，連接313條，網絡密度為0.012 8，形成了五大明顯的學者群體。其中#A代表以CUI P（崔鵬）、LI Y（李泳）、CHEN XQ（陳曉清）、YOU Y（游勇）、WEI FQ（韋方強）等人為主的中國科學院（成都山地所）學者群體;#B代表以XU Q（許強）為主的成都理工大學學者群體;#C代表以GUZZETTI F、BRUNETTI MT、PERUCCACCI S等人為主的CNR（意大利國家研究委員會）學者群體;#D代表以CASAGLI N、SEGONI S、CATANI F等人為主的University of Firenze（佛羅倫薩大學）學者群體;#E代表以STOFFEL M為主的University of Geneva（日內瓦大學）學者群體。將出現頻次≥4的學者列于表2，出現最多前三位學者分別是STOFFEL M（21次）、CUI P（15次）和XU Q（14次）。以成都山地所崔鵬研究員為例，他被稱為我國第一位“泥石流院士”，在泥石流過程、機理以及減災方法的研究中，形成一系列理論體系[20-23];發展了對風景區等特殊地區的泥石流防治理論[24-26];揭示了汶川地震區次生山地災害的分布規律，針對不同空間尺度提出了不同的防治原理與方法[27-29]。正是這些學者的不懈努力，推動著“泥石流防治”領域的發展與進步，為保障人民群眾生命財產安全貢獻著自己的智慧與力量。

2.2 泥石流防治研究學科分布

泥石流防治是一項復雜的工程，由于在泥石流的形成、運動和埋淤等過程中會受到來自其他環境要素的影響，具有較強的差異性。針對不同地區和類型的泥石流，防治研究也會有所差異，使得該領域不可避免地涉及到多種學科來發展對各因素和類型的研究。將出現頻次>10次的學科類型列于表3中，可以明顯看出各學科間出現頻次差異極大，所涉及到的學科類型中明顯分為三大層次。第一層次為GEOLOGY（地質學）、GEO-SCIENCES（地球科學）等，這代表是泥石流研究的基礎學科。泥石流是一種常見的山地地質災害，受地質構造的影響顯著，因此地質學和地球科學的基礎理論研究是實現防災減災目標的根基與支撐。第二層次是WATER RESOURCES（水資源）、PHYSICAL GEOGRAPHY（自然地理學）、METEOROLOGY & ATMOSPHERIC SCIENCES（氣象學與大氣科學）、ENVIRONMENTAL SCIENCES & ECOLOGY（環境科學與生態學）等，這代表的是與泥石流的發生與發展密切相關的學科。泥石流在開放的自然系統中，受到諸如降水、植被、地形等因素的影響，其發生發展也因不同的條件而不同。Decaulne A等[30]研究發現冰島峽灣環境中由于對各種氣象觸發因素的響應，極易發生泥石流;陳曉清等[31]通過對良好植被區幾次重大泥石流、滑坡災害的考察，發現不同降雨強度下，植被對泥石流、滑坡的作用出現完全相反的情況;羅正東[32]研究發現人類不合理的活動使得云南東川生態環境的惡化，造成了該地區水土流失十分嚴重的現狀。因此在防災減災過程中應充分考慮當地自然條件，因地制宜，制定合適的治理措施。第三層次是ENGINEERING（工程學）、COMPUTER SCIENCE（計算機科學）等，這代表的是在泥石流治理實踐方面相關學科。當前泥石流防治工程主要包括生態工程、巖土工程以及生態-巖土綜合防治工程，并取得了豐碩的研究成果，王海帆等[33]通過對云南省東川區深溝流域的調查研究表明生態工程措施能夠有效地控制泥石流等地質災害的發生，并且對當地生態環境改善大有裨益;梁柱等[34]結合桂林龍勝縣嚴重地質災害治理工程實例，論述了流通區、堆積區等的閘壩工程設計;崔鵬等[35]從生態和巖土等方面提出泥石流綜合防治技術。而新的計算機科學方法不僅在泥石流基礎研究中發揮著模擬預測的作用，還能應用于防災減災工程中，如吳宏等[36]結合舟曲縣泥石流災后重建治理工程資料，利用3DS MAX、Maya等3D模型軟件，建立了甘肅省三維模型和三維可視化場景的GIS平臺，直觀地展示了其地形和泥石流防治工程的情況。這類學科能夠與傳統的地學相結合，通過科學實踐，促進了該領域的發展。但從整體上來看，“泥石流防治”研究仍主要停留在地學領域，與其他學科交流較少，應更多地跨學科交融，為該領域的發展注入新動力。

2.3 泥石流防治研究熱點與前沿趨勢

關鍵詞是一篇文獻的核心與精華，通過文獻計量也能展現出研究的熱點問題。因此，利用文獻關鍵詞作為節點，繪制出“泥石流防治”研究熱點知識圖譜（見圖3）。圖中共有361個網絡節點，1 898條連接，網絡密度為0.029 2，關鍵詞之間形成了一個結構復雜、主次明顯的共現圖譜。將出現頻次≥20的關鍵詞列于表4中，可以明顯看出，出現頻次前6個分別是debris flow（泥石流，707次）、landslide（滑坡，202次）、duration control（時間控制，166次）、shallow landslide（淺層滑坡，165次）、model（模型，147次）和intensity（強度，103次），這六大關鍵詞出現次數均超過100次，在“泥石流防治”領域具有重要的地位。為了更客觀、準確地分析數據，我們對關鍵詞進行了簡單的分類和組合，具體如下。

（1） 災害（hazard）類，即與泥石流相關的災害，對其形成、運動和淤埋產生重要影響。主要有debris flow（泥石流）、landslide（滑坡）、shallow landslide（淺層滑坡）、hazard（災害）和earthquake（地震）等。由于山地環境的特殊性，山地災害極易復合放大，形成山地災害鏈。以2008年汶川地震為例，由于高震級、強烈度的地震災害誘發了一系列次生災害，為泥石流提供了大量的固體物源[37];加之處在雨季汛期階段，為泥石流的起動提供了必要的條件，最終在北川、平武一帶造成了成片的泥石流災害[38]，地震重災區進入泥石流活動強烈期，并可能持續活躍10～30 a[39]。同時，汶川地震誘發的泥石流對道路交通[40-41]、土地資源[42]、生態環境[43-44]等造成重大影響。因此“泥石流防治”研究常與其他災害研究一起，共同尋求高效、科學的防治方式，既節約成本，也符合災害鏈科學研究的要求。

（2） 誘因（impact）類，即對泥石流的物質來源、能量產生與消減等具有誘導性的影響因素。主要有erosion（侵蝕）、deposit（沉積）、climate change（氣候變化）、rainfall threshold（降雨閾值）和rainfall intensity（降雨強度）等，這些因素是泥石流活動中最具影響意義的方面。何爽爽等[45]利用衛星降水和 WRF 預報降水對2017年6月18日北京門頭溝泥石流事件進行研究，可以明顯地看出降水對此次時間的響應;胡凱衡等[46]綜合分析了2000～2015年間的橫斷山區降水對泥石流易發性的影響;馬煜等[47]以龍溪河流域泥石流溝為例討論了流域面積、形狀系數、溝道比降等地形因素的重要性，結果表明溝道比降>形狀系數>流域面積。因此對于不同的地區的不同主導性影響因素，防治措施也應因地制宜，相應地做出調整[4]。

（3） 區域（area）類，即泥石流災害發生的主要區域及其形成的地貌類型。主要有New zealand（新西蘭）[48-49]、China（中國）[50-51]、Swiss alp（瑞士阿爾卑斯山）[52]、Taiwan（中國臺灣）[53-54]、Basin（盆地，流域）[55-56]和Alluvial fan（沖積扇）[57-58]等地區，都是泥石流災害的高發區和形成的地貌類型。這些區域一方面是得天獨厚的研究對象，另一方面也亟待“泥石流防治”科學的新進步來解決實際問題，保障區域內的長治久安。

（4） 方法（method）類，即在“泥石流防治”研究中常用到的方法。主要有duration control（時間控制）、model（模型）、simulation（模擬）和prediction（預測）等。由于泥石流災害的復雜性和毀滅性，常常需要通過仿真實驗獲得數據，構建模型，并對其進行預測驗證。Guzzetti F等[59]編制了2 626個導致了淺層滑坡和泥石流的降雨事件的全球數據庫，提出了一種新的閾值用于滑坡預警系統;Pudasaini S P[60]提出了一種新的廣義兩相泥石流模型，數值結果表明該模型能很好地描述兩相泥石流、泥沙輸移和海底泥石流等相關現象的復雜動力學。這些數理方法同時推動著泥石流基礎理論和防治工程措施實踐的進步與創新，在“泥石流防治”領域具有重要的作用。因此在相關研究中應更多地與數理科學、計算機科學等跨學科交融，推動該領域的發展。

3 結論與展望

泥石流防治關乎民生大計，是山區發展與保護的重要環節。本研究基于WOS和CiteSpace對“泥石流防治”研究領域的文獻進行可視化分析，是對該領域文獻綜述的一個新穎嘗試。

（1） 世界范圍內，最主要的研究機構是中國科學院、美國地質調查局等，這些研究機構也主要分布于泥石流災害多發的國家或地區。中國科學院（成都山地所）、成都理工大學、意大利國家研究委員會、佛羅倫薩大學和日內瓦大學這五大學者群體，共同推動著本學科領域的發展。

（2） 通過對“泥石流防治”相關學科的統計可以發現該領域主要涉及到地質、環境要素等地學學科和工程學、計算機科學等促進相關實踐的學科。但跨學科間的交叉融合仍較少，應進一步加強多學科交流，為該領域的研究注入新動力，提供新思路。

（3） 通過分析關鍵詞得到了“泥石流防治”研究的熱點與前沿，大致可將熱點分為災害型、誘因型、區域性和方法型四個大類。它們作為領域內的研究熱點，受到廣大學者的關注與研究，促進“泥石流防治”的新進展，但還應進一步加強對這四類的基礎性研究。

當前國內外在“泥石流防治”領域已取得了豐碩的研究成果，為世界各國防災減災工作貢獻著智慧與力量。但處在復雜而又開放的自然-人文系統內的泥石流防治，還需更加深入系統的研究，本文筆者認為應主要從以下3個方面著手推進學科發展。

（1） 加強多學科交流，推動泥石流防治研究新進展。地球系統是一個復雜的耗散結構，內部各要素之間存在著非線性的相互作用。泥石流產生的機制、運動過程中能量的聚漲-突變-衰減、泥石流物質的淤埋等由于受到諸多因素耦合影響，其復雜性難以通過一門或幾門學科單獨求解得出。必需跨學科進行交流，加強多學科的交叉融合，為泥石流防治提供全新思路和科學方法，共同推動研究新進展。

（2） 優化配置新模式，合理布局巖土-生態防治工程。目前主要的泥石流防治技術包括：巖土工程措施、生態工程措施以及巖土-生態有機結合。如何在脆弱的生態環境中，將防災減災工作與生態環境保護工作合理調節，使其并行不悖仍然是泥石流防治中亟待解決的問題。科學地評價各種防治技術的效益，統籌規劃，合理地布局巖土-生態防治工程，實現優化配置新模式。

（3） 防治與發展結合，促進山區人地關系和諧穩定。由于諸多客觀因素的影響與制約，泥石流災害發生后，人們仍將在當地繼續生活下去，發展與建設，破壞與保護都將持續進行。因此，應更多地將防治工作與地區的發展相結合，選擇適合當地自身狀況的防治措施，在建設中治理、在發展中保護，實現社會-經濟-生態多重效益的最大化，促進山區人地關系的和諧穩定。

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（編輯：劉 媛）