基于CiteSpace的水安全研究現(xiàn)狀與熱點分析

曹永強，齊靜威，王 菲

(遼寧師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院，遼寧 大連 116029)

水安全問題相關(guān)概念最早提出于20世紀(jì)末，隨著世界人口數(shù)量的不斷增加以及各國經(jīng)濟的迅速發(fā)展，各種資源的消耗量不斷增大，水資源的過度消耗和污染產(chǎn)生的局地短缺及水危機等現(xiàn)象引起了國際社會的廣泛關(guān)注[1-3]。“水安全”一詞最早出現(xiàn)在2000年的斯德哥爾摩水討論會[4]。當(dāng)前，對于水安全問題的研究主要傾向于水資源的可持續(xù)發(fā)展，相關(guān)文獻(xiàn)數(shù)量明顯增長。

水安全領(lǐng)域在國內(nèi)外一直受到廣泛關(guān)注，并隨著水資源短缺以及水資源污染的加劇，水安全問題已經(jīng)引起了各國的高度重視。國外對水安全的研究一直傾向于保持水資源的可持續(xù)發(fā)展，Latchmore等[5]以加拿大土著社區(qū)為研究對象，通過開發(fā)IK和WS參與的水安全工具，以評估水安全并且確保水資源的可持續(xù)發(fā)展；Thushara等[6]通過分析水資源的數(shù)量、質(zhì)量以及與社會之間的關(guān)系，強調(diào)綜合研究水安全問題以及科學(xué)管理水資源的重要性；Veettil等[7]基于SWAT模型，建立水資源安全指標(biāo)時空變異性定量模型，評估了土地利用方式的轉(zhuǎn)變以及氣候變化對水安全的影響，結(jié)果表明受氣候的變異性影響，降水更多地控制藍(lán)水資源，土地利用格局的變化更多地控制綠水資源。

國內(nèi)對水安全的研究發(fā)展速度較快，成果顯著，并且致力于把水安全的發(fā)展與國民經(jīng)濟緊密結(jié)合。康紹忠[8]通過歸納水安全問題和糧食安全問題，分析了水安全與糧食安全的研究現(xiàn)狀，并討論了未來的發(fā)展方向，在糧食生產(chǎn)中科學(xué)保障水資源的高效利用；孫才志等[9-10]利用虛擬水流量計算，對我國各地區(qū)“虛擬水戰(zhàn)略”實施的普適性進(jìn)行研究，并對水資源需求方面提出建議，主要包括飲水安全、防洪安全等；夏軍等[11]總結(jié)了我國1978—2018年水資源利用與保護(hù)發(fā)展歷程，并對新時代發(fā)展需求以及雄安新區(qū)建設(shè)、“一帶一路”建設(shè)等一系列研究熱點領(lǐng)域的水資源利用與保護(hù)進(jìn)行分析與展望。

科學(xué)知識圖譜可以確定特定研究領(lǐng)域一定時間范圍內(nèi)的發(fā)展趨勢，并且科學(xué)簡單，方便更加高效地分析特定領(lǐng)域的研究狀況。CiteSpace軟件是由陳超美博士[12-13]應(yīng)用Java計算機編程語言開發(fā)的信息可視化軟件，專門用于學(xué)術(shù)文獻(xiàn)分析，包含聚類分析、突現(xiàn)詞分析等多種方法，在實際應(yīng)用中有一定優(yōu)勢。雖然我國關(guān)于水安全領(lǐng)域的研究成果較多，但是關(guān)于水安全相關(guān)文獻(xiàn)的總體概述比較缺乏。水安全作為國家資源安全的重要組成部分，對于國家其他安全領(lǐng)域例如生態(tài)安全、糧食安全等也是重要保障，如何更好地保證水安全，更合理地進(jìn)行水資源的開發(fā)利用正日益成為大家關(guān)注的焦點。因此，本文在吸收借鑒前人研究的基礎(chǔ)上，借助CiteSpace軟件，對水安全領(lǐng)域的文獻(xiàn)進(jìn)行文獻(xiàn)數(shù)量、發(fā)文機構(gòu)、研究熱點等統(tǒng)計分析，以期了解水安全領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀和最新發(fā)展趨勢。

1 數(shù)據(jù)來源與分析工具

1.1 數(shù)據(jù)采集

以中國學(xué)術(shù)期刊網(wǎng)絡(luò)出版數(shù)據(jù)庫(CNKI)為檢索平臺，以“水安全”為主題進(jìn)行精確檢索，檢索時間為2018年12月4日，檢索時段為2001—2018年(截止時間為2018年11月30日)，檢索結(jié)果共2 397條，對檢索結(jié)果進(jìn)行整理，刪除無作者、會議記錄、期刊會議征稿等文獻(xiàn)，最終篩選出1 702條結(jié)果。

1.2 分析工具

CiteSpace是一款用于文獻(xiàn)分析的可視化工具，知識圖譜中每個節(jié)點的大小表示出現(xiàn)次數(shù)的多少，以及在相關(guān)領(lǐng)域做出的成績和貢獻(xiàn)，節(jié)點之間的連線代表節(jié)點間的關(guān)聯(lián)度[14]。目前，國內(nèi)對水安全領(lǐng)域知識結(jié)構(gòu)梳理的研究相對較少，本文將確定文獻(xiàn)以Refworks格式導(dǎo)出，再導(dǎo)入CiteSpace軟件進(jìn)行可視化分析。

2 水安全相關(guān)文獻(xiàn)結(jié)果分析

2.1 數(shù)量分析

圖1為2001—2018年水安全領(lǐng)域的發(fā)文數(shù)量，由圖1可知，我國水安全領(lǐng)域發(fā)文數(shù)量總體呈波動上升趨勢。文獻(xiàn)數(shù)量自2001年開始逐漸上升，到2006年出現(xiàn)平緩起伏，至2012年后繼續(xù)增長。2012—2017年，從國內(nèi)水安全領(lǐng)域整體來看發(fā)文量增多，2015年發(fā)表文獻(xiàn)194篇，是發(fā)文量高峰期。究其原因，一方面，習(xí)近平總書記2014年就保障國家水安全問題提出了重要講話，引起了我國學(xué)者對水安全領(lǐng)域的高度關(guān)注；另一方面，2014年底至2015年初，能夠有效實現(xiàn)減流、削峰、控污及雨水利用的海綿城市建設(shè)試點全面啟動[15-18]，全國推選產(chǎn)生第一批海綿試點城市，由此海綿城市方面的科研成果顯著，也是水安全領(lǐng)域論文數(shù)量增長的原因之一。

圖1 2001—2018年水安全領(lǐng)域文獻(xiàn)時間分布

2.2 發(fā)文作者合作分析

本文運用CiteSpace可視化分析軟件對2001—2018年水安全領(lǐng)域的文獻(xiàn)進(jìn)行作者合作分析，得到作者合作知識圖譜(圖2)以及高頻作者的統(tǒng)計表(表1)。

圖2 2001—2018年水安全領(lǐng)域的研究作者合作知識圖譜

序號發(fā)文作者發(fā)文頻次最高被引文獻(xiàn)1陳雷10實行最嚴(yán)格的水資源管理制度保障經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展2劉新有9基于“基尼系數(shù)”的降水時間分布均勻變化研究3史正濤9沉積物粒度參數(shù)內(nèi)涵及計算方法的解析4夏軍9水文時序趨勢與變異點的R/S分析法5李祚泳8投影尋蹤新算法在水質(zhì)評價模型中的應(yīng)用6汪嘉楊6PSO算法優(yōu)化BP網(wǎng)絡(luò)的新方法及仿真實驗7韓宇平5區(qū)域水安全評價指標(biāo)體系初步研究8陳紹金5水安全概念辨析

圖譜中共有112個節(jié)點，59條連接，網(wǎng)絡(luò)密度為0.095，作者發(fā)文數(shù)量的多少決定了節(jié)點的大小。由表1可知，發(fā)文數(shù)量最多的作者是陳雷，發(fā)文10次，被引次數(shù)最高的文獻(xiàn)是《實行最嚴(yán)格的水資源管理制度保障經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展》，作者認(rèn)為要全面落實最嚴(yán)格的水資源管理制度，進(jìn)一步強化水資源管理的保障措施[19]。其次為劉新有、史正濤、夏軍、李祚泳等，均發(fā)文5次以上。從圖2可以看出作者群的分布，其中以劉新有、史正濤[20-22]為主的研究學(xué)者主要對城市水安全、水資源安全以及降水變化等進(jìn)行評估，構(gòu)建更完整的評價指標(biāo)體系；夏軍等[23-27]研究學(xué)者主要研究了變化環(huán)境下水安全以及水資源承載力問題的發(fā)展；以李祚泳、汪嘉楊[28-29]為主的研究學(xué)者為了建立科學(xué)合理、和諧統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)模型，提出了普適的函數(shù)公式；金菊良等[30-33]研究學(xué)者針對水環(huán)境風(fēng)險評價以及水安全問題建立了相關(guān)模型。

2.3 發(fā)文機構(gòu)合作分析

通過CiteSpace可視化分析軟件對2001—2018年水安全領(lǐng)域進(jìn)行發(fā)文機構(gòu)合作分析，可以研究中國水安全領(lǐng)域核心研究機構(gòu)之間的合作關(guān)系。如圖3所示，知識圖譜中共有79個節(jié)點，25條連接，網(wǎng)絡(luò)密度為0.008 1，從總體上看，研究水安全領(lǐng)域的機構(gòu)眾多，但是各機構(gòu)之間的聯(lián)系較少，說明各機構(gòu)之間的合作交流關(guān)系不強，不利于水安全領(lǐng)域的長久發(fā)展。具體來看，圖中出現(xiàn)了以中國水利水電科學(xué)研究院為核心，包含華北水利水電大學(xué)、云南師范大學(xué)水利水電學(xué)院等發(fā)文機構(gòu)的合作網(wǎng)絡(luò)關(guān)系，以及云南省水文水資源局和云南師范大學(xué)旅游與地理科學(xué)學(xué)院的合作網(wǎng)絡(luò)關(guān)系。

圖3 2001—2018年水安全領(lǐng)域的研究機構(gòu)合作知識圖譜

按照發(fā)文數(shù)量前8名的機構(gòu)統(tǒng)計表(表2)分析，中國水利水電科學(xué)研究院發(fā)文次數(shù)最多(16次)，其次云南師范大學(xué)旅游與地理科學(xué)學(xué)院(11次)、水利部發(fā)展研究中心(11次)和鄭州大學(xué)水利與環(huán)境學(xué)院(8次)等為發(fā)文數(shù)量較多的研究機構(gòu)。這些發(fā)文機構(gòu)及機構(gòu)主要作者都為水安全領(lǐng)域的研究作出了重要貢獻(xiàn)。

表2 2001—2018年水安全領(lǐng)域研究發(fā)文頻次前8位的機構(gòu)

2.4 關(guān)鍵詞分析

關(guān)鍵詞出現(xiàn)的頻次可以反映出在水安全領(lǐng)域被引頻次或者相關(guān)文獻(xiàn)的數(shù)量[34]，而頻次大小往往反映的是研究領(lǐng)域現(xiàn)狀。對2001—2018年水安全領(lǐng)域的文獻(xiàn)進(jìn)行關(guān)鍵詞分析，生成Timezone圖譜(圖4)，在同一時區(qū)內(nèi)集合此時間段的節(jié)點，篩選出前20個關(guān)鍵詞進(jìn)行統(tǒng)計分析(表3)。圖譜中共有308個節(jié)點，677條連接，網(wǎng)絡(luò)密度為0.014 3。聚類分析得到網(wǎng)絡(luò)模塊化Modularity的評價指標(biāo)Q=0.609 7，說明網(wǎng)絡(luò)聚類較好，網(wǎng)絡(luò)同質(zhì)性平均值Mean Silhouette為0.370 2，說明網(wǎng)絡(luò)同質(zhì)性較高，聚類結(jié)果切合。分析結(jié)果顯示，水安全領(lǐng)域有11個聚類，本文主要對其中3個聚類進(jìn)行分析說明，其中“指標(biāo)體系”中介紹了水資源評價的相關(guān)方法，“河湖管理”中“河長制”與“湖長制”是當(dāng)前我國水利系統(tǒng)重大的改革舉措，“協(xié)同發(fā)展”是水安全領(lǐng)域基于合作共贏理念與其他學(xué)科相結(jié)合的新發(fā)展格局。

圖4 2001—2018年水安全領(lǐng)域的關(guān)鍵詞知識圖譜

序號關(guān)鍵詞出現(xiàn)次數(shù)序號關(guān)鍵詞出現(xiàn)次數(shù)1水安全44011水環(huán)境302水資源12112可持續(xù)發(fā)展303指標(biāo)體系6913對策274水安全評價5514氣候變化255層次分析法4815安全評價226海綿城市4716用水安全227水資源安全4617水環(huán)境安全218評價3918水生態(tài)209城市水安全3719模糊綜合評價1910安全3120熵權(quán)法19

a. 聚類#0：將“水安全”“可持續(xù)發(fā)展”“指標(biāo)體系”“水資源安全”“層次分析法”“水環(huán)境安全”等關(guān)鍵詞歸為一類。早期研究主要集中在“水安全”“水資源安全”“指標(biāo)體系”等基礎(chǔ)內(nèi)容，隨著水資源短缺及污染愈發(fā)嚴(yán)重，水安全領(lǐng)域開始涉及“層次分析法”“安全評價”“模糊綜合評價”等水資源評價方法，有利于水安全問題的解決以及水資源的可持續(xù)發(fā)展。

b. 聚類#6：主要關(guān)注水安全領(lǐng)域中的河湖管理。孫繼昌等[35-36]詳細(xì)分析了針對河湖管理和保護(hù)制定的河長制，介紹了河長制的創(chuàng)新特點。王曉紅等[37]主張科學(xué)合理地管理河湖水系海綿體，提出海綿城市的構(gòu)建要依托河湖水系的健康。李原園等[38-40]總結(jié)了國內(nèi)外河湖水系連通經(jīng)驗，分析了河湖水系連通的發(fā)展趨勢，由單一、局部、簡單連通向綜合、統(tǒng)一、復(fù)雜連通發(fā)展。

c. 聚類#10：協(xié)同發(fā)展由“城市規(guī)劃”“水環(huán)境污染”“水資源保護(hù)”“生態(tài)文明建設(shè)”等關(guān)鍵詞組成。隨著國家越來越重視水資源以及生態(tài)環(huán)境的保護(hù)，水安全領(lǐng)域逐漸與“城市規(guī)劃”“生態(tài)文明建設(shè)”聯(lián)系起來，這也促使水安全領(lǐng)域與其他學(xué)科領(lǐng)域協(xié)同發(fā)展。

根據(jù)圖4和表3可以看出，關(guān)鍵詞“水安全”出現(xiàn)的頻次最高，達(dá)440次，其次為“水資源”(121次)、“指標(biāo)體系”(69次)、“水安全評價”(55次)、“層次分析法”(48次)、“海綿城市”(47次)、“水資源安全”(46次)、“評價”(39次)等，以上關(guān)鍵詞說明了水安全領(lǐng)域的重要研究熱點。可以發(fā)現(xiàn)，近年來我國對水安全的研究更為注重水資源節(jié)約以及水資源狀態(tài)評價，即水安全評價的方法研究以及水安全評價指標(biāo)體系的構(gòu)建等[41-42]。國家從戰(zhàn)略和全局高度明確提出“節(jié)水優(yōu)先、空間均衡、系統(tǒng)治理、兩手發(fā)力”的治水新思路，水環(huán)境、水資源可持續(xù)發(fā)展以及水生態(tài)文明建設(shè)等方向成為新的研究熱點，符合我國的水安全戰(zhàn)略，有利于實現(xiàn)人與自然的和諧相處以及水資源可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)。

3 水安全研究熱點突現(xiàn)詞分析

通過CiteSpace可視化分析軟件對2001—2018年水安全領(lǐng)域的關(guān)鍵詞進(jìn)行熱點突現(xiàn)分析，見表4，篩選前12個關(guān)鍵詞的強度，其基本原理是根據(jù)標(biāo)題、關(guān)鍵詞、摘要等的詞頻增長率來判斷哪些是熱點詞匯，從而發(fā)現(xiàn)研究熱點與發(fā)展趨勢。結(jié)果表明，關(guān)鍵詞“水資源”“水安全”以及“評價”的強度較高。

強度最高的突現(xiàn)詞為“水資源”，起始于2001年，驟減于2007年。水資源短缺一直是我國比較嚴(yán)重的問題，此外，由于時空分布不均，我國南北方水資源與耕地及人口分布不相匹配，水資源問題一直都是制約我國國民經(jīng)濟和社會發(fā)展的重要因素[43-47]。尤其是21世紀(jì)以來，隨著我國城市化發(fā)展迅速，大量的人口進(jìn)入城市，而城市供排水管網(wǎng)體系規(guī)模相對滯后，使得城市需水量和供水量不相匹配，極端降雨導(dǎo)致城市內(nèi)澇越發(fā)嚴(yán)重。20世紀(jì)90年代以來我國發(fā)生了一系列如水污染、黃河斷流、長江以及嫩江地區(qū)發(fā)生洪災(zāi)等水資源問題，引起我國全社會的關(guān)注與重視，并以“21世紀(jì)中國可持續(xù)發(fā)展水資源戰(zhàn)略研究”為總項目進(jìn)行研究[48]。經(jīng)過查閱發(fā)現(xiàn)，我國水資源全要素利用效率在2001年開始上升，逐步提高一直到2007年[49]。2005—2007年，中華人民共和國水利部、中國工程院以及中國科學(xué)院共同啟動了“中國水土流失與生態(tài)安全綜合科學(xué)考察”，并獲得了卓越成果[50]。“水資源”突現(xiàn)詞的研究激增與趨于穩(wěn)定的時間大致與我國關(guān)于水資源的政策熱點[51]時間相同。

從時間序列來看，2008年以前的突現(xiàn)詞為“水安全”“水資源”“可持續(xù)發(fā)展”“預(yù)警”“虛擬水”等，2008年以后的突現(xiàn)詞為“集對分析”“生態(tài)安全”“指標(biāo)體系”“水質(zhì)”“水資源”和“集對分析”的持續(xù)時間最長。突現(xiàn)詞“集對分析”起始于2008年，2014年呈下降趨勢，集對分析已經(jīng)在水安全領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，熱點詞的結(jié)束也表明了集對分析法在水安全領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)入成熟階段。雖然水安全領(lǐng)域關(guān)注的具體問題有較強的跳躍性，但可持續(xù)發(fā)展和生態(tài)安全一直貫穿始終。根據(jù)我國政策指向和水資源可持續(xù)發(fā)展的現(xiàn)實需要，生態(tài)安全、指標(biāo)體系、水質(zhì)問題成為學(xué)者研究前沿。

4 結(jié)論及建議

4.1 結(jié)論

a. 從發(fā)文數(shù)量來看，2001—2018年國內(nèi)關(guān)于水安全領(lǐng)域的相關(guān)文獻(xiàn)發(fā)表數(shù)量總體呈波動增長趨勢。以2012年為時間節(jié)點分為兩個階段，自2001年開始逐漸上升，到2006年出現(xiàn)平緩波動至2012年后繼續(xù)增長。2012—2017年整體來看發(fā)文量增多，2015年為發(fā)文數(shù)量高峰期，2015年以后發(fā)表文獻(xiàn)數(shù)量下降。

b. 從研究力量構(gòu)成來看，中國水安全領(lǐng)域研究學(xué)者之間聯(lián)系并不緊密，發(fā)文數(shù)量多的作者較少。研究機構(gòu)之間的合作網(wǎng)絡(luò)也相對分散，只有部分比較集中，聯(lián)系并不緊密，中國水利水電科學(xué)研究院發(fā)表文獻(xiàn)的數(shù)量較多，中心性相對較強，在水安全領(lǐng)域占有重要位置。

c. 從高頻關(guān)鍵詞來看，高頻關(guān)鍵詞分為“指標(biāo)體系”“水安全評價”“河湖管理”“海綿城市”“協(xié)同發(fā)展”等11個聚類，涵蓋了水安全方向涉及的大部分領(lǐng)域，其中著重分析了“指標(biāo)體系”“河湖管理”“協(xié)同發(fā)展”3個聚類。

d. 從研究熱點突現(xiàn)詞來看，強度最高的突現(xiàn)詞為“水資源”，“水資源”突現(xiàn)詞的出現(xiàn)與消失時間大致趨同于水資源政策的推出時間。水安全領(lǐng)域主要研究熱點集中于水資源、評價等領(lǐng)域，未來在生態(tài)安全、可持續(xù)發(fā)展等領(lǐng)域也有很大的發(fā)展空間。

4.2 建議

通過以上分析，可以發(fā)現(xiàn)水安全研究領(lǐng)域正在逐漸拓寬，為未來的水安全研究奠定了良好的基礎(chǔ)，水安全領(lǐng)域面臨全新的發(fā)展機遇和挑戰(zhàn)，未來水安全研究應(yīng)著重關(guān)注以下幾方面：

a. 在國家“一帶一路”戰(zhàn)略背景下，實現(xiàn)水資源的可持續(xù)發(fā)展是首要問題，如何解決水安全問題尤為重要。在未來發(fā)展中，不能只致力于開發(fā)水資源，因為水資源承載力有限，所以水安全問題的解決必須依托可持續(xù)發(fā)展理念，制定水資源可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。

b. 我國水資源由于供需矛盾日益擴大，水質(zhì)普遍退化以及水污染持續(xù)蔓延，水安全問題的解決更應(yīng)得到重視。在未來我國應(yīng)該完善水管理機制，對水資源短缺或污染地區(qū)進(jìn)行實時監(jiān)測，加大政府支持力度，大力培養(yǎng)水安全領(lǐng)域的專業(yè)人才，建立健全的評價體系以及權(quán)威的評價監(jiān)督機構(gòu)，科學(xué)合理地解決水安全問題。

c. 水安全領(lǐng)域的研究方法應(yīng)充分借鑒融合其他學(xué)科的理念，做到多學(xué)科的交叉結(jié)合。水安全領(lǐng)域的研究需要加強拓展及延伸，對復(fù)雜的研究方法進(jìn)行綜合系統(tǒng)的研究，完善我國水安全領(lǐng)域的知識脈絡(luò)與結(jié)構(gòu)體系。隨著信息技術(shù)發(fā)展的加快，水安全領(lǐng)域需要實現(xiàn)與信息技術(shù)相融合，依托網(wǎng)絡(luò)技術(shù)完善相關(guān)的監(jiān)測和評價體系。