基于CiteSpace的中國河流水質評價研究熱點和趨勢分析

馮浩乾 鄧欣 汪興中

摘 要：以CNKI數據庫中1980至2019年9月的487篇文獻為原始數據，基于文獻計量學分析方法，利用CiteSpace軟件探究中國河流水質評價研究現狀及趨勢。結果表明：中國河流水質評價研究的發文量總體呈上升趨勢，作者之間合作關系弱，綜合水質標識指數法、模糊綜合評價法、綜合污染指數法、主成分分析法等水質評價方法是中國河流水質評價的研究熱點，中國河流水質評價研究往改善水體黑臭狀況和進行水質監測研究方向發展。

關鍵詞：水質評價;文獻計量分析;可視化分析;研究熱點;中國河流

中圖分類號 X824文獻標識碼 A文章編號 1007-7731（2020）15-0150-04

Abstract：A total of 487 articles published in the CNKI databases from 1980 to September 2019 were analyzed using bibiometric analysis with Citespace software. The aim of the study was to make a knowledge map about Chinese river water quality assessment research to explore the research status and perspectivesin this area. The results showed that the number of papers published aboutChinese river water quality assessment research was on the growing stage;the cooperation between authors was weak;water quality assessment methods such as comprehensive water quality identification index， fuzzy comprehensive evaluation， comprehensive pollution index and principal component analysis were the hot spots of river water quality assessmentin China;the research trend of river water quality assessment in China was to develop the malodorous black water improvement and monitoring research which is beneficial to water quality management.

Key words：Water quality assessment;Bibliometric analysis;Visualized analysis;Research hotspot;Chinese river

河流能夠影響全球生物地化循環以及為人類提供眾多有價值的生態系統服務[1-3]。然而，河流容易受到人為活動的干擾，世界上超過1000km的河流中，只有37%的河流在其整個長度上保持自由流動[2]。全球65%的河流以及依靠河水維持的水生生境，已經受到人類活動的強烈威脅[4];河流水質的好壞對公眾健康非常重要，被認為是影響人畜健康狀態的主要因素[5]。因此，河流水質管理在全世界范圍都受到了重視[6]。綜合評價水環境質量，全面把握流域水環境污染特征是河流水質管理的重要基礎性工作[7]。只有采取合理的水質評價方法，才能真正了解河流水質狀況，從而滿足水環境管理和決策的需要[8]。因此，對河流水質評價研究進行綜述總結及梳理工作非常重要。

研究綜述可以幫助研究者了解和推動水質評價研究的發展，但是以閱讀文獻為主要方法的傳統綜述由于受到了綜述者自身觀念的影響而存在較大的局限性。文獻計量分析通過對文獻主題、關鍵詞和作者等信息進行計量，可以客觀反映綜述對象的發展脈絡，彌補傳統文獻綜述的不足，因而得到了廣泛的應用[9-11]。然而，目前國內針對河流水質評價方面的研究仍缺乏文獻計量分析。為此，本研究基于CNKI數據庫，對中國河流水質評價相關文獻進行全面梳理，旨在探索中國河流水質評價研究發文數量情況及趨勢，中國河流水質評價研究主要研究力量及合作情況以及中國河流水質評價目前研究熱點和發展趨勢。

1 數據來源與分析方法

1.1 數據來源 為保證原始數據全面準確且具有較高的解釋度、真實度和可信度，本研究以文獻數量最多、覆蓋最全的CNKI中國學術期刊（網絡版）為樣本數據源。同時，為了精確把握河流水質評價方向，提高文獻分析質量，選擇CNKI收錄期刊中的學術論文為數據來源。選擇“河流水質評價”為檢索詞，以“主題”為檢索途徑，檢索時間跨度為1980—2019年，共得500余篇文獻。通過對檢索結果反復檢查、整理，同時刪除會議通知、會議征稿、報紙報道、成果介紹等不相關條目，最終共得到有效樣本文獻487篇。每篇文獻包含作者、機構、關鍵詞、摘要、發表日期等信息。檢索時間為2019年9月15日。

1.2 數據分析方法 利用CiteSpace 5.5.R2軟件對文獻數據進行可視化分析，追蹤研究熱點和前沿。知識圖譜的網絡結構及聚類結果的清晰度用模塊值（ModularateQ）、輪廓值（MeanSilhouette）和密度值（Density）來表示。Modularity Q值越大，表示網絡得到的聚類越好，Modularity Q值>0.3就意味著得到的網絡社團結構是顯著的，MeanSilhouette在0～1，越接近于1，說明同一聚類的內部相似程度越大，Density值代表網絡整體密度，Density值越大，網絡整體密度越大[12]。

2 結果與分析

2.1 中國河流水質評價研究 由圖1可知，1980至2019年5月期間，中國河流水質評價研究論文數量總體呈上升趨勢。這與三峽地區水環境研究和生態風險研究發文趨勢相一致[9-10]。但在年平均發文量方面，中國河流水質評價研究比三峽地區水環境研究和生態風險研究低[9-10]。說明該領域的研究正處于起步階段，發展潛力十分巨大。從發文趨勢看，中國河流水質評價研究經歷了緩慢發展和階梯形增長2個階段。1980—2000年期間緩慢發展，表明該期間中國河流水質評價研究的熱度和受重視程度不高;2000—2018年期間中國河流水質評價研究的發文數量迅速增長，開始受到較多學者的關注。這可能與1999年12月在廣州召開的全國綜合評價技術研討會提出，要把水環境綜合評價方法的統一和改進問題作為目前需要重點解決的問題之一有關[13]。

2.2 中國河流水質評價研究作者合作情況 CiteSpace作者共現分析可以識別出一個研究領域的核心人物及研究人員之間的合作關系[14]。通過分析，網絡模塊化（Modularity）的評價指標Q=0.8094，網絡同質性平均值Mean Silhouette=0.3，說明圖譜網絡聚類較好，同質性不高，聚類結果合理，但是Density值僅為0.00306（圖2）。可見，目前中國河流水質評價研究仍缺乏較強的領軍人物和緊密的研究團隊。研究人員學術聯系較少，互相之間學術認可度較低，尚未形成廣泛的學術共識。目前學者之間目前這種分散的狀態，也是造成水質評價方法的基本概念和理論問題一直難以達成共識的原因之一。因此，加強河流水質評價研究的學術交流能夠有效地促進該領域的發展。從發文量看，主要作者的發文量都不高，王濤、李奇、廖杰、丁晶和袁偉等是其中較高發文作者（圖2），發文量皆為3篇。王濤和袁偉研究的主要是運用三角模糊數與集對分析耦合的方法構建河流水質評價模型，結合評價指標的主觀權重和客觀權重，利用最小相對熵原理確定評價指標的組合權重，從而探究更加合理的河流水質評價方法[15-16]。廖杰和丁晶的研究主要是探討Bayes公式在河流水質評價中的可能性[17]。李奇的研究主要是關于內梅洛污染指數法和水質標識指數法在宿州河流的評價[18]。可見，中國河流水質研究的關注點可能是尋找合適的評價方法。

2.3 中國河流水質評價方法研究 關鍵詞是一篇論文的核心觀點，是論文主題的高度概括，因此，對某一領域相關文獻關鍵詞的分析，有助于挖掘該領域的研究熱點[19]。研究結果表明，綜合水質標識指數法、模糊綜合評價、綜合污染指數、主成分分析和水質標識指數等水質評價方法為中國河流水質評價研究的熱點（表1、圖3）。綜合水質標識指數法是將大量的水質數據（比如氮磷含量）通過一定的方法轉化為單一的數值來代表水體的健康狀況[7]。模糊綜合評判法是采集影響水質的各主要因素，確定評價因子集、評價集、隸屬函數，然后通過計算各因素的權重和隸屬度，得到綜合隸屬度，確定水質級別[20]。綜合污染指數評價法是用水體各監測項目的監測結果與其評價標準之比作為該項目的污染分指數，然后通過各種數學手段將各項目的分指數綜合得到該水體的污染指數，作為水質評定尺度[21]。主成分分析方法是一種將多個指標轉化為少數幾個綜合指標的統計分析方法[22]。這幾種河流水質評價方法在中國河流水質評價中應用廣泛[23]。但是這幾種水質評價方法評價同一條河流的結果可能不一致。目前也沒有一個被大家公認通用的、具有可比性的水質評價數學模型，是對水環境進行科學管理的瓶頸[13]。因此，建立統一的水質評價標準可能是未來中國河流水質評價研究的方向之一。

關鍵詞時區演化圖可以反映中國河流水質評價研究的發展趨勢及其衍生關系，進而對未來的發展方向作出合理的預測（見圖3）。圖中節點大小代表關鍵詞出現頻率，節點間的連線代表其共現關系。研究結果顯示，中國河流水質評價研究早期關注河流水資源健康評價，對富營養化水體等進行評價，以保護河流水資源[24-26]。中期關注各種水質評價方法，水質評價處于一個比百家爭鳴的狀態，主流評價方法有綜合水質標識指數法，主成分分析法等，新興的評價方法有集對分析法，因子分析法等，學者們主要探討各種高級算法應用于水質評價方法的效果，并建立水質模型預測水質[27-30]。可見，通過建立數學模型研究河流水質評價是一種科學有效的方式，有利于得到水質評價方法的最優解。后期往管理水體黑臭狀況和進行水質監測研究方向發展，不僅形成水質監測體系能夠更好地進行水質評價，而且適合的水質評價方法為治理水體黑臭提供了方法[31-32]。

3 結論

（1）中國河流水質評價發文量總體呈上升趨勢，尤其在2000年后上升趨勢明顯，但發文數量仍明顯不足，未來期待更多研究者的投入與關注。

（2）中國河流水質評價發文作者合作關系弱且發文數量不高，發文量較高的作者較為關注水質評價方法研究。

（3）采用關鍵詞分析研究發現，“綜合水質標識指數法”“模糊綜合評價”“綜合污染指數”和“主成分分析”等是出現頻率最高的關鍵詞。當前，中國河流水質評價的研究熱點是對水質評價新方法的發明以及舊方法的改進，并且積極應用于不同水域、水體，試圖建立統一的水質評價標準，研究改善黑臭水體和水質監測方向發展。

參考文獻

[1]蔡慶華，唐濤，劉建康.河流生態學研究中的幾個熱點問題[J].應用生態學報，2003，14：1573-1577.

[2]GRILL，G，LEHNER，B，THIEME，M，et al.Mapping the world's free-flowing rivers[J].Nature，2019，569（7755）：215-221.

[3]PALMER，M，& RUHI，A.Linkages between flow regime，biota，and ecosystem processes：Implications for river restoration[J].Science，2019，365：DOI：10.1126/science.aaw2087.

[4]V?R?smarty CJ，MCIntyre PB，Gessner MO，et al.Global threats to human water security and river biodiversity[J].Nature，2010，467：555-561.

[5]KAZI T G，ARAIN M B，JAMALI M K，et al.Assessment of water quality of polluted lake using multivariate statistical techniques：A case study[J].Ecotoxicology and Environmental Safety，2009，72：301-309.

[6]OUYANG Y.Evaluation of river water quality monitoring stations by principal component analysis[J].Water Research，2005，39：2621-2635.

[7]徐祖信.我國河流綜合水質標識指數評價方法研究[J].同濟大學學報，2005，33（4）：482-488.

[8]陸衛軍，張濤.幾種河流水質評價方法的比較分析[J].環境科學與管理，2009，34（6）：174-176.

[9]郭勁松，陳海燕，李哲，等.三峽水庫水環境相關研究文獻計量分析與未來展望[J].湖泊科學，2018，30（5）：1177-1186.

[10]祝薇，向雪琴，候麗朋，等.基于Citespace軟件的生態風險知識圖譜分析[J].生態學報，2018，38（12）：4504-4515.

[11]ZHENG，C L，COTNER，J B，SATO，C，et al.Global development of the studies focused on antibiotics in aquatic systems from 1945 to 2017[J].Environmental Science and Pollution Research，2018，25（22）：22023-22034.

[12]丁陸彬，何思源，閔慶文.CiteSpace應用對生態學科meta分析相關文獻的計量學和可視化分析[J].生態學報，2019，39（24）：1-9.

[13]粱德華，蔣火華.河流水質綜合評價方法的統一和改進[J].中國環境監測，2002，18（2）：63-66.

[14]尹紅蘭.我國飲用水研究趨勢及熱點分析——基于CiteSpace的知識圖譜分析[J].中國衛生產業，2017，19：32-35.

[15]袁偉， 彭建.基于熵權的河流水質評價模糊集對分析模型[J].水利科技與經濟，2011，1：12-14.

[16]伊元榮，海米提·依米提，等.主成分分析法在城市河流水質評價中的應用[J].干旱區研究，2008，25（4）：487-501.

[17]李奇，張生，郭勇.宿州市主要河流污染的時空特征及水質評價[J].安徽工程大學學報，2015，2：42-47.

[18]廖杰，王文圣，丁晶.貝葉斯公式在河流水質綜合評價中的應用[J].四川師范大學學報（自然科學版），2007，4：519-522.

[19]曹文杰; 趙瑞瑩.國際農業面源污染研究演進與前沿——基于CiteSpace的量化分析[J].干旱區資源與環境，2019，7：1-9.

[20]孫靖南，鄒志紅，任廣平.模糊評價因子的熵權法賦權及其在水質評價中的應用[J].環境科學學報，2005，25（4）：552-556.

[21]蘭文輝，安海燕.環境水質評價方法的分析與探討[J].干旱環境監測，2002，12（3）：167-169.

[22]王曉鵬.河流水質綜合評價之主成分分析方法[J].數理統計與管理，2001，4：49-52，28.

[23]尹海龍，徐祖信.河流綜合水質評價方法比較研究[J].長江流域資源與環境，2008，17（5）：729-733.

[24]唐濤，蔡慶華，劉建康.河流生態系統健康及其評價[J].應用生態學報，2002，13（9）：1191-1194.

[25]趙彥偉，楊志峰.城市河流生態系統健康評價初探[J].水科學進展，2005，25（1）：120-124.

[26]董哲仁.河流健康的內涵[J].中國水利，2005，04：15-18.

[27]胡成，蘇丹.綜合水質標識指數法在渾河水質評價中的應用[J].生態環境學報，2011，20（1）：186-192.

[28]王曉鵬.河流水質綜合評價之主成分分析方法[J].數理統計與管理，2001，4：49-52，28.

[29]邱林，唐紅強，陳海濤，等.集對分析法在地下水水質評價中的應用[J].節水灌溉，2007，1：13-15.

[30]陳東景，馬安青，徐中民，等.因子分析法在水質評價中的應用[J].水文，2002，2（23）：29-31.

[31]李佳音，李偉芳，孟潔，等.天津市中心城區黑臭河流評價及判定標準[J].中國給水排水，2017，19：90-95.

[32]黃宏，商栩，梅琨，等.基于Monte Carlo模擬的河流水質評價——以溫瑞塘河為例[J].中國環境科學，2019，5：2210-2218.

（責編：張宏民）