基于 CiteSpace 的中美雨洪管理研究進(jìn)展比較

任 婕，田康寧（華東建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司， 上海 200011）

雨洪管理是指包含規(guī)劃、設(shè)計(jì)、工程和管理等多階段的雨水系統(tǒng)化管理方式，對解決各類城市水問題具有重要意義。我國雨洪管理研究始于 20 世紀(jì)末，2013年 12 月，習(xí)近平總書記在中央城鎮(zhèn)化工作會議上強(qiáng)調(diào)“建設(shè)自然積存、自然滲透、自然凈化的海綿城市”后，作為我國現(xiàn)代雨洪管理的代名詞，海綿城市開始受到相關(guān)專業(yè)學(xué)者的廣泛關(guān)注。

美國作為最早開始探索雨洪管理的國家之一，其相關(guān)研究成果對我國雨洪管理研究產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。近年來，雖然我國雨洪管理研究的數(shù)量已位于國際前列，但研究的影響力還與以美國為代表的發(fā)達(dá)國家存在一定的差距。為深入對比中、美兩國雨洪管理領(lǐng)域研究的差異，運(yùn)用 CiteSpace軟件（文獻(xiàn)計(jì)量工具），以中、美兩國收錄于 WOS （Web of Science，科學(xué)引文索引）核心數(shù)據(jù)庫和 CNKI （China National Knowledge Infrastructure，中國知網(wǎng)）數(shù)據(jù)庫中雨洪管理領(lǐng)域的文章為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，對比研究兩國雨洪管理研究的進(jìn)展和特征，以期為我國未來雨洪管理的研究和實(shí)踐工作提供啟示。

1 方法與數(shù)據(jù)

1.1 研究方法

本研究使用的軟件版本為 CiteSpace 5.6.R 3，選擇時間切片為 1 a。術(shù)語來源提取自標(biāo)題、摘要、關(guān)鍵詞和標(biāo)識符，分析節(jié)點(diǎn)類型包括研究機(jī)構(gòu)和關(guān)鍵詞，每個切片中選擇被引頻次最高的 50 個詞作為分析依據(jù)。研究圖譜采用尋徑算法，對單個時間切片和復(fù)合時間切片進(jìn)行裁剪。

1.2 數(shù)據(jù)來源

文獻(xiàn)檢索于 2020年 5 月 16 日，檢索時間為全部年份，其他檢索條件如表1 所示。最終，獲得美國學(xué)者收錄在WOS 核心數(shù)據(jù)庫中的文章 1 894 篇，中國學(xué)者收錄在 WOS核心和 CNKI 數(shù)據(jù)庫中的文章 588 篇和 1 210 篇。

表1 文獻(xiàn)檢索條件

2 中美雨洪管理研究基本特征

2.1 歷年文獻(xiàn)發(fā)表數(shù)量

中美兩國雨洪管理領(lǐng)域文獻(xiàn)發(fā)表數(shù)量如圖1 所示。由圖1 可知，我國開展雨洪管理研究的時間明顯滯后于美國，但近期有逐漸趕超的趨勢。美國雨洪管理研究可分為起步（1975～1992年）、慢速發(fā)展（1993～2005年）和快速發(fā)展（2005年至今）3 個階段，時間上大致與美國 3 大雨洪管理理念—最佳管理措施（1972年）、低影響開發(fā)（1990年）和綠色基礎(chǔ)設(shè)施（進(jìn)入 21 世紀(jì)后）提出的時間相對應(yīng)。我國雨洪管理領(lǐng)域的首篇論文發(fā)表于 1992年，2008年前后在發(fā)達(dá)國家雨洪管理思想的影響下，我國學(xué)者開始引薦國際經(jīng)驗(yàn)解決城市水問題[1]。2015年起，我國學(xué)者的發(fā)文數(shù)量都較上一階段有了顯著增加，這與國家層面提出海綿城市建設(shè)相呼應(yīng)，說明海綿城市建設(shè)理念提出后，學(xué)者們對雨洪管理研究的熱情高漲。2017年，我國學(xué)者在 WOS核心數(shù)據(jù)庫中的年發(fā)文數(shù)首次超過美國，表明近年來我國雨洪管理領(lǐng)域呈現(xiàn)出比美國更加強(qiáng)勁的發(fā)展趨勢。

圖1 中美兩國雨洪管理領(lǐng)域文獻(xiàn)發(fā)表數(shù)量對比

2.2 研究機(jī)構(gòu)發(fā)文數(shù)量

從研究機(jī)構(gòu)發(fā)文數(shù)量來看，以高校為代表的科研院所是中、美兩國開展雨洪管理研究的主力軍。值得注意的是，美國 2 個政府部門—美國環(huán)保局（US EPA，106 篇）和美國地質(zhì)調(diào)查局（US Geo Survey，44 篇）在雨洪管理研究中表現(xiàn)出很高的參與度，發(fā)文量分列第 1 和第 5 位。在中國，除高校和科研院所外，一些從事城市雨洪規(guī)劃的設(shè)計(jì)院也是雨洪管理研究的骨干力量，這與我國大力推進(jìn)海綿城市建設(shè)的政策背景以及設(shè)計(jì)研究院“產(chǎn)研結(jié)合”的工作特性有關(guān)。

3 中美雨洪管理研究進(jìn)展比較

3.1 美國研究熱點(diǎn)演進(jìn)趨勢

美國雨洪管理研究熱點(diǎn)關(guān)鍵詞演進(jìn)時區(qū)統(tǒng)計(jì)如表2 所示。由表2 可知，1991～2003年，美國的熱點(diǎn)關(guān)鍵詞主要有面源污染（Nonpoint Source Pollution）、水質(zhì)（Quality）、污染去除（Pollution Removal）、修復(fù)（Restoration）等，說明通過削減徑流面源污染，改善河流水質(zhì)、修復(fù)水生態(tài)環(huán)境是這一時期的研究重點(diǎn)[2]。重點(diǎn)關(guān)注的水質(zhì)指標(biāo)包括氮（Nitrogen）、磷（Phosphorus）營養(yǎng)元素，以及重金屬（Heavy Metal）、沉積物（Sediment）等。經(jīng)過了一段時間的工程實(shí)踐后，最佳管理措施（Best Management Practices, BMP）于 1999年開始成為美國雨洪管理研究的熱點(diǎn)關(guān)鍵詞。結(jié)合閱讀文獻(xiàn)可知，濕地（Wetland）、人工濕地（Constructed Wetland）、生物滯留設(shè)施（Bioretention）等的常見 BMP設(shè)施的污染控制原理及效果、設(shè)計(jì)及運(yùn)行維護(hù)方法和相關(guān)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)總結(jié)等是這一時期研究的熱點(diǎn)內(nèi)容。

表2 美國雨洪管理研究熱點(diǎn)關(guān)鍵詞演進(jìn)時區(qū)統(tǒng)計(jì)（WOS 核心數(shù)據(jù)庫）

2004～2010年，美國每年出現(xiàn)的熱點(diǎn)關(guān)鍵詞數(shù)量明顯增多，這一時期研究主題的變化可歸納為 3 個方面。

（1）雨洪管理精細(xì)化。關(guān)鍵詞績效（Performance）、影響（Impact）的出現(xiàn)說明學(xué)者們開始關(guān)注雨洪管理措施的效率及其影響因素，以及雨洪管理措施對水文過程的影響。與此同時，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，各類水文水質(zhì)模型（Model）逐漸成為雨洪管理措施績效評估和水文效應(yīng)研究的重要工具。

（2）雨洪管理新理念。以低影響開發(fā)（Low Impact Development，LID）和綠色基礎(chǔ)設(shè)施（Green Infrastructure，GI）為代表的新興雨洪管理理念在這一時期相繼成為熱點(diǎn)關(guān)鍵詞。相比 BMP，LID 更注重采取綠色屋頂（Green Roof）、透水鋪裝（Permeable Pavement）和雨水花園（Rain Garden）等小尺度的源頭控制措施來控制雨水徑流[3]。但 GI 則旨在通過跨尺度的雨洪管理措施在城市中建立起生態(tài)化的 GI 網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)而達(dá)到保護(hù)水生態(tài)環(huán)境的目的。

（3）雨洪管理的“韌性”。氣候變化（Climate Change）等熱點(diǎn)關(guān)鍵詞的出現(xiàn)說明隨著可持續(xù)發(fā)展（Sustainability）理念日益深入人心，學(xué)者們開始關(guān)注雨洪管理措施對極端降雨天氣條件的適應(yīng)性，以提高雨洪系統(tǒng)的韌性[4]。

由圖1 可知，2010年以后，美國雨洪管理相關(guān)研究數(shù)量仍然在不斷增加，但新出現(xiàn)的熱點(diǎn)關(guān)鍵詞明顯減少，共現(xiàn)頻次 ＞ 10 的關(guān)鍵詞僅有基礎(chǔ)設(shè)施（Infrastructure）、不確定性（Uncertainty）和框架（Framework），說明相關(guān)研究進(jìn)入了對上一階段涌現(xiàn)出的研究熱點(diǎn)的深入挖掘階段。

3.2 中國研究熱點(diǎn)演進(jìn)趨勢

中國雨洪管理研究熱點(diǎn)關(guān)鍵詞演進(jìn)時區(qū)統(tǒng)計(jì)如表3 所示。對比表2 和表3，不難看出我國的熱點(diǎn)關(guān)鍵詞明顯少于美國，側(cè)面反映出我國雨洪管理研究的深度和廣度與美國還存在一定的差距。我國第一個雨洪管理研究熱點(diǎn)關(guān)鍵詞出現(xiàn)于 2006年（CNKI 數(shù)據(jù)庫），說明此前開展的研究與后續(xù)研究主題的關(guān)聯(lián)性相對較弱。結(jié)合文獻(xiàn)調(diào)研和對熱點(diǎn)關(guān)鍵詞演進(jìn)規(guī)律的分析，可以發(fā)現(xiàn)，我國早期雨洪管理相關(guān)研究以雨水資源化利用為核心，之后逐漸轉(zhuǎn)向?qū)搅魉|(zhì)（Water Quality）改善和城市內(nèi)澇（Urban Flooding）控制的研究。不同于美國以水質(zhì)控制為主要目標(biāo)，我國雨洪管理表現(xiàn)出水質(zhì)和水量控制并重的特征。這主要是因?yàn)槊绹诖笠?guī)模開展雨洪管理研究前，已經(jīng)通過雨污分流、場地滯留等措施實(shí)現(xiàn)了雨洪水量控制和有組織排放。反觀我國，進(jìn)入 21 世紀(jì)后，城市化進(jìn)程快速推進(jìn)，加之城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)相對薄弱，使得各類水環(huán)境問題在短時間內(nèi)集中爆發(fā)。值得注意的是，在中國學(xué)者的研究中頻繁出現(xiàn) BMP、LID、GI 等關(guān)鍵詞，說明中國雨洪管理研究深受美國影響。

3.3 中美雨洪管理研究對比及啟示

綜合上述分析來看，我國雨洪管理研究存在以下特點(diǎn)。

（1）不同于美國的“漸進(jìn)式”發(fā)展模式，我國雨洪管理研究顯示出“復(fù)合式”發(fā)展特征，具體表現(xiàn)為一些在美國學(xué)者文獻(xiàn)中出現(xiàn)較晚的詞，如績效（Performance）、影響（Impact）、模擬（Simulation）等在我國探索雨洪管理研究的初期階段就已經(jīng)出現(xiàn)，美國研究者建立的水文水質(zhì)模型，如（SWMM，Storm Water Management Model，暴雨洪水管理模型）等在我國相關(guān)研究中應(yīng)用廣泛[5-6]，說明我國在研究之初就借鑒了國外的先進(jìn)雨洪管理研究經(jīng)驗(yàn)和方法，在相關(guān)研究領(lǐng)域擁有一定的后發(fā)優(yōu)勢。

（2）政策驅(qū)動性和工程實(shí)踐性特征顯著。BMP、LID及 GI 的理念在美國提出后都經(jīng)歷了較長時間才開始成為學(xué)術(shù)界的研究熱點(diǎn)，而自海綿城市（Sponge City）提出后，我國以海綿城市為關(guān)鍵詞的文章就開始大量涌現(xiàn)。研究內(nèi)容上，美國學(xué)者更加重視基礎(chǔ)性研究。技術(shù)層面上，積累了大量不同尺度下雨洪管理設(shè)施徑流和污染控制效果的實(shí)驗(yàn)和實(shí)測研究數(shù)據(jù)，并在此基礎(chǔ)上建立了計(jì)算機(jī)模擬模型。管理層面上，研究和總結(jié)了雨洪管理實(shí)踐過程中的運(yùn)維管理方法、激勵措施等。我國學(xué)者的研究內(nèi)容大多從海綿城市建設(shè)中發(fā)現(xiàn)的問題著手，如設(shè)計(jì)目標(biāo)合理確定、設(shè)計(jì)方案優(yōu)化比選、規(guī)劃設(shè)計(jì)方法研究等，相關(guān)研究的系統(tǒng)性和全面性有待進(jìn)一步加強(qiáng)。

結(jié)合我國雨洪管理研究的特點(diǎn)，進(jìn)一步推動相關(guān)研究的深入發(fā)展，未來應(yīng)注意以下 2 點(diǎn)。

（1）發(fā)揮后發(fā)優(yōu)勢，促進(jìn)雨洪管理全面發(fā)展。工程措施和非工程措施是雨洪管理的有機(jī)組成部分。然而，以前我國學(xué)者研究的重點(diǎn)集中在建設(shè)層面的工程措施上，對管理層面的運(yùn)行維護(hù)、激勵機(jī)制、公共參與等內(nèi)容的研究還相對欠缺。在未來的研究中，我國應(yīng)充分發(fā)揮后發(fā)優(yōu)勢，積極學(xué)習(xí)發(fā)達(dá)國家在非工程措施方面的研究和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，逐步建立起適用于我國的雨洪管理非工程措施體系，促進(jìn)我國雨洪管理研究的全面發(fā)展。

（2）利用政策利好，積極開展“本土化”雨洪管理研究。目前，我國海綿城市建設(shè)已進(jìn)入“后試點(diǎn)”時代，各省市都對建設(shè)類項(xiàng)目提出了開展海綿城市建設(shè)的相關(guān)要求。但是，在快速城市化建設(shè)的背景下，我國雨洪管理工作需要面對許多“本土化”挑戰(zhàn)，例如水質(zhì)水量、城市建設(shè)密度高、雨水排放設(shè)施落后等方面。因此，在“后試點(diǎn)”時期，我國要牢牢把握這一時期的大量工程實(shí)踐機(jī)會，結(jié)合不同地區(qū)、不同類型項(xiàng)目的實(shí)際特征開展有針對性的、適應(yīng)性的雨洪管理研究，在現(xiàn)有技術(shù)體系的基礎(chǔ)上積極開展技術(shù)創(chuàng)新，切實(shí)解決我國雨洪管理中的難題。

4 結(jié) 語

運(yùn)用 CiteSpace 軟件，梳理和對比中、美兩國雨洪管理研究進(jìn)展，進(jìn)而總結(jié)兩國相關(guān)研究的差異。從研究基本特征來看，我國開展雨洪管理研究的時間明顯滯后于美國，近期在國家層面大力推進(jìn)海綿城市建設(shè)的背景下，我國相關(guān)領(lǐng)域呈現(xiàn)出比美國更加強(qiáng)勁的發(fā)展趨勢。從研究內(nèi)容來看，不同于美國以水質(zhì)控制為主要目標(biāo)，我國雨洪管理表現(xiàn)出水質(zhì)和水量控制并重的特征，這主要與我國城市化進(jìn)程快速推進(jìn)，以及各類城市水問題集中爆發(fā)有關(guān)。我國在研究之初就借鑒了國外的先進(jìn)雨洪管理研究經(jīng)驗(yàn)和方法，擁有一定的后發(fā)優(yōu)勢，但這類研究表現(xiàn)出明顯的政策驅(qū)動性和工程實(shí)踐性特征，深度和廣度與美國仍存在較大的差距。在我國未來的研究中，一方面，應(yīng)充分發(fā)揮后發(fā)優(yōu)勢，系統(tǒng)學(xué)習(xí)發(fā)達(dá)國家雨洪管理經(jīng)驗(yàn)，在完善工程措施體系的同時，逐步建立起適用于我國的非工程措施體系，促進(jìn)我國雨洪管理研究的全面發(fā)展；另一方面，要把握好海綿城市“后試點(diǎn)”時期的政策利好，利用大量工程實(shí)踐機(jī)會積極開展技術(shù)創(chuàng)新，切實(shí)解決我國雨洪管理研究中面臨的“本土化”挑戰(zhàn)。