基于Citespace 的水庫運行管理研究知識圖譜分析

邵冬梅，劉彬俠，趙 欣

（1.陜西省江河水庫工作中心,陜西 西安 710018；2.西安理工大學,陜西 西安 710054）

0 引言

隨著我國經濟的高速發展,自然資源持續消耗,特別是水資源短缺現象日益加重,當前形勢下水利事業的地位顯得尤為重要[1]。水庫作為水利工程體系的重要組成部分,在供水、灌溉、發電、防洪和養殖等方面發揮著重要作用,保障水庫高效運行對調節當地水資源、推動各種經濟的發展和改善人們的生產生活都有著重要意義[2]。然而我國水庫數量龐大,且90%以上的水庫修建于20 世紀50～70 年代,經過幾十年的運行后普遍存在病險老化問題,嚴重影響水庫的正常高效運行。近年來,國家十分重視水庫運行管理,2019 年4 月18 日水利部印發《水利工程運行管理監督檢查辦法（試行）》,水庫運行管理工作也面臨著更高的要求和更多的挑戰[3]。如何確保水庫的安全運行,發揮工程的最大效益,提升水庫運行管理水平,是當前亟需解決的問題[4]。

本文通過收集國內水庫運行管理研究的相關文獻,運用Citespace 軟件,基于文獻計量方法,繪制該研究領域的知識圖譜,以可視化的形式分析總結目前我國水庫運行管理研究領域的相關進展與熱點,以期對未來水庫運行管理研究提供一定借鑒參考。

1 數據來源與研究方法

1.1 數據來源

為保證數據的全面性和準確性,本文以覆蓋最全的中國知網（CNKI）數據庫為樣本數據源,檢索時間為2022 年1 月29 日。選擇“高級檢索”類型,以“主題=水庫”AND“主題=運行管理”為檢索條件,檢索時間范圍為1990 年～2021 年,選擇文獻類型為期刊論文,檢索結果為1155 條。為確保數據的有效性,對檢索文獻進行整理和篩選,剔除報紙報道、會議通知、文件以及與水庫運行管理不相關的無效條目,最終得到有效樣本文獻675 篇,檢索文獻包含作者、機構、摘要、關鍵詞等信息,將以上文獻導入Citespace 軟件中進行處理并形成樣本數據庫。

1.2 研究方法

本文基于文獻計量學方法對水庫運行管理研究的現狀進行定量分析,Cistspace 是一款專門用于文獻數據挖掘的知識圖譜可視化工具,具有數據搜索、圖譜繪制等功能,為學者探索分析某一學科或領域的研究熱點及演進趨勢[5]。本文通過Citespace5.8.R3 分析工具,對CNKI 數據庫中檢索到的水庫運行管理相關的675 篇文獻進行作者機構分析、主題關鍵詞共現聚類分析以及時間線分析,得到該領域的主要研究作者、重要研究機構、研究熱點及研究演化路徑,繪制知識圖譜進行可視化展示并分析,探索水庫運行管理領域的現狀、熱點和趨勢。

2 文獻分布分析

2.1 發文量的時間分析

研究領域的發文量能夠反映該領域不同時間研究的分布情況。筆者根據CNKI 數據庫中導出的文獻數據,繪制1990 年～2021 年約三十年間我國水庫運行管理研究發文量的時間分布圖（見圖1）。從文獻總量來看,我國水庫運行管理發文數量穩步增加,特別是2006 年以后發文量明顯增加,說明水庫運行管理研究逐漸引起了國內學者的關注和重視；從發展階段來看,我國水庫運行管理研究大致可分為3 個階段。第一階段為緩慢發展階段（1990 年～2006 年）,自1990 年開始,水庫運行管理開始引起國內學者的關注,該階段論文發表數量較少,總計58 篇,發展速度十分緩慢,表明該領域的研究還處于萌芽狀態。第二階段為快速發展階段（2007 年～2015 年）,2006 年4 月水利部發布《關于加強水庫安全管理工作的通知》,引起全國各地對于水庫安全管理的重視,該階段研究成果大量增多,發文數量快速增加,水庫安全管理成為熱點研究話題。第三階段為平穩發展階段（2016 年～2021 年）,該階段研究成果雖有波動但相對穩定,學者對于水庫運行管理研究領域的探索也趨于全面。

圖1 1990 年～2021 年水庫運行管理研究領域發文數量

2.2 發文期刊分析

對發文期刊的分布情況進行分析,可以在一定程度上反映水庫運行管理研究領域的理論研究和實踐應用,因此選取水庫運行管理研究領域載文量≥10 的期刊,見表1。從期刊質量來看,《人民長江》載文量較多為13 篇,并且該期刊為為核心期刊,其余均為普通期刊。其中,《黑龍江水利科技》載文量最多為39 篇,《中國水利》載文量為25 篇。由此可以推斷,我國在該領域發文量較多,但核心期刊載文量較少,因此有關水行政主管部門及工程學會還需加強對水庫運行管理研究的重視,學者們在水庫運行管理領域同樣需要繼續深入研究,產出一些高水平論文,為該領域進一步發展作出學術貢獻。此外,水庫運行管理研究主要來源期刊的所在地有黑龍江、河南、陜西、山東等地,從一定程度上也可以反映出以上各地對于水庫運行管理的重視。

表1 水庫運行管理相關載文≥10 的期刊情況

3 知識圖譜可視化分析

3.1 作者和機構分析

利用Citespace 軟件對作者進行共現分析,將節點標簽閾值設置為2,得到圖2 的作者合作圖譜。在作者合作圖譜中,節點字體大小代表中心性,連接邊代表合作性。結果顯示,網絡節點數量為502,連線數量為202,網絡密度為0.016。其中,學者方衛華發文量為3 篇,是該研究領域發文量最多的作者,其余作者皆為2 篇,發文量總體偏低,說明國內學者在水庫運行管理領域還需開展進一步的研究。此外我國專注水庫運行管理研究的學者較為分散,部分作者之間有合作關系,但多為兩到三人之間的小規模合作,大多數作者都為獨立研究。其中,由史永勝、楊文濱等組成的科研團隊合作較為緊密,其次是以李天慶、曹晨華為主的團隊。根據數據顯示,所有作者的介中心性均為0,表明這些學者缺乏作為橋梁的中介能力,因此,從整個水庫運行管理研究領域來說,核心作者發文量還有待提高,作者之間的相互合作關系仍需加強。

圖2 水庫運行管理研究作者合作圖譜

同理,利用Citespace 軟件以發文機構為節點類型進行合作網絡分析,得到圖3 的機構合作圖譜,節點大小代表機構發文量的多少,節點之間的連線代表機構之間的合作情況。

圖3 水庫運行管理研究機構合作圖譜

從圖譜中可以看出,共有424 個節點,但僅有49 條連線,網絡密度為0.0005。結合前文中的作者合作圖譜分析,由于專注研究水庫運行管理相關問題的學者之間合作較少,集中度較低,所以在該研究領域內的發文機構彼此之間也缺少合作交流,多為獨立研究,聯系較差。在主要發文機構中,水利部大壩安全管理中心與南京水利科學研究院有較多合作關系。從主要機構的發文量看,新疆額爾齊斯河流域開發工程建設管理局發表文獻6 篇,該機構屬于政府機構,于2021 年被水利部評為“第九屆全國水利文明單位”,而水利部大壩安全管理中心和南京水利科學研究院的發文數量均為5 篇,表2 為發文量在3 篇以上的機構,可見在水庫運行管理研究領域,各機構均積極發表學術論文,取得了較為豐碩的學術成果。

表2 水庫運行管理研究主要機構

從發文機構的類型看,主要以科研院所、地方水利管理部門和水利企業為主,如南京水利科學研究院、甘肅省水利廳水利管理局等,表明科研機構憑借其優秀的科研能力為水庫運行管理研究作出了重大的學術貢獻,地方水利管理部門和水利企業也為提升其自身水庫運行管理能力及效益展開了一定的學術和技術研究。然而,高校作為科研機構的中堅力量,在水庫運行管理研究領域也應發揮引領作用,積極投身學術理論研究,增加發文量,為水庫運行管理工作實踐的開展提供理論支撐。從發文機構的區域看,南京、廣東、河南、浙江、北京乃至全國各地的機構都在積極開展水庫運行管理的研究,可見該領域已受到全國各地的廣泛關注與重視。

3.2 關鍵詞共現分析和聚類分析

關鍵詞能夠直觀地反映文章主題的詞語,將關鍵詞作為研究重點進行深入分析有助于明晰某一研究領域的熱點問題。本文根據已獲取文獻的關鍵詞,利用Citespace 軟件進行關鍵詞共現分析和聚類分析。設置時間跨度為1990 年～2021 年,時間切片設置為1,將節點類型設置為Keyword,裁剪方式選擇Pathfinder、Pruning sliced networks 和Pruning the merged network,其他選項均按照默認數值,運行軟件后將節點標簽閾值設置為8,關鍵詞共現圖譜見圖4。圖譜中每一個圓形節點均代表一個關鍵詞,圓形節點越大,表示該關鍵詞所出現的頻次越高,而節點間連線的粗細程度則表示關鍵詞之間共現頻率系數的高低。從圖譜中可以發現共生成481 個節點,678 條連線,網絡密度為0.0059,除了“運行管理、水庫、小型水庫、管理”等關鍵詞作為主要關注對象外,其他關鍵詞也代表了水庫運行管理研究的熱點話題,其中,除險加固、防洪調度、安全監測、安全評價、水庫大壩等都是水庫運行管理過程中需要重點關注的方面。

圖4 水庫運行管理研究關鍵詞共現圖譜

關鍵詞出現的頻次反映了該研究領域的熱點情況,而關鍵詞的中介中心性則反映了其控制的關鍵詞之間信息流的數量以及對整個網絡資源的控制程度,觀察圖譜可以發現,其中有些節點外圈呈紫色,則表示該關鍵詞具有較強的中介中心性,中介中心性大于0.10 的關鍵詞是具有高中介中心度的關鍵節點[6]。為了更直觀展示,對圖譜中的關鍵詞進行統計,按照關鍵詞的出現頻次對關鍵詞進行排名,得到頻次排名前20 位的高頻關鍵詞見表3。可以看出“運行管理、水庫、小型水庫、管理、大壩、除險加固、安全、水庫大壩、安全評價”等關鍵詞都具有較高的中介中心性,因此可將其作為水庫運行管理研究的切入點。

表3 水庫運行管理研究前20 個高頻關鍵詞

為了更深入了解水庫運行管理這一研究領域的知識框架,對該領域有更全面完整的認識,對關鍵詞進行聚類分析,見圖5。一般而言,模塊值（Q 值）和平均輪廓值（S 值）用來評估聚類圖譜的效果,Q 的取值區間是[0,1）,當Q ＞0.3,則認為聚類結構顯著；當S ＞0.5,則認為聚類是合理的,當S ≥0.7,則聚類是高效率令人信服的[7]。圖譜顯示Q=0.8572,S=0.9098,表明水庫運行管理研究關鍵詞聚類圖譜是高效可信的,通過聚類算法共得到64 個聚類,其中最主要的聚類包括：運行管理、小型水庫、安全監測、水庫、對策建議、管理、大壩運行、水庫安全、軟件、病險水庫,進一步展開聚類內容,見表4。根據對關鍵詞聚類表的分析,可以將現階段水庫運行管理領域的研究內容大致歸結為以下幾個方面：

表4 水庫運行管理研究關鍵詞聚類情況

圖5 水庫運行管理研究關鍵詞聚類圖譜

（1）小型水庫運行管理的研究。截至2020 年底,我國已修建水庫98112 座,其中小型水庫93390 座[8],占總數的95.19%,這些小型水庫數量大、分布廣,難以進行全面統一的管理,目前小型水庫在運行管理方面仍存在短板,亟需提高其管理水平,因此對小型水庫運行管理的研究是我國水庫運行管理工作的重要內容。

（2）水庫安全管理的研究。安全管理在水庫運行管理中發揮著難以替代的作用,水庫是否可以安全運行,將直接影響到群眾的生命安全以及財產安全。水庫安全管理內容主要包括安全監測、安全評價、檢查觀測、除險加固等,水庫安全問題將是水庫運行管理過程中始終關注的核心問題。

（3）水庫管理現代化的研究。我國水利事業正處于傳統水利向現代水利過渡的階段,水庫運行管理工作作為水利工作的重點內容,水庫管理現代化建設尤為必要。研究水庫管理現代化主要側重管理平臺和軟件建設、自動測報系統、水雨情監測、大壩安全監測自動化等,這也是今后研究的熱點內容。

3.3 關鍵詞時間線分析

Citespace 軟件提供的時間線圖譜能夠全面有效地將某一領域中關鍵詞聚類分布以及在歷史跨度上的變化進行直觀呈現,并將同一聚類內的文獻橫向排布在同一水平線上,側重于表達各聚類文獻之間相互聯系和相互影響的關系,對時間線圖譜進行分析是對該研究領域歷史興衰過往及現有熱點最直觀的體現。水庫運行管理研究時間線圖譜見圖6,通過解讀分析如下。

圖6 水庫運行管理研究關鍵詞時間線圖譜

（1）自2004 年起,水庫運行管理研究開始進入繁榮期,該時間段發文量開始增多,且聚類關鍵詞的延續性和時間跨度均較好。

（2）#6 大壩運行和#7 水庫安全是水庫運行管理最早關注的問題,其中水庫安全從1990 年出現延續至今,足以說明水庫安全對于運行管理的重要性。

（3）1996 年左右#0 運行管理、#1 小型水庫、#3 水庫和#5 管理等聚類開始出現,并出現了影響力較高的文獻,表明該聚類單元受到學者的重視。

（4）起步較晚的聚類有#4 對策建議和#9 病險水庫,說明隨著時間的推移水庫老化現象逐漸突出,針對病險水庫的對策研究也是值得學者深入研究的主題。

4 結論

通過統計1990 年～2021 年期間發表的水庫運行管理研究相關文獻并進行知識圖譜可視化分析,得出以下結論：

（1）近30 年來水庫運行管理研究不斷發展,論文數量持續增加,但發表的文獻多為地方區域性學術期刊。此外,通過研究統計地方期刊所刊發文獻的引用和查閱頻次普遍偏低,因此,學者應繼續深入研究以提高文獻的水平和影響力。

（2）研究學者應實地調研、走訪,真正做到理論聯系實際以提升自身科研能力。通過積極參加學術論壇、會議、研討等交流會,廣開學術渠道,摒棄地域限制,共同打造良好的科研平臺,為水庫運行管理研究領域的發展提供理論支撐。

（3）小水庫的運行管理和水庫安全問題將是水庫運行管理領域始終關注的熱點話題。隨著時間推移,水庫功能退化且病險頻發,水庫管理現代化、病險水庫處理和病險水庫報廢退役后利用,便將成為研究學者亟待解決和研究的問題。