基于CiteSpace的喀斯特地區(qū)水資源研究可視化分析

陳思源 陸丹丹 程海梅

摘要：為探討中國喀斯特地區(qū)水資源研究的熱點與前沿，定量分析喀斯特地區(qū)水資源研究的主要研究力量及其時空演化特征，探索其發(fā)展趨勢，運用科技文本數(shù)據(jù)挖掘可視化網(wǎng)絡(luò)分析軟件CiteSpace對中國知網(wǎng)（CNKI）數(shù)據(jù)庫1991—2018年與喀斯特地區(qū)水資源研究相關(guān)的科技文獻進行定量分析，從研究時間、關(guān)鍵詞和中心度、主要研究作者和機構(gòu)等方面對結(jié)果進行可視化網(wǎng)絡(luò)表達。結(jié)果表明，中國近30年來喀斯特地區(qū)水資源研究科研論文數(shù)量隨著時間變化總體上呈現(xiàn)曲折上升趨勢，一直是學(xué)者們關(guān)注的熱點;巖溶地下水、石漠化、水資源承載力等是喀斯特地區(qū)水資源研究的熱點領(lǐng)域;蘇維詞、梁虹、梁彬等研究者是中國喀斯特地區(qū)的水資源研究領(lǐng)域作者網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建者與知識傳遞者;主要研究機構(gòu)包括中國地質(zhì)科學(xué)院巖溶地質(zhì)研究所、中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）等科研院所和高校，研究機構(gòu)間合作關(guān)系存在較強地域性。為此提出應(yīng)持續(xù)拓展喀斯特地區(qū)的水資源研究的外延與內(nèi)涵，順應(yīng)社會經(jīng)濟發(fā)展趨勢，尋求新的解決思路。

關(guān)鍵詞：喀斯特地區(qū);水資源;可視化;CiteSpace

中圖分類號：TV213.4? ? ? ? ?文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：0439-8114（2019）08-0145-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2019.08.034? ? ? ? ? ?開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：

Abstract： In order to explore the hotspots and frontiers of water resources research in China's Karst areas， quantitative analysis of the main research forces and temporal and spatial evolution characteristics of water resources research in Karst areas， and explore its development trend， the scientific text data mining visual network analysis software CiteSpace is used to quantitatively analyze the scientific literature related to water resources research in the Chinese Knowledge Network （CNKI） database from 1991 to 2018， the results are represented by visual network from the aspects of research time， keywords and centrality， major research authors and institutions. The results show that the number of research papers on water resources in Karst areas in China has shown a tortuous upward trend over time in the past 30 years， and it has always been a hot spot for scholars. Karst groundwater， rocky desertification， and water resources carrying capacity are the hotspots of water resources research in Karst areas. Su Wei-ci， Liang Hong， Liang Bin and other researchers are authors and knowledge transmitters of water resources research in China's Karst region. The main research institutions include the Institute of Karst Geology， Chinese Academy of Geological Sciences， the Chinese University of Geosciences （Wuhan） and other research institutes and universities. To this end， it is proposed to continue to expand the extension and connotation of water resources research in Karst areas， to comply with the trend of social and economic development， and to seek new solutions.

Key words： Karst area; water resources; visualization; CiteSpace

水資源是人類賴以生產(chǎn)生活的自然資源，中國西南喀斯特地區(qū)是西北干旱黃土高原區(qū)以外的另一個水資源問題突出的地區(qū)[1]。在以水資源為主要制約條件的廣大喀斯特地區(qū)，由于生態(tài)環(huán)境的脆弱性，加之經(jīng)濟飛速發(fā)展，水更成為維系人類社會和生態(tài)環(huán)境的紐帶。提高水資源利用程度，解決水資源供需矛盾，不僅關(guān)系到喀斯特地區(qū)經(jīng)濟社會的進步，也成為影響喀斯特地區(qū)社會經(jīng)濟發(fā)展的最大“瓶頸”。有關(guān)喀斯特地區(qū)的水資源研究日益被學(xué)者所重視，并形成了較多的研究成果[2]。已有研究采用不同的時空尺度和研究視角，豐富了水資源研究的理論和方法，但也存在兩個方面的問題：第一是多數(shù)研究從某一方面進行總結(jié)，缺少針對喀斯特地區(qū)水資源研究的總體把握;第二是研究方法多以定性描述為主，缺少對研究數(shù)據(jù)的定量分析。鑒于此，采用文獻計量可視化研究方法，對近30年來中國知網(wǎng)（CNKI）數(shù)據(jù)庫中收錄的喀斯特地區(qū)水資源文獻進行全面統(tǒng)計分析，運用知識網(wǎng)絡(luò)分析軟件CiteSpace繪制1991—2018年國內(nèi)針對喀斯特地區(qū)水資源研究的科學(xué)知識圖譜，定量展現(xiàn)相關(guān)研究的時空動態(tài)演化路徑，識別研究前沿，探索發(fā)展趨勢，以期為喀斯特地區(qū)水資源研究和學(xué)科發(fā)展提供科學(xué)支撐。

1? 研究設(shè)計

1.1? 數(shù)據(jù)獲取與處理

研究數(shù)據(jù)來源于中國知網(wǎng)（CNKI）數(shù)據(jù)庫的SCI、EI、CSSCI期刊和中文核心期刊。在CNKI數(shù)據(jù)庫主頁以“喀斯特或巖溶”+“水資源”為主題或者題名進行檢索，匹配中選擇“精確”，共收集到水資源并含喀斯特相關(guān)科學(xué)文獻361條。剔除含有商業(yè)廣告、紀(jì)念專稿和單位介紹等的文獻，得到354條有效記錄。每條記錄包含了論文標(biāo)題、關(guān)鍵詞、摘要、作者、出版年份等重要信息，檢索時間為2018年10月1日。在此基礎(chǔ)上采用CiteSpace自帶的數(shù)據(jù)Inport、Export功能對數(shù)據(jù)進行標(biāo)準(zhǔn)化處理，并采用Format Conversion模塊對數(shù)據(jù)進行格式轉(zhuǎn)換，得到研究所需的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1.2? 研究方法與思路

知識圖譜也被稱為知識領(lǐng)域映射地圖或知識可視化，是指通過可視化技術(shù)描述知識資源及其載體，挖掘、分析和顯示知識發(fā)展進程和結(jié)構(gòu)關(guān)系的一系列圖形化方法[2]。基于知識圖譜的科技引文挖掘主要技術(shù)包括兩部分，即科技文本數(shù)據(jù)的挖掘和挖掘結(jié)果的可視化表達?？萍嘉谋就诰虻闹R圖譜包括作者圖譜、研究機構(gòu)圖譜和關(guān)鍵詞圖譜等[3，4]。作者圖譜和研究機構(gòu)圖譜主要分析該領(lǐng)域的研究力量，關(guān)鍵詞圖譜主要用于學(xué)科的研究熱點和前沿趨勢分析。本研究主要采取知識圖譜的科技文獻可視化軟件CiteSpace對喀斯特地區(qū)水資源研究科技文獻進行作者、研究機構(gòu)以及關(guān)鍵詞圖譜的網(wǎng)絡(luò)化分析。

2? 結(jié)果與分析

2.1? 文獻刊發(fā)量的時間分布

從年度分布來看，主要期刊文獻數(shù)量經(jīng)歷了3個發(fā)展階段。第一階段為1991—2000年，共計刊發(fā)論文56篇，年均5.1篇，其中1999和2000年最少，分別僅2篇。在此期間發(fā)表的研究論文數(shù)量較少，研究還處在初步探索階段[5]。第二階段為2000—2008年的逐漸增長階段，共刊發(fā)論文121篇，年均達到20篇，刊發(fā)量總體呈逐漸增高趨勢，在2008年達到巔峰值，為30篇[6-8]。第三階段為2009—2018年的相對穩(wěn)定階段，共刊發(fā)論文157篇，年均刊發(fā)18篇，其中2014—2016年連續(xù)三年的年均發(fā)文量均為20篇，最低值出現(xiàn)在2013年，為13篇。究其原因，可能是2007年國家啟動全國流域綜合規(guī)劃修編工作，在此背景下喀斯特地區(qū)的水資源研究工作日益受到學(xué)者關(guān)注，眾多學(xué)者對水資源的探索和研究向深度和廣度拓展，研究成果大量涌現(xiàn)[9，10]。

2.2? 關(guān)鍵詞和中心度分析

選擇關(guān)鍵詞（Key words）為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，時間年限為1991—2018年，時間切片為2年，運行CiteSpace并對其進行最小二乘法修剪，根據(jù)規(guī)模值和模塊值調(diào)整閾值，聚類知識圖譜模塊值為0.822 9、規(guī)模值為0.733 7，知識圖譜的參數(shù)設(shè)置比較合理，得到關(guān)鍵詞網(wǎng)絡(luò)分析的知識圖譜數(shù)據(jù)庫。對關(guān)鍵詞進行詞頻和中間中心度分析，再結(jié)合施引文獻和被引文獻的相關(guān)信息，挖掘研究熱點、研究前沿及其演變等相關(guān)信息。高頻關(guān)鍵詞是指在所有文獻的關(guān)鍵詞中出現(xiàn)頻率較高的關(guān)鍵詞，高中心度則說明該點處于連接其他點的樞紐位置。部分關(guān)鍵詞詞頻和中心度及其出現(xiàn)的年份見表1。

對高頻關(guān)鍵詞、高中心度關(guān)鍵詞進行對比分析，得出喀斯特地區(qū)水資源研究領(lǐng)域的研究熱點。由表1可知，高頻關(guān)鍵詞和高中心度關(guān)鍵詞的前16位中有14個關(guān)鍵詞重合。巖溶地下水、石漠化、可持續(xù)發(fā)展、水資源承載力、水資源可持續(xù)利用、水資源評價等既是高頻關(guān)鍵詞，也是高中心度關(guān)鍵詞，具有很高的重合性，進一步驗證了這些領(lǐng)域是喀斯特地區(qū)水資源研究的熱點領(lǐng)域，關(guān)鍵詞聚類知識圖譜如圖2所示。結(jié)合研究實際，可以將這些熱點歸納為4個研究方向，即喀斯特地區(qū)水資源管理和利用基礎(chǔ)理論研究、水資源與社會經(jīng)濟發(fā)展的關(guān)系研究、水資源定量分析評價預(yù)測研究、水資源管理利用對策研究。

1）喀斯特地區(qū)水資源管理和利用基礎(chǔ)理論研究?？λ固氐貐^(qū)獨特地貌結(jié)構(gòu)，使其水資源自然屬性、社會經(jīng)濟屬性以及水資源利用和管理與其他地區(qū)存在巨大差異，其資源研究具有獨特的地域特色。針對喀斯特地區(qū)水資源研究的地域特征，圍繞可持續(xù)發(fā)展[11]、巖溶水開發(fā)[12，13]、生態(tài)環(huán)境脆弱性[14]、喀斯特流域特征[15]、石漠化等高頻關(guān)鍵詞和高中心度關(guān)鍵詞，建立并完善喀斯特地區(qū)水資源研究的研究框架、研究目標(biāo)、研究方法等體系[16]，分析喀斯特地區(qū)水資源研究中的自然屬性和社會經(jīng)濟屬性是基礎(chǔ)理論研究的主要方向?？λ固氐貐^(qū)水資源管理和利用的基礎(chǔ)理論研究，極大推動了喀斯特地區(qū)水資源研究的內(nèi)涵，豐富了研究的對象，為喀斯特地區(qū)水資源及其與社會經(jīng)濟發(fā)展的關(guān)系研究提供了堅實的理論基礎(chǔ)。

2）喀斯特地區(qū)水資源與社會經(jīng)濟發(fā)展的關(guān)系研究。2000年以前，因理論體系構(gòu)建尚不完善，加之關(guān)注程度不高，相關(guān)研究方向主要圍繞水生態(tài)足跡、可持續(xù)發(fā)展、供需平衡、地下水資源開發(fā)等高頻關(guān)鍵詞和高中心度關(guān)鍵詞，從水資源與社會經(jīng)濟發(fā)展的關(guān)系出發(fā)，側(cè)重于定性評價表征水資源與社會經(jīng)濟發(fā)展的相互關(guān)系。學(xué)者們較多地采用定性方法關(guān)注喀斯特地區(qū)水資源豐富程度、水資源時空變異性、水資源開發(fā)利用難度、社會經(jīng)濟發(fā)展水平與經(jīng)濟結(jié)構(gòu)、區(qū)域干旱等問題[17]。2000年以后，隨著計算機技術(shù)的迅速發(fā)展和研究方法的創(chuàng)新，定量分析、評價與預(yù)測等研究方法被廣泛使用。具體研究內(nèi)容包括了水資源條件對區(qū)域社會經(jīng)濟發(fā)展的支撐能力、承載力以及水資源與人口、經(jīng)濟規(guī)模之間的數(shù)量關(guān)系評價等[18]。

3）喀斯特地區(qū)水資源定量分析、預(yù)測與評價研究。水資源定量分析包括水資源供需預(yù)測、短缺評價與優(yōu)化配置等，其熱點研究方向為喀斯特地區(qū)需水預(yù)測、水資源承載力、缺水程度評價等。定量分析方法包括常因素分解模型[19]、熵權(quán)的模糊預(yù)測[20]、遙感定量監(jiān)測[21]和系統(tǒng)動力學(xué)[13]等。近年來由于支持向量機（Support vector machine，SVM）方法能夠較好地解決小樣本學(xué)習(xí)問題，采用統(tǒng)計學(xué)習(xí)理論和多智能體仿真及其改進型進行水資源評價和預(yù)測仿真，已經(jīng)成為國內(nèi)外機器學(xué)習(xí)在水資源研究領(lǐng)域的新熱點。定量分析方法的引入使傳統(tǒng)水資源短缺的研究融入了統(tǒng)計學(xué)新視角，水資源短缺研究逐步擺脫“現(xiàn)狀—原因—對策”傳統(tǒng)定性研究方法。

4）喀斯特地區(qū)水資源管理和利用對策研究。在對策研究中大多學(xué)者都能根據(jù)喀斯特地區(qū)水資源利用和保護特殊性提出有針對性的建議，如孔蘭等[22]提出根治喀斯特地區(qū)缺水的最治本措施是利用生物措施改善環(huán)境，主要包括植樹造林、草地建設(shè)等，增加土地的蓄水能力，提高水資源的可利用量;單海平等[15]提出依靠科技進步，通過工程與非工程措施的有效組合對巖溶水資源進行合理配置;吳士章等[23]強調(diào)加強生態(tài)、經(jīng)濟雙優(yōu)耦合系統(tǒng)建設(shè)，采取“一主極、兩統(tǒng)一、三增加、四代替、五并舉”的行動方略，使其生態(tài)、經(jīng)濟、水利三重優(yōu)化組合系統(tǒng)性;蘇維詞[24]強調(diào)按照流域綜合規(guī)劃，因地制宜加快地表水和地下水的合理開發(fā)利用，以地表水、蓄水、骨干工程為主進行水源優(yōu)化組合。

2.3? 主要作者與研究機構(gòu)分析

運行CiteSpace軟件并選擇作者（Author）為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，對研究數(shù)據(jù)采用最小生成樹法進行修剪，時間片段為2年，得到作者合作知識圖譜[2]，如圖3所示。圖3中節(jié)點的大?。ㄗ煮w大?。┍硎咀髡甙l(fā)文數(shù)量的多少，節(jié)點的顏色深淺變化表示作者發(fā)文時間的更替，節(jié)點與節(jié)點之間的連線（粗細(xì)）代表了作者間發(fā)文合作情況和合作關(guān)系的強弱[25]。從節(jié)點之間的連線上看，該網(wǎng)絡(luò)的連接密度為0.072 3，連接密度一般，即網(wǎng)絡(luò)里面的連線數(shù)量和網(wǎng)絡(luò)關(guān)系一般，作者之間的合作關(guān)系處于中等狀態(tài)。

作者頻次出現(xiàn)情況見表2。從發(fā)文數(shù)量看，蘇維詞、梁虹、梁彬等的研究成果較為豐碩[12，24，26];作者頻次分析表明，早期的研究學(xué)者主要包括朱學(xué)愚、袁道先、錢家忠等，近期主要研究者包括楊振華、張鳳太、陳洪松等。關(guān)注領(lǐng)域包括喀斯特地區(qū)水資源的可持續(xù)利用、水資源承載力、巖溶水資源、生態(tài)脆弱性、水資源管理制度和水資源優(yōu)化配置等[12，27-32]。

運行CiteSpace并選擇機構(gòu)（Institution）為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，時間年限為1992—2018年，時間切片為2年并選擇最小生成樹修剪，得到研究機構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)合作圖譜（圖4）。從圖4可以看出，對喀斯特地區(qū)水資源進行研究的機構(gòu)多為高校及巖溶和喀斯特研究機構(gòu)，主要包括中國地質(zhì)科學(xué)院巖溶地質(zhì)研究所、中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）、貴州大學(xué)、南京大學(xué)、貴州科學(xué)院、中山大學(xué)、貴州省水文水資源局、中國科學(xué)院地球化學(xué)研究所、西南大學(xué)等。中國地質(zhì)科學(xué)院巖溶地質(zhì)研究所等科研院所與其他高校和院所之間的合作比較明顯。

3? 小結(jié)與討論

采用CNKI數(shù)據(jù)庫的SCI、EI、CSSCI期刊和中文核心期刊，在CiteSpace軟件支持下對中國近期針對喀斯特地區(qū)水資源的研究趨勢、主要研究力量、研究熱點及前沿進行可視化分析，并繪制科學(xué)知識聯(lián)系的網(wǎng)絡(luò)圖譜，得出如下研究結(jié)論。第一，20世紀(jì)90年代以來，中國喀斯特地區(qū)水資源研究相關(guān)科研論文數(shù)量隨著時間變化總體上呈現(xiàn)曲折上升趨勢，一直是學(xué)者們關(guān)注的熱點。第二，關(guān)鍵詞詞頻和中心度分析表明，巖溶地下水、石漠化、水資源承載力、水資源可持續(xù)利用、水資源評價等既是高頻關(guān)鍵詞，也是高中心度關(guān)鍵詞，具有很高的重合性，是喀斯特地區(qū)水資源研究的熱點領(lǐng)域。熱點領(lǐng)域的演變過程受到宏觀政策和水資源研究縱深發(fā)展的雙重影響，時代特征明顯。第三，從研究作者和機構(gòu)分布看，蘇維詞、梁虹、梁彬等研究者是中國水資源研究領(lǐng)域的主要網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建者與知識傳遞者。喀斯特地區(qū)水資源研究的主要機構(gòu)集中于高校和科研院所，如中國地質(zhì)科學(xué)院巖溶地質(zhì)研究所等，機構(gòu)間的合作關(guān)系存在較強地域性。

基于以上結(jié)論，提出喀斯特地區(qū)水資源研究未來的拓展方向。①由于喀斯特地區(qū)水資源自然屬性和社會經(jīng)濟屬性的綜合性，未來的研究應(yīng)加強新方法應(yīng)用，利用大數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，結(jié)合遙感和地理信息系統(tǒng)進行深化，提高對喀斯特地區(qū)水資源復(fù)合“自然—社會、經(jīng)濟”系統(tǒng)的動態(tài)仿真和模擬，提高綜合定量分析與評價、預(yù)測能力。②喀斯特地區(qū)基本是貧困山區(qū)，水資源的管理和研究應(yīng)當(dāng)與區(qū)域社會經(jīng)濟發(fā)展，特別是喀斯特連片特困區(qū)脫貧致富相結(jié)合，除了要關(guān)注當(dāng)?shù)氐乃Y源自然環(huán)境外，還要關(guān)注喀斯特地區(qū)脫貧致富和與社會經(jīng)濟發(fā)展問題。

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收稿日期：2018-10-10

基金項目：國家自然科學(xué)基金項目（41461110）;經(jīng)濟與管理國家級實驗教學(xué)中心（廣西財經(jīng)學(xué)院）開放課題項目

作者簡介：陳思源（1972-），男，安徽無為人，教授，博士，主要從事資源與環(huán)境管理研究，（電話）0771-3820655（電子信箱）103204601@qq.com;通信作者，陸丹丹（1980-），女，廣西南寧人，副教授，博士，（電話）0771-2513116（電子信箱）thecsy@126.com。