飲用水源研究進(jìn)展

李洋 李霞

Research Progress of Drinking Water Sources

LI Yang LI Xia

摘要：飲用水源與城市供水的安全性和可靠性直接相關(guān)，對(duì)人類生存和發(fā)展至關(guān)重要。因此，系統(tǒng)、全面地梳理飲用水源相關(guān)文獻(xiàn)、深入探討其研究進(jìn)展，具有重要意義。文章基于文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)理論，借助VOSviewer等科學(xué)計(jì)量軟件，對(duì)1998-2018年間Science Citation Index-Expand核心數(shù)據(jù)庫(kù)中飲用水源的全部文獻(xiàn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，詳細(xì)闡述了該領(lǐng)域的研究進(jìn)展、研究力量及當(dāng)前熱門主題，并分析了天津市飲用水源于橋水庫(kù)的研究現(xiàn)狀及差距，為飲用水源的進(jìn)一步研究和保護(hù)提供理論依據(jù)與信息支撐。

Abstract： Drinking water sources are directly related to the safety and reliability of urban water supply， and are essential for human survival and development. Therefore， it is of great significance to systematically and comprehensively analyze the literature on drinking water sources and to explore the research progress in depth. Based on the theory of bibliometrics， this paper analyzed the publications from the core database of Science Citation Index-Expand between 1998 and 2018 with the help of scientific visualization software such as VOSviewer， and explained the research progress， research driving forces and current hot topics in this field， and analyzed the research status and gaps of Yu-qiao Reservoir， drinking water source in Tianjin， which will provide theoretical basis and information support for further research and protection of drinking water sources.

關(guān)鍵詞：飲用水源;研究進(jìn)展;于橋水庫(kù);文獻(xiàn)計(jì)量分析;Web of Science

Key words： drinking water sources;research progress;Yu-qiao Reservoir;bibliometric analysis;Web of Science

中圖分類號(hào)：TU991.2? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006-4311（2019）32-0284-05

0? 引言

飲水安全是保障人民群眾身體健康、促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)健康發(fā)展的最基本、最重要的條件之一，而水源地保護(hù)是確保飲水安全的首要任務(wù)。然而，由于城市化進(jìn)程的發(fā)展，飲用水水源地存在著諸多的污染問(wèn)題[1]，氣候變化帶來(lái)的不確定性風(fēng)險(xiǎn)更加劇了城市供水危機(jī)[2]。因此，飲用水源保護(hù)的深入研究引起國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。目前，由于我國(guó)飲用水水源地污染的嚴(yán)峻性與緊迫性，2018年4月3日，生態(tài)環(huán)境部召開(kāi)部黨組（擴(kuò)大）會(huì)議，傳達(dá)學(xué)習(xí)習(xí)近平總書記關(guān)于打好污染防治攻堅(jiān)戰(zhàn)的重要講話精神，將水源地保護(hù)列入七大標(biāo)志性的重大攻堅(jiān)戰(zhàn)役中。中央和各級(jí)地方政府高度重視，并相繼制定并發(fā)布了一系列相關(guān)的管理、規(guī)劃文件，大量研究人員也相繼開(kāi)展針對(duì)于飲用水水源地保護(hù)的研究。天津市也制定了針對(duì)于橋水庫(kù)等集中式飲用水水源地的環(huán)境保護(hù)專項(xiàng)行動(dòng)方案，以保障城市飲用水水質(zhì)安全。文獻(xiàn)計(jì)量分析是一種科學(xué)、客觀且非常有效的知識(shí)領(lǐng)域研究方法[3]，已被應(yīng)用于各種環(huán)境領(lǐng)域，如對(duì)濕地[4]、富營(yíng)養(yǎng)化[5]、沉積物[6]等問(wèn)題的研究，但還未應(yīng)用于飲用水源。為了能夠較為全面地了解國(guó)內(nèi)外飲用水源研究現(xiàn)狀及進(jìn)展，本文借助文獻(xiàn)計(jì)量分析及科學(xué)知識(shí)圖譜可視化的方法，總結(jié)了二十年來(lái)飲用水源研究的研究力量、研究進(jìn)展及當(dāng)前熱點(diǎn)話題。

1? 數(shù)據(jù)來(lái)源

本文的文獻(xiàn)數(shù)據(jù)基于Web of Science-Science Citation Index Expanded（SCI-E）核心數(shù)據(jù)庫(kù)，選取“drinking* water* source*”作為檢索詞，進(jìn)行主題檢索，獲取1998-2018年間飲用水源研究領(lǐng)域的所有文獻(xiàn)記錄。檢索時(shí)間為2019年9月18日，最終得到1644條文獻(xiàn)記錄。

2? 研究方法

文獻(xiàn)計(jì)量分析是基于數(shù)學(xué)和統(tǒng)計(jì)學(xué)理論，定量地分析某一知識(shí)領(lǐng)域的關(guān)鍵詞、研究作者、發(fā)文國(guó)家及機(jī)構(gòu)、發(fā)文期刊等，從而系統(tǒng)地梳理該領(lǐng)域的研究進(jìn)展情況，并預(yù)測(cè)可能的未來(lái)研究熱點(diǎn)[7]。此外，科學(xué)知識(shí)圖譜分析近年來(lái)也受到極大的歡迎，即，將數(shù)據(jù)可視化的技術(shù)手段應(yīng)用于對(duì)科學(xué)文獻(xiàn)的分析中，從而呈現(xiàn)出科學(xué)知識(shí)的結(jié)構(gòu)、規(guī)律和分布情況，并識(shí)別出科學(xué)發(fā)展的新趨勢(shì)和新動(dòng)態(tài)[8]。本文借助文獻(xiàn)計(jì)量分析及科學(xué)知識(shí)圖譜方法，梳理了SCI-E數(shù)據(jù)庫(kù)中20年來(lái)的飲用水源相關(guān)文獻(xiàn)，分析了該領(lǐng)域的研究進(jìn)展情況。

3? 結(jié)果分析

3.1 出版情況

為了概述飲用水源的研究進(jìn)展，我們將檢索到的1644篇相關(guān)文獻(xiàn)的年度出版數(shù)量及變化趨勢(shì)展示在圖1中。可以看出，年度文獻(xiàn)數(shù)量從1998年的14篇穩(wěn)步增長(zhǎng)到2018年的183篇，由此可以看出對(duì)于飲用水源的研究文章數(shù)量雖然較少，但卻正在變得愈發(fā)重要，在未來(lái)也將有更大的研究需求。全部出版物涉及多種文獻(xiàn)類型，其中，Article是最主要的文件類型，占92.03%（共1513條記錄），其次是Review和Proceedings Paper。全部文章涉及10種語(yǔ)言，其中1617篇文章（98.36%）以英文出版。

對(duì)于飲用水源的研究共涉及484個(gè)出版期刊，且各期刊發(fā)文量比例均不高，說(shuō)明該領(lǐng)域的研究論文在期刊分布方面相對(duì)分散。發(fā)表論文總數(shù)最多的15個(gè)期刊如圖2所示，其中“Water Research”共發(fā)表79篇文章，占總數(shù)的4.81%，居于第一位。其次是“Science of The Total Environment”（72篇，4.4%），這兩本期刊在該研究領(lǐng)域中占據(jù)重要地位。此外，通過(guò)節(jié)點(diǎn)顏色的深淺可以看出，“Water Research”和“Environmental Science & Technology”是較早開(kāi)始關(guān)注飲用水源研究的期刊。一些較晚才開(kāi)始關(guān)注飲用水源的期刊，如“Water”，也發(fā)展較快，近年來(lái)發(fā)文數(shù)量大幅增加。節(jié)點(diǎn)之間的連線粗細(xì)表明兩本期刊之間的引用強(qiáng)度。

3.2 研究領(lǐng)域

根據(jù)計(jì)量分析可得，1644篇相關(guān)文章共涉及102個(gè)學(xué)科類別，其中10個(gè)最具影響力的學(xué)科（TP>50）如圖3所示，其中“環(huán)境科學(xué)”是最重要的學(xué)科，共發(fā)表826篇論文，占總數(shù)的50.24%，不僅每年發(fā)表論文的數(shù)量一直高于其他學(xué)科，而且近年來(lái)文章數(shù)量增長(zhǎng)也最快。而“水資源”共發(fā)表427篇論文，占總數(shù)的25.97%，排位第二。飲用水源研究涉及環(huán)境科學(xué)、水資源、環(huán)境工程、公共環(huán)境和職業(yè)健康、微生物學(xué)、毒理學(xué)、土木工程、地球科學(xué)、化學(xué)工程、化學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域，表明對(duì)飲用水源的研究具有多學(xué)科交叉的性質(zhì)，這些學(xué)科是研究飲用水源領(lǐng)域的核心學(xué)科，而這些領(lǐng)域的學(xué)者、專家、研究人員也是飲用水源研究的重要力量。

3.3 研究力量

在統(tǒng)計(jì)范圍內(nèi)，剔除沒(méi)有作者地址信息的12篇論文，本文基于1632篇論文的作者信息進(jìn)行國(guó)家、機(jī)構(gòu)和作者的分析。其中，72.98%的論文是由單一國(guó)家或地區(qū)完成，說(shuō)明該領(lǐng)域國(guó)際間的合作開(kāi)展并不緊密，對(duì)于飲用水源研究的國(guó)際合作與交流還有很大的提升空間。

圖4揭示了各國(guó)的發(fā)文情況。其中，左圖是國(guó)家發(fā)文總數(shù)和合作率（該國(guó)合作發(fā)文總數(shù)/該國(guó)發(fā)文總數(shù)）的變化情況，可以看出，美國(guó)在飲用水源研究領(lǐng)域占據(jù)領(lǐng)先地位，有著總數(shù)最多的出版物。而中國(guó)是發(fā)文量增長(zhǎng)最快的國(guó)家，對(duì)于飲用水源的研究?jī)H次于美國(guó)，位居第二。從合作率上看，英國(guó)、德國(guó)、日本、澳大利亞、韓國(guó)等合作發(fā)文量較多，美國(guó)、中國(guó)的國(guó)際間合作發(fā)文率雖然在直線上升，但仍較低，表明美國(guó)、中國(guó)在飲用水源研究領(lǐng)域仍需進(jìn)一步加強(qiáng)國(guó)際交流。

而右圖是總發(fā)文量前10位的國(guó)家每年以第一作者國(guó)家參與發(fā)表論文的數(shù)量變化情況以及各國(guó)以第一作者國(guó)家發(fā)文數(shù)占該國(guó)發(fā)文總數(shù)的比率變化情況。可以看出，美國(guó)在第一時(shí)間階段里遙遙領(lǐng)先，占據(jù)主導(dǎo)地位，說(shuō)明美國(guó)是最早開(kāi)始關(guān)注飲用水源研究的國(guó)家，在接下來(lái)的兩個(gè)時(shí)間階段里，美國(guó)發(fā)文數(shù)量穩(wěn)步上升。而中國(guó)雖然起步較晚，但發(fā)文數(shù)量增長(zhǎng)非?？欤诘诙A段已位居第二，近年來(lái)甚至已超過(guò)美國(guó)，排位第一，這表明近些年中國(guó)對(duì)于飲用水源研究的關(guān)注度極大升高，也可看出中國(guó)對(duì)于飲用水源的研究有著很大的研究需求。

表1總結(jié)了美國(guó)和中國(guó)各自作為第一作者國(guó)家發(fā)表的文章的前25個(gè)高頻關(guān)鍵詞，可以看出，重金屬、消毒副產(chǎn)物、藍(lán)藻以及對(duì)人類健康的影響問(wèn)題是兩個(gè)國(guó)家都在關(guān)注的研究課題。此外，美國(guó)還尤其關(guān)注飲用水源水體的水化學(xué)過(guò)程的研究，而中國(guó)則對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化、N、P及非點(diǎn)源污染更感興趣。

圖5描述了飲用水源研究領(lǐng)域的國(guó)內(nèi)外重要研究機(jī)構(gòu)。從機(jī)構(gòu)的來(lái)源看，這些機(jī)構(gòu)主要來(lái)自于美國(guó)和中國(guó)。其中，中國(guó)科學(xué)院發(fā)表論文達(dá)99篇，占總發(fā)文量的6.07%，位居第一;美國(guó)環(huán)保局發(fā)表48篇，位居第二。根據(jù)計(jì)量結(jié)果，25%的論文來(lái)自單一機(jī)構(gòu)，75%的論文是由機(jī)構(gòu)間合作完成，表明在飲用水源研究領(lǐng)域的機(jī)構(gòu)間的合作與交流較為廣泛。而美國(guó)的研究機(jī)構(gòu)主要以政府部門（美國(guó)環(huán)保局、美國(guó)疾病控制預(yù)防中心、美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局、國(guó)家癌癥研究所）和公立研究型大學(xué)（伊利諾伊大學(xué)、密歇根大學(xué)、加利福尼亞大學(xué)、北卡羅萊納大學(xué)、亞利桑那州立大學(xué)、愛(ài)荷華大學(xué)、亞利桑那大學(xué)、科羅拉多大學(xué)）為主，中國(guó)則主要以擁有雄厚的教育資源和科研力量的教育類研究院（中國(guó)科學(xué)院、中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院）和高校（南京大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院大學(xué)、北京師范大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)、清華大學(xué)、浙江大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)）為主。

我們總結(jié)了我國(guó)在該領(lǐng)域研究?jī)?nèi)最重要的機(jī)構(gòu)的關(guān)鍵詞，發(fā)現(xiàn)各個(gè)機(jī)構(gòu)的研究關(guān)注點(diǎn)略有側(cè)重。中國(guó)科學(xué)院及中國(guó)科學(xué)院大學(xué)研究范圍較廣泛，包括有機(jī)氯農(nóng)藥、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、土地利用、磷、廢水處理、富營(yíng)養(yǎng)化、藍(lán)藻、葉綠素a等。而南京大學(xué)則主要針對(duì)于太湖進(jìn)行研究，最高頻的關(guān)鍵詞包括多環(huán)芳香族碳?xì)浠衔铩㈠缧窃囼?yàn)等。北京師范大學(xué)以密云水庫(kù)為主要研究對(duì)象，對(duì)水體中的重金屬問(wèn)題和水庫(kù)周邊土地利用變化似乎更感興趣。通過(guò)氯化、消毒副產(chǎn)物、臭氧化等詞，可看出同濟(jì)大學(xué)和清華大學(xué)對(duì)飲用水源的消毒問(wèn)題研究得更多。而浙江大學(xué)研究的高頻詞包括風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、沉積物、地理信息系統(tǒng)等。（圖6）

3.4 關(guān)鍵詞分析

借助VOSviewer軟件對(duì)飲用水源研究的重要關(guān)鍵詞進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析和可視化（圖7），每個(gè)節(jié)點(diǎn)代表一個(gè)關(guān)鍵詞，每種顏色代表一個(gè)聚類，而兩個(gè)關(guān)鍵詞之間的共現(xiàn)連接線表明了這兩個(gè)詞之間的相關(guān)性，連接線越粗，表明二者之間的相關(guān)性越強(qiáng)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，該研究的關(guān)鍵詞大體上被聚類成三個(gè)組別，說(shuō)明當(dāng)前該領(lǐng)域的研究主要有三個(gè)研究主題。第一聚類（綠色）主要是關(guān)于飲用水對(duì)人類健康的影響研究，包括“硝酸鹽”、“砷”、“地下水”、“污染”、“毒性”、“衛(wèi)生”“疾病”、“健康”、“流行病學(xué)”、“流行”、“兒童”及“風(fēng)險(xiǎn)”等詞，“美國(guó)”一詞也出現(xiàn)在這一聚類中，可見(jiàn)美國(guó)對(duì)飲用水的健康風(fēng)險(xiǎn)方面的研究更感興趣。第二聚類（藍(lán)色）則主要相關(guān)于河流、湖泊的水質(zhì)污染問(wèn)題，一方面是沉積問(wèn)題（重金屬、沉積物、土壤），另一方面是富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題?！爸袊?guó)”一詞出現(xiàn)在這一聚類中，說(shuō)明中國(guó)的水質(zhì)污染問(wèn)題比較嚴(yán)峻、且迫切需要被解決。此外，我們發(fā)現(xiàn)“氣候變化”一詞也出現(xiàn)在該聚類中，說(shuō)明氣候變化會(huì)影響水質(zhì)，尤其是湖泊的水質(zhì)，而且在氣候變化的影響下，更要加強(qiáng)對(duì)水質(zhì)的管理，這從“氣候變化”與“水質(zhì)”、“湖泊”、“管理”等詞的共現(xiàn)連接線便可看出。而正是水源污染的嚴(yán)峻性，加之氣候變化對(duì)其影響的深度不確定性，使得“風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估”變得十分重要。而第三聚類（紅色）則是關(guān)于水處理過(guò)程的研究，主要涉及三個(gè)方面，一是對(duì)大腸桿菌等細(xì)菌及藍(lán)藻的識(shí)別和去除的研究，二是對(duì)藥品、個(gè)人護(hù)理品的處理的探討，三是氯化過(guò)程及消毒副產(chǎn)物的潛在危害的討論。

3.5 天津市飲用水源地于橋水庫(kù)研究現(xiàn)狀分析

于橋水庫(kù)是天津市重要的飲用水源。對(duì)于橋水庫(kù)展開(kāi)研究的主要機(jī)構(gòu)包括天津大學(xué)（15篇研究論文）、中國(guó)科學(xué)院（11篇研究論文）及南開(kāi)大學(xué)（10篇研究論文）。具體來(lái)說(shuō)，天津大學(xué)對(duì)其的主要研究關(guān)注重點(diǎn)涉及消毒副產(chǎn)物的形成過(guò)程、大型植被的模擬和管理、總氮及總磷的模擬和預(yù)測(cè)等，此外，還對(duì)氣候變化對(duì)水質(zhì)的潛在影響很感興趣，主要是借助非參數(shù)回歸的方法探索氣候驅(qū)動(dòng)因素（如風(fēng)速、降雨量或太陽(yáng)輻射）對(duì)懸浮固體、總?cè)芙夤腆w、養(yǎng)分或氧氣含量的影響。中科院則更多地探索有關(guān)有害藍(lán)藻的研究、土地利用與氮濃度的關(guān)系，以及內(nèi)陸水域的遙感監(jiān)測(cè)過(guò)程。南開(kāi)大學(xué)的研究包括水庫(kù)潛在污染源的調(diào)查、消毒副產(chǎn)物前體的分析及諸如磷的控制方法、磷的外部來(lái)源、外源P和內(nèi)源P的相對(duì)貢獻(xiàn)等水體富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題的相關(guān)研究。圖8揭示了于橋水庫(kù)研究的高頻關(guān)鍵詞，也可看出，富營(yíng)養(yǎng)化相關(guān)問(wèn)題、鹵乙酸等消毒副產(chǎn)物問(wèn)題、水質(zhì)恢復(fù)研究、模型的進(jìn)一步優(yōu)化等都是近年來(lái)于橋水庫(kù)較熱門的研究話題。但對(duì)于橋水庫(kù)的研究?jī)?nèi)容中缺乏對(duì)人類健康風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)估，也鮮有對(duì)藥品、個(gè)人護(hù)理品等的研究。

4? 結(jié)語(yǔ)

本文借助文獻(xiàn)計(jì)量方法，基于科學(xué)知識(shí)圖譜及數(shù)學(xué)模型分析，借助Excel統(tǒng)計(jì)軟件、VOSviewer、Wordle等數(shù)據(jù)可視化軟件對(duì)SCI-E數(shù)據(jù)庫(kù)中1998-2018年間飲用水源研究的相關(guān)論文從論文的發(fā)表數(shù)量、期刊、領(lǐng)域、國(guó)家、機(jī)構(gòu)以及重要關(guān)鍵詞等方面進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析。結(jié)果表明，飲用水源相關(guān)文章年度發(fā)表數(shù)量穩(wěn)步上升，各國(guó)發(fā)文量均在增長(zhǎng)，其中美國(guó)發(fā)文量最多。中國(guó)科學(xué)院是發(fā)文量最多的研究機(jī)構(gòu)?！癢ater Research”是發(fā)文量最多的期刊，環(huán)境科學(xué)是該研究中最重要的學(xué)科領(lǐng)域。飲用水源研究目前的研究主題主要包括對(duì)人類健康風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)估、水質(zhì)污染管理及水處理過(guò)程的研究。對(duì)天津市飲用水源地于橋水庫(kù)的富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題和消毒副產(chǎn)物形成過(guò)程的研究較多，但缺乏對(duì)人類健康風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)估和對(duì)水體內(nèi)藥品、個(gè)人護(hù)理品等的研究。

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基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金（No.51178303）;天津高等學(xué)校創(chuàng)新研究團(tuán)隊(duì)培訓(xùn)項(xiàng)目（TD13-5021）;天津市危險(xiǎn)廢物安全處置與回收利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。

作者簡(jiǎn)介：李洋（1993-），女，回族，吉林長(zhǎng)春人，天津理工大學(xué)，碩士研究生，研究方向?yàn)榄h(huán)境污染控制與資源化;李霞（通訊作者）（1979-），女，山東煙臺(tái)人，天津理工大學(xué)，博士，副教授，研究方向?yàn)槭芪廴舅w修復(fù)與模擬。