我國(guó)水庫(kù)大壩安全評(píng)價(jià)研究綜述
——基于Citespace的知識(shí)圖譜分析

吳 偉 韓春苗

(1.黃河水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 開封 475004；2.小流域水利河南省高校工程技術(shù)研究中心，河南 開封 475004；3.北京市水文總站，北京 100089)

2011年中央一號(hào)文件首度聚焦水利建設(shè)，將水利提到國(guó)家安全層面。同時(shí)水利部提出力爭(zhēng)通過(guò)5～10年努力，到2020年基本建成水利保障和支撐經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需要的四大體系：防洪抗旱減災(zāi)體系、水資源合理配置和高效利用體系、水資源保護(hù)和河湖健康保障體系、水利科學(xué)發(fā)展的體制機(jī)制和制度體系。在這四大體系中，水庫(kù)大壩都發(fā)揮著重要的作用。2014年水利部印發(fā)《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)水庫(kù)大壩安全管理的意見》，就進(jìn)一步強(qiáng)化水利系統(tǒng)水庫(kù)大壩的安全管理，確保工程安全運(yùn)行工作做出部署安排，指出要定期開展大壩安全鑒定，及時(shí)掌握大壩安全狀況。

水庫(kù)大壩不僅是江河防洪工程體系的重要組成部分，也是調(diào)控水資源時(shí)空分布、優(yōu)化水資源配置的重要工程措施。為了保障水庫(kù)大壩的功能充分發(fā)揮，需要定期對(duì)其進(jìn)行安全評(píng)價(jià)和除險(xiǎn)加固。近年來(lái)，我國(guó)學(xué)者對(duì)水庫(kù)大壩安全評(píng)價(jià)進(jìn)行了大量研究。覃友中1996年分析了大壩安全評(píng)價(jià)涉及的主要外部因素和內(nèi)部因素，總結(jié)出我國(guó)大壩安全評(píng)價(jià)的現(xiàn)狀和安全評(píng)價(jià)的方式，提出了大壩安全診斷的新方法。王志軍2008年從大壩風(fēng)險(xiǎn)分析方法、水庫(kù)大壩防洪風(fēng)險(xiǎn)、潰壩模式、潰壩洪水、潰壩概率、潰壩后果等9個(gè)方面，綜述了國(guó)內(nèi)當(dāng)前開展大壩風(fēng)險(xiǎn)研究的進(jìn)展?fàn)顩r。袁坤等2013年基于國(guó)內(nèi)外水庫(kù)大壩安全評(píng)價(jià)和風(fēng)險(xiǎn)分析的研究現(xiàn)狀，分析了我國(guó)大壩安全評(píng)價(jià)中存在的問(wèn)題，提出了我國(guó)水庫(kù)大壩安全評(píng)價(jià)技術(shù)的發(fā)展方向。

以往的文獻(xiàn)綜述只針對(duì)研究對(duì)象的研究?jī)?nèi)容、研究方法進(jìn)行分類分析，而缺乏對(duì)時(shí)間、空間、機(jī)構(gòu)的綜合分析?？茖W(xué)知識(shí)圖譜分析是近年來(lái)被廣泛采用的文獻(xiàn)計(jì)量研究手段，能夠?qū)ξ墨I(xiàn)的產(chǎn)出時(shí)序、空間分布、合作機(jī)構(gòu)等進(jìn)行全方面分析，并能將其通過(guò)可視化手段進(jìn)行呈現(xiàn)。本文通過(guò)知識(shí)圖譜分析方法對(duì)我國(guó)水庫(kù)大壩安全評(píng)價(jià)研究的文獻(xiàn)進(jìn)行梳理、分析，發(fā)現(xiàn)水庫(kù)大壩安全評(píng)價(jià)的研究規(guī)律，為相關(guān)領(lǐng)域?qū)W者的研究提供參考。

1 研究方法與數(shù)據(jù)來(lái)源

CiteSpace是目前最為流行的科學(xué)知識(shí)圖譜繪制工具，是外籍學(xué)者陳超美教授基于Java語(yǔ)言開發(fā)的科學(xué)計(jì)量分析軟件，能夠用可視化的手段展示科學(xué)知識(shí)的發(fā)展進(jìn)程和結(jié)構(gòu)關(guān)系。

本次研究數(shù)據(jù)來(lái)源于CNKI(中國(guó)學(xué)術(shù)期刊網(wǎng)絡(luò)出版總庫(kù))，操作時(shí)間為2020年7月10日。本文在CNKI以“主題=(水庫(kù)+大壩+壩體)×(安全評(píng)價(jià))”為檢索式，時(shí)間范圍：全部時(shí)段；來(lái)源類別選擇“EI來(lái)源期刊、北大核心、CSCD”進(jìn)行檢索，通過(guò)對(duì)初步得到的文獻(xiàn)進(jìn)行篩選、剔除，共得到水庫(kù)大壩安全評(píng)價(jià)相關(guān)有效文獻(xiàn)194篇。

2 大壩安全評(píng)價(jià)研究的知識(shí)圖譜

2.1 來(lái)源期刊分布情況

選取大壩安全評(píng)價(jià)研究方面載文量超過(guò)5篇的主要期刊(見表1)可以發(fā)現(xiàn)，中國(guó)水力發(fā)電工程學(xué)會(huì)和華中科技大學(xué)主辦的《水電能源科學(xué)》在水庫(kù)大壩安全評(píng)價(jià)研究方面載文量最多，為19篇；其次是水利部主辦的《水利水電技術(shù)》，有18篇；再次是《水力發(fā)電》《人民長(zhǎng)江》《人民黃河》《水利學(xué)報(bào)》等期刊。此外還有一些未列出的期刊，如《天津大學(xué)學(xué)報(bào)》《巖土工程學(xué)報(bào)》《水資源與水工程學(xué)報(bào)》等也有相關(guān)文獻(xiàn)。以上數(shù)據(jù)可以說(shuō)明相關(guān)水行政主管部門及工程學(xué)會(huì)對(duì)大壩安全評(píng)價(jià)研究的重視。

表1 大壩安全評(píng)價(jià)研究載文量超過(guò)5篇的來(lái)源期刊

2.2 高被引文獻(xiàn)

對(duì)大壩安全評(píng)價(jià)領(lǐng)域經(jīng)典文獻(xiàn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，國(guó)內(nèi)學(xué)者發(fā)表的相關(guān)論文被引頻次呈現(xiàn)顯著的不均衡。被引超過(guò)40次的論文有六篇(見表2)，其中被引次數(shù)最高的有114次，是林皋和陳健云所作的《混凝土大壩的抗震安全評(píng)價(jià)》。表2中66.67%的文獻(xiàn)為大壩安全綜合評(píng)價(jià)方面的論文，說(shuō)明國(guó)內(nèi)學(xué)者非常重視采用不同的方法對(duì)大壩安全進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

表2 大壩安全評(píng)價(jià)研究中的高被引文獻(xiàn)

2.3 學(xué)者和研究機(jī)構(gòu)分析

2.3.1 研究者

根據(jù)發(fā)文量的多少衡量學(xué)者該方向的學(xué)術(shù)研究能力，以核心期刊為來(lái)源庫(kù)對(duì)相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行檢索。從表3可以看出，河海大學(xué)的沈振中發(fā)文6篇，中國(guó)水利水電科學(xué)研究院的趙劍明發(fā)文5篇，廣東水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院的劉亞蓮發(fā)文5篇，中國(guó)水利水電科學(xué)研究院的劉小生發(fā)文4篇，清華大學(xué)的金峰發(fā)文4篇。

表3 大壩安全評(píng)價(jià)研究核心期刊發(fā)文量排名前5的作者及其單位

利用Citespace軟件對(duì)作者進(jìn)行共現(xiàn)分析，得到圖1的作者合作圖譜。在作者合作網(wǎng)絡(luò)圖譜中，節(jié)點(diǎn)字體大小代表中心性，連接邊表示合作性。結(jié)果顯示，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)量為380，連線數(shù)量為442，網(wǎng)絡(luò)密度為0.0061。合作關(guān)系較為緊密的有以劉小生、趙劍明、楊玉生為中心，以李德玉為中心，以林皋為中心等的科研團(tuán)隊(duì)。

圖1 大壩安全評(píng)價(jià)研究作者合作圖譜

2.3.2 研究機(jī)構(gòu)

大壩安全評(píng)價(jià)研究機(jī)構(gòu)情況見表4，河海大學(xué)研究成果最多，為29篇。通過(guò)研究機(jī)構(gòu)合作圖譜(見圖2)可以看出，河海大學(xué)、南京水利科學(xué)研究院、中國(guó)水利水電科學(xué)研究院、武漢大學(xué)、大連理工大學(xué)相對(duì)較多。

圖2 大壩安全評(píng)價(jià)研究機(jī)構(gòu)合作圖譜

表4 大壩安全評(píng)價(jià)研究主要機(jī)構(gòu)

研究水庫(kù)大壩安全評(píng)價(jià)的機(jī)構(gòu)主要以水利院校和水利科學(xué)研究機(jī)構(gòu)為主，具體參與實(shí)施大壩安全評(píng)價(jià)的水庫(kù)管理機(jī)構(gòu)和主管部門發(fā)文量較少。不同院校、學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)的合作較少，大壩安全評(píng)價(jià)研究機(jī)構(gòu)之間的聯(lián)系還有待進(jìn)一步加強(qiáng)。

2.4 主題分析

通過(guò)關(guān)鍵詞出現(xiàn)的頻次和中心度大小，可以了解我國(guó)水庫(kù)大壩安全評(píng)價(jià)研究的主題。在194篇CNKI數(shù)據(jù)庫(kù)“EI來(lái)源期刊、北大核心、CSCD”樣本文獻(xiàn)中，出現(xiàn)頻次排序前20的關(guān)鍵詞見表5，主要有“大壩安全評(píng)價(jià)”“大壩”“土石壩”“大壩安全”“云模型”“層次分析法”等。除了“大壩安全評(píng)價(jià)”“大壩”這兩個(gè)關(guān)鍵詞之外，其他關(guān)鍵詞都代表了大壩安全評(píng)價(jià)研究的熱點(diǎn)話題。其中，“土石壩”“混凝土重力壩”“病險(xiǎn)水庫(kù)”“拱壩”“高拱壩”代表了大壩安全評(píng)價(jià)研究的熱點(diǎn)研究對(duì)象；“云模型”“層次分析法”“模糊數(shù)學(xué)”“有限元法”代表了大壩安全評(píng)價(jià)研究的熱點(diǎn)研究方法。“極限抗震能力”“抗震安全評(píng)價(jià)”“安全監(jiān)測(cè)”“指標(biāo)體系”代表了大壩安全評(píng)價(jià)研究的熱點(diǎn)研究?jī)?nèi)容。

表5 大壩安全評(píng)價(jià)研究領(lǐng)域關(guān)鍵詞頻次及中心度排序

2.5 研究熱點(diǎn)

研究熱點(diǎn)是某個(gè)研究領(lǐng)域的一組文章所共同聚焦的話題或主題，通常會(huì)在一定時(shí)間內(nèi)高頻出現(xiàn)并產(chǎn)生內(nèi)部鏈接關(guān)系。為考察水庫(kù)大壩安全評(píng)價(jià)研究熱點(diǎn)，筆者進(jìn)行了關(guān)鍵詞共現(xiàn)及聚類分析。在參數(shù)設(shè)置中，時(shí)間跨度設(shè)置為“1993—2020”，Years Per Slice(時(shí)間切片)設(shè)為1，在term source中選擇“Title”“Abstract”“Author Keywords”“Keywords plus”，Node Types選擇“Keyword”，閾值選擇默認(rèn)值，運(yùn)行CiteSpace之后得到圖3的水庫(kù)大壩安全評(píng)價(jià)研究關(guān)鍵詞共現(xiàn)圖譜。其中共包含401個(gè)節(jié)點(diǎn)，831條邊，網(wǎng)絡(luò)密度0.0104。關(guān)鍵詞在圖中用圓圈表示，圓圈越大，關(guān)鍵詞出現(xiàn)的頻次越高；關(guān)鍵詞字體越大，表示中心度越高，越趨向圖譜中心位置。進(jìn)一步，對(duì)關(guān)鍵詞進(jìn)行聚類分析得出的結(jié)果見圖4及表6，可以看出，知識(shí)圖譜以“大壩安全”為核心，向多個(gè)方向發(fā)散，主要包括土石壩、層次分析法、抗震安全評(píng)價(jià)、混凝土重力壩、云模型等。這些聚類體現(xiàn)了水庫(kù)大壩安全評(píng)價(jià)研究的熱點(diǎn)，近年來(lái)我國(guó)水庫(kù)大壩安全評(píng)價(jià)的研究熱點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

表6 大壩安全評(píng)價(jià)研究關(guān)鍵詞聚類標(biāo)簽及主要關(guān)鍵詞

圖3 大壩安全評(píng)價(jià)研究關(guān)鍵詞共現(xiàn)圖譜

圖4 大壩安全評(píng)價(jià)研究關(guān)鍵詞聚類圖譜

a.大壩安全評(píng)價(jià)體系研究。相關(guān)聚類有：0號(hào)綜合評(píng)價(jià)、2號(hào)混凝土重力壩、5號(hào)土石壩、6號(hào)指標(biāo)體系、9號(hào)模糊層次分析法、11號(hào)模糊綜合評(píng)價(jià)。大壩安全評(píng)價(jià)體系的研究主要包括根據(jù)《水庫(kù)大壩安全評(píng)價(jià)導(dǎo)則》(SL 258—2017)的評(píng)價(jià)內(nèi)容、方法和項(xiàng)目結(jié)合工程實(shí)際遴選評(píng)價(jià)指標(biāo)，然后根據(jù)各評(píng)價(jià)指標(biāo)的(相對(duì))重要性進(jìn)行排序、賦予權(quán)重，最后構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，并針對(duì)具體工程進(jìn)行安全評(píng)價(jià)應(yīng)用。層次分析法、熵權(quán)法、模糊數(shù)學(xué)、灰色系統(tǒng)理論以及云模型是這類研究中常用的方法。例如韓立煒、劉明凱(2020年)基于模糊最優(yōu)最劣(FBWM)法和灰色聚類法，構(gòu)建了土石壩安全評(píng)價(jià)模型，并在應(yīng)用中取得了可靠的評(píng)價(jià)結(jié)果。

b.抗震安全評(píng)價(jià)研究。相關(guān)聚類有：2號(hào)混凝土重力壩、3號(hào)地震、7號(hào)擬動(dòng)力法、8號(hào)非線性波動(dòng)分析、11號(hào)模糊綜合評(píng)價(jià)。主要是對(duì)地震動(dòng)、大壩-庫(kù)水-地基等周邊系統(tǒng)的動(dòng)力特性進(jìn)行研究。擬動(dòng)力法、非線性波動(dòng)分析、振型分解反應(yīng)譜法、三維有限元法是這類研究中常用的方法。例如李紅軍等(2018年)參考國(guó)際水電工程相關(guān)技術(shù)規(guī)范要求，采用擬動(dòng)力法(Newmark 滑塊位移法)對(duì)以色列 Kokhav Hayarden 抽水蓄能電站上、下庫(kù)壩坡進(jìn)行抗震安全復(fù)核，取得了可靠結(jié)論。

c.結(jié)構(gòu)安全評(píng)價(jià)研究。相關(guān)聚類有：1號(hào)抗滑穩(wěn)定、2號(hào)混凝土重力壩、5號(hào)土石壩、9號(hào)模糊層次分析法、11號(hào)模糊綜合評(píng)價(jià)。壩體抗滑穩(wěn)定研究是結(jié)構(gòu)安全評(píng)價(jià)研究比較主流的研究方向。常曉林等(2008年)采用非線性有限元法對(duì)亭子口重力壩復(fù)雜壩基進(jìn)行了深層抗滑穩(wěn)定分析，通過(guò)強(qiáng)度儲(chǔ)備系數(shù)法得到了壩體及壩基系統(tǒng)的漸進(jìn)破壞過(guò)程并搜索出了最危險(xiǎn)的滑移方式。

d.基于除險(xiǎn)加固和大壩安全管理對(duì)策的安全評(píng)價(jià)研究。相關(guān)聚類有：4號(hào)除險(xiǎn)加固、10號(hào)大壩安全管理。大壩安全評(píng)價(jià)的目的是為了做好水庫(kù)大壩的安全鑒定工作，根據(jù)安全綜合評(píng)價(jià)結(jié)論對(duì)大壩安全狀況進(jìn)行分類，對(duì)于評(píng)定為二類、三類的大壩，應(yīng)提出處置對(duì)策和加強(qiáng)管理的建議。例如方榮等(2011年)根據(jù)某大壩設(shè)計(jì)加固方案，采用有限元法對(duì)加固后的大壩結(jié)構(gòu)進(jìn)行變形和應(yīng)力計(jì)算，提出該類壩型結(jié)構(gòu)加固后的安全評(píng)價(jià)方法，為開展此類壩型除險(xiǎn)加固、運(yùn)行維護(hù)和安全按監(jiān)測(cè)提供了參考。

2.6 研究趨勢(shì)

在CiteSpace關(guān)鍵詞共現(xiàn)分析的基礎(chǔ)上，進(jìn)行關(guān)鍵詞時(shí)區(qū)分布可視化顯示，對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)節(jié)，得到大壩安全評(píng)價(jià)研究關(guān)鍵詞共現(xiàn)圖譜時(shí)區(qū)圖，(見圖5)?？梢钥闯?，1993—2008年間，大壩安全評(píng)價(jià)研究熱點(diǎn)較少，突出的有“安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)”“安全監(jiān)測(cè)”“綜合評(píng)價(jià)”“抗震安全”及“有限元法”；2009年開始，在安全評(píng)價(jià)內(nèi)容方面，“抗震安全評(píng)價(jià)”“地震動(dòng)參數(shù)”“極限抗震能力”“抗震措施”的研究較多，學(xué)者們也開始關(guān)注對(duì)“評(píng)價(jià)指標(biāo)”“指標(biāo)體系”的研究。在研究方法上，2009年集中出現(xiàn)了很多熱點(diǎn)，如“模糊綜合評(píng)價(jià)”“層次分析法”“psr模型”等，之后關(guān)注的方法有“模糊數(shù)學(xué)”“三維有限元法”，近年來(lái)活躍度較高的熱點(diǎn)有“云模型”“模糊層次分析法”“d-s證據(jù)理論”等。

圖5 大壩安全評(píng)價(jià)研究關(guān)鍵詞共現(xiàn)圖譜時(shí)區(qū)圖

3 結(jié) 論

a.大壩安全評(píng)價(jià)研究中，論文產(chǎn)出表現(xiàn)杰出的學(xué)者主要包括沈振中、趙劍明、劉亞蓮、劉小生、金峰等。在作者合作中，表現(xiàn)突出的作者主要包括劉小生、趙劍明、楊玉生、李德玉、林皋等，他們與網(wǎng)絡(luò)中作者建立了廣泛的合作關(guān)系。

b.大壩安全評(píng)價(jià)研究中，學(xué)者關(guān)注的熱點(diǎn)主要包括云模型、層次分析法、綜合評(píng)價(jià)、模糊數(shù)學(xué)、混凝土重力壩、除險(xiǎn)加固、極限抗震能力等方面，近期活躍的有云模型、模糊層次分析法、D-S證據(jù)理論等。

c.學(xué)者在國(guó)內(nèi)核心期刊發(fā)表的關(guān)于大壩安全評(píng)價(jià)研究論文形成了“大壩安全”“土石壩”“層次分析法”“抗震安全評(píng)價(jià)”“混凝土重力壩”“云模型”等聚類。產(chǎn)出的有影響力的論文主要分布在“抗震安全評(píng)價(jià)”“大壩安全評(píng)價(jià)體系”等聚類。