基于CiteSpace分析中國城市雨水利用的發(fā)展趨勢(shì)

韋新東,馮 霞

(吉林建筑大學(xué) 市政與環(huán)境工程學(xué)院,吉林 長春 130118)

近年來,城市內(nèi)澇在多個(gè)城市發(fā)生、水資源短缺的問題日益嚴(yán)重,在這種情況下,城市雨水資源的合理利用顯得尤為重要[1].雨水利用能夠幫助我們更好地管控用水,并為環(huán)境可持續(xù)發(fā)展帶來好處.應(yīng)當(dāng)積極推動(dòng)海綿城市的建設(shè),以實(shí)現(xiàn)對(duì)雨水的全面、系統(tǒng)、有序的利用,從而實(shí)現(xiàn)其在經(jīng)濟(jì)、社會(huì)及環(huán)境上的共贏,為實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展提供強(qiáng)勁動(dòng)力.過去10年,雨水利用的概念和實(shí)踐受到了越來越多的重視.為了更好地了解這一現(xiàn)象,本文使用CiteSpace這一文獻(xiàn)分析軟件,整合了中國知網(wǎng)中重要的相關(guān)論文,并從中總結(jié)了雨水利用的發(fā)展歷史,綜述當(dāng)下對(duì)于雨水的利用情況和最新發(fā)展動(dòng)態(tài),以期更好地了解這一課題,并為今后的發(fā)展做好準(zhǔn)備.

1 數(shù)據(jù)來源和研究方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

選擇中國知網(wǎng)的文獻(xiàn)分析我國城市雨水利用研究概況.CiteSpace,也被稱為“引文空間”,主要用于研究文獻(xiàn)的相似性,近年來,CiteSpace的技術(shù)發(fā)展迅速,除了原有應(yīng)用外,也支持探索各種信息的相似性,比如研究人員、研究組織、研究領(lǐng)域的聯(lián)系以及跨領(lǐng)域的交流[2].

1.2 研究方法

本文利用CiteSpace軟件對(duì)論文發(fā)表數(shù)量、出版機(jī)構(gòu)、文獻(xiàn)來源、核心作者群體、研究熱點(diǎn)和未來趨勢(shì)進(jìn)行了分析.為了全面了解海綿城市領(lǐng)域雨水利用研究的最新進(jìn)展和趨勢(shì),搜索步驟如下:檢索時(shí)間設(shè)置為2013.03.01—2023.03.01,以“雨水利用”為主題,“海綿城市”為高級(jí)檢索的檢索標(biāo)準(zhǔn),共獲得754篇文獻(xiàn),進(jìn)一步篩除相關(guān)的新聞報(bào)道、期刊封面和會(huì)議征文,排除重復(fù)研究,最終得到有效文獻(xiàn)718篇 (2023年3月檢索).

2 結(jié)果和分析

2.1 雨水利用領(lǐng)域研究特點(diǎn)

2.1.1 發(fā)表論文數(shù)量分析

通過對(duì)多年來出版物數(shù)量的統(tǒng)計(jì),可以深入了解該領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì).這些數(shù)據(jù)評(píng)估了一個(gè)重要的指標(biāo),即學(xué)術(shù)研究的受歡迎程度隨著時(shí)間的推移而變化的情況.從表1可以看出,雨水利用的論文數(shù)量并非呈持續(xù)上升趨勢(shì),2012年4月“海綿城市”的概念被首次提出.隨后,該概念被進(jìn)一步強(qiáng)調(diào):在建設(shè)海綿城市、提升城市排水系統(tǒng)時(shí)要優(yōu)先考慮把有限的雨水留下來,通過海綿城市建設(shè),科學(xué)、合理、高效地利用城市雨水資源,充分發(fā)揮雨水資源的利用效益是我國生態(tài)文明建設(shè)的一項(xiàng)重要任務(wù)[3].住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部發(fā)布了《海綿城市建設(shè)技術(shù)指南——低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)構(gòu)建(試行)》[4],明確了海綿城市的定義:海綿城市,是指城市能夠像海綿一樣,在適應(yīng)環(huán)境變化和應(yīng)對(duì)自然災(zāi)害等方面具有良好的“彈性”,下雨時(shí)吸水、蓄水、滲水、凈水,需要時(shí)將蓄存的水“釋放”并加以利用.自此,在海綿城市建設(shè)的背景下,雨水利用領(lǐng)域的相關(guān)文獻(xiàn)開始出現(xiàn).自2014年以來,雨水利用領(lǐng)域發(fā)表論文的產(chǎn)量呈快速增長趨勢(shì),表明雨水利用的研究在國內(nèi)越來越重要.2016—2018年,相關(guān)文獻(xiàn)數(shù)量激增,年均發(fā)表數(shù)量超過150篇.

表1 2014—2023年雨水利用文獻(xiàn)的年度分布

隨著海綿城市概念的推廣,越來越多的研究人員致力于深入研究和剖析國際上關(guān)于雨洪管理的理論體系、發(fā)展歷程以及實(shí)際應(yīng)用效果,以尋找適合中國本土化的雨水利用體系[5].這些研究不僅涉及對(duì)雨水資源的開發(fā)、應(yīng)用、監(jiān)管和優(yōu)化,還包括對(duì)管理模式進(jìn)行改革、提高公眾參與度、完善績效考核機(jī)制等方面的建議,從而使得關(guān)于雨水利用的研究更為全面、系統(tǒng).自2019年起,中國現(xiàn)代雨洪管理技術(shù)的進(jìn)步,使得有關(guān)雨水利用的研究出現(xiàn)了減少的態(tài)勢(shì).

雨水利用是實(shí)現(xiàn)水資源可持續(xù)發(fā)展的一條重要途徑,我國政府推出海綿城市項(xiàng)目時(shí)設(shè)定了一個(gè)目標(biāo),即到2030年吸收70%的雨水以滿足全國80%的城市用水需求.但雨水資源理論在實(shí)踐應(yīng)用上還存在較大差距,這一領(lǐng)域?qū)⒁恢笔墙窈笱芯康臒狳c(diǎn).

2.1.2 主要的雨水利用科研機(jī)構(gòu)分析

通過CiteSpace的“Institution”節(jié)點(diǎn)的分析,可以清晰地展現(xiàn)出研究領(lǐng)域內(nèi)研究群體的地域分布,從而更好地理解他們之間的合作關(guān)系.圖1展示了各個(gè)節(jié)點(diǎn)及其之間的連線,節(jié)點(diǎn)的大小表示研究機(jī)構(gòu)對(duì)文章數(shù)量的貢獻(xiàn),連線則表示機(jī)構(gòu)之間的合作關(guān)系.在這些研究機(jī)構(gòu)中,有兩類主要關(guān)注雨水利用的理論和技術(shù),一類是建筑類高校,另一類是規(guī)劃設(shè)計(jì)單位.這些機(jī)構(gòu)都在努力探索雨水利用的實(shí)際應(yīng)用,以科學(xué)的方法和規(guī)劃為指導(dǎo),充分利用城市的雨水,以達(dá)到節(jié)約、安全、高效的目的.西安建筑大學(xué)、沈陽建筑大學(xué)、天津大學(xué)、重慶大學(xué)等高校是發(fā)文量最高的研究機(jī)構(gòu).然而,盡管建筑類高校發(fā)文量高,但彼此間的聯(lián)系并不緊密,這表明高校研究群體大多缺乏橫向溝通與合作,不利于當(dāng)前環(huán)境下的知識(shí)流動(dòng)與共享.以北京市水科學(xué)技術(shù)研究院為核心聚集的設(shè)計(jì)單位和研究院合作最為緊密.未來,雨水利用的發(fā)展需要更多機(jī)構(gòu)的廣泛參與,以實(shí)現(xiàn)整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈、學(xué)術(shù)鏈和研究鏈的創(chuàng)新.

圖1 機(jī)構(gòu)合作網(wǎng)絡(luò)圖

2.1.3 主要高產(chǎn)作者分析

在文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)研究中,作者的定量分析不僅能發(fā)現(xiàn)并分析雨水利用這一研究領(lǐng)域最具代表性的學(xué)者,還能反映出作者在該領(lǐng)域的學(xué)術(shù)聯(lián)系.通過“Author”節(jié)點(diǎn)運(yùn)行可以得到作者之間合作關(guān)系的網(wǎng)絡(luò)圖,如圖2所示,連線表示作者之間存在合作關(guān)系,節(jié)點(diǎn)的大小與作者的文章數(shù)量貢獻(xiàn)相對(duì)應(yīng).主要作者發(fā)表的期刊在這一研究領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用,是衡量研究社區(qū)形成的重要基礎(chǔ).為了分析研究領(lǐng)域內(nèi)的核心作者,根據(jù)Price平方根定律,核心作者中生產(chǎn)力最低的作者的發(fā)文數(shù)量應(yīng)等于最具影響力的作者的出版物數(shù)量的平方根的0.749倍.公式如下:

圖2 作者合作網(wǎng)絡(luò)圖

其中:M是確定核心作者的最小論文數(shù)量;NMAX是作者發(fā)表論文數(shù)量最多的文件數(shù)量.

發(fā)表頻率最高的核心作者是方濤,已經(jīng)發(fā)表了4篇論文.確定發(fā)文數(shù)量超過2篇的作者為核心作者.其中,方濤、張偉、白雪、徐振強(qiáng)、張書函、劉翠、馮峰、關(guān)卓今具有較高影響力.

2.2 研究熱點(diǎn)與研究趨勢(shì)分析

通過聚類分析關(guān)鍵詞,本文旨在深化關(guān)鍵詞之間的共現(xiàn)關(guān)系,并計(jì)算出一組更密切相關(guān)的關(guān)鍵詞.這些關(guān)鍵詞將形成包含多個(gè)詞的主題聚類,從而進(jìn)一步研究雨水利用領(lǐng)域的主題結(jié)構(gòu).

2.2.1 研究熱點(diǎn)和知識(shí)演進(jìn)

為了進(jìn)一步探討在海綿城市的背景下有關(guān)雨水利用研究的熱點(diǎn),對(duì)關(guān)鍵詞進(jìn)行聚類.其中ModularityQ=0.527 9,表明聚類結(jié)果顯著;Weighted Mean SilhouetteS=0.918 1,該值是用來衡量網(wǎng)絡(luò)同質(zhì)性的指標(biāo),越接近1,反映網(wǎng)絡(luò)的同質(zhì)性越高.本文選取熱度最高的前9個(gè)關(guān)鍵詞進(jìn)行分析聚類,如圖3所示.

圖3 雨水利用關(guān)鍵詞聚類

從具體與宏觀兩方面看待雨水利用,將有關(guān)雨水利用熱度最高的9個(gè)關(guān)鍵詞分為兩部分.第一類具體的雨水利用關(guān)鍵詞包括#2雨洪管理、#5城市內(nèi)澇、#6雨水收集、#8雨水控制,這部分具體的雨水利用可概括為雨洪管理的技術(shù)與方法.第二類宏觀的雨水利用關(guān)鍵詞包括#0海綿城市、#1雨水利用、#3雨水、#4雨水花園、#7雨水資源.它們可以概括為基于雨水資源的諸多利用途徑.

由圖3所示,聚類效果非常顯著.第一項(xiàng)聚類為海綿城市,通過該聚類的“Note Details”了解到該聚類下更詳細(xì)的關(guān)聯(lián)詞.海綿城市的聚類下主要包括的“Neighboring Nodes”有效益分析、發(fā)展前景、展望、地理國情、生態(tài)建設(shè)、生態(tài)景觀、生態(tài)服務(wù).表明在海綿城市的推進(jìn)過程中,國內(nèi)學(xué)者更熱衷于討論海綿城市實(shí)施以后的具體效益,評(píng)估其生態(tài)價(jià)值,對(duì)其發(fā)展前景進(jìn)行展望[6].第二項(xiàng)聚類為雨水利用.第三項(xiàng)聚類為雨洪管理,該聚類下討論的內(nèi)容主要有專門立法、雨洪調(diào)蓄、內(nèi)澇控制、地下水庫、下墊面、規(guī)劃設(shè)計(jì)、再生資源等.這些內(nèi)容主要分為三個(gè)方面:第一,有關(guān)雨水利用的政策法規(guī).近年來,隨著一系列有助于雨水調(diào)蓄利用的政策的出臺(tái),雨洪管理體系的建設(shè)取得了顯著的成果[7].第二方面是有關(guān)雨水利用的技術(shù)發(fā)展.在海綿城市建設(shè)中通常以雨水花園、下沉綠地、滲渠等組成雨水收集回用系統(tǒng),并廣泛應(yīng)用于建筑小區(qū)與道路廣場(chǎng)等地[8].第三方面是指雨水利用的可持續(xù)發(fā)展.回顧國內(nèi)雨水利用的發(fā)展歷程,可以將其劃分為三個(gè)階段:早期階段,重點(diǎn)主要放在水的安全性上;中期階段,重點(diǎn)轉(zhuǎn)向水的環(huán)境質(zhì)量;后期階段,重點(diǎn)聚焦于水的生態(tài)性和生物多樣性,以及水的資源可持續(xù)性.這些變化反映出人們對(duì)雨水的價(jià)值觀念的不斷轉(zhuǎn)變.

通過使用時(shí)區(qū)視圖,可以研究雨水利用的時(shí)間變化情況,并發(fā)現(xiàn)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)之間的結(jié)構(gòu)關(guān)系.這有助于探究它的熱點(diǎn)演進(jìn)特征.例如,圖4顯示,國內(nèi)雨水利用研究的維度正在不斷擴(kuò)展,關(guān)注點(diǎn)也越來越多樣化.通過使用時(shí)區(qū)圖譜,可以將這些熱點(diǎn)演變過程大致劃分為兩個(gè)方面:

圖4 雨水利用研究關(guān)鍵詞共現(xiàn)時(shí)序

(1)自《海綿城市建設(shè)技術(shù)指南——低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)構(gòu)建(試行)》的發(fā)布明確了海綿城市的定義以后,有關(guān)海綿城市背景下雨水利用的研究開始激增,高漲的熱度一直持續(xù)到2017年.2017年至今,穩(wěn)定保持高頻率的討論.在整個(gè)階段的前期,雨水利用相關(guān)途徑的技術(shù)成為了研究的焦點(diǎn),例如雨水花園等海綿設(shè)施受到了廣泛的討論.相關(guān)學(xué)者開始重點(diǎn)關(guān)注國外雨水利用技術(shù)與國內(nèi)海綿城市建設(shè)之間的聯(lián)系,并從多個(gè)角度深入探討中國特定情境下的雨水利用理念,以及如何通過水文過程的研究來實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo),即將雨水利用的重點(diǎn)放在構(gòu)建一個(gè)完整、平衡和協(xié)調(diào)的水循環(huán)系統(tǒng)上.

(2)隨著國內(nèi)雨水利用的逐步發(fā)展完善和工程實(shí)踐及理論探索的不斷深入,研究的重點(diǎn)開始向技術(shù)角度轉(zhuǎn)移.在這個(gè)階段,出現(xiàn)了許多多維度、跨尺度、跨專業(yè)討論系統(tǒng)之間優(yōu)化組合的文章.然而,從圖4中可以發(fā)現(xiàn),如何合理利用雨水資源以緩解城市內(nèi)澇,同時(shí)更好地進(jìn)行雨水控制,仍然是討論的重點(diǎn),并持續(xù)受到國內(nèi)學(xué)者的關(guān)注.

2.2.2 研究前沿趨勢(shì)分析

CiteSpace可以幫助研究人員深入了解該學(xué)科的最新發(fā)展動(dòng)態(tài),從而更好地預(yù)測(cè)未來的發(fā)展趨勢(shì),并且可以幫助他們發(fā)現(xiàn)有待深入探索的課題[9].突現(xiàn)詞是指特定文獻(xiàn)在一定時(shí)期內(nèi)被引用頻率的突然增加,它可以為研究者提供學(xué)科的最新發(fā)展和方向.因此,最近出現(xiàn)的突現(xiàn)詞代表了一個(gè)研究的前沿領(lǐng)域.通過“Burstness”對(duì)突變?cè)~進(jìn)行檢測(cè),得到8個(gè)有效的前沿關(guān)鍵詞,如圖5所示.通過追蹤這些涌現(xiàn)的詞匯,發(fā)現(xiàn)這些前沿關(guān)鍵詞大概可以以2020年為界線劃分為兩個(gè)階段來看.在2013—2020年,各方向的發(fā)展趨勢(shì)都比較平均,多個(gè)關(guān)鍵詞突現(xiàn),其中“城市建設(shè)與規(guī)劃”一直是雨水利用研究的熱點(diǎn)方向,而“雨水景觀”和“綠色建筑”也是熱度較高的方向,這表明雨水利用的有關(guān)研究呈現(xiàn)多目標(biāo)、多方向、多領(lǐng)域齊頭并進(jìn)的局面.然而,在2020—2023年,突現(xiàn)出“排水系統(tǒng)”這一關(guān)鍵詞.多年來,“排水系統(tǒng)”一直被討論,但是近兩年有關(guān)此方向的論文呈現(xiàn)爆發(fā)式增長的狀態(tài),且一直持續(xù)較高熱度.隨著國內(nèi)城市化進(jìn)程的不斷推進(jìn),地表面臨著嚴(yán)重的雨水淹沒風(fēng)險(xiǎn),極端的暴雨對(duì)國內(nèi)的城市產(chǎn)生了巨大的影響[9-10].同時(shí),由于雨水排放系統(tǒng)等基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)周期長、成本較高,因此評(píng)估海綿城市雨水利用相關(guān)政策對(duì)雨水排放基礎(chǔ)設(shè)施產(chǎn)生的影響成為了近兩年的熱點(diǎn)話題[11].

圖5 關(guān)鍵詞突變

面對(duì)雨水利用復(fù)雜的現(xiàn)實(shí)條件、多專業(yè)和系統(tǒng)的銜接問題,以及技術(shù)設(shè)施的建設(shè)時(shí)序,各個(gè)海綿城市的試點(diǎn)城市必須尋找適用于當(dāng)?shù)氐木G色生態(tài)建設(shè)模式、先進(jìn)的雨水利用技術(shù)、完善的管理結(jié)構(gòu),以及有效的融資機(jī)制.這將有助于實(shí)現(xiàn)雨水利用的可持續(xù)發(fā)展,并成為未來海綿城市研究的重要方向和熱點(diǎn).

2.3 未來研究趨勢(shì)及展望

本文基于對(duì)當(dāng)前熱點(diǎn)及前沿趨勢(shì)的深入分析,提出未來需要重點(diǎn)關(guān)注的研究領(lǐng)域,以期為接下來的雨水利用研究提供思路.

(1)建立一個(gè)由多學(xué)科和領(lǐng)域共同參與的雨水管控技術(shù)體系,是應(yīng)對(duì)當(dāng)前雨水管控領(lǐng)域的挑戰(zhàn)和機(jī)遇的關(guān)鍵.當(dāng)前雨水利用尚處于發(fā)展階段,正面臨如何更好地提升各專業(yè)技術(shù)之間相互配合的挑戰(zhàn).因此,必須加強(qiáng)對(duì)這些領(lǐng)域的學(xué)科和領(lǐng)域的共識(shí),并結(jié)合中國的國際環(huán)境和城市建設(shè)的特點(diǎn),提出適當(dāng)?shù)慕鉀Q方案.

(2)完善與健全雨水利用相關(guān)規(guī)范制度、機(jī)構(gòu)體制,是保障雨水利用可持續(xù)發(fā)展的必要舉措.

(3)政府和社會(huì)資本合作的模式可以成為雨水利用持續(xù)推進(jìn)的動(dòng)力.當(dāng)雨水量達(dá)到特定的標(biāo)準(zhǔn),可以收集、凈化、存蓄雨水,并利用這些降雨來滿足城市綠化、道路澆灑,也可作為工業(yè)冷卻、生活區(qū)沖廁等用途的商品水[12].雨水資源利用在“綠色金融”方面有待進(jìn)一步發(fā)展.

3 結(jié)論

經(jīng)過對(duì)近10年的雨水利用研究文獻(xiàn)的深入分析,可以清晰地看到,中國在雨水資源的開發(fā)和應(yīng)用方面正在經(jīng)歷一個(gè)快速的上升期.目前,關(guān)于雨水利用的理論研究與工程實(shí)踐正在齊頭并進(jìn).研究作者和研究機(jī)構(gòu)從多個(gè)目標(biāo)和角度對(duì)雨水利用進(jìn)行探討,共同推動(dòng)雨水利用的科學(xué)、綠色和可持續(xù)地發(fā)展.理論與實(shí)踐并重是現(xiàn)階段中國雨水利用的研究現(xiàn)狀.在此之前,國內(nèi)的關(guān)注焦點(diǎn)主要集中在海綿城市實(shí)施后的雨水利用的具體效益上,評(píng)估其生態(tài)價(jià)值,并展望其發(fā)展前景.后期的研究則逐漸轉(zhuǎn)向雨水利用的技術(shù)應(yīng)用和工程實(shí)踐.我國城市的雨水利用正在朝著一個(gè)更加綜合性的方向發(fā)展.