水流挟沙力研究知识图谱分析

李东风,白福青,赵海涛,罗 晶,臧振涛

(浙江水利水电学院 水利与环境工程学院，浙江 杭州 310018)

水流挟沙力研究知识图谱分析

李东风,白福青,赵海涛,罗 晶,臧振涛

(浙江水利水电学院 水利与环境工程学院，浙江 杭州 310018)

利用中国期刊网知识发现KDS系统，以水流“挟沙力”或“挟沙能力”为检索词进行检索，对选中的文献进行互引分析得到挟沙力研究的知识图谱，通过分析所有选中文献，得到了挟沙力研究的四个热点和三个学术研究增长点，通过引文系统绘制文献学术关注趋势图、学术传播速度趋势图和用户关注趋势图，分析了挟沙力研究的学术发展趋势.

KDS系统；知识图谱；水流挟沙力；增长点；发展趋势

怎样从巨量的数据文献中，找出文献之间的知识结构、研究热点、学科增长点以及前沿领域是进行科学研究的前提和基础.知识之间特殊的结构关系通过图形和表格才能进行清晰的和结构化的表达，因此，基于可视化图谱的知识发现是有效的工具[1-7].

在进行项目申报、完成和评审等咨询过程的各个阶段，经常遇到河流治理和近海海洋工程的水流泥沙运动问题.水流挟带泥沙的能力(简称“挟沙力”)是研究的关键和基础，虽然经历几代人不懈的研究，但该问题远远没有解决.为掌握挟沙力研究中各个文献之间的关系、研究存在的问题和解决办法，本文对有关水流挟沙力的文献进行了可视化知识图谱的研究.本文是进行“挟沙力”学科咨询实例研究中的部分内容.

水流挟沙力是指在一定的水流泥沙条件下，河流处于不冲不淤的平衡状态时，单位水体中所能携带的的悬移质中床沙质的数量的平均值，又称为饱和含沙量或者临界含沙量.水流挟沙力是河流海岸动力学研究领域的重要课题.在进行河流河口海岸治理规划中，水流挟沙力计算是进行河流模拟和河床淤积冲刷计算分析的重要参数,广泛应用在河流、水库、河口和海岸等工程的规划设计中.由于影响挟沙力计算研究的因素很多，众多研究机构和研究学者对水流挟沙力进行了长期深入研究，虽然研究成果众多，但是由于水流流动内部结构复杂，挟沙力的影响因素复杂，至今没有得出统一的的成果.因此，为寻找水流挟沙力研究的突破，需要从新的角度进行思考，挖掘和分析现有各种研究成果之间的关系，从挟沙力研究的进程与结构关系，揭示挟沙力知识领域的动态发展规律，揭示水流挟沙力计算影响因素及其关系，为挟沙力的研究提供切实的、有价值的参考依据.

1 挟沙力知识图谱

中国知网知识发现网络平台KDN在KNS基础上进行了全新改版，它利用知识管理的理念，实现了知识汇聚与知识发现，结合搜索引擎、全文检索、数据库等相关技术达到知识发现的目的，实现了对知识进行分析、组合预览、生成检索报告、文献互引知识图谱、以各种导出数据和进行引文分析的功能.为此，本文选用中国知网知识发现网络平台KDN系统作为分析的工具，对“挟沙力”研究成果进行可视化图谱分析和引文分析.

1.1 “挟沙力”文献检索方案

水流“挟沙力”文献知识检索方案的确定.在“挟沙力”成果的检索研究中发现，在不同作者的研究成果中(如各种论文、专利和报告)，关键词表达不统一，有些学者使用“挟沙力”，有些学者使用“挟沙能力”，但其表示的意义是相同的.因此在检索中，“挟沙力”和“挟沙能力”作为不同的字符处理，得到不同的检索结果.如在CNKI中，以“挟沙力”作为篇名检索得到98篇文献，以“挟沙能力”作为篇名检索得到文献51篇，合计149篇.为使成果做到不漏检，在检索中，进行了各种不同检索组合，如分别在检索内容条件中选择主题、篇名、关键词、摘要和全文，选择发表时间、文献来源和基金支持等检索控制条件，进行了数十种不同的检索方式，得出检索成果，为全面分析打下了坚实的基础.

1.2 知识图谱绘制

对文献数据进行分析整理，删除一些与分析内容无关的检索文献，绘制可视化知识图谱，根据清晰表达文献的属性需要，对相关文献进行标注识别.图1和图2是利用河流和河口挟沙力被引次数最多的文献绘制得到的知识图谱，图3是选择了其中被引次数最多的10篇文献经数据分析后得到的挟沙力研究知识图谱，图4是检索到的有关挟沙力研究的149篇文献经数据分析后得到的挟沙力研究知识结构研究方向的区域分布知识图谱.

图1 河流(被引次数第一)挟沙力图谱

图2 潮波(被引次数第一)挟沙力图谱

图3 被引次数最多的10篇挟沙力文献互引图谱

图4 被选149篇挟沙力文献互引图谱

1.3 图例说明

在文献知识图谱中，图中每一个圆球表示一篇文献.圆球与圆球之间有箭线相连的表明两篇文献之间有引用或被引用的关系.为清晰表达研究热点之间的文献互引关系，选用球间距离最大生成了知识图谱(见图4).

图1—4中每一篇文献都使用圆球表示，其中：(1)圆球的大小表示该文献被引用和被参考的次数的多少，圆球越大说明被引用和被参考的次数越多，反之圆球越小.(2)圆球间距表示两篇文献的相关联和相似的程度，两个圆球的间距越小，说明两篇文献的相关联和相似的程度越大，反之越小.

2 “挟沙力”研究知识图谱分析

特征文献对文献分析具有重要意义，为表达文献之间的互引关系，本次选用被引次数排在第一位和第二位以及引用次数最多的10篇文献作为典型的特征文献进行分析(见图1—3).

2.1 选中文献知识图谱分析

图5为根据KDS系统提供的分析工具生成的知识图谱.对图谱中的149篇文献(圆球)进行分析，根据圆球间距的不同，圆球被分成相对集中的若干个区域，圆球越集中说明圆球间距越小文献的研究内容相似度越大，关联度越大，反之，关联度和相似度越小.

图5 研究热点分布知识图谱

2.2 主要研究热点和研究方向分析

根据挟沙力可视化图谱中空白区域和圆球的分布，有选择的在圆球附近给出了圆球代表的文献的名称、作者和刊登的期刊和时间等属性.从图5可以看出，研究文献主要相对集中在图形的中上部，但在这个中央区域又分成了两个相对明显的区域，见图5中两个大的椭圆.这两个集中区表明，挟沙力研究存在四个研究热点和研究方向.

(1)研究热点一

在两个大的区域中，一个大椭圆位于图5的上部，在此区域标出了其中的7篇检索文献.从这7篇文献的属性可以看出，本区域文献的篇名包含潮流、潮汐、波浪、河口等风暴潮关键词，因此，可以说明本区域的研究内容为有关潮流波浪等海洋动力作用下的河口海岸水流挟沙力的研究及其应用，随着国家海洋经济示范区的确立，河口、海岸、港口、滩涂围垦等近海工程基础设施的建设增加，有关此方面的研究会持续增加.

(2)研究热点二

在两个大的区域中，另外一个大椭圆位于图5的中部，在此区域标出了5篇检索到的文献.从这5篇文献的属性可以看出，本区域文献的篇名包含河流、河道、黄河等关键词，表明本区域为有关河道水流挟沙力的研究及其应用.

以上两个区域的文献占有总文献的绝大多数，大约85%以上，因此，水流挟沙力的研究热点和研究方向主要集中在河流和海洋动力作用下的泥沙的运动分析和水流挟沙力的计算和应用方面.

(3)研究热点三

从图5可以看出，在右下角的文献比较集中，从文献的标题名称和研究内容可以看出，这里主要是长江河流挟沙力的研究和应用方面的文献.在图5的知识图谱中，长江河流挟沙力研究的文献被专门分区域分布，其原因可能是可视化图谱的计算生成定位布置主要是根据文献中的文字和图表等信息属性设置的，文字相同和相似的文献被放在一起.这些文献一方面与河流挟沙力有关，另一方面又主要是对长江河道水流挟沙力的研究，这些文献也有一定的数量，因此就集中地放在了与通用的河流挟沙力区域的附近，同时又与其有一定的距离，以表示有较大的区别.

(4)研究热点四

图5左侧中部的集中区域与主区距离相对比较近，从文献发表时间、题名和研究内容可以看出，这里集中了几篇挟沙能力级配和床沙级配的相关文献，从砂砾的级配角度和手段研究水流挟沙力是区别于其他文献的特点.

2.3 学术研究增长点

从图5可以看出，除了上述主要研究区域外，还有一些分散分布的文献，这些圆球虽然与主要研究区域距离较远，但又与主要研究区域通过箭线相互关联，说明虽然这些文献在研究内容方面与主区的研究内容有较大的区别，但又有相同相似的部分.说明随着对挟沙力研究的深入，不同研究人员根据自己熟悉的研究手段和研究思路，使用了不同的思想和研究方法，得到了新的研究成果，因此形成了本研究的新的学术研究增长点.

(1)学术研究增长点一

从图5可以看出，在图形左下角的一块区域中有几篇文献比较集中，一方面说明这些文献的研究内容接近，相似度比较大；另一方面表明在主要的研究热点和研究领域之外，出现了一个新的学术研究的增长点.从文献的篇名和研究内容可以看出，这里主要是坡面地表径流挟沙力计算和应用研究.这些研究成果表明，挟沙力的研究，已经突破了传统河流和河口海洋动力挟沙力的研究范围，形成了一个新的学术研究增长点，即挟沙力的研究已经应用于坡面地表径流挟沙力的研究这一水土保持学科.

(2)学术研究增长点二

在图5右下角，有一个利用模糊数学模型这一特殊方法研究长江下游悬浮泥沙的运动和挟沙力计算的区域，表明模糊数学模型已经应用于挟沙力的研究，说明挟沙力的研究引入了另一个新的研究手段和研究思路.

(3)学术研究增长点三

从图5左上角的文献中可以看出，有一文献区域从河工模型的时间变态的思路研究时间变态与挟沙力的关系，这一区域的文献与主区距离较远，又与主区相互联接，因此形成新的学术研究学科增长点.

3 学术发展趋势引文分析

中国期刊网知识发现平台KDS的引文分析系统从定量的角度综合判断分析研究对象的学术综合实力，因此利用KDS的引文分析系统，以“挟沙力”和“挟沙能力”为检索词，对篇名进行检索，删除无关的文献，对选中文献进行引文分析.选择文献的关注度、学术传播速度和用户关注度为主要指标，通过绘制文献学术关注趋势图、学术传播速度趋势图和用户关注趋势图，分析挟沙(能)力研究的学术发展趋势.

3.1 学术关注度及其增长率分析

学术关注度是指篇名中包含“挟沙力”和“挟沙能力”的文献中每年发文数量的发展趋势，发文量越大，说明本文献的关注度越高.年发文总量超过5篇(含5篇)的有11年，分别为1997年、1998年、2004—2012年，发文数量分别为5篇、7篇、5篇、6篇、6篇、10篇、9篇、8篇、10篇、7篇和7篇.从图6可以看出，挟沙力的研究持续被学术关注，呈现出不断增加的趋势，其中2010年和2007年其学术关注度最高.学术关注度增长率呈现出波动状态，究其原因主要是本挟沙力研究属于基础研究内容，虽然一直不断的被学术界关注，但关注度总体趋于平稳波动状态.

3.2 学术传播速度及其增长率分析

学术传播速度以每年的文献中，篇名中包含“挟沙力”和“挟沙能力”的关键词的文献的被引文献的数量来表示，被引量越大，说明本文献学术传播速度越快，学术传播速度越高.1993—2002年被引总量(被引次数)分别为20次、8次、13次、12次、11次、17次、12次、14次、12次和21次.2003—2012年分别为29次、34次、31次、34次、61次、54次、56次、52次、52次和56次.从图7可以看出，挟沙力的研究学术传播速度，呈现出不断增加的趋势，特别是进入20 世纪的前7 年传播速度增加明显，近5 年稳定在最高的传播状态.学术传播速度增长率平稳，究其原因主要是挟沙力研究应用范围广，引用文献数量一直增加.

图6 学术关注度及其增长率分析图

3.3 用户关注度及其增长率分析

以每年用户下载文献的数量作为用户关注度的指标进行分析，篇名中包含“挟沙力”和“挟沙能力”的关键词的文献的被下载的次数越多，用户对此类文献的需求越大，说明本文献用户的关注度越大.从用户关注及其增长率分析图(见图8)可以看出，2009年用户关注度最大，2005—2009年用户关注度持续增加，2009年以后用户关注度有所减少.

图8 用户关注度及其增长率分析图

4 结 论

可视化知识图谱是科学研究中揭示研究领域热点问题，探索新的增长点和学科前沿问题的一种新的手段.利用中国期刊网知识发现KDS平台系统，检索篇名含有挟沙力或挟沙能力的文献，选择相关文献绘制挟沙力知识图谱.通过分析特征文献的知识图谱揭示了文献之间互引的关系、通过分析所有选中文献，得到了挟沙力研究的四个热点和三个学术增长点.通过引文系统绘制文献学术关注趋势图、学术传播速度趋势图和用户关注趋势图，分析了挟沙力研究的学术发展趋势.本文的研究方法可以应用于类似相关的研究中.

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KnowledgeMapAnalysisofResearchonFlowInducedSedimentCarryingCapacity

LI Dong-feng,BAI Fu-qing,ZHAO Hai-tao,LUO Jing,ZANG Zhen-tao

(College of Hydraulic and Environmental Engineering,Zhejiang University of Water Resources and Electric Power,Hangzhou 310018,China)

By using the index words of “sediment carrying capacity”,knowledge map of the research on flow induced sediment carrying capacity was developed from an analysis of mutual quote of literatures by KDS. Four research hotspots and three new research branches of the sediment carrying capacity were proposed. Through the analysis of the trend graphs of the concerns to the research literatures,of the academic spread velocity,and of the user interests,the academic development in the near future was discussed.

knowledge discovery system; knowledge map; sediment carrying capacity; growth points; development tendency

2016-06-18

2010年度国家自然科学基金资助项目(51039003);2016年度国家重点研发计划项目(2016YFC0402500)；2003年度浙江省自然科学基金资助项目(M503254)；2011年度浙江省水利厅科技计划项目(RC1109)；2009年度浙江省教育厅科技计划项目(Z200909405)

李东风(1965-)，男，河南夏邑人，博士，教授，主要从事水利工程教学和研究工作.

TV143+.4，TP391.41

A

1008-536X(2016)10-0009-07