基于文献计量的水资源学发展研究

韩宇平, 贾冬冬, 王春颖

(1.华北水利水电大学,河南 郑州 450045; 2.水资源高效利用与保障工程河南省协同创新中心,河南 郑州 450045)

基于文献计量的水资源学发展研究

韩宇平1,2, 贾冬冬1, 王春颖1

(1.华北水利水电大学,河南 郑州 450045; 2.水资源高效利用与保障工程河南省协同创新中心,河南 郑州 450045)

为及时了解国际学术热点,准确把握水资源学领域的学术研究动向,对寻求解决我国水资源学问题的途径具有重要的指导作用。基于CiteSpace软件,采用定量化的文献计量方法对2000—2015年Web of Science核心合集数据库内标题中含有“water resources”的文献进行统计和共引分析,梳理与剖析16年来水资源学研究的发展趋势。结果表明:16年来，水资源学相关论文发表数量最多的国家为中国,发表文章最多的机构为中国科学院;聚类分析指出“区间参数多阶段随机线性规划(IMSLP)方法”和“非平稳数据的分析方法”为水资源学领域的研究基础,“水资源”“气候变化”为当前水资源学的研究热点。

水资源学;文献计量;引文网络;同被引分析;聚类分析

近年来,随着水资源短缺、水污染加剧、水生态恶化等问题的日益突出,水资源学已成为当今社会的热点研究领域[1-4]。文献计量学是依据文献的数量特征,采用统计学的方法分析评价某个领域的研究现状并预测其发展趋势的图书情报学的分支学科。水资源学的文献计量研究可通过科学的方法把握水资源学发展脉络中的重要研究成果,有助于评价水资源学研究领域的现状和预测其未来发展趋势。

目前，已有许多学者采用文献计量的方法研究了水资源学领域的学科热点和学科发展问题[5-10]。当前的研究主要集中在对国家、期刊、机构、作者以及论文发表数量等进行初步统计以及利用关键词绘制共词网络等方面,而对机构之间合作情况的分析并不多且未识别水资源学发展过程中的关键节点。本文参考文献[11]所采用的方法对Web of Science核心合集数据库中2000年以来有关水资源学研究领域的文献进行梳理,统计了水资源学相关文献的整体增长趋势、研究领域、科研机构和核心作者。同时,本文利用CiteSpace软件在文献共引分析方面的优势[12-16],通过构造引文网络对有关水资源学的文献进行引文聚类,展示了国家、机构之间的合作关系,通过识别网络重要节点及动态演化分析,总结了水资源学的基础工作以及最新研究热点。

1 水资源学文献统计分析

本研究收集文献样本的检索范围为Web of Science 核心合集数据库内标题中含有“water resources”的文献,在标题中而不是主题中检索是因为各领域均会有涉及到水资源的文献,许多文献虽然在文中包括了“水资源”这一关键词,但其并不是研究重点。笔者在标题中检索包含水资源关键词的文献可以保证文献样本有较大的关联性。在此基础上再次进行人工筛选,样本最终选取为截至2015年底的4 685篇文献。

1.1 整体增长趋势分析

论文的发表状况通常被认为是衡量学科发展水平和科研产出能力的一项重要指标,也是对科研机构与科研人员成就与贡献的一种度量。文献的数量变化直接反映了科学知识量的变化情况。本节通过对2000—2015年Web of Science核心合集数据库中标题内含有“water resources”的文献进行统计(图1),分析水资源学研究的整体变化趋势,了解水资源学科的发展状况。由图1可知：①16年来水资源学相关论文发表的数量在140～500篇。其中,2002年发表的论文数量最少(143篇),2015年发表的论文数量最多(451篇)。②每年论文发表的数量与时间呈线性关系,相关系数R2为0.928,说明16年来水资源学的研究呈直线增长趋势。③近些年，水资源学相关文献的被引频次迅速增长，在2000年仅被引用17次,而到2015年增长到了8 524次,增长了近500倍。

图1 2000—2015年水资源学相关论文发表数量和被引频次统计

文献样本中,被引频次最多的文献为文献[17],其介绍了VÖRÖSMARTY等通过数值试验结合气候模型对水量预算及社会经济信息进行了研究。结果表明:很大比例的世界人口正面临着缺水的境遇,并具有大量的用水需求;到2015年，世界对水的需求将大大超过温室效应影响下的全球水资源储量。该文还指出，虽然人类活动对全球水资源的影响仍未完全明确,但全球气候变化方面的研究仍具有潜在的重要意义。截至到2015年,该文献被引用了1 176次,是水资源学领域内具有奠基性的研究成果。水资源学研究的增长趋势说明该学科的研究正处于学科稳步发展期,在学术界的影响力将持续增加,越来越多的专家及学者将加入到水资源学的研究当中。

1.2 研究涉及领域分析

近年来,在水资源学研究成果数量迅速增长的同时,不同领域的学者从多样化的视角也进行了水资源学的研究。本节通过统计文献样本的研究领域和期刊发表情况对水资源学研究领域进行分析。

水资源学相关文献所属的研究方向分类及其占总文献样本的比例如图2所示。由于不同文献的研究方向有所交叉,因此研究方向所占比例之和大于100%。由图2可知,水资源学的主要研究领域为水资源(47.9%)、环境生态(34.2%)及工程(33.5%),它们同样是水资源学研究的三大主要领域,其主要研究内容包括:水资源管理、水资源与生态环境的关系、水资源保护与水资源配置等。

图2 主要研究涉及的领域及比例

1.3 高被引期刊及主要国家发表论文情况

对标题中含有“water resources”的4 685篇文献所发表的期刊进行统计,可进一步分析出水资源学研究涉及的热点领域方向及科研成果质量。本节采用影响因子和h指数两个指标评价期刊的综合影响力。影响因子是国际上通用的期刊评价指标,计算方法为某期刊前两年发表论文的总被引用次数除以该期刊在这两年内发表论文的总数。影响因子采用Web of Science在2014年的统计值。h指数是一个混合量化指标,指一定时期内发表的论文中至少有h篇的被引频次不低于h次,衡量了科研人员或期刊的高质量文献产出水平。2000—2015年水资源学高被引期刊统计见表1。由表1可知：高被引前10的期刊影响因子均在2.60以上；水资源学研究中影响力较大的成果主要发表在《Journal of Hydrology》及《Water Resources Research》等水文、水资源相关期刊。

2000—2015年，Web of Science核心合集数据库中标题内含有“water resources”的文献所属国家的统计情况见表2。由表2可知：论文发表数量最多的国家是中国和美国,分别为1 222篇与788篇,两者分别占论文总量的26% 和17%,其次为英国、德国、澳大利亚、加拿大;从论文总被引频次来看,美国最多,为15 009次，其次为中国和英国,分别为6 510次和5 556次;从篇均被引次数来看,英国最多,澳大利亚其次,分别为20.58次和19.88次;h指数最高的国家为美国,说明至少有55篇文献的被引次数达到或超过55次,其次为中国;总体来看,中国与美国在发表论文数量、总被引频次、h指数方面均排在前两位,说明两者对水资源学研究领域的总体贡献最明显。

表1 2000—2015年水资源学高被引期刊统计

表2 2000—2015年水资源学发表文献数量最多的国家统计

1.4 高水平科研机构分析

为把握水资源学研究的前沿进展,本节对水资源学研究中高产出的科研机构及其重点研究方向和合作关系进行统计,统计结果见表3。

表3 发表水资源学相关文献数量最多的科研机构统计

由表3可知：排在前10名的研究机构中,中国的机构有7所,加拿大、美国及俄罗斯的机构各1所;所有文献样本中,论文发表数量最多的是中国科学院,共发表169篇论文,其次为北京师范大学和河海大学，分别发表71篇和70篇论文。以上结果表明,水资源学领域发表文章数量最多的机构主要集中于中国。

水资源学领域的高水平科研机构之间存在着密切的合作关系,如图3所示。不同颜色的连线代表机构首次建立合作关系的时间,节点的大小在一定程度上代表着节点在网络中的重要程度[16]。从机构之间的合作关系可以看出，中国科学院与其他机构的合作研究最为广泛,主要集中在环境生态、水资源及工程方向。通过机构之间的相互合作,加强科研资源共享和成果交流,更容易产生高质量的科研成果。

图3 水资源学领域研究机构合作关系图

1.5 核心作者分析

核心作者是指某一研究领域中产出较多、影响较大的研究者。本节将水资源学领域内发表论文数量10篇以上的作者作为核心作者进行统计分析,考虑到统计结果中相同的英文名可能代表不同的作者,笔者首先利用CiteSpace软件按照论文发表数量对作者进行排名,然后通过人工逐一筛选的方式避免将不同作者的成果统计到同一作者中。

按照核心作者发表的论文数量进行排序,结果见表4。由表4可知：发表论文10篇及以上的核心作者共有27位；此部分作者共发表413篇论文,占水资源学论文发表总数的8.82%；其中HUANG G H发表的论文数量最多,累计发表论文71篇,LI Y P其次,累计发表论文38篇。

表4 水资源学领域核心作者分析

2 水资源学文献的共引分析

水资源学的统计分析着重识别水资源学领域内影响较大的机构和作者,而共引分析则着重分析具体文献的贡献和作用。本节通过CiteSpace软件构建水资源学的引文网络,并进行引文聚类、识别网络重要节点及热点动态演化分析,旨在为识别出水资源学研究的发展历程和研究热点。

2.1 引文聚类分析

基于共引网络的聚类分析是聚类分析技术在共引领域的具体应用,聚类分析以共引强度作为基本计量单位,对给定的引用文献集合或被引文献集合进行定量分类聚合。该技术能够将内容联系密切的论文聚合为一个个文献簇,并依据相关网络指标定量给出簇与簇之间的联系程度,进而生成某一学科专业论文的聚类网络分析图[12]。本节基于CiteSpace软件首先对水资源学领域内不同时间划分的文献分别进行聚类,然后将各子聚类进行合并,形成统一的可视化视图[9]。聚类标签选用标题词(title terms)进行标注,计算方法选用对数似然率(log-likehood ratio)法。

水资源学研究文献引文网络与聚类结果如图4所示。图中的节点表示文献,在图中以该文献第一作者的形式展示；节点大小代表引用率的高低；论文节点以引文年环的形式展示,引文年环代表着该文章的引文历史；引文年轮的颜色代表相应的引文时间,年轮的厚度代表相应时间分区内引文数量的多少；引文年环中心的五角星表示引文网络中的突发主题；两个节点的连线代表两篇文献在某一时间被共同引用过,节点及节点连线的颜色与上方的时间轴对应。聚类标签根据各个聚类高引用文献的摘要分词后提取特征词得到。

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图4 水资源学研究文献引文网络与聚类

图4的引文网络中各个聚类的基本情况见表5。表5中的研究重点是根据每个聚类中频繁出现的关键词以及高引用文献的研究方向总结得到的。

表5 引文网络聚类

由表5可知：编号为#0的聚类成员数较多,有41篇文献,研究重点为“适应性”“全球模型”“未来水资源”；编号为#1的聚类有26篇文献,研究重点为“可持续水资源”“使用SWAT模型”；编号为#2和#3的聚类成员数比编号为#1的聚类成员数仅少3篇,均有23篇文献,编号为#2的聚类研究重点为“不确定模糊随机规划”“水资源管理”,编号为#3的聚类研究重点侧重为“公众参与”“服务”“治理”；编号为#4的聚类包含22篇文献,研究重点为“水资源系统规划”“混合不确定环境”“区间模糊二元规划”。

2.2 地标点和转折点分析

地标点和转折点是引文网络分析中的重点研究对象,对地标点和转折点的识别能够准确地把握水资源学科的发展演化路径及重要研究成果[13]。地标点(Landmark Node)是引文网络中节点半径较大的点,引用频率较高,在学科发展中起到了基础和奠基作用,具有里程碑式的意义;转折点(Pivot Node)表示突发主题(或文献、作者以及期刊印证信息等),是学科发展和演化过程的重要节点,由CiteSpace软件根据一定的算法自动识别及检测[13,15-16]。转折点的出现往往会导致学科内某一领域的研究重点发生转变。高被引文献是指包括地标点在内的引文网络中，节点半径较大的点所代表的文献。引文网络中的地标点、转折点和每个聚类中高引用文献的统计信息见表6。

表6 引文网络地标点、转折点和高引用文献

由表6可知,水资源学研究中最大的两个地标点分别是LI Y P[18]与MILLY P C D[19]发表的论文。LI提出了一种水资源不确定性决策条件下的精确优化和多阶段随机规划混合方法,即区间多阶段随机线性规划(IMSLP)方法,并将该方法应用于一个假设的水资源管理案例。其结果表明，该方法不仅可以进行水资源分配,还能找到环境和经济目标之间的平衡。MILLY指出在变化环境下，水资源学研究中平稳数据的处理方法不再适用,而需采用非平稳数据的分析方法对水文循环机理和演变规律进行研究。此两篇论文分别被引用了44次和40次,奠定了水资源学领域研究的基础。

引文网络中较大的转折点分别为VÖRÖSMARTY C J[20]和MITCHELL T D[21]发表的论文。VÖRÖSMARTY构建了考虑对下游影响的定量多重限制因素空间框架结构,首次提出了在全球尺度内综合考虑人类和生物多样性视角下的水安全问题。该框架提供了一个优先管理应对危机的工具,并强调应从根源上减轻危机,而不是通过加大投资来修复表面症状。其在考虑全球水安全问题的同时提出了多重限制因素下的水资源管理框架,从而启发了其他学者在水资源管理方向上的研究。MITCHELL建立了全球尺度下高精度月气象数据库。该数据库包括六大气候要素且遍布全球陆地表面,为全球气候变化的研究提供了支持。

除地标点和转折点外,引用频率超过25次的高被引文献有7篇。OKI T[22]评估了全球的水循环及水资源量,其论文被引用了35次。其余高被引文献[23-26]分别被引用了26～33次。

2.3 热点动态演化分析

本文将整个样本期划分为4 a一期的4个子样本集,分别通过关键词来分析水资源学研究的动态演化。样本年份分别为2000—2003年、2004—2007年、2008—2011年、2012—2015年的关键词分析结果如图5所示。从图5可以看出，“水资源”“气候变化”均出现在4个子样本时期,说明此两个话题一直是水资源学领域的研究热点；随时间的推移，水资源学研究逐渐产生其他热点，2004—2007年，“管理”成为该时期新的研究热点；2008—2011年，“系统”“模型”成为新的研究热点；2012—2015年,“不确定性”成为新的研究热点。

图5 水资源学研究热点动态演化

3 结语

通过对水资源学相关论文的文献计量分析,可以发现水资源学研究的整体增长趋势、研究涉及领域、研究力量分布情况,了解各国之间、各研究机构之间的合作情况，核心作者以及相关研究热点的分布情况。对水资源学文献的共引分析可以揭示网络重要节点及热点动态演化,识别出水资源学研究的发展过程和热点问题。本文基于CiteSpace软件开展水资源学相关文献计量研究,对Web of Science核心合集数据库中2000—2015年标题内含有“water resources”关键词的文献进行了统计分析,主要结论如下:

1)水资源学相关论文的发表数量及年被引总数呈增长趋势,水资源学研究涉及的领域主要包括水资源、环境生态及工程；发表论文数量最多的国家主要是中国和美国,且综合各项指标来看中国和美国的实力强于其他国家；发表文献数量最多的机构是中国科学院,位于前10名的研究机构中,中国的机构有7所；中国科学院与其他很多机构存在着密切的合作关系,有利于产生高质量的科研成果,促进水资源学研究的创新；发表水资源学相关文章10篇以上的作者有27位，共发表论文413篇,发表成果占总数的8.82%。

2)水资源学的研究重点主要有“未来水资源”“使用SWAT模型”“水资源管理”“公众参与”“水资源系统规划”。

3)根据共引分析，LI提出的“区间参数多阶段随机线性规划(IMSLP)方法”以及MILLY指出的采用“非平稳数据的分析方法”研究水文循环机理和演变规律，奠定了水资源学领域研究的基础。VÖRÖSMARTY提出的“在全球尺度综合考虑人类和生物多样性视角下的水安全问题”和MITCHELL建立的全球尺度下高精度月气象数据库,启发了其他学者对水资源学的研究，是水资源学领域研究的重要转折点。

4)“水资源”“气候变化”是水资源学的主要研究热点,随着时间的推移,水资源学研究热点逐渐增多,“管理”“系统”“模型”以及“不确定性”日益受到更多学者的关注。

通过对水资源学的文献计量进行分析,可识别和把握2000—2015年水资源学研究的发展演化过程和主要研究热点,可为关注水资源学研究的学者及专业人士提供一定的参考。

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DevelopmentResearchofWaterResourcesScienceBasedonBibliometricMethod

HAN Yuping1,2, JIA Dongdong1, WANG Chunying1

(1.North China University of Water Resources and Electric Power, Zhengzhou 450045, China;2.Collaborative Innovation Center of Water Resources Efficient Utilization and Guarantee Engineering, Zhengzhou 450045, China)

Understanding international academic hotspot in time and accurately grasping the academic research trends in the field of water resources play an important role to actively seek solutions of water resources problems in our country. In this article, the development of water resources research was analyzed using bibliometric method based on quantitative analysis and using the software CiteSpace. To clarify the development trend of water resources research from 2000 to 2015, the statistics and citation of the literatures which titles included "water resources" from the core collection database in Web of Science during the period from 2000 to 2015 were analyzed using quantitative bibliometric method and based on the software CiteSpace. The results show that China has published the largest number of papers compared with other countries, and Chinese Academy of Science has published largest number of papers than other institutes around the world. The clustering analysis pointed out that "interval-parameter multi-stage stochastic programming model" and "non-stationary data analysis methods" were the study basics in the research field of water resources, and the water resources research mainly focus on the topics of "water resources" and "climate change".

water resources science; bibliometric method; citation network; co-citation analysis; cluster analysis

2017-01-03

国家自然科学基金项目(51279063);河南省科技创新人才计划(科技创新杰出青年)项目(144100510014);教育部新世纪优秀人才支持计划项目(NCET-13-0794)。

韩宇平(1975—),男,宁夏彭阳人,教授,博导,博士,从事水文学、水资源、水生态方面的研究。E-mail:hanyp@ncwu.edu.cn。

王春颖(1987—),女,内蒙古赤峰人,讲师,博士,从事水资源、水生态方面的研究。E-mail:wangchunying1987@yahoo.com。

10.3969/j.issn.1002-5634.2017.05.007

TV213.4;G350

A

1002-5634(2017)05-0054-09

(责任编辑张陵)