基于CiteSpace的喀斯特地区水资源研究可视化分析

陈思源 陆丹丹 程海梅

摘要：为探讨中国喀斯特地区水资源研究的热点与前沿，定量分析喀斯特地区水资源研究的主要研究力量及其时空演化特征，探索其发展趋势，运用科技文本数据挖掘可视化网络分析软件CiteSpace对中国知网（CNKI）数据库1991—2018年与喀斯特地区水资源研究相关的科技文献进行定量分析，从研究时间、关键词和中心度、主要研究作者和机构等方面对结果进行可视化网络表达。结果表明，中国近30年来喀斯特地区水资源研究科研论文数量随着时间变化总体上呈现曲折上升趋势，一直是学者们关注的热点;岩溶地下水、石漠化、水资源承载力等是喀斯特地区水资源研究的热点领域;苏维词、梁虹、梁彬等研究者是中国喀斯特地区的水资源研究领域作者网络构建者与知识传递者;主要研究机构包括中国地质科学院岩溶地质研究所、中国地质大学（武汉）等科研院所和高校，研究机构间合作关系存在较强地域性。为此提出应持续拓展喀斯特地区的水资源研究的外延与内涵，顺应社会经济发展趋势，寻求新的解决思路。

关键词：喀斯特地区;水资源;可视化;CiteSpace

中图分類号：TV213.4         文献标识码：A

文章编号：0439-8114（2019）08-0145-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2019.08.034           开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Abstract： In order to explore the hotspots and frontiers of water resources research in China's Karst areas， quantitative analysis of the main research forces and temporal and spatial evolution characteristics of water resources research in Karst areas， and explore its development trend， the scientific text data mining visual network analysis software CiteSpace is used to quantitatively analyze the scientific literature related to water resources research in the Chinese Knowledge Network （CNKI） database from 1991 to 2018， the results are represented by visual network from the aspects of research time， keywords and centrality， major research authors and institutions. The results show that the number of research papers on water resources in Karst areas in China has shown a tortuous upward trend over time in the past 30 years， and it has always been a hot spot for scholars. Karst groundwater， rocky desertification， and water resources carrying capacity are the hotspots of water resources research in Karst areas. Su Wei-ci， Liang Hong， Liang Bin and other researchers are authors and knowledge transmitters of water resources research in China's Karst region. The main research institutions include the Institute of Karst Geology， Chinese Academy of Geological Sciences， the Chinese University of Geosciences （Wuhan） and other research institutes and universities. To this end， it is proposed to continue to expand the extension and connotation of water resources research in Karst areas， to comply with the trend of social and economic development， and to seek new solutions.

Key words： Karst area; water resources; visualization; CiteSpace

水资源是人类赖以生产生活的自然资源，中国西南喀斯特地区是西北干旱黄土高原区以外的另一个水资源问题突出的地区[1]。在以水资源为主要制约条件的广大喀斯特地区，由于生态环境的脆弱性，加之经济飞速发展，水更成为维系人类社会和生态环境的纽带。提高水资源利用程度，解决水资源供需矛盾，不仅关系到喀斯特地区经济社会的进步，也成为影响喀斯特地区社会经济发展的最大“瓶颈”。有关喀斯特地区的水资源研究日益被学者所重视，并形成了较多的研究成果[2]。已有研究采用不同的时空尺度和研究视角，丰富了水资源研究的理论和方法，但也存在两个方面的问题：第一是多数研究从某一方面进行总结，缺少针对喀斯特地区水资源研究的总体把握;第二是研究方法多以定性描述为主，缺少对研究数据的定量分析。鉴于此，采用文献计量可视化研究方法，对近30年来中国知网（CNKI）数据库中收录的喀斯特地区水资源文献进行全面统计分析，运用知识网络分析软件CiteSpace绘制1991—2018年国内针对喀斯特地区水资源研究的科学知识图谱，定量展现相关研究的时空动态演化路径，识别研究前沿，探索发展趋势，以期为喀斯特地区水资源研究和学科发展提供科学支撑。

1  研究设计

1.1  数据获取与处理

研究数据来源于中国知网（CNKI）数据库的SCI、EI、CSSCI期刊和中文核心期刊。在CNKI数据库主页以“喀斯特或岩溶”+“水资源”为主题或者题名进行检索，匹配中选择“精确”，共收集到水资源并含喀斯特相关科学文献361条。剔除含有商业广告、纪念专稿和单位介绍等的文献，得到354条有效记录。每条记录包含了论文标题、关键词、摘要、作者、出版年份等重要信息，检索时间为2018年10月1日。在此基础上采用CiteSpace自带的数据Inport、Export功能对数据进行标准化处理，并采用Format Conversion模块对数据进行格式转换，得到研究所需的基础数据。

1.2  研究方法与思路

知识图谱也被称为知识领域映射地图或知识可视化，是指通过可视化技术描述知识资源及其载体，挖掘、分析和显示知识发展进程和结构关系的一系列图形化方法[2]。基于知識图谱的科技引文挖掘主要技术包括两部分，即科技文本数据的挖掘和挖掘结果的可视化表达。科技文本挖掘的知识图谱包括作者图谱、研究机构图谱和关键词图谱等[3，4]。作者图谱和研究机构图谱主要分析该领域的研究力量，关键词图谱主要用于学科的研究热点和前沿趋势分析。本研究主要采取知识图谱的科技文献可视化软件CiteSpace对喀斯特地区水资源研究科技文献进行作者、研究机构以及关键词图谱的网络化分析。

2  结果与分析

2.1  文献刊发量的时间分布

从年度分布来看，主要期刊文献数量经历了3个发展阶段。第一阶段为1991—2000年，共计刊发论文56篇，年均5.1篇，其中1999和2000年最少，分别仅2篇。在此期间发表的研究论文数量较少，研究还处在初步探索阶段[5]。第二阶段为2000—2008年的逐渐增长阶段，共刊发论文121篇，年均达到20篇，刊发量总体呈逐渐增高趋势，在2008年达到巅峰值，为30篇[6-8]。第三阶段为2009—2018年的相对稳定阶段，共刊发论文157篇，年均刊发18篇，其中2014—2016年连续三年的年均发文量均为20篇，最低值出现在2013年，为13篇。究其原因，可能是2007年国家启动全国流域综合规划修编工作，在此背景下喀斯特地区的水资源研究工作日益受到学者关注，众多学者对水资源的探索和研究向深度和广度拓展，研究成果大量涌现[9，10]。

2.2  关键词和中心度分析

选择关键词（Key words）为网络节点，时间年限为1991—2018年，时间切片为2年，运行CiteSpace并对其进行最小二乘法修剪，根据规模值和模块值调整阈值，聚类知识图谱模块值为0.822 9、规模值为0.733 7，知识图谱的参数设置比较合理，得到关键词网络分析的知识图谱数据库。对关键词进行词频和中间中心度分析，再结合施引文献和被引文献的相关信息，挖掘研究热点、研究前沿及其演变等相关信息。高频关键词是指在所有文献的关键词中出现频率较高的关键词，高中心度则说明该点处于连接其他点的枢纽位置。部分关键词词频和中心度及其出现的年份见表1。

对高频关键词、高中心度关键词进行对比分析，得出喀斯特地区水资源研究领域的研究热点。由表1可知，高频关键词和高中心度关键词的前16位中有14个关键词重合。岩溶地下水、石漠化、可持续发展、水资源承载力、水资源可持续利用、水资源评价等既是高频关键词，也是高中心度关键词，具有很高的重合性，进一步验证了这些领域是喀斯特地区水资源研究的热点领域，关键词聚类知识图谱如图2所示。结合研究实际，可以将这些热点归纳为4个研究方向，即喀斯特地区水资源管理和利用基础理论研究、水资源与社会经济发展的关系研究、水资源定量分析评价预测研究、水资源管理利用对策研究。

1）喀斯特地区水资源管理和利用基础理论研究。喀斯特地区独特地貌结构，使其水资源自然属性、社会经济属性以及水资源利用和管理与其他地区存在巨大差异，其资源研究具有独特的地域特色。针对喀斯特地区水资源研究的地域特征，围绕可持续发展[11]、岩溶水开发[12，13]、生态环境脆弱性[14]、喀斯特流域特征[15]、石漠化等高频关键词和高中心度关键词，建立并完善喀斯特地区水资源研究的研究框架、研究目标、研究方法等体系[16]，分析喀斯特地区水资源研究中的自然属性和社会经济属性是基础理论研究的主要方向。喀斯特地区水资源管理和利用的基础理论研究，极大推动了喀斯特地区水资源研究的内涵，丰富了研究的对象，为喀斯特地区水资源及其与社会经济发展的关系研究提供了坚实的理论基础。

2）喀斯特地区水资源与社会经济发展的关系研究。2000年以前，因理论体系构建尚不完善，加之关注程度不高，相关研究方向主要围绕水生态足迹、可持续发展、供需平衡、地下水资源开发等高频关键词和高中心度关键词，从水资源与社会经济发展的关系出发，侧重于定性评价表征水资源与社会经济发展的相互关系。学者们较多地采用定性方法关注喀斯特地区水资源丰富程度、水资源时空变异性、水资源开发利用难度、社会经济发展水平与经济结构、区域干旱等问题[17]。2000年以后，随着计算机技术的迅速发展和研究方法的创新，定量分析、评价与预测等研究方法被广泛使用。具体研究内容包括了水资源条件对区域社会经济发展的支撑能力、承载力以及水资源与人口、经济规模之间的数量关系评价等[18]。

3）喀斯特地区水资源定量分析、预测与评价研究。水资源定量分析包括水资源供需预测、短缺评价与优化配置等，其热点研究方向为喀斯特地区需水预测、水资源承载力、缺水程度评价等。定量分析方法包括常因素分解模型[19]、熵权的模糊预测[20]、遥感定量监测[21]和系统动力学[13]等。近年来由于支持向量机（Support vector machine，SVM）方法能够较好地解决小样本学习问题，采用统计学习理论和多智能体仿真及其改进型进行水资源评价和预测仿真，已经成为国内外机器学习在水资源研究领域的新热点。定量分析方法的引入使传统水资源短缺的研究融入了统计学新视角，水资源短缺研究逐步摆脱“现状—原因—对策”传统定性研究方法。

4）喀斯特地区水资源管理和利用对策研究。在对策研究中大多学者都能根据喀斯特地区水资源利用和保护特殊性提出有针对性的建议，如孔兰等[22]提出根治喀斯特地区缺水的最治本措施是利用生物措施改善环境，主要包括植树造林、草地建设等，增加土地的蓄水能力，提高水资源的可利用量;单海平等[15]提出依靠科技进步，通过工程与非工程措施的有效组合对岩溶水资源进行合理配置;吴士章等[23]强调加强生态、经济双优耦合系统建设，采取“一主极、两统一、三增加、四代替、五并举”的行动方略，使其生态、经济、水利三重优化组合系统性;苏维词[24]强调按照流域综合规划，因地制宜加快地表水和地下水的合理开发利用，以地表水、蓄水、骨干工程为主进行水源优化组合。

2.3  主要作者与研究机构分析

运行CiteSpace软件并选择作者（Author）为网络节点，对研究数据采用最小生成树法进行修剪，时间片段为2年，得到作者合作知识圖谱[2]，如图3所示。图3中节点的大小（字体大小）表示作者发文数量的多少，节点的颜色深浅变化表示作者发文时间的更替，节点与节点之间的连线（粗细）代表了作者间发文合作情况和合作关系的强弱[25]。从节点之间的连线上看，该网络的连接密度为0.072 3，连接密度一般，即网络里面的连线数量和网络关系一般，作者之间的合作关系处于中等状态。

作者频次出现情况见表2。从发文数量看，苏维词、梁虹、梁彬等的研究成果较为丰硕[12，24，26];作者频次分析表明，早期的研究学者主要包括朱学愚、袁道先、钱家忠等，近期主要研究者包括杨振华、张凤太、陈洪松等。关注领域包括喀斯特地区水资源的可持续利用、水资源承载力、岩溶水资源、生态脆弱性、水资源管理制度和水资源优化配置等[12，27-32]。

运行CiteSpace并选择机构（Institution）为网络节点，时间年限为1992—2018年，时间切片为2年并选择最小生成树修剪，得到研究机构的网络合作图谱（图4）。从图4可以看出，对喀斯特地区水资源进行研究的机构多为高校及岩溶和喀斯特研究机构，主要包括中国地质科学院岩溶地质研究所、中国地质大学（武汉）、贵州大学、南京大学、贵州科学院、中山大学、贵州省水文水资源局、中国科学院地球化学研究所、西南大学等。中国地质科学院岩溶地质研究所等科研院所与其他高校和院所之间的合作比较明显。

3  小结与讨论

采用CNKI数据库的SCI、EI、CSSCI期刊和中文核心期刊，在CiteSpace软件支持下对中国近期针对喀斯特地区水资源的研究趋势、主要研究力量、研究热点及前沿进行可视化分析，并绘制科学知识联系的网络图谱，得出如下研究结论。第一，20世纪90年代以来，中国喀斯特地区水资源研究相关科研论文数量随着时间变化总体上呈现曲折上升趋势，一直是学者们关注的热点。第二，关键词词频和中心度分析表明，岩溶地下水、石漠化、水资源承载力、水资源可持续利用、水资源评价等既是高频关键词，也是高中心度关键词，具有很高的重合性，是喀斯特地区水资源研究的热点领域。热点领域的演变过程受到宏观政策和水资源研究纵深发展的双重影响，时代特征明显。第三，从研究作者和机构分布看，苏维词、梁虹、梁彬等研究者是中国水资源研究领域的主要网络构建者与知识传递者。喀斯特地区水资源研究的主要机构集中于高校和科研院所，如中国地质科学院岩溶地质研究所等，机构间的合作关系存在较强地域性。

基于以上结论，提出喀斯特地区水资源研究未来的拓展方向。①由于喀斯特地区水资源自然属性和社会经济属性的综合性，未来的研究应加强新方法应用，利用大数据和数据挖掘技术，结合遥感和地理信息系统进行深化，提高对喀斯特地区水资源复合“自然—社会、经济”系统的动态仿真和模拟，提高综合定量分析与评价、预测能力。②喀斯特地区基本是贫困山区，水资源的管理和研究应当与区域社会经济发展，特别是喀斯特连片特困区脱贫致富相结合，除了要关注当地的水资源自然环境外，还要关注喀斯特地区脱贫致富和与社会经济发展问题。

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收稿日期：2018-10-10

基金项目：国家自然科学基金项目（41461110）;经济与管理国家级实验教学中心（广西财经学院）开放课题项目

作者简介：陈思源（1972-），男，安徽无为人，教授，博士，主要从事资源与环境管理研究，（电话）0771-3820655（电子信箱）103204601@qq.com;通信作者，陆丹丹（1980-），女，广西南宁人，副教授，博士，（电话）0771-2513116（电子信箱）thecsy@126.com。