基于CiteSpace的泥石流防治研究可视化分析

赵鹏 杜鹃 王道杰 何松膛 兰惠娟 陈文乐

摘要：为了明晰泥石流防治的研究进展，以Web of Science中1 335条文献信息为研究对象，利用CiteSpace分析该领域内主要机构、学者和相关学科以及共现关键词之间的关系网络。结果表明：① 中国科学院和美国地质调查局等机构在该领域发挥重要作用，形成了中国科学院（成都山地灾害与环境研究所）、成都理工大学、意大利国家研究委员会、佛罗伦萨大学和日内瓦大学五大学者群体;② 研究理论相对单一，难以全面地认识泥石流灾害，应加强学科交流，促进多学科交叉融合;③ 研究热点主要集中在灾害型、诱因型、区域型和方法型4个大类。研究结果有助于进一步完善泥石流防治科学研究体系，为促进山区生态环境安全提供依据。

关 键 词：泥石流防治; 文献分析; CiteSpace; Web of science; 科学知识图谱

泥石流作为常见的山地灾害，在山区脆弱的生态环境中极易受自然和人为因素影响，协同其他灾害被复合放大[1-2]，严重威胁山区人民的生命财产安全，继而造成“因灾致贫”“因灾返贫”的恶性循环[3]。因此泥石流灾害防治是山区发展和建设的基础性和长期性工作，是山区可持续发展的重要保障，也是实现人与自然和谐共处的战略需求[4]。当前对于“泥石流防治”的研究主要集中在关键要素的求解[5-8]和工程措施的设计与利用[9-11]，综合探究该领域发展现状的研究较少，如对研究“泥石流防治”的机构、人员甚至是国家或者交叉学科模糊不清，难以对领域进行深入的交流和成就共享。

为了追踪“泥石流防治”研究的机构、人员，以及该领域研究的前沿，本文通过文献计量对基于Web of Science（简称WOS）检索到的国内外文献进行多层次、多角度解析，即用CiteSpace进行“泥石流防治”研究的可视化分析，探索“泥石流防治”这一领域的国内外研究动态，追踪热点前沿，以期促进领域内各机构和学者的相互认知和交流合作，为全球泥石流灾害的防治集思广益。

1 数据与方法

CiteSpace是文献计量分析与科学知识图谱绘制的软件，通过共现网络等可视化方式展现某一研究领域的发展趋势和前沿动态[12]。科学知识图谱能够从海量、异构、动态的复杂文献信息中提取出某领域内的核心信息，通过聚类的方式形成圆形节点，每个圆形节点代表一个关键词，关键词出现的频率以节点的大小来表征。有助于信息的管理、分析与表现，因此被越来越多的学科领域应用[13-17]。

数据检索的质量直接决定了科学知识图谱的准确性和科学性。由于英语语义的原因，使得词条具有多个同义表达，如“防治”这一主题词常用的有“control”“prevention”“protection”等，并且检索方式难以检索到非英语数据库（如CNKI）的信息，会导致一些文献检索不全，但仍能较为全面地分析学科发展的国际趋势。本研究从WOS的获取了“TS=Debris Flow Control”（1 098条）;“TS=Debris Flow Prevention”（129条）;“TS=Debris Flow Protection”（117条）;“TS=Debris Flow Treatment”（58）条;“TS=Debris Flow Countermeasures”（32条），下载日期为2018年7月25日。利用CiteSpace 5.3 R2对检索得到的1 434条文献信息进行可视化分析，在剔除重复、无效的文献信息后，最终得到1 335条，并绘制出了“泥石流防治”方面的科学知识图谱。

2 泥石流防治的文献计量分析

2.1 主要研究机构与学者

机构与学者的共现分析能够辨别出某个学科领域的主要机构和学者，以及相互间的合作强度和互引关系[18]。利用CiteSpace对所得文献信息进行分析，得到了“泥石流防治”研究领域的主要机构（图1）和学者（图2）图谱，并将频次≥5的机构（表1）和频次≥4的学者（表2）进行统计。

主要研究机构图谱中共有网络节点188个，连接297条，网络密度为0.016 9，这表明各机构間联系较少，需进行更多的交流与合作。为了更加清晰地展现出国内外研究机构的分布，对原始图像进行调整，大致分为国内研究机构与国外研究机构两大类。由图1和表1可以明确看出，在世界范围内出现次数最多的机构是Chinese Acad Sci（中国科学院），出现90次，其中尤以成都山地灾害与环境研究所（以下简称成都山地所）表现最为突出。成都山地所是我国唯一一家以山地冠名的国家级研究机构，其主要研究领域为山地灾害、山地环境和山区可持续发展，为增强我国防御山地灾害能力、保障山区生态安全和促进经济社会发展提供科学依据和技术支撑[19]。其次为US Geol Survey（美国地质调查局），出现了40次，此机构是美国内政部所属的重要科学研究机构，主要针对美国的地形、自然资源与灾害防治，为其决策部门提供了高效高质的科学信息。前5名中还包括Univ Bern（瑞士伯尔尼大学）、CNR（意大利国家研究委员会）和Chengdu Univ Technol（成都理工大学），分别出现33，31，27次。统计结果表明：我国在泥石流防治研究领域形成了以中国科学院为核心，以成都理工大学、中国科学院大学、中国地质大学等次核心的主要研究机构梯队，推动了我国在该领域的发展。其次出现频次≥5国外研究机构来自于意大利（8个）、美国（7个）、瑞士（4个）、日本（3个）以及英国（2个），这些国家主要分布在环太平洋褶皱带和阿尔卑斯-喜马拉雅褶皱带上。出现这种分布结果的一个重要原因是由于这些地区泥石流灾害多发，泥石流防治是现实需求，因此需要开展相关研究的多方面尝试。

从作者图谱（图2）上看，共有网络节点222个，连接313条，网络密度为0.012 8，形成了五大明显的学者群体。其中#A代表以CUI P（崔鹏）、LI Y（李泳）、CHEN XQ（陈晓清）、YOU Y（游勇）、WEI FQ（韦方强）等人为主的中国科学院（成都山地所）学者群体;#B代表以XU Q（许强）为主的成都理工大学学者群体;#C代表以GUZZETTI F、BRUNETTI MT、PERUCCACCI S等人为主的CNR（意大利国家研究委员会）学者群体;#D代表以CASAGLI N、SEGONI S、CATANI F等人为主的University of Firenze（佛罗伦萨大学）学者群体;#E代表以STOFFEL M为主的University of Geneva（日内瓦大学）学者群体。将出现频次≥4的学者列于表2，出现最多前三位学者分别是STOFFEL M（21次）、CUI P（15次）和XU Q（14次）。以成都山地所崔鹏研究员为例，他被称为我国第一位“泥石流院士”，在泥石流过程、机理以及减灾方法的研究中，形成一系列理论体系[20-23];发展了对风景区等特殊地区的泥石流防治理论[24-26];揭示了汶川地震区次生山地灾害的分布规律，针对不同空间尺度提出了不同的防治原理与方法[27-29]。正是这些学者的不懈努力，推动着“泥石流防治”领域的发展与进步，为保障人民群众生命财产安全贡献着自己的智慧与力量。

2.2 泥石流防治研究学科分布

泥石流防治是一项复杂的工程，由于在泥石流的形成、运动和埋淤等过程中会受到来自其他环境要素的影响，具有较强的差异性。针对不同地区和类型的泥石流，防治研究也会有所差异，使得该领域不可避免地涉及到多种学科来发展对各因素和类型的研究。将出现频次>10次的学科类型列于表3中，可以明显看出各学科间出现频次差异极大，所涉及到的学科类型中明显分为三大层次。第一层次为GEOLOGY（地质学）、GEO-SCIENCES（地球科学）等，这代表是泥石流研究的基础学科。泥石流是一种常见的山地地质灾害，受地质构造的影响显著，因此地质学和地球科学的基础理论研究是实现防灾减灾目标的根基与支撑。第二层次是WATER RESOURCES（水资源）、PHYSICAL GEOGRAPHY（自然地理学）、METEOROLOGY & ATMOSPHERIC SCIENCES（气象学与大气科学）、ENVIRONMENTAL SCIENCES & ECOLOGY（环境科学与生态学）等，这代表的是与泥石流的发生与发展密切相关的学科。泥石流在开放的自然系统中，受到诸如降水、植被、地形等因素的影响，其发生发展也因不同的条件而不同。Decaulne A等[30]研究发现冰岛峡湾环境中由于对各种气象触发因素的响应，极易发生泥石流;陈晓清等[31]通过对良好植被区几次重大泥石流、滑坡灾害的考察，发现不同降雨强度下，植被对泥石流、滑坡的作用出现完全相反的情况;罗正东[32]研究发现人类不合理的活动使得云南东川生态环境的恶化，造成了该地区水土流失十分严重的现状。因此在防灾减灾过程中应充分考虑当地自然条件，因地制宜，制定合适的治理措施。第三层次是ENGINEERING（工程学）、COMPUTER SCIENCE（计算机科学）等，这代表的是在泥石流治理实践方面相关学科。当前泥石流防治工程主要包括生态工程、岩土工程以及生态-岩土综合防治工程，并取得了丰硕的研究成果，王海帆等[33]通过对云南省东川区深沟流域的调查研究表明生态工程措施能够有效地控制泥石流等地质灾害的发生，并且对当地生态环境改善大有裨益;梁柱等[34]结合桂林龙胜县严重地质灾害治理工程实例，论述了流通区、堆积区等的闸坝工程设计;崔鹏等[35]从生态和岩土等方面提出泥石流综合防治技术。而新的计算机科学方法不仅在泥石流基础研究中发挥着模拟预测的作用，还能应用于防灾减灾工程中，如吴宏等[36]结合舟曲县泥石流灾后重建治理工程资料，利用3DS MAX、Maya等3D模型软件，建立了甘肃省三维模型和三维可视化场景的GIS平台，直观地展示了其地形和泥石流防治工程的情况。这类学科能够与传统的地学相结合，通过科学实践，促进了该领域的发展。但从整体上来看，“泥石流防治”研究仍主要停留在地学领域，与其他学科交流较少，应更多地跨学科交融，为该领域的发展注入新动力。

2.3 泥石流防治研究热点与前沿趋势

关键词是一篇文献的核心与精华，通过文献计量也能展现出研究的热点问题。因此，利用文献关键词作为节点，绘制出“泥石流防治”研究热点知识图谱（见图3）。图中共有361个网络节点，1 898条连接，网络密度为0.029 2，关键词之间形成了一个结构复杂、主次明显的共现图谱。将出现频次≥20的关键词列于表4中，可以明显看出，出现频次前6个分别是debris flow（泥石流，707次）、landslide（滑坡，202次）、duration control（时间控制，166次）、shallow landslide（浅层滑坡，165次）、model（模型，147次）和intensity（强度，103次），这六大关键词出现次数均超过100次，在“泥石流防治”领域具有重要的地位。为了更客观、准确地分析数据，我们对关键词进行了简单的分类和组合，具体如下。

（1） 灾害（hazard）类，即与泥石流相关的灾害，对其形成、运动和淤埋产生重要影响。主要有debris flow（泥石流）、landslide（滑坡）、shallow landslide（浅层滑坡）、hazard（灾害）和earthquake（地震）等。由于山地环境的特殊性，山地灾害极易复合放大，形成山地灾害链。以2008年汶川地震为例，由于高震级、强烈度的地震灾害诱发了一系列次生灾害，为泥石流提供了大量的固体物源[37];加之处在雨季汛期阶段，为泥石流的起动提供了必要的条件，最终在北川、平武一带造成了成片的泥石流灾害[38]，地震重灾区进入泥石流活动强烈期，并可能持续活跃10～30 a[39]。同时，汶川地震诱发的泥石流对道路交通[40-41]、土地资源[42]、生态环境[43-44]等造成重大影响。因此“泥石流防治”研究常与其他灾害研究一起，共同寻求高效、科学的防治方式，既节约成本，也符合灾害链科学研究的要求。

（2） 诱因（impact）类，即对泥石流的物质来源、能量产生与消减等具有诱导性的影响因素。主要有erosion（侵蚀）、deposit（沉积）、climate change（气候变化）、rainfall threshold（降雨阈值）和rainfall intensity（降雨强度）等，这些因素是泥石流活动中最具影响意义的方面。何爽爽等[45]利用卫星降水和 WRF 预报降水对2017年6月18日北京门头沟泥石流事件进行研究，可以明显地看出降水对此次时间的响应;胡凯衡等[46]综合分析了2000～2015年间的横断山区降水对泥石流易发性的影响;马煜等[47]以龙溪河流域泥石流沟为例讨论了流域面积、形状系数、沟道比降等地形因素的重要性，结果表明沟道比降>形状系数>流域面积。因此对于不同的地区的不同主导性影响因素，防治措施也应因地制宜，相应地做出调整[4]。

（3） 区域（area）类，即泥石流灾害发生的主要区域及其形成的地貌类型。主要有New zealand（新西兰）[48-49]、China（中国）[50-51]、Swiss alp（瑞士阿爾卑斯山）[52]、Taiwan（中国台湾）[53-54]、Basin（盆地，流域）[55-56]和Alluvial fan（冲积扇）[57-58]等地区，都是泥石流灾害的高发区和形成的地貌类型。这些区域一方面是得天独厚的研究对象，另一方面也亟待“泥石流防治”科学的新进步来解决实际问题，保障区域内的长治久安。

（4） 方法（method）类，即在“泥石流防治”研究中常用到的方法。主要有duration control（时间控制）、model（模型）、simulation（模拟）和prediction（预测）等。由于泥石流灾害的复杂性和毁灭性，常常需要通过仿真实验获得数据，构建模型，并对其进行预测验证。Guzzetti F等[59]编制了2 626个导致了浅层滑坡和泥石流的降雨事件的全球数据库，提出了一种新的阈值用于滑坡预警系统;Pudasaini S P[60]提出了一种新的广义两相泥石流模型，数值结果表明该模型能很好地描述两相泥石流、泥沙输移和海底泥石流等相关现象的复杂动力学。这些数理方法同时推动着泥石流基础理论和防治工程措施实践的进步与创新，在“泥石流防治”领域具有重要的作用。因此在相关研究中应更多地与数理科学、计算机科学等跨学科交融，推动该领域的发展。

3 结论与展望

泥石流防治关乎民生大计，是山区发展与保护的重要环节。本研究基于WOS和CiteSpace对“泥石流防治”研究领域的文献进行可视化分析，是对该领域文献综述的一个新颖尝试。

（1） 世界范围内，最主要的研究机构是中国科学院、美国地质调查局等，这些研究机构也主要分布于泥石流灾害多发的国家或地区。中国科学院（成都山地所）、成都理工大学、意大利国家研究委员会、佛罗伦萨大学和日内瓦大学这五大学者群体，共同推动着本学科领域的发展。

（2） 通过对“泥石流防治”相关学科的统计可以发现该领域主要涉及到地质、环境要素等地学学科和工程学、计算机科学等促进相关实践的学科。但跨学科间的交叉融合仍较少，应进一步加强多学科交流，为该领域的研究注入新动力，提供新思路。

（3） 通过分析关键词得到了“泥石流防治”研究的热点与前沿，大致可将热点分为灾害型、诱因型、区域性和方法型四个大类。它们作为领域内的研究热点，受到广大学者的关注与研究，促进“泥石流防治”的新进展，但还应进一步加强对这四类的基础性研究。

当前国内外在“泥石流防治”领域已取得了丰硕的研究成果，为世界各国防灾减灾工作贡献着智慧与力量。但处在复杂而又开放的自然-人文系统内的泥石流防治，还需更加深入系统的研究，本文笔者认为应主要从以下3个方面着手推进学科发展。

（1） 加强多学科交流，推动泥石流防治研究新进展。地球系统是一个复杂的耗散结构，内部各要素之间存在着非线性的相互作用。泥石流产生的机制、运动过程中能量的聚涨-突变-衰减、泥石流物质的淤埋等由于受到诸多因素耦合影响，其复杂性难以通过一门或几门学科单独求解得出。必需跨学科进行交流，加强多学科的交叉融合，为泥石流防治提供全新思路和科学方法，共同推动研究新进展。

（2） 优化配置新模式，合理布局岩土-生态防治工程。目前主要的泥石流防治技术包括：岩土工程措施、生态工程措施以及岩土-生态有机结合。如何在脆弱的生态环境中，将防灾减灾工作与生态环境保护工作合理调节，使其并行不悖仍然是泥石流防治中亟待解决的问题。科学地评价各种防治技术的效益，统筹规划，合理地布局岩土-生态防治工程，实现优化配置新模式。

（3） 防治与发展结合，促进山区人地关系和谐稳定。由于诸多客观因素的影响与制约，泥石流灾害发生后，人们仍将在当地继续生活下去，发展与建设，破坏与保护都将持续进行。因此，应更多地将防治工作与地区的发展相结合，选择适合当地自身状况的防治措施，在建设中治理、在发展中保护，实现社会-经济-生态多重效益的最大化，促进山区人地关系的和谐稳定。

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（编辑：刘 媛）