我国水库大坝安全评价研究综述——基于Citespace的知识图谱分析

吴 伟 韩春苗

(1.黄河水利职业技术学院，河南 开封 475004；2.小流域水利河南省高校工程技术研究中心，河南 开封 475004；3.北京市水文总站，北京 100089)

2011年中央一号文件首度聚焦水利建设，将水利提到国家安全层面。同时水利部提出力争通过5～10年努力，到2020年基本建成水利保障和支撑经济社会发展需要的四大体系：防洪抗旱减灾体系、水资源合理配置和高效利用体系、水资源保护和河湖健康保障体系、水利科学发展的体制机制和制度体系。在这四大体系中，水库大坝都发挥着重要的作用。2014年水利部印发《关于进一步加强水库大坝安全管理的意见》，就进一步强化水利系统水库大坝的安全管理，确保工程安全运行工作做出部署安排，指出要定期开展大坝安全鉴定，及时掌握大坝安全状况。

水库大坝不仅是江河防洪工程体系的重要组成部分，也是调控水资源时空分布、优化水资源配置的重要工程措施。为了保障水库大坝的功能充分发挥，需要定期对其进行安全评价和除险加固。近年来，我国学者对水库大坝安全评价进行了大量研究。覃友中1996年分析了大坝安全评价涉及的主要外部因素和内部因素，总结出我国大坝安全评价的现状和安全评价的方式，提出了大坝安全诊断的新方法。王志军2008年从大坝风险分析方法、水库大坝防洪风险、溃坝模式、溃坝洪水、溃坝概率、溃坝后果等9个方面，综述了国内当前开展大坝风险研究的进展状况。袁坤等2013年基于国内外水库大坝安全评价和风险分析的研究现状，分析了我国大坝安全评价中存在的问题，提出了我国水库大坝安全评价技术的发展方向。

以往的文献综述只针对研究对象的研究内容、研究方法进行分类分析，而缺乏对时间、空间、机构的综合分析。科学知识图谱分析是近年来被广泛采用的文献计量研究手段，能够对文献的产出时序、空间分布、合作机构等进行全方面分析，并能将其通过可视化手段进行呈现。本文通过知识图谱分析方法对我国水库大坝安全评价研究的文献进行梳理、分析，发现水库大坝安全评价的研究规律，为相关领域学者的研究提供参考。

1 研究方法与数据来源

CiteSpace是目前最为流行的科学知识图谱绘制工具，是外籍学者陈超美教授基于Java语言开发的科学计量分析软件，能够用可视化的手段展示科学知识的发展进程和结构关系。

本次研究数据来源于CNKI(中国学术期刊网络出版总库)，操作时间为2020年7月10日。本文在CNKI以“主题=(水库+大坝+坝体)×(安全评价)”为检索式，时间范围：全部时段；来源类别选择“EI来源期刊、北大核心、CSCD”进行检索，通过对初步得到的文献进行筛选、剔除，共得到水库大坝安全评价相关有效文献194篇。

2 大坝安全评价研究的知识图谱

2.1 来源期刊分布情况

选取大坝安全评价研究方面载文量超过5篇的主要期刊(见表1)可以发现，中国水力发电工程学会和华中科技大学主办的《水电能源科学》在水库大坝安全评价研究方面载文量最多，为19篇；其次是水利部主办的《水利水电技术》，有18篇；再次是《水力发电》《人民长江》《人民黄河》《水利学报》等期刊。此外还有一些未列出的期刊，如《天津大学学报》《岩土工程学报》《水资源与水工程学报》等也有相关文献。以上数据可以说明相关水行政主管部门及工程学会对大坝安全评价研究的重视。

表1 大坝安全评价研究载文量超过5篇的来源期刊

2.2 高被引文献

对大坝安全评价领域经典文献进行统计，国内学者发表的相关论文被引频次呈现显著的不均衡。被引超过40次的论文有六篇(见表2)，其中被引次数最高的有114次，是林皋和陈健云所作的《混凝土大坝的抗震安全评价》。表2中66.67%的文献为大坝安全综合评价方面的论文，说明国内学者非常重视采用不同的方法对大坝安全进行综合评价。

表2 大坝安全评价研究中的高被引文献

2.3 学者和研究机构分析

2.3.1 研究者

根据发文量的多少衡量学者该方向的学术研究能力，以核心期刊为来源库对相关文献进行检索。从表3可以看出，河海大学的沈振中发文6篇，中国水利水电科学研究院的赵剑明发文5篇，广东水利电力职业技术学院的刘亚莲发文5篇，中国水利水电科学研究院的刘小生发文4篇，清华大学的金峰发文4篇。

表3 大坝安全评价研究核心期刊发文量排名前5的作者及其单位

利用Citespace软件对作者进行共现分析，得到图1的作者合作图谱。在作者合作网络图谱中，节点字体大小代表中心性，连接边表示合作性。结果显示，网络节点数量为380，连线数量为442，网络密度为0.0061。合作关系较为紧密的有以刘小生、赵剑明、杨玉生为中心，以李德玉为中心，以林皋为中心等的科研团队。

图1 大坝安全评价研究作者合作图谱

2.3.2 研究机构

大坝安全评价研究机构情况见表4，河海大学研究成果最多，为29篇。通过研究机构合作图谱(见图2)可以看出，河海大学、南京水利科学研究院、中国水利水电科学研究院、武汉大学、大连理工大学相对较多。

图2 大坝安全评价研究机构合作图谱

表4 大坝安全评价研究主要机构

研究水库大坝安全评价的机构主要以水利院校和水利科学研究机构为主，具体参与实施大坝安全评价的水库管理机构和主管部门发文量较少。不同院校、学术机构的合作较少，大坝安全评价研究机构之间的联系还有待进一步加强。

2.4 主题分析

通过关键词出现的频次和中心度大小，可以了解我国水库大坝安全评价研究的主题。在194篇CNKI数据库“EI来源期刊、北大核心、CSCD”样本文献中，出现频次排序前20的关键词见表5，主要有“大坝安全评价”“大坝”“土石坝”“大坝安全”“云模型”“层次分析法”等。除了“大坝安全评价”“大坝”这两个关键词之外，其他关键词都代表了大坝安全评价研究的热点话题。其中，“土石坝”“混凝土重力坝”“病险水库”“拱坝”“高拱坝”代表了大坝安全评价研究的热点研究对象；“云模型”“层次分析法”“模糊数学”“有限元法”代表了大坝安全评价研究的热点研究方法。“极限抗震能力”“抗震安全评价”“安全监测”“指标体系”代表了大坝安全评价研究的热点研究内容。

表5 大坝安全评价研究领域关键词频次及中心度排序

2.5 研究热点

研究热点是某个研究领域的一组文章所共同聚焦的话题或主题，通常会在一定时间内高频出现并产生内部链接关系。为考察水库大坝安全评价研究热点，笔者进行了关键词共现及聚类分析。在参数设置中，时间跨度设置为“1993—2020”，Years Per Slice(时间切片)设为1，在term source中选择“Title”“Abstract”“Author Keywords”“Keywords plus”，Node Types选择“Keyword”，阈值选择默认值，运行CiteSpace之后得到图3的水库大坝安全评价研究关键词共现图谱。其中共包含401个节点，831条边，网络密度0.0104。关键词在图中用圆圈表示，圆圈越大，关键词出现的频次越高；关键词字体越大，表示中心度越高，越趋向图谱中心位置。进一步，对关键词进行聚类分析得出的结果见图4及表6，可以看出，知识图谱以“大坝安全”为核心，向多个方向发散，主要包括土石坝、层次分析法、抗震安全评价、混凝土重力坝、云模型等。这些聚类体现了水库大坝安全评价研究的热点，近年来我国水库大坝安全评价的研究热点主要体现在以下几个方面。

表6 大坝安全评价研究关键词聚类标签及主要关键词

图3 大坝安全评价研究关键词共现图谱

图4 大坝安全评价研究关键词聚类图谱

a.大坝安全评价体系研究。相关聚类有：0号综合评价、2号混凝土重力坝、5号土石坝、6号指标体系、9号模糊层次分析法、11号模糊综合评价。大坝安全评价体系的研究主要包括根据《水库大坝安全评价导则》(SL 258—2017)的评价内容、方法和项目结合工程实际遴选评价指标，然后根据各评价指标的(相对)重要性进行排序、赋予权重，最后构建评价指标体系，并针对具体工程进行安全评价应用。层次分析法、熵权法、模糊数学、灰色系统理论以及云模型是这类研究中常用的方法。例如韩立炜、刘明凯(2020年)基于模糊最优最劣(FBWM)法和灰色聚类法，构建了土石坝安全评价模型，并在应用中取得了可靠的评价结果。

b.抗震安全评价研究。相关聚类有：2号混凝土重力坝、3号地震、7号拟动力法、8号非线性波动分析、11号模糊综合评价。主要是对地震动、大坝-库水-地基等周边系统的动力特性进行研究。拟动力法、非线性波动分析、振型分解反应谱法、三维有限元法是这类研究中常用的方法。例如李红军等(2018年)参考国际水电工程相关技术规范要求，采用拟动力法(Newmark 滑块位移法)对以色列 Kokhav Hayarden 抽水蓄能电站上、下库坝坡进行抗震安全复核，取得了可靠结论。

c.结构安全评价研究。相关聚类有：1号抗滑稳定、2号混凝土重力坝、5号土石坝、9号模糊层次分析法、11号模糊综合评价。坝体抗滑稳定研究是结构安全评价研究比较主流的研究方向。常晓林等(2008年)采用非线性有限元法对亭子口重力坝复杂坝基进行了深层抗滑稳定分析，通过强度储备系数法得到了坝体及坝基系统的渐进破坏过程并搜索出了最危险的滑移方式。

d.基于除险加固和大坝安全管理对策的安全评价研究。相关聚类有：4号除险加固、10号大坝安全管理。大坝安全评价的目的是为了做好水库大坝的安全鉴定工作，根据安全综合评价结论对大坝安全状况进行分类，对于评定为二类、三类的大坝，应提出处置对策和加强管理的建议。例如方荣等(2011年)根据某大坝设计加固方案，采用有限元法对加固后的大坝结构进行变形和应力计算，提出该类坝型结构加固后的安全评价方法，为开展此类坝型除险加固、运行维护和安全按监测提供了参考。

2.6 研究趋势

在CiteSpace关键词共现分析的基础上，进行关键词时区分布可视化显示，对节点进行适当调节，得到大坝安全评价研究关键词共现图谱时区图，(见图5)。可以看出，1993—2008年间，大坝安全评价研究热点较少，突出的有“安全风险评价”“安全监测”“综合评价”“抗震安全”及“有限元法”；2009年开始，在安全评价内容方面，“抗震安全评价”“地震动参数”“极限抗震能力”“抗震措施”的研究较多，学者们也开始关注对“评价指标”“指标体系”的研究。在研究方法上，2009年集中出现了很多热点，如“模糊综合评价”“层次分析法”“psr模型”等，之后关注的方法有“模糊数学”“三维有限元法”，近年来活跃度较高的热点有“云模型”“模糊层次分析法”“d-s证据理论”等。

图5 大坝安全评价研究关键词共现图谱时区图

3 结 论

a.大坝安全评价研究中，论文产出表现杰出的学者主要包括沈振中、赵剑明、刘亚莲、刘小生、金峰等。在作者合作中，表现突出的作者主要包括刘小生、赵剑明、杨玉生、李德玉、林皋等，他们与网络中作者建立了广泛的合作关系。

b.大坝安全评价研究中，学者关注的热点主要包括云模型、层次分析法、综合评价、模糊数学、混凝土重力坝、除险加固、极限抗震能力等方面，近期活跃的有云模型、模糊层次分析法、D-S证据理论等。

c.学者在国内核心期刊发表的关于大坝安全评价研究论文形成了“大坝安全”“土石坝”“层次分析法”“抗震安全评价”“混凝土重力坝”“云模型”等聚类。产出的有影响力的论文主要分布在“抗震安全评价”“大坝安全评价体系”等聚类。