“十三五”期间中国海绵城市研究进展与前沿分析

陈玉萍，王 月，2，3*，刘 创，夏春晖

(1.广西师范大学环境与资源学院,广西 桂林 541004;2.岩溶生态与环境变化研究广西高校重点实验室,广西 桂林 541004;3.珍稀濒危动植物生态与环境保护教育部重点实验室,广西 桂林 541004)

自第二次工业革命以来，许多新兴城市开始涌现并发展起来。由于城市硬化面积的不断扩大，城市内的水循环过程遭到破坏，城市开始频繁出现内涝现象。针对这个问题，美国最先于20世纪90年代提出了针对城市雨水径流管理和控制的“低影响开发理念”，试图通过该理念的实施使城市开发前后的水文特征能够保持一致[1-2]。与低影响开发相似的理念在欧洲和澳大利亚等地区也得到了广泛发展，各国普遍从法律法规、技术体系和设计理念等多方面进行了实施[3-5]。

低影响开发理念进入中国后，为了寻找一条适合中国国情的雨洪管理理念，提高城市应对洪涝灾害的能力，中国于2013年12月正式提出 “海绵城市”的概念。其旨在通过现代雨水管理体系的建设达到控制城市雨水径流、缓解城市内涝、恢复水环境的自我净化能力以及保障水安全等目的[6]。随后，住建部联合水利部等部门于2014年发行了《海绵城市建设技术指南》；2015—2016年先后发布了共30个海绵城市建设试点；2016年的“十三五”规划中也明确指出要加强城市防洪防涝设施的建设，支持海绵城市的发展[7]。“十三五”也是国务院办公厅印发《关于推进海绵城市建设的指导意见》后，具体落实指导意见的第一个五年。因此，受国家政策的引导，在“十三五”期间，中国关于海绵城市的研究呈快速增长的趋势，且研究已取得一定成果。在2021年提出的《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》中，也再次强调了要建设海绵城市，并对海绵城市的建设指出了一些具体的要求[8]。

目前，中国对海绵城市的研究与建设应用多从海绵城市的内涵、概念、海绵设施的设计、改良、影响机制以及水文模拟模型的开发等方面进行。在现有被引量较大的海绵城市综述中，多数文献选择将海绵城市中的海绵设施、建设技术或受影响的自然因子等方面进行阐述，但从整体的角度上去研究海绵城市发展进程、方向以及研究热点的文献较少，研究者难以快速以及准确地把握海绵城市当下已有的成果以及未来的发展方向。为了掌握中国海绵城市在“十三五”期间的研究发展趋势，为“十四五”规划期间的发展确定方向，本文以2016—2020年为研究时段，运用CiteSpace可视化分析工具，从文献数量、发文作者、科研机构、研究热点及趋势方面对“十三五”期间海绵城市的研究进展及焦点等进行分析，以期为“十四五”阶段的海绵城市研究方向提供科学参考与依据。

1 研究方法与数据来源

1.1 数据来源

首先，本文选择对中国知网中收录的SCI、EI、CSSCI、CSCD和中文核心期刊文献进行检索。以上期刊中包含的文献质量较高，能基本表现出海绵城市研究领域的学科前沿和主要研究方向。其次，选取2016—2020年主题词为“海绵城市”的文献；接着，在初次检索得到1 223篇文献的基础上，去除了66篇无关文献，最终得到有效文献共1 157篇，作为本文研究的样本。

1.2 研究方法

本文采用5.6.R1版本的CiteSpace知识可视化软件作为文献数据量化分析的工具[9]，将Refworks格式文件转换成可识别格式文件，时间跨度分别设置为2016—2020年、2019—2020年，时间切片调整为1年，分别依次以作者、机构和关键词为节点类型从作者合作、研究机构合作、关键词共现以及突现词4个方面制作出可视化知识图谱，以便对海绵城市研究的历程、热点以及前沿进行分析。

2 海绵城市研究现状分析

2.1 发文量年度分析

发文量的多少可在一定程度上反映出一个研究领域受关注度的高低，发文量在不同时期的变化则可体现出一个研究领域所处的发展阶段[10]。因此，为了分析海绵城市领域的研究进程，更清晰地展示出海绵城市研究成果集中的年份，本文以中国知网上2011—2020年的年度发文量数据为基础，制作出以海绵城市为主题的年度发文量变化趋势(图1)。

图1 2011—2020年度发文量变化趋势

从图1中可知，有关海绵城市的文献数量在整体上呈逐年递增趋势。根据图中研究文献的年度分布情况，将海绵城市的相关研究大致分为3个阶段。

a)2011—2014年为起步发展阶段。中国在海绵城市的研究方面刚刚起步，发文量为0。这与中国于2013年12月才正式提出海绵城市的定义，且研究和发文等都需要一定时间有关系。

b)2015—2017年为爆发阶段。仅3年的时间，海绵城市的发文量由2014年的0篇迅速增至230篇，海绵城市在短时间内迅速进入了众多学者们的研究视野，为学者所关心。这受到了中国“十三五”规划中对海绵城市发展起支持态度的影响，中国于2015—2016年内设立的30个海绵城市试点城区也推动了大量关于海绵城市建设的理论和技术研究。

c)2017—2020年为稳定发展阶段。该阶段的文献数量呈波动上升趋势，文献数均维持在200篇以上。这说明海绵城市仍是众多学者所关心的领域。由于中国国土面积广大，地貌单元多，气候复杂，因此对于如何因地制宜地建设海绵城市仍没有较好的解决办法，需要研究者更深入、更全面地进行探索。

2.2 发文作者分析

在作者共现图谱(图2、3)中，节点代表发文作者，节点面积代表发文作者在该领域的发文量，面积大的发文量大，节点间连线的粗细代表各发文作者在该领域的合作密切程度，连线较粗代表连线两端的发文作者合作较密切，反之则合作较少。从发文作者的共现图谱中可以分析出在某一研究领域中的核心作者以及各作者间的合作情况。

图2 2016—2020年作者合作网络共现图

从单个作者的发文量(节点的大小)上看，节点较大的作者为李俊奇、车伍和王文亮等人；其中，在2019—2020年，李俊奇、潘兴瑶和杨默远等人的发文量较大。从整体上看，发文作者在“十三五”期间的分布较分散，虽有一定的网状结构，但结构较为单一。以三位节点较大，且均有一定网状结构的李俊奇、车伍和王文亮学者为例：从图2可以看出，以李俊奇为核心展开的网状结构最大，说明该研究者与他人的合作度较高。其中，车伍和王文亮都在李俊奇的网状结构图中，说明他们都与李俊奇有过较密切的研究交流，但车伍和王文亮之间没有连线，说明他们没有进行合作或者合作较少。此外，结合表1和图2可看出研究者多在同机构或同地区间进行合作，较少进行跨机构或跨地区的合作。在发文量包含且超过10篇的研究者中仅有吴连丰和王宁进行了跨机构和跨地区的合作。在2019—2020年的作者共现图中可以看出，作者间的合作是逐渐趋向紧密的，多位研究者在2020年的合作数达到3个及以上(图3)。但2020年单个研究者的发文量较少。其中，发文量较大的马越仅与和他同机构的梁行行在海绵城市的研究上较为紧密，与其他研究者的合作较少。这主要也是受到跨机构的影响，其次，也可以看出与马越合作紧密的都是位于同地区的研究者。这说明在2019—2020年，研究者间跨机构和地区进行合作的现象依旧较少。

图3 2019—2020年作者合作网络共现图

表1 2016—2020年发文量大于等于10篇的发文作者

2.3 发文机构分析

通过对所取文献进行以机构为节点的提取，制作出发文机构的共现图谱(图4、5)。首先，从类型上看，研究机构类型主要包括高校、城市或市政规划设计企业和科研院所。主要的研究机构包括北京建筑大学城市雨水系统与水环境教育部重点实验室、中国城市规划设计研究院、上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司以及北京市水科学技术研究院等。从区域分布来看，研究机构主要集中于北京、上海、厦门、江苏、天津、深圳等地，说明关于海绵城市的研究与建设多集中在中国北京及东部沿海发达地区，较小涉及到中西部地区。

此外，机构间的联系还存在着以下特点：①主体机构之间有着单方面的联系，形成了一条联系线，但双向联系不紧密；②各主体机构下自成一条联系线，联系的机构数量较多，但仍是以单向联系为主，各机构间的相互联系不紧密；③通过图4、5的对比可看出，机构间的合作逐渐向跨地域合作的趋势发展。

图4 2016—2020年机构合作网络共现图

图5 2019—2020年机构合作网络共现图

3 研究热点与趋势分析

3.1 关键词共现分析

运用CiteSpace对文献进行以关键词为节点的提取和聚类分析，可以得到关键词时序图谱(图6、7)。在图谱中，节点越大表明该关键词受到研究者的关注程度越高，研究的热度也越高。

图6 2016—2020年关键词时序图

首先，从节点的分布上看，节点在2016—2017年较为密集，说明在该时段内海绵城市的相关研究被提的最多，从而出现了与海绵城市相关的一系列热点、关键词等。此外，最大的节点出现在低影响开发的聚类线上，说明在海绵城市的研究领域中研究者对低影响开发的重视程度最高。中国海绵城市理念是在低影响开发的影响下提出的，因此对低影响开发进行了解和研究是必要的。

其次，结合节点与时间线可以大致将中国海绵城市在“十三五”规划期间的研究热点历程分为2个阶段。

a)2016—2018年的爆发阶段。该阶段是“十三五”规划开始建设的前半阶段，也是图中节点较多，大节点较集中的阶段。在图中，节点较大的为低影响开发、海绵城市、SWMM模型、年径流总量控制率和透水砖等。研究者们顺应国家规划的倡导和需要，从海绵城市的理念、水文模拟模型、指标体系以及设施等多方面对海绵城市进行了研究。其中，美国环境保护署早在1971年便研发出了SWMM模型，并用于城市雨洪的动态模拟。中国在这方面的起步较晚，但在20世纪90年代之后，中国学者也陆续开展了对城市水文模型的研究[11]。因此，当中国针对城市的雨洪问题提出并开始计划建设海绵城市后，大量关于水文模型的模拟研究便出现在了海绵城市的研究进程中，其尝试着通过模型比较出城市中不同海绵设施组合以及海绵设施在不同空间进行布局后所能产生的雨洪减控效果，从而找出海绵城市的最佳设计方案[12]。

b)2019—2020年的稳定发展阶段。该阶段出现了系统化方案、检测评估、风景园林、水环境和黑臭水体等研究热点。系统化方案和检测评估等热点的出现可能是由于海绵城市已经进入建设并使用阶段，研究者在尝试能够有效地收集和观察某段时间内海绵城市数据的方法，并对海绵城市建设的整体成效进行评价。而风景园林、水环境和黑臭水体的出现，说明研究者不仅关注城市的水平衡情况，同时也重视水体质量和环境等问题。在国家需求上，国务院于2015年印发的《关于推进海绵城市建设的指导意见》中提出要以黑臭水体治理为突破口对老城市的海绵设施进行建设。和“十三五”规划相比，在2021年提出的“十四五”规划中，国家明确提出要重点建设31个在江河沿岸的海绵城市，并将海绵设施改造的重点更多放在了堤防、护岸以及江河道等水环境区域中。同时，在纲要的绿色发展一节中也指出要基本消除城市黑臭水体的要求。因此，如何治理城市江河湖中的黑臭水体，改善城市水环境不仅是该阶段的研究热点，亦可作为将来海绵城市研究的热点话题。

3.2 突现词分析

突现词是指某一时段内在大量的关键词中，某一个发生了频次快速增长现象的词[13]。因此可以利用突现词揭示出研究主题的前沿领域和未来发展趋势。由于2019—2020年的时间较短，文献较少，因此无法计算出相应的突现词。因此本文以2016—2020年的文献为数据源，选取关键词为节点，运用CiteSpace中的“burstness”功能对文献进行突现词的选取，从而绘制成图8。

图8 2016—2020年关键词突现图

从图8中可知,在2016—2018年，共出现了8个突现词，分别是城市雨洪管理、海绵体、景观设计、水系统、径流总量控制、径流污染、生态智慧和径流控制率。在该阶段，海绵城市的研究主要是从整体以及理论层面出发。其中，城市雨洪管理、径流总量控制、径流污染和径流控制率均是关注城市的径流变化及影响。城市化快速发展后城市下垫面发生剧烈的变化，城市径流因此出现了流量激增和污染严重等现象。而海绵城市的作用之一便是调节城市径流。为了使海绵城市对径流的调节以及整体布局更合理，因此关于雨水径流控制的一系列研究着重放在了海绵城市开发规划的初始阶段[14]。海绵体是建设海绵城市的必备设施，而海绵体的建设和选择等也是众多城市在建设海绵城市过程中遇到的难点，因此该研究成为海绵城市建设初期的着重点[15]。十九大之后，社会主要矛盾的转变推动了海绵城市朝绿色发展的方向前进。景观设计、水系统和生态智慧等突现词的出现表明该阶段研究多强调海绵城市的建设理念与建设设备等应与自然协调、融合，发展可持续的绿色城市。

在2018—2020年，海绵城市的研究主要是从建设的具体措施入手。出现的突现词有设计降雨量、绿色屋顶、排水管网、低影响开发措施、源头减排等。海绵设施是海绵建设过程中的重要组成部分，各海绵设施的组合和建设会对海绵城市降雨径流量的控制以及城市水质产生不同的影响。该阶段中海绵设施已在众多城市投入使用并产生了一定效果，不同的设施也在不同程度上出现了不同的问题。因此如何因地制宜建设、高效组合和利用海绵设施是该阶段进行的主要研究。

此外，在2018—2020年还出现了“城市雨洪资源利用”一词。这说明研究者们在注重城市防洪排涝的同时，还加强了对于水资源收集和利用的研究力度。韧性城市思想最早是在英、美等国家提出，并于21世纪成为国际学界的热点话题[16]。韧性城市旨在以适应、共生的理念提高城市系统应对气候变化和灾害等风险扰动的能力，保障城市的可持续发展。中国的海绵城市便是建设韧性城市的具体途径之一[17]。韧性城市作为突现词在海绵城市研究领域出现，说明研究者在研究海绵城市过程中，也普遍认同海绵设施建设不应只强调功能性和工程性，应与环境相适应、相结合，强调城市的生态效益[18]。因此，在未来的研究当中，如何因地制宜地建设海绵城市，推动城市与环境的相互适应可以作为一个研究方向。

4 结论

a)从年度发文量上看，在2000—2020年，海绵城市研究呈整体上升趋势，上升速度较快。其中，在2015—2017年的3年时间里，由于国家可持续发展的需要以及相关政策等的引领，海绵城市得到研究者的广泛关注，为海绵城市研究的爆发阶段。此后，关于海绵城市的年发文量均保持在200篇以上，仍是学者们探究较多的一个领域。

b)从发文作者上看，发文作者的分布较为分散，虽有一定的网状结构，但结构较为单一。此外，同机构或同地区间的研究者合作度较高，跨机构或跨地区的研究者合作度较低。

c)从发文机构类型上看，研究海绵城市的机构主要有高校、城市或市政规划设计企业和科研院所。在地域分布上，机构主要集中于中国北京及东部沿海发达地区，位于中国中西部地区的研究机构数量较少。在合作程度上，主题机构间以单线联系为主，各机构的交叉联系很少，但机构间的合作是逐渐向跨地域合作的趋势发展的。

d)在海绵城市的研究进程中，热点先后围绕着低影响开发、径流总量控制、SWMM模型、透水铺装以及检测评估和水环境等展开，反映了中国研究者紧跟中国海绵城市建设脚步开展研究的现象。在热点爆发期，研究者们根据海绵城市初期开始推进建设而产生的需求，对城市雨洪模拟模型以及海绵设施建设开展了研究。在热点稳定发展期，由于海绵城市已经进入建设并使用阶段，关于对海绵城市的评价指标和监测评估变成了研究热点。而由于国家政策规划的影响，水环境和黑臭水体的研究也是“十四五”期间研究的热点。

e)由于中国地形和气候类型的复杂性使得中国各城市的水文特征存在着较大的差异性，因此目前在海绵城市的实施过程中还难以制定较为统一的建设标准，需要注重因地制宜。而如何根据城市的实际情况去提高城市排水设施的防涝能力，消除城市的涝积现象仍会是未来长期的研究重点。此外，如何因地制宜地建设海绵城市，推动城市与环境的相互适应也可以作为未来的研究方向之一。