基于Citespace 的水库运行管理研究知识图谱分析

2022-07-04邵冬梅刘彬侠

陕西水利 2022年5期

邵冬梅，刘彬侠，赵欣

（1.陕西省江河水库工作中心,陕西西安 710018；2.西安理工大学,陕西西安 710054）

0 引言

随着我国经济的高速发展,自然资源持续消耗,特别是水资源短缺现象日益加重,当前形势下水利事业的地位显得尤为重要[1]。水库作为水利工程体系的重要组成部分,在供水、灌溉、发电、防洪和养殖等方面发挥着重要作用,保障水库高效运行对调节当地水资源、推动各种经济的发展和改善人们的生产生活都有着重要意义[2]。然而我国水库数量庞大,且90%以上的水库修建于20 世纪50～70 年代,经过几十年的运行后普遍存在病险老化问题,严重影响水库的正常高效运行。近年来,国家十分重视水库运行管理,2019 年4 月18 日水利部印发《水利工程运行管理监督检查办法（试行）》,水库运行管理工作也面临着更高的要求和更多的挑战[3]。如何确保水库的安全运行,发挥工程的最大效益,提升水库运行管理水平,是当前亟需解决的问题[4]。

本文通过收集国内水库运行管理研究的相关文献,运用Citespace 软件,基于文献计量方法,绘制该研究领域的知识图谱,以可视化的形式分析总结目前我国水库运行管理研究领域的相关进展与热点,以期对未来水库运行管理研究提供一定借鉴参考。

1 数据来源与研究方法

1.1 数据来源

为保证数据的全面性和准确性,本文以覆盖最全的中国知网（CNKI）数据库为样本数据源,检索时间为2022 年1 月29 日。选择“高级检索”类型,以“主题=水库”AND“主题=运行管理”为检索条件,检索时间范围为1990 年～2021 年,选择文献类型为期刊论文,检索结果为1155 条。为确保数据的有效性,对检索文献进行整理和筛选,剔除报纸报道、会议通知、文件以及与水库运行管理不相关的无效条目,最终得到有效样本文献675 篇,检索文献包含作者、机构、摘要、关键词等信息,将以上文献导入Citespace 软件中进行处理并形成样本数据库。

1.2 研究方法

本文基于文献计量学方法对水库运行管理研究的现状进行定量分析,Cistspace 是一款专门用于文献数据挖掘的知识图谱可视化工具,具有数据搜索、图谱绘制等功能,为学者探索分析某一学科或领域的研究热点及演进趋势[5]。本文通过Citespace5.8.R3 分析工具,对CNKI 数据库中检索到的水库运行管理相关的675 篇文献进行作者机构分析、主题关键词共现聚类分析以及时间线分析,得到该领域的主要研究作者、重要研究机构、研究热点及研究演化路径,绘制知识图谱进行可视化展示并分析,探索水库运行管理领域的现状、热点和趋势。

2 文献分布分析

2.1 发文量的时间分析

研究领域的发文量能够反映该领域不同时间研究的分布情况。笔者根据CNKI 数据库中导出的文献数据,绘制1990 年～2021 年约三十年间我国水库运行管理研究发文量的时间分布图（见图1）。从文献总量来看,我国水库运行管理发文数量稳步增加,特别是2006 年以后发文量明显增加,说明水库运行管理研究逐渐引起了国内学者的关注和重视；从发展阶段来看,我国水库运行管理研究大致可分为3 个阶段。第一阶段为缓慢发展阶段（1990 年～2006 年）,自1990 年开始,水库运行管理开始引起国内学者的关注,该阶段论文发表数量较少,总计58 篇,发展速度十分缓慢,表明该领域的研究还处于萌芽状态。第二阶段为快速发展阶段（2007 年～2015 年）,2006 年4 月水利部发布《关于加强水库安全管理工作的通知》,引起全国各地对于水库安全管理的重视,该阶段研究成果大量增多,发文数量快速增加,水库安全管理成为热点研究话题。第三阶段为平稳发展阶段（2016 年～2021 年）,该阶段研究成果虽有波动但相对稳定,学者对于水库运行管理研究领域的探索也趋于全面。

图1 1990 年～2021 年水库运行管理研究领域发文数量

2.2 发文期刊分析

对发文期刊的分布情况进行分析,可以在一定程度上反映水库运行管理研究领域的理论研究和实践应用,因此选取水库运行管理研究领域载文量≥10 的期刊,见表1。从期刊质量来看,《人民长江》载文量较多为13 篇,并且该期刊为为核心期刊,其余均为普通期刊。其中,《黑龙江水利科技》载文量最多为39 篇,《中国水利》载文量为25 篇。由此可以推断,我国在该领域发文量较多,但核心期刊载文量较少,因此有关水行政主管部门及工程学会还需加强对水库运行管理研究的重视,学者们在水库运行管理领域同样需要继续深入研究,产出一些高水平论文,为该领域进一步发展作出学术贡献。此外,水库运行管理研究主要来源期刊的所在地有黑龙江、河南、陕西、山东等地,从一定程度上也可以反映出以上各地对于水库运行管理的重视。

表1 水库运行管理相关载文≥10 的期刊情况

3 知识图谱可视化分析

3.1 作者和机构分析

利用Citespace 软件对作者进行共现分析,将节点标签阈值设置为2,得到图2 的作者合作图谱。在作者合作图谱中,节点字体大小代表中心性,连接边代表合作性。结果显示,网络节点数量为502,连线数量为202,网络密度为0.016。其中,学者方卫华发文量为3 篇,是该研究领域发文量最多的作者,其余作者皆为2 篇,发文量总体偏低,说明国内学者在水库运行管理领域还需开展进一步的研究。此外我国专注水库运行管理研究的学者较为分散,部分作者之间有合作关系,但多为两到三人之间的小规模合作,大多数作者都为独立研究。其中,由史永胜、杨文滨等组成的科研团队合作较为紧密,其次是以李天庆、曹晨华为主的团队。根据数据显示,所有作者的介中心性均为0,表明这些学者缺乏作为桥梁的中介能力,因此,从整个水库运行管理研究领域来说,核心作者发文量还有待提高,作者之间的相互合作关系仍需加强。

图2 水库运行管理研究作者合作图谱

同理,利用Citespace 软件以发文机构为节点类型进行合作网络分析,得到图3 的机构合作图谱,节点大小代表机构发文量的多少,节点之间的连线代表机构之间的合作情况。

图3 水库运行管理研究机构合作图谱

从图谱中可以看出,共有424 个节点,但仅有49 条连线,网络密度为0.0005。结合前文中的作者合作图谱分析,由于专注研究水库运行管理相关问题的学者之间合作较少,集中度较低,所以在该研究领域内的发文机构彼此之间也缺少合作交流,多为独立研究,联系较差。在主要发文机构中,水利部大坝安全管理中心与南京水利科学研究院有较多合作关系。从主要机构的发文量看,新疆额尔齐斯河流域开发工程建设管理局发表文献6 篇,该机构属于政府机构,于2021 年被水利部评为“第九届全国水利文明单位”,而水利部大坝安全管理中心和南京水利科学研究院的发文数量均为5 篇,表2 为发文量在3 篇以上的机构,可见在水库运行管理研究领域,各机构均积极发表学术论文,取得了较为丰硕的学术成果。

表2 水库运行管理研究主要机构

从发文机构的类型看,主要以科研院所、地方水利管理部门和水利企业为主,如南京水利科学研究院、甘肃省水利厅水利管理局等,表明科研机构凭借其优秀的科研能力为水库运行管理研究作出了重大的学术贡献,地方水利管理部门和水利企业也为提升其自身水库运行管理能力及效益展开了一定的学术和技术研究。然而,高校作为科研机构的中坚力量,在水库运行管理研究领域也应发挥引领作用,积极投身学术理论研究,增加发文量,为水库运行管理工作实践的开展提供理论支撑。从发文机构的区域看,南京、广东、河南、浙江、北京乃至全国各地的机构都在积极开展水库运行管理的研究,可见该领域已受到全国各地的广泛关注与重视。

3.2 关键词共现分析和聚类分析

关键词能够直观地反映文章主题的词语,将关键词作为研究重点进行深入分析有助于明晰某一研究领域的热点问题。本文根据已获取文献的关键词,利用Citespace 软件进行关键词共现分析和聚类分析。设置时间跨度为1990 年～2021 年,时间切片设置为1,将节点类型设置为Keyword,裁剪方式选择Pathfinder、Pruning sliced networks 和Pruning the merged network,其他选项均按照默认数值,运行软件后将节点标签阈值设置为8,关键词共现图谱见图4。图谱中每一个圆形节点均代表一个关键词,圆形节点越大,表示该关键词所出现的频次越高,而节点间连线的粗细程度则表示关键词之间共现频率系数的高低。从图谱中可以发现共生成481 个节点,678 条连线,网络密度为0.0059,除了“运行管理、水库、小型水库、管理”等关键词作为主要关注对象外,其他关键词也代表了水库运行管理研究的热点话题,其中,除险加固、防洪调度、安全监测、安全评价、水库大坝等都是水库运行管理过程中需要重点关注的方面。

图4 水库运行管理研究关键词共现图谱

关键词出现的频次反映了该研究领域的热点情况,而关键词的中介中心性则反映了其控制的关键词之间信息流的数量以及对整个网络资源的控制程度,观察图谱可以发现,其中有些节点外圈呈紫色,则表示该关键词具有较强的中介中心性,中介中心性大于0.10 的关键词是具有高中介中心度的关键节点[6]。为了更直观展示,对图谱中的关键词进行统计,按照关键词的出现频次对关键词进行排名,得到频次排名前20 位的高频关键词见表3。可以看出“运行管理、水库、小型水库、管理、大坝、除险加固、安全、水库大坝、安全评价”等关键词都具有较高的中介中心性,因此可将其作为水库运行管理研究的切入点。

表3 水库运行管理研究前20 个高频关键词

为了更深入了解水库运行管理这一研究领域的知识框架,对该领域有更全面完整的认识,对关键词进行聚类分析,见图5。一般而言,模块值（Q 值）和平均轮廓值（S 值）用来评估聚类图谱的效果,Q 的取值区间是[0,1）,当Q ＞0.3,则认为聚类结构显著；当S ＞0.5,则认为聚类是合理的,当S ≥0.7,则聚类是高效率令人信服的[7]。图谱显示Q=0.8572,S=0.9098,表明水库运行管理研究关键词聚类图谱是高效可信的,通过聚类算法共得到64 个聚类,其中最主要的聚类包括：运行管理、小型水库、安全监测、水库、对策建议、管理、大坝运行、水库安全、软件、病险水库,进一步展开聚类内容,见表4。根据对关键词聚类表的分析,可以将现阶段水库运行管理领域的研究内容大致归结为以下几个方面：

表4 水库运行管理研究关键词聚类情况

图5 水库运行管理研究关键词聚类图谱

（1）小型水库运行管理的研究。截至2020 年底,我国已修建水库98112 座,其中小型水库93390 座[8],占总数的95.19%,这些小型水库数量大、分布广,难以进行全面统一的管理,目前小型水库在运行管理方面仍存在短板,亟需提高其管理水平,因此对小型水库运行管理的研究是我国水库运行管理工作的重要内容。

（2）水库安全管理的研究。安全管理在水库运行管理中发挥着难以替代的作用,水库是否可以安全运行,将直接影响到群众的生命安全以及财产安全。水库安全管理内容主要包括安全监测、安全评价、检查观测、除险加固等,水库安全问题将是水库运行管理过程中始终关注的核心问题。

（3）水库管理现代化的研究。我国水利事业正处于传统水利向现代水利过渡的阶段,水库运行管理工作作为水利工作的重点内容,水库管理现代化建设尤为必要。研究水库管理现代化主要侧重管理平台和软件建设、自动测报系统、水雨情监测、大坝安全监测自动化等,这也是今后研究的热点内容。

3.3 关键词时间线分析

Citespace 软件提供的时间线图谱能够全面有效地将某一领域中关键词聚类分布以及在历史跨度上的变化进行直观呈现,并将同一聚类内的文献横向排布在同一水平线上,侧重于表达各聚类文献之间相互联系和相互影响的关系,对时间线图谱进行分析是对该研究领域历史兴衰过往及现有热点最直观的体现。水库运行管理研究时间线图谱见图6,通过解读分析如下。