基于CiteSpace 水体曝气分析

杨继翔

（山东农业大学，山东 泰安 271018）

0 引言

在社会飞速发展的21 世纪，人类科学技术发展取得了辉煌成就，现在由数字信息化时代逐步迈进大数据信息化时代[1]。各行各业都有序对于本行业专业进行大数据信息化改革，水体净化[2]行业也迎来新的发展机遇。依照我国国情以及时代的发展，绿色发展[3]已经成为必然趋势，生态环境保护各项措施的实施有助于实现我国水体净化行业向现代化迈进。近些年，在信息建设的发展的带动下，水体净化行业与其他行业取长补短、相互融合，信息化水体净化更是取得了卓越的成就，依托互联网＋模式、云服务计算平台、大数据平台、物联网技术的进步，逐步实现了我国水体净化信息的采集、储存、分析、处理、共享。

而在水体净化行业中，水体曝气是至关重要的一环，影响着整个行业的发展，把握水体曝气的大众话题和前沿方向显得尤为重要。本文将基于CiteSpace 对水体曝气进行分析[4]，结合相关学术观点和政策，对其原因进行研究。

1 可视化分析软件CiteSpace

CiteSpace 是陈超美博士[5]依托于Java 计算机编程语言开发的实现文献计量分析、文献关联性分析、前沿展现、热点展现等可视化分析软件，其中包括聚类分析、突显点分析、关联点数量分析等多种方法[6]。CiteSpace软件是目前国内为人说熟知的文献分析软件，因为其强大的关键词分析技术对拟定课题有着极大的帮助，受到广大学术研究者喜爱。此软件支持从中国知网（CNKI）、中文社会科学引文索引（CSSCI）等网站直接下载原数据文件，将每个文献与文献之间的关系以更加立体可视化的知识图谱的方式呈现，使使用者能够一眼看出所研究的热点与前沿点[7]。此软件还能帮助使用者理清搜索关键词过去的研究轨迹。

2 数据来源

本研究以“水体曝气”作为主题词进行检索，统计了2011 年1 月1 日—2022 年1 月1 日收录在中国知网（CNKI）上的所有中文期刊、学位论文、会议和成果，最终得到了246 篇文献，包含学术期刊88 篇、学位论文150 篇、会议2 篇、成果5 个。借助CiteSpace5.8.R3软件，生成知识图谱[8]，用以研究中国水体曝气的发展历程和前沿发展。

3 水体曝气相关分析

3.1 数量分析

从CiteSpace 得出2011 年1 月1 日—2022 年1 月1 日水体曝气的发文数量。我国水体曝气发文数量总体处于上升趋势，但相较于2019 年最大值39 篇逐渐回落，2011—2019 年，我国水体曝气发文数量呈爆发趋势，在2020—2021 年水体曝气热度回落。2019 年生态环境部公布统筹强化监督，将黑臭水体[9]专项摸排放到第一阶段，注重强调黑臭水体专项清治。在整个专项行动公布数据中，南方黑臭水体明显多于北方，原因是南方雨水充足，雨水落到地面后，由于地形起伏不定，水流汇集到坑洼地方形成水坑，再加上腐殖质和其他微生物的共同作用下，发生厌氧反应，发出恶臭气体。

3.2 关系词聚类分析

通过关键词聚类可以研究水体曝气在2011 年1月1 日—2022 年1 月1 日的研究共性，利用CiteSpace 软件按照聚类大小提取前9 项聚类关系网络，如表1 所示。聚类分析指出前9 项分别是城市河道、微孔曝气[10]、黑臭河道、原位恢复[11]、扬水曝气、黑臭水体、生态浮床、曝气深度、温度梯度，此外还有微曝气、迁移转化、硝化作用、内源氮[12]。

表1 聚类分析时间线

从聚类分析不难看出，水体曝气与黑臭水体关系密切。曝气主要是由曝气机将水和空气同时注入水体中，使空气与水体接触发生氧化反应，抑制厌氧反应，从而达到净化水体的目的。黑臭水体污染部分来自化学肥料的大量使用，环保高效的曝气方式成为水体净化方面急需寻找的方法。对于现代农业，水体曝气目前只能起到一定的作用，只有人们对水体温度和湿度的控制做到实时的对水体环境做出改变，曝气也随之改变，才能更好的反应出水体曝气与黑臭水体关系密切。

3.3 关键词共现分析

通过关键词可以反映该领域内的热点问题及演进方向。利用CiteSpace 软件生成的关键词知识图谱并列出目录表格如表2 所示。

表2 关键词知识图谱目录

2011 年1 月1 日—2022 年1 月1 日期间，关于水体曝气的文献和曝气、黑臭水体、城市河道、扬水曝气、微孔曝气等关键词密切相关，其中曝气和黑臭水体的频次更是达到了20 次以上，由此可以反映出近年来曝气和黑臭水体为研究的热点问题。

由CiteSpace 分析水体曝气得出两个最多引用的关键词：生态浮床[13]和黑臭水体，可以引证近些年尤其2019 年以来，对于黑臭水体的解决问题成为重点，水体曝气是解决办法之一。

进一步分析结合国家政策可知：现在“十四五”规划纲要明确要基本消除城市黑臭水体，黑臭水体攻坚战的全面启动，不论南方北方，不论城市农村，凡是涉及黑臭水体的地方都要根本性解决此类问题，杜绝黑臭水体再生。根据住建部发布的《城市黑臭水体整治工作指南》中指出，使人感到厌恶或引发人体不适的水体都可纳入黑臭水体的范畴，黑臭水体不仅破坏生态环境，更对人体有着重大威胁，黑臭水体中含有各种致病原、人体有害微生物甚至还有寄生虫。

3.4 热点演进

为进一步研究水体曝气领域内研究热点随时间变化的动态演进，运用CiteSpace 软件构建智慧水利领域关键词时间线视图，2011—2022 中国水体曝气领域内前时间演进过程河道水体研究现在成为研究的最前沿。

根据聚类分析时间线图，2011—2022 年对于水体曝气的研究进程可分为2 个研究阶段。

（1）2011—2018 年是我国生态文明建设时期[14]，中共中央办公厅国务院办公厅印发《生态文明建设目标评价考核办法》指出，全社会应该建立更加对环境友好的社会，生态文明建设刻不容缓。生态文明建设是为了人类的未来，为了子子孙孙可以更好地生活在这片土地上。根据CiteSpace 显示，在此阶段关于人类与环境的关系、生态基础设施改善等话题众多。

（2）2019 至今是我国污染防治治理时期，“十四五”时期要加快跨区域、跨流域的协同污染治理，要打破已有行业壁垒，进行数据上的互通，逐步建立并完善污染防治数据统一大平台，提高数据的传输效率，防止形成行业孤岛，防止数据碎片化。

4 水体曝气的前景和建议

随着社会的发展，工业、农业生产以及人口急剧增长所带来的污染同比增长。当污染进入河道的速度大于河流本身的自净能力，就容易导致黑臭河道的形成。

曝气设备行业地位表现在三个方面：行业的产值、劳动力的数量在工业总产值、财务收入和就业总盘中的比例；行业的现状和未来对整个社会经济以及其他行业发展影响的程度，行业在国际市场上竞争、创新能力。

在水体曝气行业中，曝气机巨大的能耗是一大问题，建立更加清洁的能源去曝气是行业需求。本人认为可以设计并制作的风力曝气水体增氧装置，以风能为能源，带动空气压缩机运转，产生有压气体形成曝气，增加水体含氧量。装置将布置在沿海地区和风能丰富的内陆地区，应用范围较广。风力曝气水体增氧装置启动风速约4m/s（3 级风速）。随着风速加大，可增大供氧量。同时采用时段水体含氧量监测技术，实时了解水体含氧量变化。在水体含氧量满足的条件下，曝气装置自动停止向水体通气，将压力气体存储于储气罐。当水体含氧量低于标准值时，再将空气存储罐中气体通入水体，实现水体的长时间供氧。

相较于传统曝气装置，新型装置由风力传动，推动空气压缩机运转，产生曝气。直接将风能转换为机械能，机械能转换成空气压能，并且可以利用任何方向的风能，能够减少能量损失，提高能量利用率。目前市面上曝气装置大都采用电力驱动，增加了能源消耗的同时，也增加了生产成本。装置将直接利用清洁能源——风能产生曝气，即减低了运营成本，又可持续不间断运转。新型曝气装置不需电能而利用风能驱动，在风能满足的条件下，可取代传统曝气装置，极大节省能源动力消耗。部署在城市公园可丰富城市景观，具有美观、节能，绿色环保的优点。该设备可在一定程度上降低生态净水运行成本，实现增收、环保双赢。我国沿海风能资源丰富，这种曝气设备能很好的利用这一自然资源，将很好地适用于近海水产养殖。增加河湖或水库水体的溶解氧，从而增强水体的自净能力，或者应用于污水处理，与传统的曝气装置相比，将大大的节约成本。

5 结语

本研究基于CiteSpace 可视化分析软件，对2011年1 月1 日—2022 年1 月1 日期间中国知网（CNKI）有关于水体曝气的中文文献进行整理分析，并结合有关政策得出以下结论。

（1）2011—2022 年，中国水体曝气的热点从生态文明建设到污染防治治理阶段，主要集中在黑臭水体、扬水曝气、微孔曝气、微曝气、迁移转化等方面，反映了中国政府环境保护管理人员和公众的环境保护意识逐渐增强，已经落实到行动阶段，对于污染问题零容忍的态度、对于污染问题追查到底的决心和对于防治污染都做出了自己的贡献。

（2）2011—2022 年，水体曝气的研究进程可分为2 个研究阶段，未来随着智慧化水平的不断提高，对于污染管理要求不断严格，各大高校、职业院校也正在培养基本具备污染防治专业素养的专业人才，适应时代发展的要求，使得云服务、大数据、物联网、人工智能等新技术得到广泛应用，不断培养掌握大数据等新技术、创新能力强的污染防治科技创新人才队伍。

污染防治治理道路任重而道远，不仅仅在水体曝气要做到与时俱进，更要在其他方面跟随时代脚步。水体曝气建设更是担任着水体净化工作的第一线，在做好上层建筑的同时，也有兼顾基层建设，强化水体净化行业监管，打好黑臭水体攻坚战，维护水生态文明，实现水资源高质量发展。