基于文献计量法的国内堤防生态服务功能评价研究

宋世强 ，李 珍 ，徐晓娟 ，付莎莎 ，冯 倩 ，计 勇

（1. 南昌工程学院水利与生态工程学院，江西 南昌 330099；2. 江西省河道湖泊管理局，江西 南昌 330009；3. 赣江上游水文水资源监测中心，江西 赣州 330096；4. 江西省水利科学院，江西 南昌 330029）

0 引言

堤防是水利工程的重要组成部分，截至 2020年底，全国已建成 5 级及以上江河堤防 32.8 万 km，堤防达标率为 73.0%，保护人口 6.5 亿人，保护耕地4.2×107hm2[1]。传统堤防多侧重安全性和耐久性，以块石及混凝土作为修筑材料，这些材料的弱透水性或不透水性导致了岸坡设计的封闭性，使堤防系统与当地动植物不能充分融合，原有的水陆生态体系遭到破坏，严重阻碍了堤防系统的自我修改，造成堤防生态系统的脆弱性[2-3]。基于上述背景，专家学者从不同角度阐述了生态堤防的思想，与传统的堤防工程相比，生态堤防将生态目标纳入堤防建设目标中，以生态水利工程学为指导，减少了堤防建设给生态系统带来的负面影响，实现了水利工程的可持续发展[4]。

国外对生态堤防的重视较早，20 世纪 60 年代，国外就将水利工程与生态学相结合，并于 1962 年首次提出“生态工程”一词，旨在强调水利工程的生态属性[5]。20 世纪 90 年代初，日本受德国“近自然型河流”观念影响，提出“生态堤防”的理念，强调将堤防工程与生态系统融合[6]。1998 年长江洪水之后，我国斥巨资建设堤防工程，然而，在建造过程中未考虑堤防的生态效益，打破了生态平衡，生态环境不断恶化，生态问题日益突出。近年来，国内相继有学者对生态堤防的定义及实施进行相关研究[7-9]，但对堤防生态服务功能进行评价的研究相对较少。为提高堤防生态服务功能评价的科学性、可靠性及权威性，采用文献计量分析软件 VOSviewer 对国内现有文献进行分析，客观了解该领域的研究现状、热点及发展态势等。

本研究对 1991—2021 年期间堤防生态服务功能评价领域各类文献进行检索并梳理，根据文献高频关键词、关键词聚类、关键词时序、发文时间等对文献进行分析，并对堤防生态服务功能评价的进展进行探索与思考。

1 研究方法与数据

1.1 数据来源

本研究以“（生态堤防 OR 堤防）AND 评价”为检索词，以主题、题名及关键词为检索范围，检索中国知网、维普期刊服务平台、万方数据知识服务平台等数据库，获取堤防生态服务功能评价的相关文献。由于堤防生态服务功能评价文献缺少国外研究成果，故主要检索国内数据库。检索时间限定设为数据库创建（即建库）时间至 2022-09-08，共计检索 3 297 篇中文期刊论文（中国知网 765 篇，维普期刊服务平台232 篇，万方数据知识服务平台 2 300 篇）。为提高检索精度，保证数据可视化的可靠性，将文献题录导入文献管理软件 Endnote X9 进行存储及整理，对题录文件进行查重、同义词合并、缩略词还原等处理，删除重复文献，再依据文献的被引频次，排除会议纪要及成果报告，共剔除 549 篇文献，最终剩余 2 748 篇文献。

1.2 研究工具

本研究基于 VOSviewer 软件对国内堤防生态服务功能评价研究领域知识脉络进行分析与展示。VOSviewer 是一款基于文献数据构建文献可视化计量知识图谱的软件，操作简单，兼容性强，可生成多种可视化图谱[10]。

1.3 统计方法

将 2 748 篇文献的题录数据导入 Excel 进行筛选与整理，从历年发文量、发文机构分布等方面进行统计。利用统计分析软件 SPSS 25.0，采用灰色关联度法，取分辨系数为 0.5，对发文量数据与堤防相关数据进行灰色关联度分析。此外，将题录数据导入 VOSviewer 1.6.18 软件进行处理，筛选出高频关键词。对高频关键词进行聚类可视化分析，绘制关键词聚类图谱，图谱中的原点代表关键词，原点的大小代表关键词出现的频次，各原点间的连线代表关键词间的共线关系，连线的粗细、长度与关键词间的关联度呈正比和反比，节点的颜色代表所属聚类。同时，对高频关键词进行关键词时序及热度分析。关键词时序图谱中，节点颜色越黄则关键词出现的时间越晚，代表新兴度越高，节点颜色越蓝则表示关键词出现的时间越早，新兴度较弱。

2 结果与分析

2.1 历年发文量分析

根据文献计量学理论，对特定时期学科文献数量及动态变化进行定量分析，可以了解目前学科研究的状况、前沿及发展趋势[11]。本研究统计了从建库至2022-09-08 堤防生态服务功能评价领域相关文献历年的发文量，变化趋势如图1 所示。1998 年后，堤防生态服务功能评价领域相关文献的历年发文量呈整体上升趋势，截至 2021 年，发文量达到 223 篇，充分说明近年来专家学者对堤防生态服务功能评价领域的关注度逐渐增加，国内在该领域的学术成果日益丰富。

图1 国内堤防生态服务功能评价领域相关文献历年发文量的变化趋势

图2 1998—2020年堤防相关指数与历年发文量的变化趋势

堤防生态服务功能评价领域相关文献历年发文量变化趋势图，在一定程度上可以反映该领域的发展趋势。自 1998 年起，发文量增长率明显提高的原因可能与国内堤防建设情况有关。查询 1998—2020 年全国水利发展统计公报中堤防长度、保护人口、堤防达标长度与历年发文量并进行标准化处理，标准化公式如下：

式中：Xi为指标i标准化后的数据；si为指标i的值；xi为指标i的实际数据；t为年份。

将标准化后的结果以图 2 的形式呈现出来，图 2显示 1998—2020 年全国堤防长度、保护人口、堤防达标长度与历年发文量均呈现整体上升趋势，拟合曲线的斜率分别为 0.032，0.038，0.047，0.041，通过对比四者增长趋势，可以主观猜测堤防生态服务功能评价领域相关文献历年发文量与堤防长度、保护人口、堤防达标长度有关，早期发文量较少可能是因为堤防工程建设程度较低。

此外，通过灰色关联度法，计算生态服务功能评价领域相关文献历年发文量与堤防相关指标的关联度，具体步骤如下：

1） 确定参考序列与被比较序列。参考序列可视为m×n阶矩阵，其中m指影响堤防相关指标的个数，n指每个指标的元素个数，参考与被比较序列对应的矩阵表达式如下：

式中：X′为比较序列矩阵；Y′为参考序列矩阵；和为每个指标的第 1 组数据；为每个指标的第n组数据。

2） 进行原始数据标准化处理。具体公式为

3）计算灰色关联系数。具体公式为

式中：ρ为分辨系数，无固定值，一般取（0，1），ρ越小则分辨度越高；ξi（k）为灰色关联系数。

4） 计算灰色关联度rj。具体公式如下：

式中：q为灰色关联系数的数量；p为灰色关联度个数；j为第j个灰色关联度。

取分辨系数为 0.5，经计算可得堤防生态服务功能评价领域相关文献发文量与堤防长度、保护人口、堤防达标长度的灰色关联度分别为 0.69，0.75，0.71，表明堤防相关指标与堤防生态服务功能领域发文量存在极大关联。

2.2 关键词热度及聚类分析

由于文献基数较大，根据抽取到的关键词字段信息对关键词的关联度进行降序排列，提取高频关键词（去除由英文、符号、数字、单字构成的关键词后，出现频次排在前 85 位的关键词，最终以出现次数大于等于 13 作为关键词的阈值），关联度最高的关键词为堤防工程，后面依次为堤防、水利工程、生态堤防等，其中，关键词出现频次最高的为堤防，排名前 15 位的高关联度关键词具体如表 1 所示。

表1 国内堤防生态服务功能评价领域高关联度关键词

基于关联强度对高频关键词进行共现聚类可视化分析，绘制出的关键词聚类（Cluster）、时序图谱如图3 和 4 所示。

图3 关键词聚类（Cluster）图谱

图4 关键词时序图谱

图3 Cluster1 中出现“层次分析法”“指标体系”及“安全评价”，直观体现为堤防安全评价中构建指标体系及层次分析法的运用较为普遍[12-14]。基于层次分析法进行评价的主要流程如下：先构建指标体系，再基于指标体系通过层次分析法建立层次结构模型及判断矩阵，确定各指标权重，最终计算评价结果并结合评价基准进行分析。介玉新等[15]将层次分析法运用于堤防的安全评价中，将复杂问题分解成若干层次，从而得到安全评价得分，对堤防的安全性进行定量评价；兰博等[16]将层次分析法与熵权法结合确定指标权重，减少了主观因素对堤防评价的影响，客观反映了堤防的安全性。目前，生态堤防应用的时间较短，相关研究较少，主要以概念、内涵研究为主，尚缺乏广为认可的堤防生态服务功能评价体系，因此，堤防生态服务功能评价可以借鉴传统堤防评价方法。

本研究以表格形式列举部分高频关键词，并根据不同聚类颜色划分为 4 类研究主题，分别为防洪安全（Cluster1，Cluster3）、生态环境（Cluster2，Cluste7，Cluste8，Cluste10）、生态景观（Cluster5，Cluster6，Cluster9）、堤防管理（Cluster4），具体如表 2 所示。

表2 国内堤防生态服务功能评价领域关键词分类

图3 中显示防洪安全主题的关键词数量最多，关联度最强，与生态堤防的距离较远，表示两者间的亲缘性较弱，堤防安全在传统堤防评价中研究体系较完善，但在堤防生态服务功能评价中所占权重较小；生态景观、生态环境、堤防管理主题的关键词数量较少，关联强度较弱，与生态堤防的距离较近，表示两者间的亲缘性较强，堤防生态景观、生态环境及管理在传统堤防评价中研究较少，在堤防生态服务功能评价中所占权重较大。生态堤防的高亲缘性关键词包括“建设”“设计”，表现了生态堤防领域的研究主要体现在生态堤防的建设及设计方面，对评价的研究较少。

通过分析图 4 发现近年堤防生态服务功能评价领域出现了一些新兴关键词，包括“生态堤防” “生态河道”“生态护坡”“生态景观”等。这些新兴关键词出现的原因与新时期“十六字”治水方针、山水林田湖草系统治理及生态文明理念的提出密切相关[17]。表 2 中防洪安全主题的关键词新兴度较弱，生态评价、生态景观及堤防管理主题的关键词新兴度较强， 体现了近年水利工程建设向生态水利工程建设转变，在满足传统水利功能的前提下，兼顾水生态系统健康和可持续发展。

3 结语

收集建库至 2022-09-08 国内堤防生态服务功能评价领域的研究论文，利用VOSviewer 对文献关键词进行统计，分析研究热点并预测发展趋势，可得出以下结论：

1） 国家经济政策作为影响堤防生态服务功能评价发展的主要因素，自 1998 年国家大力建设堤防工程以来，国内堤防生态服务功能评价领域的发文量开始持续快速上升，说明研究热度受国家政策影响。

2） 国内堤防生态服务功能评价领域的评价方法多为层次分析法，为提高评价结果的可靠性，未来可结合其他学科，在评价方法上提出创新，包括科学计量与数据挖掘，运用德尔菲法预判技术走向，请专家做出相应判断，建立客观与主观、定性与定量相结合的指标体系，模拟仿真系统，进行直观、可视化的评价，结合人工神经网络，消除主观因素，保证评价结果的真实性和客观性。

3） 根据可视化图谱，可将国内堤防生态服务功能评价热点划分为 4 类，其中：防洪安全的研究起步较早，体系较完善，对堤防生态服务功能的影响较大；在生态环境、生态景观及堤防管理方面的研究起步较晚，体系不完善，未来应以生态属性为重点完善堤防生态服务功能评价体系。

4） 随着生态水利工程项目的新兴，在水利工程生态服务功能评价方面会产生评价指标选取、评价方法使用、指标权重确定等诸多挑战。本研究通过文献计量法对国内现有文献进行客观分析，可为今后该领域的评价工作提供技术支撑与制度保障，进一步提高评价的科学性、合理性和权威性。