, 邵岩1, 王宇泓2, 赵龙3, 付正辉1, 陈红硕1, 郭怀成1
1. 北京大学环境科学与工程学院, 北京 100871;
2. 北京林业大学园林学院, 北京 100083;
3. 河北软件职业技术学院, 保定 071000
收稿日期: 2018-06-10; 修回日期: 2018-08-07; 录用日期: 2018-08-07
基金项目: 西藏环境水化学调查及饮用水安全评价技术研究项目（No.22015FY111000）
作者简介: 刘佳驹(1991-), 男, E-mail:461250224@qq.com
通讯作者（责任作者）: 郭怀成(1953—)男, 教授, 北京大学环境科学与工程学院教授, 长期从事流域规划管理方面研究.发表论文100余篇.E-mail：ghc1111@pku.edu
摘要：为了解雨洪管理领域最新的研究发展态势，本文采用文献计量方法，以Web of Science（WOS）中的核心合集数据库为准，分析了1996-2017年国内外雨洪管理领域的研究情况，识别国内外主要的研究领域、主要研究机构及人员，并对领域内的关键词及国家间合作情况进行了简要分析，在此基础上总结近年来国际雨洪管理领域的研究态势，主要结论为：整体上近年来雨洪管理领域研究规模和学术影响力呈良好发展态势；大多数文献类型为学术论文；语言大多集中在英语；论文主要集中在气象学、环境科学、地理学、计算机科学等领域；从国家研究实力来看，美国在该领域占有绝对的优势；高被引论文主要发表在高质量的综合类期刊上，发文期刊仍以水文学、环境类期刊为主；对于关键词的分析表明目前该领域的研究仍重点集中在城市化、SWMM、径流、温度、水文学等.在当今城市化问题仍然突出的情况下，雨洪管理领域仍有较大的发展空间，尤其对于模型方法和气候变化研究有待突破与创新.
关键词：水资源雨洪管理文献计量学
Development trends of research on rainfall management from 1996 to 2017: Based on bibliometrics methods
LIU Jiaju1
, SHAO Yan1, WANG Yuhong2, ZHAO Long3, FU Zhenghui1, CHEN Hongshuo1, GUO Huaicheng11. College of Environmental Science and Engineering, Peking University, Beijing 100871;
2. School of landscape architecture, Beijing Forestry University, Beijing 100083;
3. Hebei Software Institute, Baoding 071000
Received 10 June 2018; received in revised from 7 August 2018; accepted 7 August 2018
Abstract: In order to understand the latest development trend and hot topics in the field of stormwater management, a bibliometrics approach was adopted to analysis the research situation of stormwater management. The core collection database in the Web of Science (WOS) was chosen to analyze the published articles in the field of stormwater flood management both at home and abroad from 1996 to 2017. The analysis were based on the information including the major research areas, major research institutions and personnel, the key words in the field and cooperation relationship between countries. furthermore, we summary the research trend of the stormwater management, the major conclusion was shown as follow:The number of documents is gradually increasing and most of the literature types are academic papers; the language is mostly concentrated in English; the papers mainly focus on meteorology, environmental science and geography, computer science and other fields; from the perspective of the national research strength, the United States has an absolute advantage in this field; the analysis of the key words showed that the current research in this field still focuses on urbanization, SWMM, runoff, temperature, hydrology, etc. In the current situation where the process of urbanization is still acceleration, there is still having a great potential to develop the field of stormwater management, especially breakthroughs and innovations in the research of model methods and climate change.
Keywords: water resourcesstorm water managementbibliometrics methods
1 引言(Introduction)由于我国正处于社会经济快速发展阶段, 城市化的进程导致了城市下垫面的变化.加之水资源存在时空分布不合理现象, 出现了城市内涝严重及城市面源污染严重等问题, 已成为制约社会经济发展的一个重要因素(陈豪, 2017).因此, 应科学转变治水思路, 从对水的恐惧到以水为友的转变, 将生态优先的原则融入治水的各个环节, 将自然途径与人工措施相结合.在确保城市排水防涝安全的前提下, 最大限度地实现雨水在城市区域的积存、渗透和净化, 促进雨水资源的利用和生态环境保护(高宽俊等, 2015).低影响开发(low impact development, 简称LID)技术与传统城市非点源控制技术相比, 具有可持续、分散化、节省投资、与场地开发和景观设计相结合等特点, 近年来在国外城市雨洪控制利用和非点源污染控制中广泛应用.低影响开发的特点是在传统非点源污染控制技术之上融入城市规划、景观设计、风景园林等学科, 构成了目前绿色基础设施体系.
文献计量是指采用数学、统计学等的计量方法, 评价和预测科学技术的现状和发展趋势的一个过程.“文献计量学”这个概念最早于1969年, 由英国****Pritchard提出, 随后, 文献计量分析广泛应用到国内外各个领域当中.文献计量可以评估一个国家或某个机构的科研产出和影响力, 如研究产出的增长情况、不同机构研究产出情况、不同研究单位产出的分布情况等.此外文献计量可以准确评估某一学科科研活动的现状, 定量评价科研人员的学术成就、研究产出和影响力(赵庆龄, 2010).Daim(2006)利用文献计量学对未来可能出现的新兴技术进行了分析；Chen等(2011)针对2000—2009年间台湾国家健康保险研究数据库的383篇论文, 针对逐年文献变化量、****响应及学科领域发展情况进行了评估; 刘倩等(2000)对我国1990—1999年85种医药刊物中有关中药不良反应病例进行了统计分析.本文采用的外文数据以Web of Science(WOS)中的核心合集数据库为准, 分析从1996—2017年的国内外雨洪管理领域的研究情况.本研究的意义是应用文献计量学等学科的理论与方法, 深入细致地分析国内外雨洪管理研究相关文献, 准确掌握国内外雨洪管理研究现状和发展趋势, 分析出中国与国际先进水平之间的差距以及存在的问题, 凝练出我国雨洪管理的对策建议, 为相关部门进行深入研究和制定海绵城市标准提供理论上的依据和参考.
2 数据来源及收录情况(Data sources and records)Web of Science是世界权威的引文索引类数据库, 包括Science Citation Index Expanded(简称SCI)、Social Sciences Citation Index(简称SSCI)和Arts Humanities Citation Index(简称A & HCI)3个子库, 内容涵盖自然科学、工程技术、社会科学、艺术与人文等诸多领域.本文选择Science Citation Index Expanded数据库为数据源, 根据雨洪管理研究的特点, 经与领域内专家的沟通和多次试检索, 检索主题中含有“LID” or “Low impact development” or “BMPs”or“WSUD” or “LIUDD” or “LIUDD” and “Rainfall Management” or “stormwater Management”的论文, 时间跨度选择1996—2017年.通过对这22年的检索, WOS显示文章数量为2803.其中2138篇文献为Article, 565篇为Proceedings Paper, 90篇Review, 6篇Article；Proceedings Paper, 其他类型Article；book chapter, Editorial Material, Review；book chapter各1篇.之后利用SCI提供的文献导出功能、Excel透视表、Endnote等软件进行分析, 包括全球论文发表年度数量变化、论文文献类型和语言分布、学科分布、国家研究实力、研究机构实力、发表期刊分布特点、关键词分布特点、中国机构的研究现状等进行了分析.
3 雨洪管理领域基本态势(Basic situation in the field of stormwater management)3.1 论文发表年度数量变化论文发表的数量在一定程度上反映了科学研究的规模.通过对2803篇文献按照年份进行整理, 从图 1论文随年份变化情况可以看出, 雨洪管理领域发展起步较晚, 在1996年发表论文数量仅仅数十篇.1996— 2017年期间, 根据发展速度的快慢, 大致可以分为两个阶段, 1996—2005年间论文数目增长比较缓慢, 是平稳发展阶段, 而且呈现循环往复的规律.从2005年, 论文的增长速度加快, 表现为指数型增长.数目从52篇增长至95篇, 雨洪管理研究呈现了迅速增长的趋势, 平均每年的论文增长量为50篇左右.2014年的论文比前一年增长了60篇左右, 是历年增长量最大的年份.但总体来说这个趋势可能与经济社会发展有关, 20世纪以来, 国内外由于经济发展迅速, 城市化的进程导致了城市下垫面的变化, 加之水资源存在时空分布不合理现象, 出现了城市内涝严重及城市面源污染严重等问题, 系统与科学的雨洪管理模式有待探索(王虹等, 2015；刘倩等, 2010).但从22年间约11.3%的年平均增长率来看, 世界雨洪管理研究表现出平稳发展的态势.2013年末我国提出建设海绵城市解决雨洪问题, 所以期刊与报纸对此方面介绍增多, 推进“海绵家园、海绵城市”成为城市建设的主流.
图 1(Fig. 1)
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| 图 1 1996—2017年雨洪管理领域论文数目变化 Fig. 1Total number of articles in the field of stormwater management from 1996 to 2017 |
3.2 学科分布特征通过学科分布对2803篇论文进行统计, 表明雨洪管理的论文分布主要集中在气象学、地理学、环境科学与生态学、计算科学, 材料科学、农业等53个学科领域.将论文分布最多的前十个领域进行整理(表 1), 发现气象学领域所占的比例最大；其次是地理学；环境科学及计算机科学.气候变化、土地利用变化是影响城市洪涝安全的重要致灾因素, 多学科交叉系统综合分析气象、水文及土地利用变化, 模拟预测径流量和优化管理低影响开发措施, 是近年来雨洪管理研究的必要手段.
表 1(Table 1)
| 表 1 1996—2017年十大学科领域论文统计 Table 1 Top 10 field of disciplines during 1996—2017 | |||||||||||||||||||||||||||||||||
表 1 1996—2017年十大学科领域论文统计 Table 1 Top 10 field of disciplines during 1996—2017
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3.3 各国研究实力比较和合作关系分析研究实力的比较除了要看总发表量以外, 还包括总被引用量和平均引用量.对各国的这3项指标进行整理, 按照总发标量排序整理如表 2所示.从总发表量来看, 在这22年中, 美国发表论文总量最多为1251篇, 且相比第二位次中国(797)具有绝对的优势.加拿大第三, 发表164篇.其次是韩国、澳大利亚、英格兰、日本、法国、意大利.从总引用量来看, 美国的被引次数超过22643次, 而之后的中国和加拿大均不到美国的1/3, 说明美国在雨洪管理领域具有绝对的优势.从平均引用量看, 排名前十的国家中大多数的平均引用量都在10次以上, 其中美国、加拿大最高, 都在18次以上；而中国的平均引用量为6.4次左右, 相对其他国家较低.
表 2(Table 2)
| 表 2 总发表量TOP10的国家 Table 2 Top 10 of the most productive countries/regions during 1996—2017 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
表 2 总发表量TOP10的国家 Table 2 Top 10 of the most productive countries/regions during 1996—2017
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图 2显示了发文量最多的5个国家的文献数量趋势比较.从图 2中可以看出, 美国发文量遥遥领先, 约占前5个国家发文量的40.5%, 中国位居第二, 约占32.8%, 其它3个国家所占比例都不到10%.从1996—2017年, 文章发表量前十的国家论文数量都呈稳步增长的趋势, 法国除外, 中国作为这一领域的新兴力量对这方面的研究起步较晚, 但在2006年之后呈迅猛增长的趋势, 在2012年的发文量(89)超越美国.中国虽然发表的文章总数位居第二, 但平均引用量相对较低(6.4), 说明在雨洪管理领域中国发表的文章质量还有待进一步的提高.其它国家基本上呈平稳上升的趋势.
图 2(Fig. 2)
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| 图 2 1996—2017年雨洪管理领域文献发表量居前5位的国家发文量随时间变化图 Fig. 2Top five countries in the amount of published documents in the stormwater management field during 1996 to 2017 |
在科技全球化的浪潮下, 国际合作已经成为国家科技战略中的重要部分, 无论是发达国家要保持其科研领域优势地位, 还是发展中国家实现跨越式发展都需要借助国际间合作, 国际间的合作也推动了全部论文的增长.通过在线计量平台对国家间的合作关系进行分析, 从图 3和表 3就国际合作频率来说美国、加拿大和韩国同其他国家的合作较多, 加拿大2006—2017年的合著百分比高达45.7%, 而美国和英国的合作发表量也基本在国家发表文章总数的1/3左右.从国际间合作增长率来说, 大多数国家表现为正向增长, 其中美国和加拿大增长率最高, 分别为36.3%和28.0%.中国的增长率(13.3)不及美国和加拿大, 但文章数量增长率(1275.9%)最高说明中国强调自主研发能力且对该领域加强研究, 国际合作有待加强.在国家间的联系之间进行分析, 中国和美国的合作十分紧密, 美国和法国、澳大利亚的合作也很多.
图 3(Fig. 3)
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| 图 3 1996—2017年雨洪管理管理国家间合作关系 Fig. 3Cooperation between countries during 1996—2017 |
表 3(Table 3)
| 表 3 各个国家跨国合作频次 Table 3 Frequency of transnational cooperation in each country | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
表 3 各个国家跨国合作频次 Table 3 Frequency of transnational cooperation in each country
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3.4 全球机构研究实力比较目前, 全球一共865个机构在雨洪管理领域发表过相关论文.按照总发表量排序, 如表 4所示, 美国环境保护署发文量最多为191篇；其次是中科院, 为155篇；往后依此为科罗拉多州立大学, 美国国家大气研究中心, 麻省理工学院, 帝国理工学院, 西西比州立大学, 法国综合理工大学, 这些机构的发表量都在100篇以下.从文章的质量来看, 美国的各个科研机构在雨洪管理领域占有据对的优势, 但是从各个机构的发文数量和机构的辐射度来看, 已经有相当多的机构参与到雨洪管理领域研究当中.这说明, 这些机构虽然发表较少, 但是其研究对于该领域却有十分重要的价值.
表 4(Table 4)
| 表 4 全球机构研究实力比较 Table 4 Comparison of global institutional research strength | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
表 4 全球机构研究实力比较 Table 4 Comparison of global institutional research strength
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3.5 期刊分布及被引频次分析通过对1996—2017年的2603篇文献的期刊来源进行统计, 按照总发表量对期刊进行排名, 同时列举期刊总被引用量、近25年平均被引、JCR指数.JCR指数指该刊前两年发表论文在统计当年被引用的, 即年指标是一个表征期刊即时反应速率的指标, 主要描述总被引频次.统计发现文献一共发表在了552个学术期刊上, 其中引用频数最高的期刊发表论文篇数为79篇.
数据库文献被引频数超过80次的文献共6篇(见表 5), 由Davis, Allen P在2009年发表在《Journal of Environmental Engineering-Asce 》的文献—“Bioretention Technology: Overview of Current Practice and Future Needs ”在被引频次中排名第一, 总被引258次, 10年平均被引25.8次, 具有较高的参考价值.6篇文献中有5篇由美国科学家完成, 说明美国在雨洪管理研究方面具有很大影响力, 并且成果被其他国家认可.此外, 在前6位高被引论文中, 我国****完成的第一作者论文有1篇, 发表在《Journal of Hazardous Materials 》上.
表 5(Table 5)
| 表 5 1996—2017年雨洪管理雨洪管理被引频次高的文献(被引频次＞80次) Table 5 The cited high frequency of stormwater management during 1996—2017 (cited more than 80 times) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
表 5 1996—2017年雨洪管理雨洪管理被引频次高的文献(被引频次＞80次) Table 5 The cited high frequency of stormwater management during 1996—2017 (cited more than 80 times)
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统计范围内, 国内外雨洪管理研究的文章主要发表在表 6所示的期刊上.这10种期刊发文(382篇)占全部发文量的13.6%, 它们的平均影响因子是3.21.从发文量看, 排名前10的期刊发表量均为30篇以上, 其中接近1/3在50篇以上, 国际上最主要的期刊有《Journal of Hydrology》《Advances In Water Resources》.从期刊影响因子看, 最主要的期刊有《 Journal of Hydrology》《Environmental Pollution》《Science of The Total Environment》.从被引频次看, 前10期刊的近20年平均被引量均为12以上.最主要的期刊有《Journal of Hydrology》《Physical Review E》.综合各项指标来看, 《Journal of Hydrology》应该属于雨洪管理领域影响较大的期刊.
表 6(Table 6)
| 表 6 1996—2017年雨洪管理领域论文所在前10期刊 Table 6 Top 10 most active journals during 1996 to 2017 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
表 6 1996—2017年雨洪管理领域论文所在前10期刊 Table 6 Top 10 most active journals during 1996 to 2017
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3.6 论文关键词通过关键词, 读者可以快速锁定这篇文章的重点内容.通过文献计量学的方法对关键词进行分析, 可以了解目前领域的研究方向, 预测未来的发展趋势, 对于****们进行下一步的研究具有重要意义.在对雨洪管理领域1996—2017年雨洪管理领域相关文献的关键词进行统计分析：图 4的球状节点代表着10个重要的研究方向, 展示了10个方向的网络关联关系.频次排名前十位的方向包括urbannization(城市化), SWMM(雨洪管理模拟软件), runoff(径流), temperature(温度), hydrology(水文学), modeling(模型), LID(低影响开发), Simulation(模拟), climate change(气候变化)和swat(流域模拟软件)如图 4所示.
图 4(Fig. 4)
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| 图 4 1996—2017年关键词相关性分析 Fig. 4Correlation analysis of key words during 1996—2017 |
将1996—2017划分为4个时间段, 在这22年总排名前十的关键词出现频数如图 3所示.可以看出, urbannization(城市化)和runoff(径流)始终位于前两位, 且优势十分显著.近年来, SWMM(雨洪管理模拟软件)在关键词频率上升较快, 与排名第二的Management(管理)差距越来越小, 说明近些年来, 随着计算技术的不断发展, 雨洪管理领域面临着巨大的挑战, 因此研究不再限于原来单纯的对于水文学的定量分析, 同时也要运用各种计算机模拟软件对系统进行量化表征.也正是由于这一点, swat(流域模拟软件)的频率相较于其他关键词, 增加的更明显.利用关键词分析软件对关键词内部之间的关联进行分析, 发现频次在前10位的关键词中, 城市化、温度、径流和SWMM仍是领域内研究最多的部分, 其次是水文学、模拟、LID、模型等.
3.7 学术会议地点举办频次近年来, 在中国举办的相关学术会议越来越多, 国际学术交流愈加频繁(表 7).李克强总理政府工作报告中提到：统筹城市地上地下建设, 再开工建设城市地下综合管廊2000 km以上, 启动消除城区重点易涝区段3年行动, 推进海绵城市建设, 使城市既有“面子”, 更有“里子”.政策优势推动海绵城市、雨洪管理健康发展.目前来看, 各级政府及业界对解决城市内涝问题高度重视, 通过源头削减、过程控制、以及末端措施三大原则建立尊重自然、顺应自然的低影响开发(LID)模式, 是系统解决水安全、水资源、水环境问题的有效措施.
表 7(Table 7)
| 表 7 学术会议举办频次 Table 7 Frequency of academic conferences | |||||||||||||||||||||||||||||||||
表 7 学术会议举办频次 Table 7 Frequency of academic conferences
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4 结论(conclusions)1) 从1996—2017年世界雨洪管理领域整体呈现稳步增长的基本态势, 国内外对雨洪管理的研究越来越重视.
2) 大多数的文献类型为学术论文, 同时还有一部分会议论文, 语言大多集中在英语.
3) 从论文的学科分布来看, 论文主要集中在气象学、环境科学与地理学、计算机科学等领域.
4) 从国家研究实力来看, 美国、加拿大、中国、韩国、澳大利亚的论文发表量、总被引用量和平均引用量都比较高.美国在此方面属于领先地位.中国近十年发表的论文呈迅猛增长态势, 但平均引用量比较低, 说明中国发表的论文质量仍需进一步改善, 学术影响力滞后于产出规模.国际合作日益广泛, 国际合作率呈逐年上升的趋势, 但中国仍处在国际合作网络的外围.
5) 从研究机构实力来看, 美国环境保护署等一些美国的科研机构的论文发表量、总被引用量和平均引用量都很高, 中国的中科院论文发表量虽然最高, 但平均引用量较低.
6) 对论文发表的期刊进行统计, 综合各项指标, 《Journal of Hydrology》和《Hydrological Processes》属于在雨洪管理领域影响较大的期刊.
7) 对于关键词的分析表明目前该领域的研究重点集中在水文学、气候变化、城市变化以及数值模拟等, 说明多学科见的交叉所衍生出的多技术多手段系统分析成为雨洪管理未来研究的方向.
5 讨论(Discuss)通过文献计量学方法, 对过去十几年雨洪管理的研究进行了总结, 表明国内雨洪管理研究已经形成了一定的研究规模, 构建出了自主研发的体系框架, 但是还缺乏具有国际影响力的重大成果.在当今城市化问题仍然突出的情况下, 雨洪管理领域仍有较大的发展空间, 尤其对于模型方法和气候变化研究有所突破与创新.城市的雨洪管理是一套综合性极强的系统, 需要多学科间交叉.涉及环境工程、水利工程、气象学、计算科学、景观设计学等学科及部门, 我国雨洪管理应借鉴发达国家的先进理念和实际工程经验, 结合中国气象条件与城市化特点, 因地制宜地开展研究工作.在研究层面, 加大监测力度, 尽快开展消减洪峰、滞留污染物的机理研究, 构建不同尺度评价-模拟-优化雨洪管理模型, 制定流域相对最优的整体方案；政策层面, 尽快出台相关的法规和管理办法, 编制低影响开发相相关规划, 建立健全LID考核机制；城市管理层面, 在城市建设初期应充分考虑非点源污染及径流总量控制的目标, 结合当地自然条件, 以源头管理为主, 最大程度地模仿自然的雨水生态排水管理理念.中国城市雨洪管理正处于发展黄金期, 有必要汲取中国传统治水智慧, 吸纳国外先进现代的雨洪管理经验, 利用后发优势弯道超车从而实现跨越式发展(王虹等, 2015).
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