基于CiteSpace的中国河流水质评价研究热点和趋势分析

冯浩乾 邓欣 汪兴中

摘 要：以CNKI数据库中1980至2019年9月的487篇文献为原始数据，基于文献计量学分析方法，利用CiteSpace软件探究中国河流水质评价研究现状及趋势。结果表明：中国河流水质评价研究的发文量总体呈上升趋势，作者之间合作关系弱，综合水质标识指数法、模糊综合评价法、综合污染指数法、主成分分析法等水质评价方法是中国河流水质评价的研究热点，中国河流水质评价研究往改善水体黑臭状况和进行水质监测研究方向发展。

关键词：水质评价;文献计量分析;可视化分析;研究热点;中国河流

中图分类号 X824文献标识码 A文章编号 1007-7731（2020）15-0150-04

Abstract：A total of 487 articles published in the CNKI databases from 1980 to September 2019 were analyzed using bibiometric analysis with Citespace software. The aim of the study was to make a knowledge map about Chinese river water quality assessment research to explore the research status and perspectivesin this area. The results showed that the number of papers published aboutChinese river water quality assessment research was on the growing stage;the cooperation between authors was weak;water quality assessment methods such as comprehensive water quality identification index， fuzzy comprehensive evaluation， comprehensive pollution index and principal component analysis were the hot spots of river water quality assessmentin China;the research trend of river water quality assessment in China was to develop the malodorous black water improvement and monitoring research which is beneficial to water quality management.

Key words：Water quality assessment;Bibliometric analysis;Visualized analysis;Research hotspot;Chinese river

河流能夠影响全球生物地化循环以及为人类提供众多有价值的生态系统服务[1-3]。然而，河流容易受到人为活动的干扰，世界上超过1000km的河流中，只有37%的河流在其整个长度上保持自由流动[2]。全球65%的河流以及依靠河水维持的水生生境，已经受到人类活动的强烈威胁[4];河流水质的好坏对公众健康非常重要，被认为是影响人畜健康状态的主要因素[5]。因此，河流水质管理在全世界范围都受到了重视[6]。综合评价水环境质量，全面把握流域水环境污染特征是河流水质管理的重要基础性工作[7]。只有采取合理的水质评价方法，才能真正了解河流水质状况，从而满足水环境管理和决策的需要[8]。因此，对河流水质评价研究进行综述总结及梳理工作非常重要。

研究综述可以帮助研究者了解和推动水质评价研究的发展，但是以阅读文献为主要方法的传统综述由于受到了综述者自身观念的影响而存在较大的局限性。文献计量分析通过对文献主题、关键词和作者等信息进行计量，可以客观反映综述对象的发展脉络，弥补传统文献综述的不足，因而得到了广泛的应用[9-11]。然而，目前国内针对河流水质评价方面的研究仍缺乏文献计量分析。为此，本研究基于CNKI数据库，对中国河流水质评价相关文献进行全面梳理，旨在探索中国河流水质评价研究发文数量情况及趋势，中国河流水质评价研究主要研究力量及合作情况以及中国河流水质评价目前研究热点和发展趋势。

1 数据来源与分析方法

1.1 数据来源 为保证原始数据全面准确且具有较高的解释度、真实度和可信度，本研究以文献数量最多、覆盖最全的CNKI中国学术期刊（网络版）为样本数据源。同时，为了精确把握河流水质评价方向，提高文献分析质量，选择CNKI收录期刊中的学术论文为数据来源。选择“河流水质评价”为检索词，以“主题”为检索途径，检索时间跨度为1980—2019年，共得500余篇文献。通过对检索结果反复检查、整理，同时删除会议通知、会议征稿、报纸报道、成果介绍等不相关条目，最终共得到有效样本文献487篇。每篇文献包含作者、机构、关键词、摘要、发表日期等信息。检索时间为2019年9月15日。

1.2 数据分析方法 利用CiteSpace 5.5.R2软件对文献数据进行可视化分析，追踪研究热点和前沿。知识图谱的网络结构及聚类结果的清晰度用模块值（ModularateQ）、轮廓值（MeanSilhouette）和密度值（Density）来表示。Modularity Q值越大，表示网络得到的聚类越好，Modularity Q值>0.3就意味着得到的网络社团结构是显著的，MeanSilhouette在0～1，越接近于1，说明同一聚类的内部相似程度越大，Density值代表网络整体密度，Density值越大，网络整体密度越大[12]。

2 结果与分析

2.1 中国河流水质评价研究 由图1可知，1980至2019年5月期间，中国河流水质评价研究论文数量总体呈上升趋势。这与三峡地区水环境研究和生态风险研究发文趋势相一致[9-10]。但在年平均发文量方面，中国河流水质评价研究比三峡地区水环境研究和生态风险研究低[9-10]。说明该领域的研究正处于起步阶段，发展潜力十分巨大。从发文趋势看，中國河流水质评价研究经历了缓慢发展和阶梯形增长2个阶段。1980—2000年期间缓慢发展，表明该期间中国河流水质评价研究的热度和受重视程度不高;2000—2018年期间中国河流水质评价研究的发文数量迅速增长，开始受到较多学者的关注。这可能与1999年12月在广州召开的全国综合评价技术研讨会提出，要把水环境综合评价方法的统一和改进问题作为目前需要重点解决的问题之一有关[13]。

2.2 中国河流水质评价研究作者合作情况 CiteSpace作者共现分析可以识别出一个研究领域的核心人物及研究人员之间的合作关系[14]。通过分析，网络模块化（Modularity）的评价指标Q=0.8094，网络同质性平均值Mean Silhouette=0.3，说明图谱网络聚类较好，同质性不高，聚类结果合理，但是Density值仅为0.00306（图2）。可见，目前中国河流水质评价研究仍缺乏较强的领军人物和紧密的研究团队。研究人员学术联系较少，互相之间学术认可度较低，尚未形成广泛的学术共识。目前学者之间目前这种分散的状态，也是造成水质评价方法的基本概念和理论问题一直难以达成共识的原因之一。因此，加强河流水质评价研究的学术交流能够有效地促进该领域的发展。从发文量看，主要作者的发文量都不高，王涛、李奇、廖杰、丁晶和袁伟等是其中较高发文作者（图2），发文量皆为3篇。王涛和袁伟研究的主要是运用三角模糊数与集对分析耦合的方法构建河流水质评价模型，结合评价指标的主观权重和客观权重，利用最小相对熵原理确定评价指标的组合权重，从而探究更加合理的河流水质评价方法[15-16]。廖杰和丁晶的研究主要是探讨Bayes公式在河流水质评价中的可能性[17]。李奇的研究主要是关于内梅洛污染指数法和水质标识指数法在宿州河流的评价[18]。可见，中国河流水质研究的关注点可能是寻找合适的评价方法。

2.3 中国河流水质评价方法研究 关键词是一篇论文的核心观点，是论文主题的高度概括，因此，对某一领域相关文献关键词的分析，有助于挖掘该领域的研究热点[19]。研究结果表明，综合水质标识指数法、模糊综合评价、综合污染指数、主成分分析和水质标识指数等水质评价方法为中国河流水质评价研究的热点（表1、图3）。综合水质标识指数法是将大量的水质数据（比如氮磷含量）通过一定的方法转化为单一的数值来代表水体的健康状况[7]。模糊综合评判法是采集影响水质的各主要因素，确定评价因子集、评价集、隶属函数，然后通过计算各因素的权重和隶属度，得到综合隶属度，确定水质级别[20]。综合污染指数评价法是用水体各监测项目的监测结果与其评价标准之比作为该项目的污染分指数，然后通过各种数学手段将各项目的分指数综合得到该水体的污染指数，作为水质评定尺度[21]。主成分分析方法是一种将多个指标转化为少数几个综合指标的统计分析方法[22]。这几种河流水质评价方法在中国河流水质评价中应用广泛[23]。但是这几种水质评价方法评价同一条河流的结果可能不一致。目前也没有一个被大家公认通用的、具有可比性的水质评价数学模型，是对水环境进行科学管理的瓶颈[13]。因此，建立统一的水质评价标准可能是未来中国河流水质评价研究的方向之一。

关键词时区演化图可以反映中国河流水质评价研究的发展趋势及其衍生关系，进而对未来的发展方向作出合理的预测（见图3）。图中节点大小代表关键词出现频率，节点间的连线代表其共现关系。研究结果显示，中国河流水质评价研究早期关注河流水资源健康评价，对富营养化水体等进行评价，以保护河流水资源[24-26]。中期关注各种水质评价方法，水质评价处于一个比百家争鸣的状态，主流评价方法有综合水质标识指数法，主成分分析法等，新兴的评价方法有集对分析法，因子分析法等，学者们主要探讨各种高级算法应用于水质评价方法的效果，并建立水质模型预测水质[27-30]。可见，通过建立数学模型研究河流水质评价是一种科学有效的方式，有利于得到水质评价方法的最优解。后期往管理水体黑臭状况和进行水质监测研究方向发展，不仅形成水质监测体系能够更好地进行水质评价，而且适合的水质评价方法为治理水体黑臭提供了方法[31-32]。

3 结论

（1）中国河流水质评价发文量总体呈上升趋势，尤其在2000年后上升趋势明显，但发文数量仍明显不足，未来期待更多研究者的投入与关注。

（2）中国河流水质评价发文作者合作关系弱且发文数量不高，发文量较高的作者较为关注水质评价方法研究。

（3）采用关键词分析研究发现，“综合水质标识指数法”“模糊综合评价”“综合污染指数”和“主成分分析”等是出现频率最高的关键词。当前，中国河流水质评价的研究热点是对水质评价新方法的发明以及旧方法的改进，并且积极应用于不同水域、水体，试图建立统一的水质评价标准，研究改善黑臭水体和水质监测方向发展。

参考文献

[1]蔡庆华，唐涛，刘建康.河流生态学研究中的几个热点问题[J].应用生态学报，2003，14：1573-1577.

[2]GRILL，G，LEHNER，B，THIEME，M，et al.Mapping the world's free-flowing rivers[J].Nature，2019，569（7755）：215-221.

[3]PALMER，M，& RUHI，A.Linkages between flow regime，biota，and ecosystem processes：Implications for river restoration[J].Science，2019，365：DOI：10.1126/science.aaw2087.

[4]V?R?smarty CJ，MCIntyre PB，Gessner MO，et al.Global threats to human water security and river biodiversity[J].Nature，2010，467：555-561.

[5]KAZI T G，ARAIN M B，JAMALI M K，et al.Assessment of water quality of polluted lake using multivariate statistical techniques：A case study[J].Ecotoxicology and Environmental Safety，2009，72：301-309.

[6]OUYANG Y.Evaluation of river water quality monitoring stations by principal component analysis[J].Water Research，2005，39：2621-2635.

[7]徐祖信.我國河流综合水质标识指数评价方法研究[J].同济大学学报，2005，33（4）：482-488.

[8]陆卫军，张涛.几种河流水质评价方法的比较分析[J].环境科学与管理，2009，34（6）：174-176.

[9]郭劲松，陈海燕，李哲，等.三峡水库水环境相关研究文献计量分析与未来展望[J].湖泊科学，2018，30（5）：1177-1186.

[10]祝薇，向雪琴，候丽朋，等.基于Citespace软件的生态风险知识图谱分析[J].生态学报，2018，38（12）：4504-4515.

[11]ZHENG，C L，COTNER，J B，SATO，C，et al.Global development of the studies focused on antibiotics in aquatic systems from 1945 to 2017[J].Environmental Science and Pollution Research，2018，25（22）：22023-22034.

[12]丁陆彬，何思源，闵庆文.CiteSpace应用对生态学科meta分析相关文献的计量学和可视化分析[J].生态学报，2019，39（24）：1-9.

[13]粱德华，蒋火华.河流水质综合评价方法的统一和改进[J].中国环境监测，2002，18（2）：63-66.

[14]尹红兰.我国饮用水研究趋势及热点分析——基于CiteSpace的知识图谱分析[J].中国卫生产业，2017，19：32-35.

[15]袁伟， 彭建.基于熵权的河流水质评价模糊集对分析模型[J].水利科技与经济，2011，1：12-14.

[16]伊元荣，海米提·依米提，等.主成分分析法在城市河流水质评价中的应用[J].干旱区研究，2008，25（4）：487-501.

[17]李奇，张生，郭勇.宿州市主要河流污染的时空特征及水质评价[J].安徽工程大学学报，2015，2：42-47.

[18]廖杰，王文圣，丁晶.贝叶斯公式在河流水质综合评价中的应用[J].四川师范大学学报（自然科学版），2007，4：519-522.

[19]曹文杰; 赵瑞莹.国际农业面源污染研究演进与前沿——基于CiteSpace的量化分析[J].干旱区资源与环境，2019，7：1-9.

[20]孙靖南，邹志红，任广平.模糊评价因子的熵权法赋权及其在水质评价中的应用[J].环境科学学报，2005，25（4）：552-556.

[21]兰文辉，安海燕.环境水质评价方法的分析与探讨[J].干旱环境监测，2002，12（3）：167-169.

[22]王晓鹏.河流水质综合评价之主成分分析方法[J].数理统计与管理，2001，4：49-52，28.

[23]尹海龙，徐祖信.河流综合水质评价方法比较研究[J].长江流域资源与环境，2008，17（5）：729-733.

[24]唐涛，蔡庆华，刘建康.河流生态系统健康及其评价[J].应用生态学报，2002，13（9）：1191-1194.

[25]赵彦伟，杨志峰.城市河流生态系统健康评价初探[J].水科学进展，2005，25（1）：120-124.

[26]董哲仁.河流健康的内涵[J].中国水利，2005，04：15-18.

[27]胡成，苏丹.综合水质标识指数法在浑河水质评价中的应用[J].生态环境学报，2011，20（1）：186-192.

[28]王晓鹏.河流水质综合评价之主成分分析方法[J].数理统计与管理，2001，4：49-52，28.

[29]邱林，唐红强，陈海涛，等.集对分析法在地下水水质评价中的应用[J].节水灌溉，2007，1：13-15.

[30]陈东景，马安青，徐中民，等.因子分析法在水质评价中的应用[J].水文，2002，2（23）：29-31.

[31]李佳音，李伟芳，孟洁，等.天津市中心城区黑臭河流评价及判定标准[J].中国给水排水，2017，19：90-95.

[32]黄宏，商栩，梅琨，等.基于Monte Carlo模拟的河流水质评价——以温瑞塘河为例[J].中国环境科学，2019，5：2210-2218.

（责编：张宏民）