水流挾沙力研究知識(shí)圖譜分析

李東風(fēng),白福青,趙海濤,羅 晶,臧振濤

(浙江水利水電學(xué)院 水利與環(huán)境工程學(xué)院，浙江 杭州 310018)

水流挾沙力研究知識(shí)圖譜分析

李東風(fēng),白福青,趙海濤,羅 晶,臧振濤

(浙江水利水電學(xué)院 水利與環(huán)境工程學(xué)院，浙江 杭州 310018)

利用中國(guó)期刊網(wǎng)知識(shí)發(fā)現(xiàn)KDS系統(tǒng)，以水流“挾沙力”或“挾沙能力”為檢索詞進(jìn)行檢索，對(duì)選中的文獻(xiàn)進(jìn)行互引分析得到挾沙力研究的知識(shí)圖譜，通過(guò)分析所有選中文獻(xiàn)，得到了挾沙力研究的四個(gè)熱點(diǎn)和三個(gè)學(xué)術(shù)研究增長(zhǎng)點(diǎn)，通過(guò)引文系統(tǒng)繪制文獻(xiàn)學(xué)術(shù)關(guān)注趨勢(shì)圖、學(xué)術(shù)傳播速度趨勢(shì)圖和用戶關(guān)注趨勢(shì)圖，分析了挾沙力研究的學(xué)術(shù)發(fā)展趨勢(shì).

KDS系統(tǒng)；知識(shí)圖譜；水流挾沙力；增長(zhǎng)點(diǎn)；發(fā)展趨勢(shì)

怎樣從巨量的數(shù)據(jù)文獻(xiàn)中，找出文獻(xiàn)之間的知識(shí)結(jié)構(gòu)、研究熱點(diǎn)、學(xué)科增長(zhǎng)點(diǎn)以及前沿領(lǐng)域是進(jìn)行科學(xué)研究的前提和基礎(chǔ).知識(shí)之間特殊的結(jié)構(gòu)關(guān)系通過(guò)圖形和表格才能進(jìn)行清晰的和結(jié)構(gòu)化的表達(dá)，因此，基于可視化圖譜的知識(shí)發(fā)現(xiàn)是有效的工具[1-7].

在進(jìn)行項(xiàng)目申報(bào)、完成和評(píng)審等咨詢過(guò)程的各個(gè)階段，經(jīng)常遇到河流治理和近海海洋工程的水流泥沙運(yùn)動(dòng)問(wèn)題.水流挾帶泥沙的能力(簡(jiǎn)稱“挾沙力”)是研究的關(guān)鍵和基礎(chǔ)，雖然經(jīng)歷幾代人不懈的研究，但該問(wèn)題遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有解決.為掌握挾沙力研究中各個(gè)文獻(xiàn)之間的關(guān)系、研究存在的問(wèn)題和解決辦法，本文對(duì)有關(guān)水流挾沙力的文獻(xiàn)進(jìn)行了可視化知識(shí)圖譜的研究.本文是進(jìn)行“挾沙力”學(xué)科咨詢實(shí)例研究中的部分內(nèi)容.

水流挾沙力是指在一定的水流泥沙條件下，河流處于不沖不淤的平衡狀態(tài)時(shí)，單位水體中所能攜帶的的懸移質(zhì)中床沙質(zhì)的數(shù)量的平均值，又稱為飽和含沙量或者臨界含沙量.水流挾沙力是河流海岸動(dòng)力學(xué)研究領(lǐng)域的重要課題.在進(jìn)行河流河口海岸治理規(guī)劃中，水流挾沙力計(jì)算是進(jìn)行河流模擬和河床淤積沖刷計(jì)算分析的重要參數(shù),廣泛應(yīng)用在河流、水庫(kù)、河口和海岸等工程的規(guī)劃設(shè)計(jì)中.由于影響挾沙力計(jì)算研究的因素很多，眾多研究機(jī)構(gòu)和研究學(xué)者對(duì)水流挾沙力進(jìn)行了長(zhǎng)期深入研究，雖然研究成果眾多，但是由于水流流動(dòng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，挾沙力的影響因素復(fù)雜，至今沒(méi)有得出統(tǒng)一的的成果.因此，為尋找水流挾沙力研究的突破，需要從新的角度進(jìn)行思考，挖掘和分析現(xiàn)有各種研究成果之間的關(guān)系，從挾沙力研究的進(jìn)程與結(jié)構(gòu)關(guān)系，揭示挾沙力知識(shí)領(lǐng)域的動(dòng)態(tài)發(fā)展規(guī)律，揭示水流挾沙力計(jì)算影響因素及其關(guān)系，為挾沙力的研究提供切實(shí)的、有價(jià)值的參考依據(jù).

1 挾沙力知識(shí)圖譜

中國(guó)知網(wǎng)知識(shí)發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)KDN在KNS基礎(chǔ)上進(jìn)行了全新改版，它利用知識(shí)管理的理念，實(shí)現(xiàn)了知識(shí)匯聚與知識(shí)發(fā)現(xiàn)，結(jié)合搜索引擎、全文檢索、數(shù)據(jù)庫(kù)等相關(guān)技術(shù)達(dá)到知識(shí)發(fā)現(xiàn)的目的，實(shí)現(xiàn)了對(duì)知識(shí)進(jìn)行分析、組合預(yù)覽、生成檢索報(bào)告、文獻(xiàn)互引知識(shí)圖譜、以各種導(dǎo)出數(shù)據(jù)和進(jìn)行引文分析的功能.為此，本文選用中國(guó)知網(wǎng)知識(shí)發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)KDN系統(tǒng)作為分析的工具，對(duì)“挾沙力”研究成果進(jìn)行可視化圖譜分析和引文分析.

1.1 “挾沙力”文獻(xiàn)檢索方案

水流“挾沙力”文獻(xiàn)知識(shí)檢索方案的確定.在“挾沙力”成果的檢索研究中發(fā)現(xiàn)，在不同作者的研究成果中(如各種論文、專利和報(bào)告)，關(guān)鍵詞表達(dá)不統(tǒng)一，有些學(xué)者使用“挾沙力”，有些學(xué)者使用“挾沙能力”，但其表示的意義是相同的.因此在檢索中，“挾沙力”和“挾沙能力”作為不同的字符處理，得到不同的檢索結(jié)果.如在CNKI中，以“挾沙力”作為篇名檢索得到98篇文獻(xiàn)，以“挾沙能力”作為篇名檢索得到文獻(xiàn)51篇，合計(jì)149篇.為使成果做到不漏檢，在檢索中，進(jìn)行了各種不同檢索組合，如分別在檢索內(nèi)容條件中選擇主題、篇名、關(guān)鍵詞、摘要和全文，選擇發(fā)表時(shí)間、文獻(xiàn)來(lái)源和基金支持等檢索控制條件，進(jìn)行了數(shù)十種不同的檢索方式，得出檢索成果，為全面分析打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ).

1.2 知識(shí)圖譜繪制

對(duì)文獻(xiàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析整理，刪除一些與分析內(nèi)容無(wú)關(guān)的檢索文獻(xiàn)，繪制可視化知識(shí)圖譜，根據(jù)清晰表達(dá)文獻(xiàn)的屬性需要，對(duì)相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行標(biāo)注識(shí)別.圖1和圖2是利用河流和河口挾沙力被引次數(shù)最多的文獻(xiàn)繪制得到的知識(shí)圖譜，圖3是選擇了其中被引次數(shù)最多的10篇文獻(xiàn)經(jīng)數(shù)據(jù)分析后得到的挾沙力研究知識(shí)圖譜，圖4是檢索到的有關(guān)挾沙力研究的149篇文獻(xiàn)經(jīng)數(shù)據(jù)分析后得到的挾沙力研究知識(shí)結(jié)構(gòu)研究方向的區(qū)域分布知識(shí)圖譜.

圖1 河流(被引次數(shù)第一)挾沙力圖譜

圖2 潮波(被引次數(shù)第一)挾沙力圖譜

圖3 被引次數(shù)最多的10篇挾沙力文獻(xiàn)互引圖譜

圖4 被選149篇挾沙力文獻(xiàn)互引圖譜

1.3 圖例說(shuō)明

在文獻(xiàn)知識(shí)圖譜中，圖中每一個(gè)圓球表示一篇文獻(xiàn).圓球與圓球之間有箭線相連的表明兩篇文獻(xiàn)之間有引用或被引用的關(guān)系.為清晰表達(dá)研究熱點(diǎn)之間的文獻(xiàn)互引關(guān)系，選用球間距離最大生成了知識(shí)圖譜(見(jiàn)圖4).

圖1—4中每一篇文獻(xiàn)都使用圓球表示，其中：(1)圓球的大小表示該文獻(xiàn)被引用和被參考的次數(shù)的多少，圓球越大說(shuō)明被引用和被參考的次數(shù)越多，反之圓球越小.(2)圓球間距表示兩篇文獻(xiàn)的相關(guān)聯(lián)和相似的程度，兩個(gè)圓球的間距越小，說(shuō)明兩篇文獻(xiàn)的相關(guān)聯(lián)和相似的程度越大，反之越小.

2 “挾沙力”研究知識(shí)圖譜分析

特征文獻(xiàn)對(duì)文獻(xiàn)分析具有重要意義，為表達(dá)文獻(xiàn)之間的互引關(guān)系，本次選用被引次數(shù)排在第一位和第二位以及引用次數(shù)最多的10篇文獻(xiàn)作為典型的特征文獻(xiàn)進(jìn)行分析(見(jiàn)圖1—3).

2.1 選中文獻(xiàn)知識(shí)圖譜分析

圖5為根據(jù)KDS系統(tǒng)提供的分析工具生成的知識(shí)圖譜.對(duì)圖譜中的149篇文獻(xiàn)(圓球)進(jìn)行分析，根據(jù)圓球間距的不同，圓球被分成相對(duì)集中的若干個(gè)區(qū)域，圓球越集中說(shuō)明圓球間距越小文獻(xiàn)的研究?jī)?nèi)容相似度越大，關(guān)聯(lián)度越大，反之，關(guān)聯(lián)度和相似度越小.

圖5 研究熱點(diǎn)分布知識(shí)圖譜

2.2 主要研究熱點(diǎn)和研究方向分析

根據(jù)挾沙力可視化圖譜中空白區(qū)域和圓球的分布，有選擇的在圓球附近給出了圓球代表的文獻(xiàn)的名稱、作者和刊登的期刊和時(shí)間等屬性.從圖5可以看出，研究文獻(xiàn)主要相對(duì)集中在圖形的中上部，但在這個(gè)中央?yún)^(qū)域又分成了兩個(gè)相對(duì)明顯的區(qū)域，見(jiàn)圖5中兩個(gè)大的橢圓.這兩個(gè)集中區(qū)表明，挾沙力研究存在四個(gè)研究熱點(diǎn)和研究方向.

(1)研究熱點(diǎn)一

在兩個(gè)大的區(qū)域中，一個(gè)大橢圓位于圖5的上部，在此區(qū)域標(biāo)出了其中的7篇檢索文獻(xiàn).從這7篇文獻(xiàn)的屬性可以看出，本區(qū)域文獻(xiàn)的篇名包含潮流、潮汐、波浪、河口等風(fēng)暴潮關(guān)鍵詞，因此，可以說(shuō)明本區(qū)域的研究?jī)?nèi)容為有關(guān)潮流波浪等海洋動(dòng)力作用下的河口海岸水流挾沙力的研究及其應(yīng)用，隨著國(guó)家海洋經(jīng)濟(jì)示范區(qū)的確立，河口、海岸、港口、灘涂圍墾等近海工程基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)增加，有關(guān)此方面的研究會(huì)持續(xù)增加.

(2)研究熱點(diǎn)二

在兩個(gè)大的區(qū)域中，另外一個(gè)大橢圓位于圖5的中部，在此區(qū)域標(biāo)出了5篇檢索到的文獻(xiàn).從這5篇文獻(xiàn)的屬性可以看出，本區(qū)域文獻(xiàn)的篇名包含河流、河道、黃河等關(guān)鍵詞，表明本區(qū)域?yàn)橛嘘P(guān)河道水流挾沙力的研究及其應(yīng)用.

以上兩個(gè)區(qū)域的文獻(xiàn)占有總文獻(xiàn)的絕大多數(shù)，大約85%以上，因此，水流挾沙力的研究熱點(diǎn)和研究方向主要集中在河流和海洋動(dòng)力作用下的泥沙的運(yùn)動(dòng)分析和水流挾沙力的計(jì)算和應(yīng)用方面.

(3)研究熱點(diǎn)三

從圖5可以看出，在右下角的文獻(xiàn)比較集中，從文獻(xiàn)的標(biāo)題名稱和研究?jī)?nèi)容可以看出，這里主要是長(zhǎng)江河流挾沙力的研究和應(yīng)用方面的文獻(xiàn).在圖5的知識(shí)圖譜中，長(zhǎng)江河流挾沙力研究的文獻(xiàn)被專門分區(qū)域分布，其原因可能是可視化圖譜的計(jì)算生成定位布置主要是根據(jù)文獻(xiàn)中的文字和圖表等信息屬性設(shè)置的，文字相同和相似的文獻(xiàn)被放在一起.這些文獻(xiàn)一方面與河流挾沙力有關(guān)，另一方面又主要是對(duì)長(zhǎng)江河道水流挾沙力的研究，這些文獻(xiàn)也有一定的數(shù)量，因此就集中地放在了與通用的河流挾沙力區(qū)域的附近，同時(shí)又與其有一定的距離，以表示有較大的區(qū)別.

(4)研究熱點(diǎn)四

圖5左側(cè)中部的集中區(qū)域與主區(qū)距離相對(duì)比較近，從文獻(xiàn)發(fā)表時(shí)間、題名和研究?jī)?nèi)容可以看出，這里集中了幾篇挾沙能力級(jí)配和床沙級(jí)配的相關(guān)文獻(xiàn)，從砂礫的級(jí)配角度和手段研究水流挾沙力是區(qū)別于其他文獻(xiàn)的特點(diǎn).

2.3 學(xué)術(shù)研究增長(zhǎng)點(diǎn)

從圖5可以看出，除了上述主要研究區(qū)域外，還有一些分散分布的文獻(xiàn)，這些圓球雖然與主要研究區(qū)域距離較遠(yuǎn)，但又與主要研究區(qū)域通過(guò)箭線相互關(guān)聯(lián)，說(shuō)明雖然這些文獻(xiàn)在研究?jī)?nèi)容方面與主區(qū)的研究?jī)?nèi)容有較大的區(qū)別，但又有相同相似的部分.說(shuō)明隨著對(duì)挾沙力研究的深入，不同研究人員根據(jù)自己熟悉的研究手段和研究思路，使用了不同的思想和研究方法，得到了新的研究成果，因此形成了本研究的新的學(xué)術(shù)研究增長(zhǎng)點(diǎn).

(1)學(xué)術(shù)研究增長(zhǎng)點(diǎn)一

從圖5可以看出，在圖形左下角的一塊區(qū)域中有幾篇文獻(xiàn)比較集中，一方面說(shuō)明這些文獻(xiàn)的研究?jī)?nèi)容接近，相似度比較大；另一方面表明在主要的研究熱點(diǎn)和研究領(lǐng)域之外，出現(xiàn)了一個(gè)新的學(xué)術(shù)研究的增長(zhǎng)點(diǎn).從文獻(xiàn)的篇名和研究?jī)?nèi)容可以看出，這里主要是坡面地表徑流挾沙力計(jì)算和應(yīng)用研究.這些研究成果表明，挾沙力的研究，已經(jīng)突破了傳統(tǒng)河流和河口海洋動(dòng)力挾沙力的研究范圍，形成了一個(gè)新的學(xué)術(shù)研究增長(zhǎng)點(diǎn)，即挾沙力的研究已經(jīng)應(yīng)用于坡面地表徑流挾沙力的研究這一水土保持學(xué)科.

(2)學(xué)術(shù)研究增長(zhǎng)點(diǎn)二

在圖5右下角，有一個(gè)利用模糊數(shù)學(xué)模型這一特殊方法研究長(zhǎng)江下游懸浮泥沙的運(yùn)動(dòng)和挾沙力計(jì)算的區(qū)域，表明模糊數(shù)學(xué)模型已經(jīng)應(yīng)用于挾沙力的研究，說(shuō)明挾沙力的研究引入了另一個(gè)新的研究手段和研究思路.

(3)學(xué)術(shù)研究增長(zhǎng)點(diǎn)三

從圖5左上角的文獻(xiàn)中可以看出，有一文獻(xiàn)區(qū)域從河工模型的時(shí)間變態(tài)的思路研究時(shí)間變態(tài)與挾沙力的關(guān)系，這一區(qū)域的文獻(xiàn)與主區(qū)距離較遠(yuǎn)，又與主區(qū)相互聯(lián)接，因此形成新的學(xué)術(shù)研究學(xué)科增長(zhǎng)點(diǎn).

3 學(xué)術(shù)發(fā)展趨勢(shì)引文分析

中國(guó)期刊網(wǎng)知識(shí)發(fā)現(xiàn)平臺(tái)KDS的引文分析系統(tǒng)從定量的角度綜合判斷分析研究對(duì)象的學(xué)術(shù)綜合實(shí)力，因此利用KDS的引文分析系統(tǒng)，以“挾沙力”和“挾沙能力”為檢索詞，對(duì)篇名進(jìn)行檢索，刪除無(wú)關(guān)的文獻(xiàn)，對(duì)選中文獻(xiàn)進(jìn)行引文分析.選擇文獻(xiàn)的關(guān)注度、學(xué)術(shù)傳播速度和用戶關(guān)注度為主要指標(biāo)，通過(guò)繪制文獻(xiàn)學(xué)術(shù)關(guān)注趨勢(shì)圖、學(xué)術(shù)傳播速度趨勢(shì)圖和用戶關(guān)注趨勢(shì)圖，分析挾沙(能)力研究的學(xué)術(shù)發(fā)展趨勢(shì).

3.1 學(xué)術(shù)關(guān)注度及其增長(zhǎng)率分析

學(xué)術(shù)關(guān)注度是指篇名中包含“挾沙力”和“挾沙能力”的文獻(xiàn)中每年發(fā)文數(shù)量的發(fā)展趨勢(shì)，發(fā)文量越大，說(shuō)明本文獻(xiàn)的關(guān)注度越高.年發(fā)文總量超過(guò)5篇(含5篇)的有11年，分別為1997年、1998年、2004—2012年，發(fā)文數(shù)量分別為5篇、7篇、5篇、6篇、6篇、10篇、9篇、8篇、10篇、7篇和7篇.從圖6可以看出，挾沙力的研究持續(xù)被學(xué)術(shù)關(guān)注，呈現(xiàn)出不斷增加的趨勢(shì)，其中2010年和2007年其學(xué)術(shù)關(guān)注度最高.學(xué)術(shù)關(guān)注度增長(zhǎng)率呈現(xiàn)出波動(dòng)狀態(tài)，究其原因主要是本挾沙力研究屬于基礎(chǔ)研究?jī)?nèi)容，雖然一直不斷的被學(xué)術(shù)界關(guān)注，但關(guān)注度總體趨于平穩(wěn)波動(dòng)狀態(tài).

3.2 學(xué)術(shù)傳播速度及其增長(zhǎng)率分析

學(xué)術(shù)傳播速度以每年的文獻(xiàn)中，篇名中包含“挾沙力”和“挾沙能力”的關(guān)鍵詞的文獻(xiàn)的被引文獻(xiàn)的數(shù)量來(lái)表示，被引量越大，說(shuō)明本文獻(xiàn)學(xué)術(shù)傳播速度越快，學(xué)術(shù)傳播速度越高.1993—2002年被引總量(被引次數(shù))分別為20次、8次、13次、12次、11次、17次、12次、14次、12次和21次.2003—2012年分別為29次、34次、31次、34次、61次、54次、56次、52次、52次和56次.從圖7可以看出，挾沙力的研究學(xué)術(shù)傳播速度，呈現(xiàn)出不斷增加的趨勢(shì)，特別是進(jìn)入20 世紀(jì)的前7 年傳播速度增加明顯，近5 年穩(wěn)定在最高的傳播狀態(tài).學(xué)術(shù)傳播速度增長(zhǎng)率平穩(wěn)，究其原因主要是挾沙力研究應(yīng)用范圍廣，引用文獻(xiàn)數(shù)量一直增加.

圖6 學(xué)術(shù)關(guān)注度及其增長(zhǎng)率分析圖

3.3 用戶關(guān)注度及其增長(zhǎng)率分析

以每年用戶下載文獻(xiàn)的數(shù)量作為用戶關(guān)注度的指標(biāo)進(jìn)行分析，篇名中包含“挾沙力”和“挾沙能力”的關(guān)鍵詞的文獻(xiàn)的被下載的次數(shù)越多，用戶對(duì)此類文獻(xiàn)的需求越大，說(shuō)明本文獻(xiàn)用戶的關(guān)注度越大.從用戶關(guān)注及其增長(zhǎng)率分析圖(見(jiàn)圖8)可以看出，2009年用戶關(guān)注度最大，2005—2009年用戶關(guān)注度持續(xù)增加，2009年以后用戶關(guān)注度有所減少.

圖8 用戶關(guān)注度及其增長(zhǎng)率分析圖

4 結(jié) 論

可視化知識(shí)圖譜是科學(xué)研究中揭示研究領(lǐng)域熱點(diǎn)問(wèn)題，探索新的增長(zhǎng)點(diǎn)和學(xué)科前沿問(wèn)題的一種新的手段.利用中國(guó)期刊網(wǎng)知識(shí)發(fā)現(xiàn)KDS平臺(tái)系統(tǒng)，檢索篇名含有挾沙力或挾沙能力的文獻(xiàn)，選擇相關(guān)文獻(xiàn)繪制挾沙力知識(shí)圖譜.通過(guò)分析特征文獻(xiàn)的知識(shí)圖譜揭示了文獻(xiàn)之間互引的關(guān)系、通過(guò)分析所有選中文獻(xiàn)，得到了挾沙力研究的四個(gè)熱點(diǎn)和三個(gè)學(xué)術(shù)增長(zhǎng)點(diǎn).通過(guò)引文系統(tǒng)繪制文獻(xiàn)學(xué)術(shù)關(guān)注趨勢(shì)圖、學(xué)術(shù)傳播速度趨勢(shì)圖和用戶關(guān)注趨勢(shì)圖，分析了挾沙力研究的學(xué)術(shù)發(fā)展趨勢(shì).本文的研究方法可以應(yīng)用于類似相關(guān)的研究中.

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KnowledgeMapAnalysisofResearchonFlowInducedSedimentCarryingCapacity

LI Dong-feng,BAI Fu-qing,ZHAO Hai-tao,LUO Jing,ZANG Zhen-tao

(College of Hydraulic and Environmental Engineering,Zhejiang University of Water Resources and Electric Power,Hangzhou 310018,China)

By using the index words of “sediment carrying capacity”,knowledge map of the research on flow induced sediment carrying capacity was developed from an analysis of mutual quote of literatures by KDS. Four research hotspots and three new research branches of the sediment carrying capacity were proposed. Through the analysis of the trend graphs of the concerns to the research literatures,of the academic spread velocity,and of the user interests,the academic development in the near future was discussed.

knowledge discovery system; knowledge map; sediment carrying capacity; growth points; development tendency

2016-06-18

2010年度國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51039003);2016年度國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(2016YFC0402500)；2003年度浙江省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(M503254)；2011年度浙江省水利廳科技計(jì)劃項(xiàng)目(RC1109)；2009年度浙江省教育廳科技計(jì)劃項(xiàng)目(Z200909405)

李東風(fēng)(1965-)，男，河南夏邑人，博士，教授，主要從事水利工程教學(xué)和研究工作.

TV143+.4，TP391.41

A

1008-536X(2016)10-0009-07