基于CiteSpace的泥石流防治研究可視化分析

趙鵬 杜鵑 王道杰 何松膛 蘭惠娟 陳文樂

摘要：為了明晰泥石流防治的研究進展，以Web of Science中1 335條文獻信息為研究對象，利用CiteSpace分析該領(lǐng)域內(nèi)主要機構(gòu)、學者和相關(guān)學科以及共現(xiàn)關(guān)鍵詞之間的關(guān)系網(wǎng)絡(luò)。結(jié)果表明：① 中國科學院和美國地質(zhì)調(diào)查局等機構(gòu)在該領(lǐng)域發(fā)揮重要作用，形成了中國科學院（成都山地災害與環(huán)境研究所）、成都理工大學、意大利國家研究委員會、佛羅倫薩大學和日內(nèi)瓦大學五大學者群體;② 研究理論相對單一，難以全面地認識泥石流災害，應(yīng)加強學科交流，促進多學科交叉融合;③ 研究熱點主要集中在災害型、誘因型、區(qū)域型和方法型4個大類。研究結(jié)果有助于進一步完善泥石流防治科學研究體系，為促進山區(qū)生態(tài)環(huán)境安全提供依據(jù)。

關(guān) 鍵 詞：泥石流防治; 文獻分析; CiteSpace; Web of science; 科學知識圖譜

泥石流作為常見的山地災害，在山區(qū)脆弱的生態(tài)環(huán)境中極易受自然和人為因素影響，協(xié)同其他災害被復合放大[1-2]，嚴重威脅山區(qū)人民的生命財產(chǎn)安全，繼而造成“因災致貧”“因災返貧”的惡性循環(huán)[3]。因此泥石流災害防治是山區(qū)發(fā)展和建設(shè)的基礎(chǔ)性和長期性工作，是山區(qū)可持續(xù)發(fā)展的重要保障，也是實現(xiàn)人與自然和諧共處的戰(zhàn)略需求[4]。當前對于“泥石流防治”的研究主要集中在關(guān)鍵要素的求解[5-8]和工程措施的設(shè)計與利用[9-11]，綜合探究該領(lǐng)域發(fā)展現(xiàn)狀的研究較少，如對研究“泥石流防治”的機構(gòu)、人員甚至是國家或者交叉學科模糊不清，難以對領(lǐng)域進行深入的交流和成就共享。

為了追蹤“泥石流防治”研究的機構(gòu)、人員，以及該領(lǐng)域研究的前沿，本文通過文獻計量對基于Web of Science（簡稱WOS）檢索到的國內(nèi)外文獻進行多層次、多角度解析，即用CiteSpace進行“泥石流防治”研究的可視化分析，探索“泥石流防治”這一領(lǐng)域的國內(nèi)外研究動態(tài)，追蹤熱點前沿，以期促進領(lǐng)域內(nèi)各機構(gòu)和學者的相互認知和交流合作，為全球泥石流災害的防治集思廣益。

1 數(shù)據(jù)與方法

CiteSpace是文獻計量分析與科學知識圖譜繪制的軟件，通過共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)等可視化方式展現(xiàn)某一研究領(lǐng)域的發(fā)展趨勢和前沿動態(tài)[12]?？茖W知識圖譜能夠從海量、異構(gòu)、動態(tài)的復雜文獻信息中提取出某領(lǐng)域內(nèi)的核心信息，通過聚類的方式形成圓形節(jié)點，每個圓形節(jié)點代表一個關(guān)鍵詞，關(guān)鍵詞出現(xiàn)的頻率以節(jié)點的大小來表征。有助于信息的管理、分析與表現(xiàn)，因此被越來越多的學科領(lǐng)域應(yīng)用[13-17]。

數(shù)據(jù)檢索的質(zhì)量直接決定了科學知識圖譜的準確性和科學性。由于英語語義的原因，使得詞條具有多個同義表達，如“防治”這一主題詞常用的有“control”“prevention”“protection”等，并且檢索方式難以檢索到非英語數(shù)據(jù)庫（如CNKI）的信息，會導致一些文獻檢索不全，但仍能較為全面地分析學科發(fā)展的國際趨勢。本研究從WOS的獲取了“TS=Debris Flow Control”（1 098條）;“TS=Debris Flow Prevention”（129條）;“TS=Debris Flow Protection”（117條）;“TS=Debris Flow Treatment”（58）條;“TS=Debris Flow Countermeasures”（32條），下載日期為2018年7月25日。利用CiteSpace 5.3 R2對檢索得到的1 434條文獻信息進行可視化分析，在剔除重復、無效的文獻信息后，最終得到1 335條，并繪制出了“泥石流防治”方面的科學知識圖譜。

2 泥石流防治的文獻計量分析

2.1 主要研究機構(gòu)與學者

機構(gòu)與學者的共現(xiàn)分析能夠辨別出某個學科領(lǐng)域的主要機構(gòu)和學者，以及相互間的合作強度和互引關(guān)系[18]。利用CiteSpace對所得文獻信息進行分析，得到了“泥石流防治”研究領(lǐng)域的主要機構(gòu)（圖1）和學者（圖2）圖譜，并將頻次≥5的機構(gòu)（表1）和頻次≥4的學者（表2）進行統(tǒng)計。

主要研究機構(gòu)圖譜中共有網(wǎng)絡(luò)節(jié)點188個，連接297條，網(wǎng)絡(luò)密度為0.016 9，這表明各機構(gòu)間聯(lián)系較少，需進行更多的交流與合作。為了更加清晰地展現(xiàn)出國內(nèi)外研究機構(gòu)的分布，對原始圖像進行調(diào)整，大致分為國內(nèi)研究機構(gòu)與國外研究機構(gòu)兩大類。由圖1和表1可以明確看出，在世界范圍內(nèi)出現(xiàn)次數(shù)最多的機構(gòu)是Chinese Acad Sci（中國科學院），出現(xiàn)90次，其中尤以成都山地災害與環(huán)境研究所（以下簡稱成都山地所）表現(xiàn)最為突出。成都山地所是我國唯一一家以山地冠名的國家級研究機構(gòu)，其主要研究領(lǐng)域為山地災害、山地環(huán)境和山區(qū)可持續(xù)發(fā)展，為增強我國防御山地災害能力、保障山區(qū)生態(tài)安全和促進經(jīng)濟社會發(fā)展提供科學依據(jù)和技術(shù)支撐[19]。其次為US Geol Survey（美國地質(zhì)調(diào)查局），出現(xiàn)了40次，此機構(gòu)是美國內(nèi)政部所屬的重要科學研究機構(gòu)，主要針對美國的地形、自然資源與災害防治，為其決策部門提供了高效高質(zhì)的科學信息。前5名中還包括Univ Bern（瑞士伯爾尼大學）、CNR（意大利國家研究委員會）和Chengdu Univ Technol（成都理工大學），分別出現(xiàn)33，31，27次。統(tǒng)計結(jié)果表明：我國在泥石流防治研究領(lǐng)域形成了以中國科學院為核心，以成都理工大學、中國科學院大學、中國地質(zhì)大學等次核心的主要研究機構(gòu)梯隊，推動了我國在該領(lǐng)域的發(fā)展。其次出現(xiàn)頻次≥5國外研究機構(gòu)來自于意大利（8個）、美國（7個）、瑞士（4個）、日本（3個）以及英國（2個），這些國家主要分布在環(huán)太平洋褶皺帶和阿爾卑斯-喜馬拉雅褶皺帶上。出現(xiàn)這種分布結(jié)果的一個重要原因是由于這些地區(qū)泥石流災害多發(fā)，泥石流防治是現(xiàn)實需求，因此需要開展相關(guān)研究的多方面嘗試。

從作者圖譜（圖2）上看，共有網(wǎng)絡(luò)節(jié)點222個，連接313條，網(wǎng)絡(luò)密度為0.012 8，形成了五大明顯的學者群體。其中#A代表以CUI P（崔鵬）、LI Y（李泳）、CHEN XQ（陳曉清）、YOU Y（游勇）、WEI FQ（韋方強）等人為主的中國科學院（成都山地所）學者群體;#B代表以XU Q（許強）為主的成都理工大學學者群體;#C代表以GUZZETTI F、BRUNETTI MT、PERUCCACCI S等人為主的CNR（意大利國家研究委員會）學者群體;#D代表以CASAGLI N、SEGONI S、CATANI F等人為主的University of Firenze（佛羅倫薩大學）學者群體;#E代表以STOFFEL M為主的University of Geneva（日內(nèi)瓦大學）學者群體。將出現(xiàn)頻次≥4的學者列于表2，出現(xiàn)最多前三位學者分別是STOFFEL M（21次）、CUI P（15次）和XU Q（14次）。以成都山地所崔鵬研究員為例，他被稱為我國第一位“泥石流院士”，在泥石流過程、機理以及減災方法的研究中，形成一系列理論體系[20-23];發(fā)展了對風景區(qū)等特殊地區(qū)的泥石流防治理論[24-26];揭示了汶川地震區(qū)次生山地災害的分布規(guī)律，針對不同空間尺度提出了不同的防治原理與方法[27-29]。正是這些學者的不懈努力，推動著“泥石流防治”領(lǐng)域的發(fā)展與進步，為保障人民群眾生命財產(chǎn)安全貢獻著自己的智慧與力量。

2.2 泥石流防治研究學科分布

泥石流防治是一項復雜的工程，由于在泥石流的形成、運動和埋淤等過程中會受到來自其他環(huán)境要素的影響，具有較強的差異性。針對不同地區(qū)和類型的泥石流，防治研究也會有所差異，使得該領(lǐng)域不可避免地涉及到多種學科來發(fā)展對各因素和類型的研究。將出現(xiàn)頻次>10次的學科類型列于表3中，可以明顯看出各學科間出現(xiàn)頻次差異極大，所涉及到的學科類型中明顯分為三大層次。第一層次為GEOLOGY（地質(zhì)學）、GEO-SCIENCES（地球科學）等，這代表是泥石流研究的基礎(chǔ)學科。泥石流是一種常見的山地地質(zhì)災害，受地質(zhì)構(gòu)造的影響顯著，因此地質(zhì)學和地球科學的基礎(chǔ)理論研究是實現(xiàn)防災減災目標的根基與支撐。第二層次是WATER RESOURCES（水資源）、PHYSICAL GEOGRAPHY（自然地理學）、METEOROLOGY & ATMOSPHERIC SCIENCES（氣象學與大氣科學）、ENVIRONMENTAL SCIENCES & ECOLOGY（環(huán)境科學與生態(tài)學）等，這代表的是與泥石流的發(fā)生與發(fā)展密切相關(guān)的學科。泥石流在開放的自然系統(tǒng)中，受到諸如降水、植被、地形等因素的影響，其發(fā)生發(fā)展也因不同的條件而不同。Decaulne A等[30]研究發(fā)現(xiàn)冰島峽灣環(huán)境中由于對各種氣象觸發(fā)因素的響應(yīng)，極易發(fā)生泥石流;陳曉清等[31]通過對良好植被區(qū)幾次重大泥石流、滑坡災害的考察，發(fā)現(xiàn)不同降雨強度下，植被對泥石流、滑坡的作用出現(xiàn)完全相反的情況;羅正東[32]研究發(fā)現(xiàn)人類不合理的活動使得云南東川生態(tài)環(huán)境的惡化，造成了該地區(qū)水土流失十分嚴重的現(xiàn)狀。因此在防災減災過程中應(yīng)充分考慮當?shù)刈匀粭l件，因地制宜，制定合適的治理措施。第三層次是ENGINEERING（工程學）、COMPUTER SCIENCE（計算機科學）等，這代表的是在泥石流治理實踐方面相關(guān)學科。當前泥石流防治工程主要包括生態(tài)工程、巖土工程以及生態(tài)-巖土綜合防治工程，并取得了豐碩的研究成果，王海帆等[33]通過對云南省東川區(qū)深溝流域的調(diào)查研究表明生態(tài)工程措施能夠有效地控制泥石流等地質(zhì)災害的發(fā)生，并且對當?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境改善大有裨益;梁柱等[34]結(jié)合桂林龍勝縣嚴重地質(zhì)災害治理工程實例，論述了流通區(qū)、堆積區(qū)等的閘壩工程設(shè)計;崔鵬等[35]從生態(tài)和巖土等方面提出泥石流綜合防治技術(shù)。而新的計算機科學方法不僅在泥石流基礎(chǔ)研究中發(fā)揮著模擬預測的作用，還能應(yīng)用于防災減災工程中，如吳宏等[36]結(jié)合舟曲縣泥石流災后重建治理工程資料，利用3DS MAX、Maya等3D模型軟件，建立了甘肅省三維模型和三維可視化場景的GIS平臺，直觀地展示了其地形和泥石流防治工程的情況。這類學科能夠與傳統(tǒng)的地學相結(jié)合，通過科學實踐，促進了該領(lǐng)域的發(fā)展。但從整體上來看，“泥石流防治”研究仍主要停留在地學領(lǐng)域，與其他學科交流較少，應(yīng)更多地跨學科交融，為該領(lǐng)域的發(fā)展注入新動力。

2.3 泥石流防治研究熱點與前沿趨勢

關(guān)鍵詞是一篇文獻的核心與精華，通過文獻計量也能展現(xiàn)出研究的熱點問題。因此，利用文獻關(guān)鍵詞作為節(jié)點，繪制出“泥石流防治”研究熱點知識圖譜（見圖3）。圖中共有361個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，1 898條連接，網(wǎng)絡(luò)密度為0.029 2，關(guān)鍵詞之間形成了一個結(jié)構(gòu)復雜、主次明顯的共現(xiàn)圖譜。將出現(xiàn)頻次≥20的關(guān)鍵詞列于表4中，可以明顯看出，出現(xiàn)頻次前6個分別是debris flow（泥石流，707次）、landslide（滑坡，202次）、duration control（時間控制，166次）、shallow landslide（淺層滑坡，165次）、model（模型，147次）和intensity（強度，103次），這六大關(guān)鍵詞出現(xiàn)次數(shù)均超過100次，在“泥石流防治”領(lǐng)域具有重要的地位。為了更客觀、準確地分析數(shù)據(jù)，我們對關(guān)鍵詞進行了簡單的分類和組合，具體如下。

（1） 災害（hazard）類，即與泥石流相關(guān)的災害，對其形成、運動和淤埋產(chǎn)生重要影響。主要有debris flow（泥石流）、landslide（滑坡）、shallow landslide（淺層滑坡）、hazard（災害）和earthquake（地震）等。由于山地環(huán)境的特殊性，山地災害極易復合放大，形成山地災害鏈。以2008年汶川地震為例，由于高震級、強烈度的地震災害誘發(fā)了一系列次生災害，為泥石流提供了大量的固體物源[37];加之處在雨季汛期階段，為泥石流的起動提供了必要的條件，最終在北川、平武一帶造成了成片的泥石流災害[38]，地震重災區(qū)進入泥石流活動強烈期，并可能持續(xù)活躍10～30 a[39]。同時，汶川地震誘發(fā)的泥石流對道路交通[40-41]、土地資源[42]、生態(tài)環(huán)境[43-44]等造成重大影響。因此“泥石流防治”研究常與其他災害研究一起，共同尋求高效、科學的防治方式，既節(jié)約成本，也符合災害鏈科學研究的要求。

（2） 誘因（impact）類，即對泥石流的物質(zhì)來源、能量產(chǎn)生與消減等具有誘導性的影響因素。主要有erosion（侵蝕）、deposit（沉積）、climate change（氣候變化）、rainfall threshold（降雨閾值）和rainfall intensity（降雨強度）等，這些因素是泥石流活動中最具影響意義的方面。何爽爽等[45]利用衛(wèi)星降水和 WRF 預報降水對2017年6月18日北京門頭溝泥石流事件進行研究，可以明顯地看出降水對此次時間的響應(yīng);胡凱衡等[46]綜合分析了2000～2015年間的橫斷山區(qū)降水對泥石流易發(fā)性的影響;馬煜等[47]以龍溪河流域泥石流溝為例討論了流域面積、形狀系數(shù)、溝道比降等地形因素的重要性，結(jié)果表明溝道比降>形狀系數(shù)>流域面積。因此對于不同的地區(qū)的不同主導性影響因素，防治措施也應(yīng)因地制宜，相應(yīng)地做出調(diào)整[4]。

（3） 區(qū)域（area）類，即泥石流災害發(fā)生的主要區(qū)域及其形成的地貌類型。主要有New zealand（新西蘭）[48-49]、China（中國）[50-51]、Swiss alp（瑞士阿爾卑斯山）[52]、Taiwan（中國臺灣）[53-54]、Basin（盆地，流域）[55-56]和Alluvial fan（沖積扇）[57-58]等地區(qū)，都是泥石流災害的高發(fā)區(qū)和形成的地貌類型。這些區(qū)域一方面是得天獨厚的研究對象，另一方面也亟待“泥石流防治”科學的新進步來解決實際問題，保障區(qū)域內(nèi)的長治久安。

（4） 方法（method）類，即在“泥石流防治”研究中常用到的方法。主要有duration control（時間控制）、model（模型）、simulation（模擬）和prediction（預測）等。由于泥石流災害的復雜性和毀滅性，常常需要通過仿真實驗獲得數(shù)據(jù)，構(gòu)建模型，并對其進行預測驗證。Guzzetti F等[59]編制了2 626個導致了淺層滑坡和泥石流的降雨事件的全球數(shù)據(jù)庫，提出了一種新的閾值用于滑坡預警系統(tǒng);Pudasaini S P[60]提出了一種新的廣義兩相泥石流模型，數(shù)值結(jié)果表明該模型能很好地描述兩相泥石流、泥沙輸移和海底泥石流等相關(guān)現(xiàn)象的復雜動力學。這些數(shù)理方法同時推動著泥石流基礎(chǔ)理論和防治工程措施實踐的進步與創(chuàng)新，在“泥石流防治”領(lǐng)域具有重要的作用。因此在相關(guān)研究中應(yīng)更多地與數(shù)理科學、計算機科學等跨學科交融，推動該領(lǐng)域的發(fā)展。

3 結(jié)論與展望

泥石流防治關(guān)乎民生大計，是山區(qū)發(fā)展與保護的重要環(huán)節(jié)。本研究基于WOS和CiteSpace對“泥石流防治”研究領(lǐng)域的文獻進行可視化分析，是對該領(lǐng)域文獻綜述的一個新穎嘗試。

（1） 世界范圍內(nèi)，最主要的研究機構(gòu)是中國科學院、美國地質(zhì)調(diào)查局等，這些研究機構(gòu)也主要分布于泥石流災害多發(fā)的國家或地區(qū)。中國科學院（成都山地所）、成都理工大學、意大利國家研究委員會、佛羅倫薩大學和日內(nèi)瓦大學這五大學者群體，共同推動著本學科領(lǐng)域的發(fā)展。

（2） 通過對“泥石流防治”相關(guān)學科的統(tǒng)計可以發(fā)現(xiàn)該領(lǐng)域主要涉及到地質(zhì)、環(huán)境要素等地學學科和工程學、計算機科學等促進相關(guān)實踐的學科。但跨學科間的交叉融合仍較少，應(yīng)進一步加強多學科交流，為該領(lǐng)域的研究注入新動力，提供新思路。

（3） 通過分析關(guān)鍵詞得到了“泥石流防治”研究的熱點與前沿，大致可將熱點分為災害型、誘因型、區(qū)域性和方法型四個大類。它們作為領(lǐng)域內(nèi)的研究熱點，受到廣大學者的關(guān)注與研究，促進“泥石流防治”的新進展，但還應(yīng)進一步加強對這四類的基礎(chǔ)性研究。

當前國內(nèi)外在“泥石流防治”領(lǐng)域已取得了豐碩的研究成果，為世界各國防災減災工作貢獻著智慧與力量。但處在復雜而又開放的自然-人文系統(tǒng)內(nèi)的泥石流防治，還需更加深入系統(tǒng)的研究，本文筆者認為應(yīng)主要從以下3個方面著手推進學科發(fā)展。

（1） 加強多學科交流，推動泥石流防治研究新進展。地球系統(tǒng)是一個復雜的耗散結(jié)構(gòu)，內(nèi)部各要素之間存在著非線性的相互作用。泥石流產(chǎn)生的機制、運動過程中能量的聚漲-突變-衰減、泥石流物質(zhì)的淤埋等由于受到諸多因素耦合影響，其復雜性難以通過一門或幾門學科單獨求解得出。必需跨學科進行交流，加強多學科的交叉融合，為泥石流防治提供全新思路和科學方法，共同推動研究新進展。

（2） 優(yōu)化配置新模式，合理布局巖土-生態(tài)防治工程。目前主要的泥石流防治技術(shù)包括：巖土工程措施、生態(tài)工程措施以及巖土-生態(tài)有機結(jié)合。如何在脆弱的生態(tài)環(huán)境中，將防災減災工作與生態(tài)環(huán)境保護工作合理調(diào)節(jié)，使其并行不悖仍然是泥石流防治中亟待解決的問題。科學地評價各種防治技術(shù)的效益，統(tǒng)籌規(guī)劃，合理地布局巖土-生態(tài)防治工程，實現(xiàn)優(yōu)化配置新模式。

（3） 防治與發(fā)展結(jié)合，促進山區(qū)人地關(guān)系和諧穩(wěn)定。由于諸多客觀因素的影響與制約，泥石流災害發(fā)生后，人們?nèi)詫⒃诋數(shù)乩^續(xù)生活下去，發(fā)展與建設(shè)，破壞與保護都將持續(xù)進行。因此，應(yīng)更多地將防治工作與地區(qū)的發(fā)展相結(jié)合，選擇適合當?shù)刈陨頎顩r的防治措施，在建設(shè)中治理、在發(fā)展中保護，實現(xiàn)社會-經(jīng)濟-生態(tài)多重效益的最大化，促進山區(qū)人地關(guān)系的和諧穩(wěn)定。

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（編輯：劉 媛）