中国淤地坝研究脉络演化分析
马管
1,2,3
,
李娜
1,2
,
马建霞
1,2
1. 中国科学院西北生态环境资源研究院, 730000, 兰州;
2. 中国科学院兰州文献情报中心, 730000, 兰州;
3. 中国科学院大学经济与管理学院, 100049, 北京
收稿日期：2020-02-09; 修回日期：2020-07-17
项目名称：国家重点研发计划"生态技术评价方法、指标体系及全球生态治理技术评价"项目的子项目"生态技术评价平台与集成系统研发"（2016YFC0503706）；中国科学院青年创新促进会项目"基于文献计量与GIS的领域专题知识环境建设"（2016158）
通信作者简介：李娜(1983-), 女, 博士, 研究生导师, 副研究员。主要研究方向:资环类学科情报研究与科技信息评价。E-mail:
lina@llas.ac.cn
摘要：为明确我国当前在淤地坝研究领域的优势和不足，同时为下一步研究方向提供参考依据，对我国淤地坝领域的研究热点及前沿的阶段性演变进行分析总结。在阅读大量文献的基础上，辅以科学知识图谱工具，对中国知网数据库收录1954年至今的2 158篇淤地坝相关文献进行研究分析。结果表明：淤地坝研究受关注程度及其特征随时代发展而改变，不同时间段的发文量有明显区别，可划分为试验示范、坝系完善、大力推广等发展阶段；研究机构分布具有鲜明的地域性特征，多集中于西北地区，但机构间的合作程度有待加强；主要研究内容可大致分为"淤地坝工程建设""小流域坝系综合治理"和"淤地坝管理"3方面；未来淤地坝研究的重点方向可能集中在坝系布局的进一步优化及各层次之间的关系、新型施工技术的探索改进和坝系风险调控等方面。
关键词：淤地坝 工程 管理 研究热点 黄土高原
1. Northwest Institute of Eco-Environment and Resources, Chinese Academy of Sciences, 730000, Lanzhou, China;
2. Lanzhou Library, Chinese Academy of Sciences, 730000, Lanzhou, China;
3. University of Chinese Academy of Sciences, 100049, Beijing, China
淤地坝作为黄土高原地区先民的一项创造性举措，也是我国防治水土流失的重要水利工程之一，在拦泥截沙、蓄水淤田以及涵养水源等方面发挥了重要作用，具有十分明显的生态和社会效益[1]。长期以来，有专家学者对淤地坝进行了大量的研究，并取得了一系列成果[2]。然而，从科技文献入手，较全面地梳理、介绍我国淤地坝研究脉络的工作尚未系统开展。
文献计量方法利用可视化工具，对海量文献进行分析，能够在宏观上理清某一领域的研究脉络、把握学科走势，对领域的科学研究具有重要参考作用。当前我国已有少数学者运用文献计量方法对淤地坝研究乃至整个黄土高原水土保持方面展开分析，例如曲婵等[3]对期刊网学位论文数据库中2000年至2015年近千篇淤地坝研究成果进行分析，对淤地坝的工程建设及研究特点等进行总结；薛梅[4]利用CiteSpace工具，以阶段划分的形式对1980年至2017年我国黄土高原水土流失治理发展特点进行可视化描述。然而以上研究未能将淤地坝研究的众多方面进行详细描述，且可视化程度不足。笔者将在检索并阅读大量文献的基础上，结合文献计量学和统计学的相关方法，深入分析我国淤地坝研究领域的发文趋势、机构分布、热点主题聚类和研究前沿等，明确我国当前在淤地坝研究领域的优势和不足之处，以期为我国将来的淤地坝研究提供参考。
1 研究方法
1.1 数据源与检索
选择中国知网(CNKI)数据库作为检索来源。在检索词的确定上，因为淤地坝别称及关联名称较多，如“聚湫”“沟坝地”等也都已予以考虑。最终确定检索式为“(TI=‘淤地坝’+‘聚湫’+‘沟坝地’+‘水坠坝’+‘沟道坝系’+‘小流域坝系’+‘骨干坝’)OR(KY=‘淤地坝’+‘聚湫’+‘沟坝地’+‘水坠坝’+‘沟道坝系’+‘小流域坝系’+‘骨干坝’)”，时间截至到2019年6月，共检索得2 791篇文献记录，剔除若干重复文献、低相关度文献(征稿启事、会议通知、新闻报道、卷首语等)及外文文献后，得到有效记录2 158条。
1.2 数据处理
笔者分别采用了统计软件Excel、文献管理软件EndNote X9、科学知识图谱软件VOSviewer和CiteSpace等工具，利用其各自在数据处理方面的优势功能，经交叉分析后，最终识别出领域研究脉络的演化。
首先运用Excel对检索出的数据记录进行统计，揭示出文献数量与年份之间的关系；继而通过CiteSpace软件对该研究领域的各机构进行分析，但由于机构名称不统一，如“黄河水利委员会黄河上中游管理局”和“黄河上中游管理局”等，因此还需要对机构名称进行清洗合并，层次保留至二级机构；EndNote软件则用于统计关键词共现频率及数据格式转换，之后使用VOSviewer对数据识别和分析处理，聚类多组关键词，进而划分出不同的淤地坝研究热点；最后，借助CiteSpace的时序图功能，设置每5年为1个时间切片，对不同时间段的关键词进行探测，以展现淤地坝领域研究前沿演变的整个过程。
2 研究概况分析
2.1 年度发文趋势
文献的年度发表数量及其趋势走向可以在很大程度上反映出该领域在不同时间段的受关注程度。根据自然间断点分级法[5]，同时结合时代背景，可以按各年份文献数量将淤地坝研究大致分为以下3个发展阶段(图 1)。
1) 1954—1980年，淤地坝建设正处于试验示范、推广普及的阶段，且以群众自发建坝为主，缺乏统一规划和科学设计[6]。而这段时期恰是黄土高原水土流失相当严重的一段时期，彼时由于群众的生态保护意识淡薄，耕作粗放、过度放牧、刮草皮、挖草根等行为破坏植被覆盖，降低土壤蓄水能力，导致本就土质疏松的黄土地受侵蚀愈发严重，加剧了水土流失。同期，各类水土保持措施基本仍处于摸索阶段，也因此可见淤地坝相关研究文献数量在该阶段较少的潜在原因，并呈现出在微小波动中有升有降的特征，甚至出现了有几年并无相关研究的情况。
2) 1981—2000年，在改革开放的背景下，国家为探索小流域综合治理经验，拨专款进行治沟骨干工程建设试点，陕晋蒙等地开始进一步完善沟道坝系建设，治沟骨干坝数量大幅度增加，淤地坝建设进入新的发展阶段[7]。1991年《中华人民共和国水土保持法》诞生，1993年水利部设置水土保持司，我国步入依法防治水土流失、深化水土保持改革阶段[8]，黄土高原持续开展了秀美山川建设。在此期间，关于淤地坝的研究相应增加，多项相关研究被列为国家重大攻关课题，且年度均发文量>25篇，该阶段为我国淤地坝研究的快速发展期。
3) 2001年至今，国家对水土保持及生态修复愈发重视，为配合国家西部大开发战略的实施，大力推进西部地区水土保持与生态环境建设，2003年淤地坝被列为水利“三大亮点”工程之首，这得到了学术界的广泛关注，淤地坝研究发文量也在2003年达到了顶峰。党的“十六”大更是将保护环境、保护资源定为基本国策，此后生态文明、绿色发展理念深入人心，“绿水青山”与“金山银山”相融相生，黄土高原进入大力保护与治理协同推进时期。在此阶段，淤地坝研究在波动中有所回落，但总体上文献数量仍较为可观。据水利部规划，到2020年底，黄土高原地区将新建淤地坝16.3万座，其中骨干坝3万座，中小型坝13.3万座[9]。这标志着淤地坝建设及其研究将步入一个崭新的发展阶段。
2.2 研究机构分布
分析各机构在该研究方向的发文量以及各机构之间的合作情况，可以观察出国内关注该领域的机构，甚至可以进一步推断机构在该领域的科研实力(图 2)。图中1个节点即代表 1个机构，节点之间的连线表示机构间的合作，且节点越大表示机构中心度越高，与其他机构合作越多；机构名称后的数值则为该机构在淤地坝领域的总发文量。
对机构发文及其合作情况分析发现，该领域研究机构具有鲜明的地域性特征——位于西北地区的政府部门、科研院所和高等院校等是淤地坝研究的重要主体，前20家高产机构基本分布在陕西、山西及甘肃等地，其中共有12家机构发表了20篇以上的文献，合计为659篇，占样本文献总量的30.6%，它们是研究该领域的中坚力量。
另一方面，从研究机构合作网络结构图谱看，共有150个节点，87条连线，研究机构合作网络的密度仅为0.007 8，说明已有不少研究机构初步形成了合作网络，但整体合作程度仍然较低，独立研究的机构不在少数，机构间相互合作的空间还很大。
3 研究热点及其阶段性前沿演变
3.1 研究热点分析
关键词能够高度凝练出一篇文章的主题内容，高频词及高中心度的关键词往往表示领域内研究者关注的重点和方向(图 3)。其中，每个圆表示一个关键词节点，圆的大小正对应关键词频次的高低；相同颜色的节点被聚类在一起，表示同一类主题，而图中又以红、绿、紫3种节点颜色群最为突出。基于已有文献研究，同时依据各关键词之间的相关度，整理关键词聚类结果(表 1)，可将我国淤地坝研究的热点主题大致分为“淤地坝工程建设”“小流域坝系综合治理”和“淤地坝管理”3方面。
表 1(Tab. 1)
表 1 淤地坝研究热点主题及关键词聚类
Tab. 1 Research topics and keywords clustering for check-dam
| 热点主题 Hot topics | 关键词聚类 Keywords clustering |
| 淤地坝工程建设 Check-dam construction | 土坝、骨干坝、水坠坝、治沟骨干工程、水利技术防蚀 Earth dam, key dam, slurry-fall dam, key project for gully harness, and hydrotechnical control of erosion |
| 小流域坝系综合治理 Comprehensive control of dam system in small watershed | 小流域治理、坝系、综合治理、流域、沟道 Watershed management, dam system, comprehensive treatment, watershed, and gully |
| 淤地坝管理 Check-dam management | 水土保持、坝地、水平梯田、除险加固、生态建设 Water and soil conservation, dam land, level terrace, reinforcement, and ecological construction |
|
表 1 淤地坝研究热点主题及关键词聚类
Tab. 1 Research topics and keywords clustering for check-dam
|
3.1.1 淤地坝工程建设
淤地坝工程建设既需要整体的规划设计，还需要因地制宜的施工技术和相应的标准规范等。仅从建造单坝的角度而言，淤地坝的工程结构设计和应用技术是最受到专家关注的2方面。最早的一批淤地坝多是群众自发兴建，且基本为“一大件工程”，即仅有坝体，放水工程和溢洪道常常缺失，一旦遇到暴雨，溃决的风险就会大大增加。随着“三大件”配套齐全的重要性逐渐深入人心，建构坝体的材料和技术，放水工程中的涵道和卧管等建筑物，溢洪道的尺寸设计和调洪演算等等都是研究淤地坝的重要方向[10-11]。
淤地坝具体的施工技术也从爆破松土、拖拉机碾压等土法向水坠筑坝、梯级成坝等更高效、更稳定的手段转变[12-13]。再到近几年，新兴技术的出现使建设淤地坝的能力“更上一层楼”——三维激光扫描技术[14]可应用于成坝后是否变形的安全监测；RS、GPS的精准度达到了一个新水平，这对淤地坝的选址、计算泥沙淤积量等都有莫大帮助，利用GIS、GMS、虚拟现实、MIKE耦合模型等技术手段建立起数字流域，为淤地坝规划建设提供了科学的依据[15-16]；物联网、云计算等技术[17]促使淤地坝作为智慧水利系统的一部分进行管理和监控，淤地坝的有关信息及其变动将通过网络实时传递给工作人员，该系统对提高淤地坝地区的管理水平有着重要的应用价值。探索应用更先进的施工技术以建造质量更好的工程结构，始终是淤地坝工程建设的重中之重。
3.1.2 小流域坝系综合治理
早期的淤地坝多为单坝，不成坝系，缺乏完整的布局设计，经过多年发展，如今沟道坝系的设计在很大程度上有所改进，基本上形成了以小流域为单元，以大型骨干拦泥坝为骨架，上中下游兼顾，大中小型相结合的河道体系[18]。
对小流域坝系的研究包含以下几方面：首先是坝系的规划，科学的布局设计是坝系建设的基础，各科研单位对淤地坝坝系的规划原则、工程结构、建坝密度、调节洪水等方面进行了大量的研究工作，以期达到一种坝系相对稳定的状态；其次，小流域坝系的功能和目的在于滞洪拦沙，改善小流域的生态环境，由此诸多研究都围绕着坝系级联蓄洪防洪及其拦沙能力进行，通过对计算、模拟流域侵蚀产沙及其他因素的影响关系，为坝系的设计建造提供了依据[19]；有关坝系安全的研究则相对较少，事实上，淤地坝溃坝机理及其风险评价相当重要，这是区域生态建设工程的重要科技支撑，该方面的课题研究已成为新时期淤地坝建设的现实需要。
3.1.3 淤地坝管理
淤地坝管理包括2方面：建设管理和运行管理。前者是淤地坝建成前，后者是淤地坝建成后。而管理恰恰又是整个淤地坝建设中的薄弱环节，这是因为当前重点多在工程建设，“重修新，轻管护”的思想依然根深蒂固。
总的来说，当下淤地坝管理存在如下问题：1)前期工作中，项目调查仓促、招投标困难、建设主体不协调、审查条件宽松；2)建设过程中，施工不专业、建设资金难以准时到位、随意变更工程期限；3)后期运行时，少有专项管理经费支持、移交负责机构形式化、无人管护现象普遍等。具体对策为：1)以全面加强质量管理水平为中心，分阶段验收工程，对坝质量和坝运行情况进行长期动态监测；2)加大国家投资力度，同时要逐项足额核定工程造价，加大监督力度，避免贪污腐败；3)制定完善的坝系管护制度，成立专业的维修队伍，定期检查大坝安全状况，发现问题及时处理，在萌芽阶段清除潜在危险；4)大力推行淤地坝产权制度改革，将建设淤地坝推向社会和市场，农民可在坝地上自主经营，开辟脱贫致富新道路，充分调动农民投资、建坝护坝的积极主动性，促使淤地坝走向良性发展轨道。
3.2 阶段性前沿演变分析
每个领域在不同阶段的研究热点及其前沿热点必然是不尽相同的，对研究前沿的演变动态进行识别跟踪，有助于研究者预测该领域未来可能的发展方向，还可以对某些潜在问题进行更细致的探索[20]。借助CiteSpace的时序图和关键词突现功能，较为直观地展示了研究前沿之间的交互关系和演进路径(图 4和图 5)。
结合前文对淤地坝研究前沿划分为4个阶段：1)20世纪60年代，有关淤地坝的研究正处于认识阶段，“支毛沟、沟坝地、沟道”等关键词开始出现，但尚未有令人瞩目的突现词；2)1972年出现了首个突现词“水坠坝”，由于其成本低、建速快被大量应用，以及同时期出现的“修梯田、公社”等富有时代特色的关键词，表明水利建设逐渐步入热潮期；3)80、90年代，出现的突现关键词开始增多，包括“骨干坝、流域综合治理、小流域坝系”等，表明淤地坝开始转向坝系建设，更加注重科学整体配套；4)21世纪以来，“生态建设、模型、管理、监测、除险加固”等突现关键词表明淤地坝研究的分支更加多样，既体现对淤地坝管理的重视，也有对新技术的应用探索。
3.3 研究现状与趋势分析
综上，我国淤地坝存在数量多而标准低的问题，运行管理与病险等安全隐患较为突出。近几年淤地坝研究的热点主题也已由最初的工程建设逐步转变为坝系规模的合理确定和建成后的除险加固、淤满处理等方面。
但当前淤地坝研究的薄弱之处也较为明显，未来或应在以下方面加强研究。首先是关于坝系安全的研究相对较少，由于国内现存淤地坝绝大部分是20世纪所建，许多坝体年久失修、设施老化，存在严重的安全隐患，淤地坝的溃坝机理及其风险评价亟待进一步深入研究。其次，流域坝系布局的合理与否直接影响到坝系工程的功能成败及后续安全问题，然而目前针对坝系总体布局合理性展开的评价工作还存在诸多问题，如评价指标较为定性，评价目标模糊，评价过程低效等[21]，进行这方面的研究有助于为坝系工程的建设工作提供可靠的理论依据。此外，有必要尝试结合其他领域的最新技术，聚焦水利信息化短板，建立淤地坝信息智能化监测数据库系统，获取实时联网信息，为完善智慧水利建设打下坚实基础。
淤地坝作为区域生态建设工程的重要支撑，这些方面的课题研究将成为新时期淤地坝建设的迫切需求。
4 结语
笔者利用VOSviewer和CiteSpace等工具，对淤地坝研究文献进行统计分析，以可视化科学知识图谱的形式，展示了我国淤地坝研究脉络演化的概况。主要得出以下结论：1)淤地坝研究在不同时间段的发文量有着明显区别，曾在2003年达到过顶峰，近些年呈波动回落，更趋向于稳定；2)诸多研究机构基本隶属于西北地区，其中又以黄河水利委员会最为高产，但机构间的合作程度有待加强；3)研究的主要内容可以大致分为“淤地坝工程建设”“小流域坝系综合治理”和“淤地坝管理”3方面；4)未来淤地坝研究的重点方向可能集中在坝系风险调控、坝系布局的进一步优化及合理性评价和新型施工技术的探索改进等方面。
综合来看，坝系布局及其影响仍是需要持续关注的一个方面，而新兴技术的应用、坝系安全和风险调控等有可能是未来一段时期的关注热点，加强这些方面的研究有利于淤地坝的进一步发展。
2020, Vol. 18 
