摘要:以1982~2020年CNKI的720篇水电站生态问题研究文献为例,运用CiteSpace的关键词共现功能阐释文献特征,并增引2010~2020年WebofScience的36篇领域文献,利用聚类、突现功能综合分析研究热点、演进路径,最后对发展前沿作出展望。结果表明,该领域研究集中于水电项目开发及其生态影响、生态修复与重建等方面;过程遵循理论研究®实践应用®动态监测的演进路径;工程技术手段和计算机算法结合用于生态治理与修复的研究是该领域的发展前沿之一。
关键词:水电站;生态环境;CiteSpace;知识图谱;研究热点;演进路径;发展前沿
1引言
水电站在现代能源体系中占据重要地位,“十三五”提出2025年全国水电装机容量4.7×108kW、年发电量1.4×1012kW·h的预计发展目标。水电项目的不断开发暴露众多生态问题,因此从多维度展开研究,梳理水能与水资源特点,总结水电开发经验;整理了水电站建设引发的生态环境问题,并提出整改及保护措施。随着研究进一步深入,将计算机手段用于生态治理与修复愈加普遍,如李红清等[1]通过辨识与分析河流重要生境与生态敏感区,建立了专题数据库和信息共享平台,研究了生态敏感性空间分布格局。经过多年发展,该领域研究成果丰富,范围广泛且发展已较成熟,体系趋于完善;但其与大数据等高端信息技术的融合应用及未来发展趋势的分析较少,且传统文献学习不足以立体反映其演进过程与相关路径关系。本文借助CiteSpace工具通过作者、关键词共现、聚类等功能绘制知识图谱,对水电站生态问题的研究概况与发展趋势进行可视化分析,以主题词“水电站”AND“生态环境”作为条件在CNKI检索,时间范围为1982~2020年,随后识别、去重、剔除非学术性文章,得到720篇期刊论文作为研究对象展开分析,以期为水电站开发建设提供参考。
2水电站生态环境问题研究的文献特征分析
2.1时间分布及主题演变特征
某学科领域发文量可反映学术团体对该领域的注重程度,发文量越多,表明研究更活跃,1982~2020年水电站生态问题研究的文献数量随时间变化见图1。依活跃程度分为两阶段:①低阶缓慢发展阶段(1982~1998年)。年发文量低于5篇,表明该领域研究处于较低水平,活跃程度弱,生态问题未得到足够重视。结合图2来看,内容集中于水电站建设、生态环境及发展经济与流域治理等方面,视角由浅入深,表现为一个递进过程,首先探讨水电站建设对农田灌溉、下游航道淤积的影响等;其次是处理水资源开发与生态之间的关系,提出水利建设全过程应贯彻生态经济环境水利模式[2];接着调查水库底栖动物以预测建库影响[3],而施为光[4]估算了湖内矿化度的变化,预计水温与营养元素变化不大,进而确定水库水生生态系统变化不明显。②波动发展阶段(1999~2020年)。年发文量超过10篇,2008年达峰值56篇,发文量激增说明研究进一步活跃,波动变化则反映水电开发与生态之间的博弈趋势,但解决矛盾始终是学术主流,因此发文量会长期伴随波动状态起伏,且由图2可知,两阶段研究联系密切,基于前期理论发展,后期研究得以深入,水电开发、绿色水电、生态保护及修复措施等迅速开展,如基于电力供需预测,梳理环境影响并提出加强水库生态建设的建议[5];针对流域开发生态问题,黄小雪等[6]分析了河道生态需水量的内涵及组成;穆军等[7]利用香草根和工程综合技术来制定消落带生态治理方案,以建立可持续发展的生态系统工程。
2.2作者共现分析与团队识别
设置时间切片为1年,节点类型为keyword,选择标准为g-index,获得作者共现图谱见图3,识别高产出作者、研究团队及两者之间的合作关系,作者发文越多则节点越大,作者间联系越强则连线越密集、颜色越深,另发文量在一定程度上可反映研究者的学术水平,而普赖斯定律就是用发文量推选核心作者的一种方法,
3研究热点与演进路径、前沿分析
3.1研究热点分析
关键词一定程度上能反映某领域研究内容、热点及发展趋势,为使该领域研究热点得以充分反映,基于前期检索基础,在WebofScience上以“HydropowerstationAndecologicalenvironment”为条件检索得到36篇近10年内文献,借助CiteSpace得到关键词共现图谱见图5,整理频次排名前20的关键词见图6。
由图5、6可知,中文关键词“生态环境”频次最高达132次,英文文献中“hydropower”频次最高为4次。基于图5(a),提取关键词得到聚类图谱,见图7。由图7可知,网络模块度Q为0.8768,网络同质性为0.4401,聚类匹配效果趋于合理,各聚类Silhouette值在0.946~1之间,表明同质性良好,英文文献因样本较少无法形成明显聚类,但可凭图6分析整理研究热点。
相关期刊推荐：《水电能源科学》(WaterResourcesandPower)创刊于1983年，由教育部主管，中国水力发电工程学会、华中科技大学、国测水电技术研究院主办。主要报道水、电、能源及其相关学科的新理论、新技术、新方法及工程应用的新成果。
结合图5~7,关键词“水电开发”、“水电工程”、“中小型水电站”、“hydropower”、“cascadehydropowerdevelopment”与聚类#5、#6、#8、#9等围绕水电站规模、类型、建设区域及作用等展开分析,归结为水电开发热点;“可持续发展”、“绿色水电”及“environmentalimpact”和聚类#7等从可持续理念对绿色水电的概念、内容、评价标准等进行讨论,属于绿色水电热点范畴,并认为此阶段既总结前期暴露问题,提出整改对策,又开启了新一轮研究;随着事物发展的客观规律,经发现问题、认识问题到解决问题,专家目光聚焦到生态影响及对策、保护措施上,从“影响”、“conservation”、“environmentalimpact”及聚类#2、#3等中可见一斑;另“生态流量”、“ecologicaloperation”、“habitat”及聚类#10等反映了生态修复及重建的内容。整理研究热点为:①水电开发。在构建新型能源体系大背景下,水电开发备受瞩目,其具有投资规模大、投资不可逆性、较高的不确定性等特点,且伴随较长的投资回收期[8],因此拥有一定建设难度与研究意义,侧面说明该研究会长期维持高研究热度。②绿色水电。绿色水电以使人类社会和生态环境相互促进和共同发展为目标,并认为绿色水电工程技术的运用对实现目标具有重大意义,相关研究有绿色水电工程建设规划的概念及内容、绿色水电评价标准和认证体系等,在实践中注重理论方法与项目实际结合,这也是绿色水电研究发展的趋势之一。③生态影响及对策、保护措施。水电开发利国利民,但引发的生态问题同样发人深思,研究了生态问题类型、应对和保护措施等,问题包括水质改变、水土流失、生物生存繁殖及水足迹对环境的累积效应[9],对策上提出扩大保护范围和对象、增加投入和加强研究等措施[10],相关研究为解决生态问题提供了有力保障,众多专家参与也使该方向研究更加深入和多样。④生态修复及重建。针对生态问题,往往确立工程技术与生物措施相结合的原则,以植被恢复为先导,措施与立地相结合实施配套措施[11],如香草根和工程综合技术治理水土流失、生态系统破坏等问题[12];且有利用遥感、GIS技术[13]、景观生态学分析生态演变趋势的相关研究,构建基于生态影响的管理技术,以此丰富了生态修复及重建理论。
3.2演进路径及前沿分析
3.2.1演进路径分析
演进路径可依据关键词的出现频次、时区的聚集分布和语义概括,结合图2,关键词基于时区聚集可分为1982~1995、1996~2006、2007~2020年三个阶段,从语义来看,1982~1995年关键词“小水电站”、“水利水电工程”、“水库坍岸”等以水电开发类型、建设经验及对生态问题预测等为主,为理论研究阶段;1996~2006年“水电开发”、“可持续发展”、“生态修复”等从生态影响、可持续发展及生态治理等方面研究,属于实践应用阶段;2007~2020年“生态流量”、“改善生态环境”等主要采用计算机手段开展生态变化监测,定义为动态监测阶段,另结合近10年内英文文献(图8),发现内容集中在生物多样性、生态保护、气候改变等领域,第二、第三阶段内容均涉及,结合其内容对发展路径整理如下:①理论研究阶段。主要以水能特点梳理、水电建设经验总结及生态问题预测为贯穿主线,发现水能与水资源分布具有一致性,且以大型水电站为主;提出水电开发应考虑自然与社会经济情况、资料收集和规划方案的选择;生态问题的预测有影响局地气候、破坏生物生存环境、造成水土流失等,也可能对社会经济、人群健康、旅游资源等造成影响。这些研究不仅丰富了水电开发领域的研究内容,且为生态环境治理指明方向。②实践应用阶段。经生态问题预探、梳理分析,研究活跃程度提升明显,研究内容更加明朗,专家分析了河流梯级开发的生态环境累计效应[14]、从生态角度研究水电资源开发必要性[15]、河段最小生态需水量[16]等亦有研究,李雁鹏等[17]建立水生态数学模型为河道修复方案优选提供量化基础,亦有从不同角度提出了修复对策,分析发现研究多集中于区域性河流,跨区域交流与合作较少。③动态监测阶段。基于前期研究,研究成果得到巩固,研究方向向生态效应评价调整,如模糊综合评价法应用于生态效应的研究[18]和以“3S”技术为支撑,运用景观生态学等方法评价陆地生态变化[19];在生态变化监测方面,采用计算机技术展开研究,如利用ArcGISEngine技术与VisualBasic构建包括生态评价与动态监测模块的环境管理与决策支持系统,吴柏清等[13]将遥感与GIS技术结合监测库区植被覆盖动态变化,为生态环境影响的回顾评价提供重要参考。基于此,发现生态评价及动态监测与计算机手段的结合为该领域发展开拓了新思路。
3.2.2发展前沿分析
学科领域前沿可从频次变化率高的关键词反映,利用CiteSpace得到14个突现关键词见图9。由图9可知,1982~1999年突现关键词有黑河干流、改进年内展布法等,显露出内容分散、视角多样的特征,2011~2020年突现词有可持续性发展、绿色水电、增效扩容、生态流量等,识别出该阶段最新趋势在水电开发可持续发展、项目升级改造、生态保护治理等方面,基于新型能源体系建设和“十三五”生态保护修复要求,水电项目的可持续发展重心应放在水电开发的经济效益与生态保护统筹兼顾上,并对生态效应展开评价,水电的升级改造则主要是基于有效保护措施而实现增效扩容目标,另外在生态治理与修复方面,运用遥感、GIS技术与系统分析开展植被动态监测,环境水文与河流生态变化拟合,耦合影响判定与修复已成为近年的研究前沿之一。
4结论
a.从发文时间及数量角度考虑,分为低阶缓慢发展阶段和波动发展阶段;宋增芳团体研究成果丰硕,研究团体呈“整体分散、局部聚集”的分布特征。
b.研究热点包括水电开发、绿色水电、生态影响及对策与保护措施、生态修复与重建等;过程遵循理论研究®实践应用®动态监测的演进路径,工程技术与计算机手段结合的研究为发展前沿趋势之一。——论文作者：谢号珍1,王蕾1,黄伟华2,刘群英3,贺天明1
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