李洋 李霞

Research Progress of Drinking Water Sources

LI Yang LI Xia

摘要：飲用水源與城市供水的安全性和可靠性直接相關，對人類生存和發(fā)展至關重要。因此，系統(tǒng)、全面地梳理飲用水源相關文獻、深入探討其研究進展，具有重要意義。文章基于文獻計量學理論，借助VOSviewer等科學計量軟件，對1998-2018年間Science Citation Index-Expand核心數(shù)據(jù)庫中飲用水源的全部文獻進行統(tǒng)計分析，詳細闡述了該領域的研究進展、研究力量及當前熱門主題，并分析了天津市飲用水源于橋水庫的研究現(xiàn)狀及差距，為飲用水源的進一步研究和保護提供理論依據(jù)與信息支撐。

Abstract： Drinking water sources are directly related to the safety and reliability of urban water supply， and are essential for human survival and development. Therefore， it is of great significance to systematically and comprehensively analyze the literature on drinking water sources and to explore the research progress in depth. Based on the theory of bibliometrics， this paper analyzed the publications from the core database of Science Citation Index-Expand between 1998 and 2018 with the help of scientific visualization software such as VOSviewer， and explained the research progress， research driving forces and current hot topics in this field， and analyzed the research status and gaps of Yu-qiao Reservoir， drinking water source in Tianjin， which will provide theoretical basis and information support for further research and protection of drinking water sources.

關鍵詞：飲用水源;研究進展;于橋水庫;文獻計量分析;Web of Science

Key words： drinking water sources;research progress;Yu-qiao Reservoir;bibliometric analysis;Web of Science

中圖分類號：TU991.2? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2019）32-0284-05

0? 引言

飲水安全是保障人民群眾身體健康、促進社會經濟健康發(fā)展的最基本、最重要的條件之一，而水源地保護是確保飲水安全的首要任務。然而，由于城市化進程的發(fā)展，飲用水水源地存在著諸多的污染問題[1]，氣候變化帶來的不確定性風險更加劇了城市供水危機[2]。因此，飲用水源保護的深入研究引起國內外學者的廣泛關注。目前，由于我國飲用水水源地污染的嚴峻性與緊迫性，2018年4月3日，生態(tài)環(huán)境部召開部黨組（擴大）會議，傳達學習習近平總書記關于打好污染防治攻堅戰(zhàn)的重要講話精神，將水源地保護列入七大標志性的重大攻堅戰(zhàn)役中。中央和各級地方政府高度重視，并相繼制定并發(fā)布了一系列相關的管理、規(guī)劃文件，大量研究人員也相繼開展針對于飲用水水源地保護的研究。天津市也制定了針對于橋水庫等集中式飲用水水源地的環(huán)境保護專項行動方案，以保障城市飲用水水質安全。文獻計量分析是一種科學、客觀且非常有效的知識領域研究方法[3]，已被應用于各種環(huán)境領域，如對濕地[4]、富營養(yǎng)化[5]、沉積物[6]等問題的研究，但還未應用于飲用水源。為了能夠較為全面地了解國內外飲用水源研究現(xiàn)狀及進展，本文借助文獻計量分析及科學知識圖譜可視化的方法，總結了二十年來飲用水源研究的研究力量、研究進展及當前熱點話題。

1? 數(shù)據(jù)來源

本文的文獻數(shù)據(jù)基于Web of Science-Science Citation Index Expanded（SCI-E）核心數(shù)據(jù)庫，選取“drinking* water* source*”作為檢索詞，進行主題檢索，獲取1998-2018年間飲用水源研究領域的所有文獻記錄。檢索時間為2019年9月18日，最終得到1644條文獻記錄。

2? 研究方法

文獻計量分析是基于數(shù)學和統(tǒng)計學理論，定量地分析某一知識領域的關鍵詞、研究作者、發(fā)文國家及機構、發(fā)文期刊等，從而系統(tǒng)地梳理該領域的研究進展情況，并預測可能的未來研究熱點[7]。此外，科學知識圖譜分析近年來也受到極大的歡迎，即，將數(shù)據(jù)可視化的技術手段應用于對科學文獻的分析中，從而呈現(xiàn)出科學知識的結構、規(guī)律和分布情況，并識別出科學發(fā)展的新趨勢和新動態(tài)[8]。本文借助文獻計量分析及科學知識圖譜方法，梳理了SCI-E數(shù)據(jù)庫中20年來的飲用水源相關文獻，分析了該領域的研究進展情況。

3? 結果分析

3.1 出版情況

為了概述飲用水源的研究進展，我們將檢索到的1644篇相關文獻的年度出版數(shù)量及變化趨勢展示在圖1中?？梢钥闯觯甓任墨I數(shù)量從1998年的14篇穩(wěn)步增長到2018年的183篇，由此可以看出對于飲用水源的研究文章數(shù)量雖然較少，但卻正在變得愈發(fā)重要，在未來也將有更大的研究需求。全部出版物涉及多種文獻類型，其中，Article是最主要的文件類型，占92.03%（共1513條記錄），其次是Review和Proceedings Paper。全部文章涉及10種語言，其中1617篇文章（98.36%）以英文出版。

對于飲用水源的研究共涉及484個出版期刊，且各期刊發(fā)文量比例均不高，說明該領域的研究論文在期刊分布方面相對分散。發(fā)表論文總數(shù)最多的15個期刊如圖2所示，其中“Water Research”共發(fā)表79篇文章，占總數(shù)的4.81%，居于第一位。其次是“Science of The Total Environment”（72篇，4.4%），這兩本期刊在該研究領域中占據(jù)重要地位。此外，通過節(jié)點顏色的深淺可以看出，“Water Research”和“Environmental Science & Technology”是較早開始關注飲用水源研究的期刊。一些較晚才開始關注飲用水源的期刊，如“Water”，也發(fā)展較快，近年來發(fā)文數(shù)量大幅增加。節(jié)點之間的連線粗細表明兩本期刊之間的引用強度。

3.2 研究領域

根據(jù)計量分析可得，1644篇相關文章共涉及102個學科類別，其中10個最具影響力的學科（TP>50）如圖3所示，其中“環(huán)境科學”是最重要的學科，共發(fā)表826篇論文，占總數(shù)的50.24%，不僅每年發(fā)表論文的數(shù)量一直高于其他學科，而且近年來文章數(shù)量增長也最快。而“水資源”共發(fā)表427篇論文，占總數(shù)的25.97%，排位第二。飲用水源研究涉及環(huán)境科學、水資源、環(huán)境工程、公共環(huán)境和職業(yè)健康、微生物學、毒理學、土木工程、地球科學、化學工程、化學等多個領域，表明對飲用水源的研究具有多學科交叉的性質，這些學科是研究飲用水源領域的核心學科，而這些領域的學者、專家、研究人員也是飲用水源研究的重要力量。

3.3 研究力量

在統(tǒng)計范圍內，剔除沒有作者地址信息的12篇論文，本文基于1632篇論文的作者信息進行國家、機構和作者的分析。其中，72.98%的論文是由單一國家或地區(qū)完成，說明該領域國際間的合作開展并不緊密，對于飲用水源研究的國際合作與交流還有很大的提升空間。

圖4揭示了各國的發(fā)文情況。其中，左圖是國家發(fā)文總數(shù)和合作率（該國合作發(fā)文總數(shù)/該國發(fā)文總數(shù)）的變化情況，可以看出，美國在飲用水源研究領域占據(jù)領先地位，有著總數(shù)最多的出版物。而中國是發(fā)文量增長最快的國家，對于飲用水源的研究僅次于美國，位居第二。從合作率上看，英國、德國、日本、澳大利亞、韓國等合作發(fā)文量較多，美國、中國的國際間合作發(fā)文率雖然在直線上升，但仍較低，表明美國、中國在飲用水源研究領域仍需進一步加強國際交流。

而右圖是總發(fā)文量前10位的國家每年以第一作者國家參與發(fā)表論文的數(shù)量變化情況以及各國以第一作者國家發(fā)文數(shù)占該國發(fā)文總數(shù)的比率變化情況?？梢钥闯?，美國在第一時間階段里遙遙領先，占據(jù)主導地位，說明美國是最早開始關注飲用水源研究的國家，在接下來的兩個時間階段里，美國發(fā)文數(shù)量穩(wěn)步上升。而中國雖然起步較晚，但發(fā)文數(shù)量增長非?？?，在第二階段已位居第二，近年來甚至已超過美國，排位第一，這表明近些年中國對于飲用水源研究的關注度極大升高，也可看出中國對于飲用水源的研究有著很大的研究需求。

表1總結了美國和中國各自作為第一作者國家發(fā)表的文章的前25個高頻關鍵詞，可以看出，重金屬、消毒副產物、藍藻以及對人類健康的影響問題是兩個國家都在關注的研究課題。此外，美國還尤其關注飲用水源水體的水化學過程的研究，而中國則對富營養(yǎng)化、N、P及非點源污染更感興趣。

圖5描述了飲用水源研究領域的國內外重要研究機構。從機構的來源看，這些機構主要來自于美國和中國。其中，中國科學院發(fā)表論文達99篇，占總發(fā)文量的6.07%，位居第一;美國環(huán)保局發(fā)表48篇，位居第二。根據(jù)計量結果，25%的論文來自單一機構，75%的論文是由機構間合作完成，表明在飲用水源研究領域的機構間的合作與交流較為廣泛。而美國的研究機構主要以政府部門（美國環(huán)保局、美國疾病控制預防中心、美國地質調查局、國家癌癥研究所）和公立研究型大學（伊利諾伊大學、密歇根大學、加利福尼亞大學、北卡羅萊納大學、亞利桑那州立大學、愛荷華大學、亞利桑那大學、科羅拉多大學）為主，中國則主要以擁有雄厚的教育資源和科研力量的教育類研究院（中國科學院、中國環(huán)境科學研究院）和高校（南京大學、中國科學院大學、北京師范大學、同濟大學、清華大學、浙江大學、哈爾濱工業(yè)大學）為主。

我們總結了我國在該領域研究內最重要的機構的關鍵詞，發(fā)現(xiàn)各個機構的研究關注點略有側重。中國科學院及中國科學院大學研究范圍較廣泛，包括有機氯農藥、風險評估、土地利用、磷、廢水處理、富營養(yǎng)化、藍藻、葉綠素a等。而南京大學則主要針對于太湖進行研究，最高頻的關鍵詞包括多環(huán)芳香族碳氫化合物、彗星試驗等。北京師范大學以密云水庫為主要研究對象，對水體中的重金屬問題和水庫周邊土地利用變化似乎更感興趣。通過氯化、消毒副產物、臭氧化等詞，可看出同濟大學和清華大學對飲用水源的消毒問題研究得更多。而浙江大學研究的高頻詞包括風險評估、沉積物、地理信息系統(tǒng)等。（圖6）

3.4 關鍵詞分析

借助VOSviewer軟件對飲用水源研究的重要關鍵詞進行統(tǒng)計分析和可視化（圖7），每個節(jié)點代表一個關鍵詞，每種顏色代表一個聚類，而兩個關鍵詞之間的共現(xiàn)連接線表明了這兩個詞之間的相關性，連接線越粗，表明二者之間的相關性越強。結果發(fā)現(xiàn)，該研究的關鍵詞大體上被聚類成三個組別，說明當前該領域的研究主要有三個研究主題。第一聚類（綠色）主要是關于飲用水對人類健康的影響研究，包括“硝酸鹽”、“砷”、“地下水”、“污染”、“毒性”、“衛(wèi)生”“疾病”、“健康”、“流行病學”、“流行”、“兒童”及“風險”等詞，“美國”一詞也出現(xiàn)在這一聚類中，可見美國對飲用水的健康風險方面的研究更感興趣。第二聚類（藍色）則主要相關于河流、湖泊的水質污染問題，一方面是沉積問題（重金屬、沉積物、土壤），另一方面是富營養(yǎng)化問題。“中國”一詞出現(xiàn)在這一聚類中，說明中國的水質污染問題比較嚴峻、且迫切需要被解決。此外，我們發(fā)現(xiàn)“氣候變化”一詞也出現(xiàn)在該聚類中，說明氣候變化會影響水質，尤其是湖泊的水質，而且在氣候變化的影響下，更要加強對水質的管理，這從“氣候變化”與“水質”、“湖泊”、“管理”等詞的共現(xiàn)連接線便可看出。而正是水源污染的嚴峻性，加之氣候變化對其影響的深度不確定性，使得“風險評估”變得十分重要。而第三聚類（紅色）則是關于水處理過程的研究，主要涉及三個方面，一是對大腸桿菌等細菌及藍藻的識別和去除的研究，二是對藥品、個人護理品的處理的探討，三是氯化過程及消毒副產物的潛在危害的討論。

3.5 天津市飲用水源地于橋水庫研究現(xiàn)狀分析

于橋水庫是天津市重要的飲用水源。對于橋水庫展開研究的主要機構包括天津大學（15篇研究論文）、中國科學院（11篇研究論文）及南開大學（10篇研究論文）。具體來說，天津大學對其的主要研究關注重點涉及消毒副產物的形成過程、大型植被的模擬和管理、總氮及總磷的模擬和預測等，此外，還對氣候變化對水質的潛在影響很感興趣，主要是借助非參數(shù)回歸的方法探索氣候驅動因素（如風速、降雨量或太陽輻射）對懸浮固體、總溶解固體、養(yǎng)分或氧氣含量的影響。中科院則更多地探索有關有害藍藻的研究、土地利用與氮濃度的關系，以及內陸水域的遙感監(jiān)測過程。南開大學的研究包括水庫潛在污染源的調查、消毒副產物前體的分析及諸如磷的控制方法、磷的外部來源、外源P和內源P的相對貢獻等水體富營養(yǎng)化問題的相關研究。圖8揭示了于橋水庫研究的高頻關鍵詞，也可看出，富營養(yǎng)化相關問題、鹵乙酸等消毒副產物問題、水質恢復研究、模型的進一步優(yōu)化等都是近年來于橋水庫較熱門的研究話題。但對于橋水庫的研究內容中缺乏對人類健康風險的評估，也鮮有對藥品、個人護理品等的研究。

4? 結語

本文借助文獻計量方法，基于科學知識圖譜及數(shù)學模型分析，借助Excel統(tǒng)計軟件、VOSviewer、Wordle等數(shù)據(jù)可視化軟件對SCI-E數(shù)據(jù)庫中1998-2018年間飲用水源研究的相關論文從論文的發(fā)表數(shù)量、期刊、領域、國家、機構以及重要關鍵詞等方面進行了統(tǒng)計分析。結果表明，飲用水源相關文章年度發(fā)表數(shù)量穩(wěn)步上升，各國發(fā)文量均在增長，其中美國發(fā)文量最多。中國科學院是發(fā)文量最多的研究機構。“Water Research”是發(fā)文量最多的期刊，環(huán)境科學是該研究中最重要的學科領域。飲用水源研究目前的研究主題主要包括對人類健康風險的評估、水質污染管理及水處理過程的研究。對天津市飲用水源地于橋水庫的富營養(yǎng)化問題和消毒副產物形成過程的研究較多，但缺乏對人類健康風險的評估和對水體內藥品、個人護理品等的研究。

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基金項目：國家自然科學基金（No.51178303）;天津高等學校創(chuàng)新研究團隊培訓項目（TD13-5021）;天津市危險廢物安全處置與回收利用重點實驗室。

作者簡介：李洋（1993-），女，回族，吉林長春人，天津理工大學，碩士研究生，研究方向為環(huán)境污染控制與資源化;李霞（通訊作者）（1979-），女，山東煙臺人，天津理工大學，博士，副教授，研究方向為受污染水體修復與模擬。