堯小婷，濮 凡

(1.上海海事大學 海洋科學與工程學院 水利工程系 上海 201306 2.上海海事大學 海洋科學與工程學院 安全科學與工程系 上海 201306)

洪水是一種短時間內(nèi)流量、水位陡增的水流運動，具有很強的破壞力，我國國土廣袤，由于特殊地形及氣候條件，某些地區(qū)洪水頻發(fā)，給社會和人民財產(chǎn)帶來巨大損失。據(jù)《中國水旱災(zāi)害公報》相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，2011年至2017年，我國年均30省(自治區(qū)、直轄市)2013縣(市、區(qū))19193鄉(xiāng)(鎮(zhèn))遭受洪澇災(zāi)害，受災(zāi)人口9130.87萬人，因災(zāi)死亡人數(shù)539人、失蹤153人，緊急轉(zhuǎn)移917.24萬人，倒塌房屋39.86萬間，165座城市進水受淹或發(fā)生內(nèi)澇、直接經(jīng)濟損失2307.49億元。2018年7月7日至12日，受暴雨洪澇災(zāi)害影響，四川省13市93.2萬人受災(zāi)，[1]600余間房屋倒塌，近8800間不同程度損壞，農(nóng)作物受災(zāi)面積36.9千公頃，其中絕收5.2千公頃，直接經(jīng)濟損失24億元。

在我國早期的洪水模擬研究中，主要借鑒并應(yīng)用國外研究方法，1963年，張恭肅[2]介紹了國外電子模擬法在水文研究中的應(yīng)用,以河道洪水演算為最多。1973年河海大學首次被提了國內(nèi)第一個完整的流域水文模型——新安江流域水文模型；1981年黃崇佑[3]首次將天然不規(guī)則河道的實際潰壩洪水波作為一維流考慮,借助計算機進行數(shù)學模擬，獲得結(jié)果與現(xiàn)場調(diào)查資料吻合較好，說明了利用數(shù)學模型研究潰壩波是可行的辦法；1983年，丁晶[4]論述了如何通過解集模型來隨機模擬洪水序列，1987，芮孝芳[5]論述了應(yīng)用運動波數(shù)值擴散探求洪水演算方法的新途徑，這些數(shù)學模型的求解均用到了計算機輔助計算。此后在20世紀末用戶開始提出了在互聯(lián)網(wǎng)上查看GIS數(shù)據(jù)的概念，此后的實踐表明，GIS在洪水防治上大有作為，1994年趙榮[6]等在GIS支持下建立了曹娥江上游洪泛區(qū)洪水演進模型，此后GIS在洪水研究的應(yīng)用愈發(fā)廣泛；隨著計算機的發(fā)展與普及，越來越多的水文模型被集成于計算機軟件之中，計算機模擬方法在洪水研究中的應(yīng)用也更加廣泛；2004年，嚴敏[7]等應(yīng)用TASE/SWAN軟件對意大利的Toce河進行了洪水模擬預測；而隨著洪水模擬研究的發(fā)展，學者開始注重模型的適用性與優(yōu)化，2012年，安晨歌[8]等對唐家山堰塞湖進行潰決過程模擬，對比分析了幾種潰壩模型在潰決洪水模擬中的適用性，范輝[9]等采用單位線法和Maskingum-Cunge法對VIC模型的匯流方案進行了改進，并在對西江南寧以上流域的場次洪水過程模擬中表現(xiàn)出了較好的描述能力。

為進一步研究模擬方法在我國洪水研究中的應(yīng)用情況，本文將基于Cite Space軟件時我國洪水模擬主題核心期刊文獻進行可視化分析。

1 數(shù)據(jù)與方法

CNKI數(shù)據(jù)庫是世界上全文信息量規(guī)模最大的“數(shù)字圖書館”，“以誤水”與“模擬”為關(guān)鍵詞進行文獻檢索，得到1992年至2019年4月中文核心期刊洪水模擬文獻共1148篇。

CiteSpace是一款用于可視化和分析科學文獻中的趨勢和模式的應(yīng)用程序，側(cè)重于尋找領(lǐng)域或領(lǐng)域發(fā)展的關(guān)鍵點，尤其是知識轉(zhuǎn)折點和關(guān)鍵點[10]，分析得到的可視化圖形也被稱為 “科學知識圖譜”[11]。近些年可視化分析方法逐漸普及，CiteSpace也被學者廣泛應(yīng)用于各類學科綜述中。2019年，李杰[12]等對社會科學領(lǐng)域知識圖譜的應(yīng)用趨勢進行分析發(fā)現(xiàn),自知識圖譜方法被引入到我國以來,在社會科學領(lǐng)域的應(yīng)用增長迅速。水利研究中，伍新木[13]等曾利用CiteSpace進行了國內(nèi)水資源管理研究論文的可視化綜述。

2 研究結(jié)果

2.1 產(chǎn)出趨勢分析

圖1為1992-2019年中文核心期刊洪水模擬文獻數(shù)量與時間分布。

圖1 1992-2019年洪水模擬文獻數(shù)量與時間分布

由圖1可見1992年至2001的10年間我國洪水模擬研究發(fā)展緩慢，年發(fā)文量均不足15篇，研究方向以各類模型的理論分析為主，較多文獻是基于隨機模擬方法；由于當時數(shù)據(jù)采集手段匱乏，10年間總計94篇洪水模擬文獻中，以實際流域為背景的應(yīng)用性研究不足10篇，研究對象也是長江、三峽大壩、太湖等采集數(shù)據(jù)相對容易的場景；2003年之后，隨著計算機在國內(nèi)的普及以及相關(guān)軟件的開發(fā)及優(yōu)化，洪水模擬研究進入高速發(fā)展階段，年度文獻數(shù)量逐年攀升，2015年達到90篇，研究方向不斷豐富，原有的水文模型被不斷優(yōu)化，新的水文模型不斷產(chǎn)生，并被應(yīng)用于各個地區(qū)的流域中進行實踐研究；2017年，洪水模擬主題年度論文量突破100篇，并在2018年達到115篇，可見洪水研究在經(jīng)歷十多年的高速發(fā)展之后，因洪水破壞力強、災(zāi)害后果嚴重等特點，仍然受到高度重視并被不斷深入。

2.2 機構(gòu)合作網(wǎng)絡(luò)

分析各研究機構(gòu)的發(fā)文情況有助于了解我國洪水模擬研究的力量分布，明確各機構(gòu)具體的研究方向以及方法[14]，利用CiteSpace對CNKI數(shù)據(jù)庫中1992年-2019年的1148篇以“洪水模擬”為主題的期刊論文進行機構(gòu)合作網(wǎng)絡(luò)分析。如圖2所示，以河海大學水文水資源學院為核心的合作網(wǎng)絡(luò)發(fā)文數(shù)量最多，達到157篇，研究內(nèi)容以各類模型的優(yōu)化及應(yīng)用為主，并且與河海大學水利水電學院以及依托河海大學、南京水利科學研究院的水文水資源與水利工程科學國家重點實驗室合作密切，河海大學水利工程專業(yè)是世界一流學科建設(shè)學科，水災(zāi)害與水安全也是其研究的重點方向之一；以武漢大學水資源與水電工程科學國家重點實驗室為核心的合作網(wǎng)絡(luò)發(fā)文72篇，多為以我國具體的流域為研究對象的應(yīng)用性研究；中國水利水電科學研究院隸屬中華人民共和國水利部，是從事水利水電科學研究的國家級社會公益性科研機構(gòu)，其以洪水模擬為主題的文獻主要發(fā)表于2010年以后，研究方向以水文模型的適用性研究以及優(yōu)化為主。

2.3 作者合作網(wǎng)絡(luò)

圖3為洪水模擬研究作者合作網(wǎng)絡(luò)。自河海大學水文水資源學院的李致家為核心的作者合作網(wǎng)絡(luò)發(fā)表文獻數(shù)量最多，達到71篇，其早期研究以模型的優(yōu)化為主，并多次提出新安江模型的優(yōu)化方案，此后研究方向轉(zhuǎn)變?yōu)楦黝愃哪Ｐ驮诰唧w流域洪水模擬中的比較，如Hec、Topmodel和新安江三個水文模型在沂河洪水模擬中的分析，新安江模型、Topmodel模型和SWAT模型在淮河息縣流域洪水模擬中的比較等，并且其與文獻發(fā)表數(shù)量排名第二的學者姚成合作緊密；以學者孫東坡為核心的合作網(wǎng)絡(luò)研究方向主要為流域碼頭、生產(chǎn)堤等對洪水模擬的影響，并在多條流域應(yīng)用二維水沙模擬數(shù)學模型；以學者陳洋波為核心的合作網(wǎng)絡(luò)主要以流溪河模型在各流域的應(yīng)用為主要研究方向。

由圖3可見，各個作者合作網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部合作相對緊密，并且大都來自相同單位，這也與洪水模擬研究的特殊性相關(guān)，模擬方法以計算機模擬為主，各個合作網(wǎng)絡(luò)的研究方向如前文所述不盡相同，因此合作相對較少。

圖2 洪水數(shù)值模擬研究機構(gòu)合作網(wǎng)絡(luò)

圖3 洪水模擬研究作者合作網(wǎng)絡(luò)

2.4 關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)

關(guān)鍵詞是文獻作者提煉出能夠反應(yīng)文章研究方向的指標，對一個領(lǐng)域的文獻關(guān)鍵詞出現(xiàn)頻次進行分析可迅速掌握該領(lǐng)域的研究熱點與發(fā)展方向，這種方法也被稱作詞頻分析法[11]。利用CiteSpace對1148篇洪水模擬核心期刊文獻進行關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)分析，選擇每個時間切片top100的關(guān)鍵詞，并對結(jié)果中近似關(guān)鍵詞進行合并處理，如“HEC-HMS模型”與“HEC-HMS”，得到關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)如圖4所示，圖中關(guān)鍵詞出現(xiàn)頻次越高則標簽文字越大。

由圖4可見，“洪水模擬”與“數(shù)值模擬”作為數(shù)據(jù)文獻的主題，出現(xiàn)頻率最高；其它高頻關(guān)鍵詞主要可以分為三類，首先是水文模型，如分布式“水文模型”、“隨機模擬”、“新安江模型”、“HEC-HMS模型”、“淺水方程”、“流溪河模型”等，都是在洪水模擬中常用的水文模型；而“風暴潮”、“潰壩”、“洪水”則是研究的水文現(xiàn)象；此外如“淮河流域”、“黃河下游”、“長江中游”等則是研究中涉及的具體流域，這三類關(guān)鍵詞組合即可確定一篇文獻的具體研究方向，即以某流域為對象，應(yīng)用某種水文模型對某水文現(xiàn)象進行研究。此外“GIS”出現(xiàn)頻率也較高，其在洪水模擬研究中也發(fā)揮了重要作用。

3 結(jié)論

洪水模擬研究可對洪水預報預防提供幫助，對保護人民生命財產(chǎn)安全意義重大，本文應(yīng)用科學知識圖譜方法對CNKI數(shù)據(jù)庫中1992年至2019年4月的1148篇洪水模擬核心期刊文獻的年度產(chǎn)量、科研機構(gòu)，作者，關(guān)鍵詞進行了可視化分析，得到結(jié)論如下：

圖4 洪水模擬研究關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)

1992年至2001的10年間我國洪水模擬研究發(fā)展緩慢，年發(fā)文量均不足15篇，以實際流域為背景的應(yīng)用性研究較少，2003年之后，洪水模擬研究進入高速發(fā)展階段，研究方向不斷豐富，原有的水文模型被不斷優(yōu)化，新的水文模型不斷產(chǎn)生，并被應(yīng)用于各個地區(qū)的流域中進行實踐研究；近兩年年度文獻數(shù)量超過100篇，洪水模擬研究仍在不斷深入。

河海大學水文水資源學院以及水文水資源與水利工程科學國家重點實驗室是我國洪水模擬研究的核心力量，武漢大學水資源與水電工程科學國家重點實驗室研究方向主要為以我國具體的流域為研究對象的應(yīng)用性研究。

河海大學水文水資源學院的李致家為核心的作者合作網(wǎng)絡(luò)發(fā)表文獻數(shù)量最多，達到71篇，其早期研究以模型的優(yōu)化為主，此后研究方向轉(zhuǎn)變?yōu)楦黝愃哪Ｐ驮诰唧w流域洪水模擬中的比較，并且其與文獻發(fā)表數(shù)量排名第二的學者姚成合作緊密；各個作者合作網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部合作相對緊密，且均來自相同單位，跨單位合作較少。