1 引言
水土流失是我国面临的分布最广泛、危害最严重的地质灾害和环境问题
[1]。严重的水土流失会导致重大生态环境和经济发展问题,首先是生态平衡失调,如耕地面积锐减、土壤肥力丧失、水沙关系恶化、水质污染等;其次是自然灾害导致的经济损失加剧,如淤积河床、水库、湖泊、渠道等,影响航运、灌溉、发电,威胁生产建设和人民生命财产安全
[2]。黄河流域流经青海、四川、甘肃、宁夏、内蒙古、山西、陕西、河南、山东等九省(区),全长5464 km,流域面积79.5万km
2,是连接青藏高原、黄土高原、华北平原的生态安全和经济发展廊道
[3,4]。然而,黄河流域流经区域多为生态环境较为脆弱和敏感的干旱、半干旱区,长期以来水资源匮乏、水质恶化,水土流失严重、水沙关系不协调、草场退化、土地沙化、生物多样性种类和数量锐减等问题频现
[5],是我国乃至世界上水土流失面积最广、强度最大的区域。
新中国成立以来,党和国家对黄河水土流失的治理和水土资源开发极为重视,主要表现为水沙治理取得显著成效,生态环境持续明显向好,流经地区发展水平不断提升
[6]。2019年全国水土流失动态监测结果与20世纪90年代初发布的遥感数据相比,水土流失面积减少了43%,其中强烈等级以上面积减少了80%。水土流失面积、土壤侵蚀强度实现“双下降”,其中黄土丘陵沟壑区土壤侵蚀降幅超过50%
[7]。2019年9月18日,习近平总书记在郑州主持召开了黄河流域生态保护和高质量发展座谈会并发表了重要讲话,要求科学分析当前黄河流域生态保护和高质量发展形势,把握好推动黄河流域生态保护和高质量发展的重大问题,为“十四五”和今后长期黄河流域生态保护和高质量发展明确了指导方针和发展方向。由此,黄河流域水土流失治理依然是政府及科研工作者当前及未来的工作重点之一
[8]。
水土流失是指土壤在水的浸润和冲击作用下,其结构发生破碎和松散,随水流动而散失的现象
[9]。导致水土流失的原因主要有以下几方面:(1) 气候变化,表现为极端降水事件频发,降水强度和降水分布均发生了变化
[10,11],历时短、强度大且突发性极强暴雨事件极易造成高含沙洪水并导致严重的水土流失
[12];(2) 地质灾害,表现为岩石风化导致其坚硬性和透水性改变,造成地质结构崩塌,发生滑坡、山洪、泥石流等,引发水土流失概率增加
[13];(3) 生态系统退化,表现为植被种类稀少且覆盖度低,生态系统在截留降水、涵养水源、固持土体、改良微气候条件等方面的作用持续弱化,加剧水土流失风险
[14]。近年来,剧烈的气候变化和不合理的人类活动加剧了黄河流域水土流失的风险,有关于黄河流域水土流失问题的理论研究、技术方法探究发展迅猛。目前,有关黄河流域水土流失问题研究发展态势、主要研究力量分布情况、研究重点和热点及未来发展趋势有待进一步明确。
大量综述、技术和政策类文献对黄河流域研究现状的梳理发挥着重要作用,但是黄河流域具有明显的地域性和特异性,因此系统分析黄河流域水土流失研究发展现状及趋势,把脉黄河流域水土流失研究发展基础规律,对推动黄河流域水土流失研究健康发展至关重要。文献计量分析方法指通过研究文献的外部特征,分析文献的分布结构、数量特征和变化规律
[15],具有显著的客观化、定量化、模型化的宏观研究优势
[16]。本文通过文献计量方法,以黄河流域不同研究团队长期成果为载体,分析黄河流域水土流失现状、成因及影响因素,解析以水土保持为核心的生态环境建设布局,最终为黄河流域生态保护和高质量发展提供“源头智慧”。
2 材料与方法
2.1 数据来源
文献计量分析过程中,文献的数量和质量直接影响到学科演化的真实和客观性,黄河流域水土保持不仅涉及自然科学领域,也涉及社会科学领域,因此本研究选择如下文献数据库。
(1)英文数据库选择Web of Science 平台的科学引文索引扩展版(Science Citation Index Expanded,SCIE)和社会科学引文索引(Social Sciences Citation Index,SSCI)数据库采集文献数据,文献类型为Articles,Proceedings Papers和Reviews,不包括Early Access, Editorial Material, Data paper和 Meeting Abstract等类型。
(2)中文数据库选择中国知网的北大核心、中文社会科学引文索引(CSSCI)和中国科学院引文数据库(CSCD)采集文献数据,文献类型为学术期刊,不包括学位论文、会议、报纸、年鉴和图书等类型。
登录水利部黄河水利委员会网站,参阅黄河水系水资源图和水利部黄河水利委员会机构分布图,明确黄河流域的各个地市、水文、水电站及主要支流分布,确定了检索策略:阅读与“黄河流域”主题相关的中英文文献,最终编制检索式(
表1),对该领域所有文献类型进行文献题录阅读,剔除不相关文献,共计得到英文文献2996篇,中文文献999篇,检索时间为2022年6月1日。
2.2 数据分析与制图
文章采用COOC软件与CiteSpace可视化软件相结合的方式,首先用COOC软件对样本进行预处理,选用发文量、机构、作者、关键词作为主要分析指标,使用软件对文本数据进行挖掘和可视化。COOC软件能够对文献进行快速合并、检验、删除、提取和去重等,具有高效处理数据的能力
[17],CiteSpace软件可以对数据进行可视化处理,最终可以构建科学文献中提取重要术语的共现网络
[18]。在本研究中,我们利用上述两个软件对黄河流域水土流失研究的文本挖掘和数据分析进行了探索。在进行作者、机构、国家和关键词分析时,清洗了字段序词用以合并同义词,分析过程中同时结合了文献阅读和内容分析等方法。
3 结果与分析
3.1 总发文量分析
从论文发表趋势看,2000年以后英文文献年度发文量总体呈攀升态势,中文文献年度发文量呈波动式平稳状态。在2000-2004年间,英文文献发文量为120篇,中文文献发文量为218篇,其中英文文献年度发文量缓慢上升,年均发文量为24.0篇/年,中文文献年度发文量先升后降,年均发文量为43.6篇/年;在2005-2008年间,英文文献发文量为180篇,中文文献发文量为201篇,其中英文文献年度发文量波动式缓慢上升,年均发文量45.0篇/年,中文文献年度发文量缓慢上升后缓慢下降,年均发文量50.3篇/年;在2009-2012年间,英文文献发文量为342篇,中文文献发文量为176篇,其中英文文献发文量逐步上升,年均发文量为85.5篇/年,中文文献呈波动下降趋势,年均发文量为44.0篇/年;在2013-2017年间,英文文献发文量为950篇,中文文献发文量为163篇,其中英文文献发文量急剧上升,年均发文量为190篇/年,中文文献发文量波动式下降,年均发文量为32.6篇/年;在2018-2021年间,英文文献发文量为1224篇,中文文献发文量为210篇,其中英文文献发文量持续攀升,年均发文量为306篇/年,中文文献发文量再次有上升趋势,年均发文量为52.5篇/年。总体而言,有关黄河流域水土流失问题的研究在2010年以前主要以中文文献为主,2010年以后英文文献数量急剧上升,这主要是由于党的十八大以来,水土保持预防保护和监管制度已经全面严格建立,英文文献急剧增长说明中国已经探索和总结出一条以小流域为单元,工程、植物、耕作措施相结合的水土保持“中国品牌”。2019年习近平总书记在在黄河流域生态保护和高质量发展座谈会上的讲话对黄河流域生态环境、水沙关系协调和水资源集约利用等提出了更高的要求,因此2019年后英文和中文文献又迎来了新的增长热潮(
图1)。
3.2 发文机构分析
我国有众多科研机构致力于黄河流域水土保持研究,WOS核心合集数据库中,发文量排名前三的机构依次为中国科学院、中国海洋大学和北京师范大学;CNKI数据库中,排名前三的机构依次为中国科学院水土保持研究所、水利部黄河水利委员会和中国科学院地理科学与资源研究所(
表2)。
3.3 发文作者分析
分析领域重要作者,有助于快速锁定该领域主要科研人员的研究方向和科研人员结合自身科研需求进行学术交流与领域合作。在WOS数据库和CNKI数据库中,排名第一的作者为穆兴民,其主要研究领域为水土保持与河流水沙、生态水文和流域管理等,就当前黄土高原水土保持工作面临的挑战,新时代黄土高原水土保持工作新内涵,黄土高原水土流失综合防治应遵循原则以及需要开展哪些关键技术研究等做了科学而全面的分析研究并给出了对策建议。此外,高鹏、王厚杰、冉大川和赵广举等都是黄河流域水土流失研究领域的领军人物,通过阅读相关文献,发现日本国立科学技术研究所的Saito, Yoshiki与青岛海洋大学的王厚杰团队建立了长期合作关系,参与了多项该领域的研究(
表3)。
3.4 发文期刊分析
在WOS数据库和CNKI数据库中,遴选载文量排在前10位的期刊。在WOS数据库中排名前10的期刊共刊发了784篇文献,占总文献量2996篇的26.2%,其中
Science of the Total Environment发表的研究成果最多,达到137篇文献,占总文献量2996篇的4.6%。在CNKI数据库中排名前10的期刊一共刊登了612篇文献,占总文献量999篇的61.3%,其中《人民黄河》发表的研究成果最多,达到188篇文献,占总文献量999篇的18.8%(
表4)。
3.5 发文国家分析
目前,黄河流域水土流失研究的广度与深度不断发展,各个研究领域高度分化具有针对性,同时每个领域的研究内容又相互渗透和交叉融合。由于黄河流域水土流失问题面积广、强度大且具有地域特色,因此该研究领域科研人员的组织和合作形式会发生一定的年度变化。分析合作研究情况可以判断某项研究的交流广度和深度,由于中文文献发文作者主要来自中国,因此中文文献不做具体的合作情况分析。本研究主要把发表在WOS数据库中的有关黄河流域水土流失研究的文献统一考虑和整理,提取每篇文献的作者、机构和国家信息来分析黄河流域水土流失研究合作情况。自2000年以后,英文文献所涉及的作者、机构和国家数量呈显著增长趋势,具体表现为:作者数量大于5的文献量的年均占比由2000-2010年的35.4%增长到2011-2021年的64.7%;机构数量大于5的文献量的年均占比由2000-2010年的2.9%增长到2011-2021年的9.9%;国家数量大于3的文献比例由2000-2010年的4.0%增长到2011-2021年间的5.4%。由此可知,有关于黄河流域水土流失的合作研究网络已经在不同机构的科研人员间广泛建立,此外我国在该研究领域的国际影响力也在不断提升,与欧美等发达国家建立了密切的合作关系(
图2)。
3.6 关键词聚类分析
3.6.1 英文文献领域热点分析
通过文献共被引分析,得到黄河流域水土流失研究领域的核心内容。聚类图谱中聚类区块大小表示每个聚类包含的文献数量,同质性表示聚类文献的相似性,数值越大相似性越高;平均年份表示聚类文献发表的平均年份,年份越新研究热度越高,提取的主题关键词为该聚类中的热点关键词
[19]。
图3为英文文献聚类图谱,共有8个研究主题。按照研究主题将聚类分为2个主题集群:(1) 黄河流域生态环境问题现状、诱因及治理对策研究;(2) 黄河流域第四纪地质环境演变及其黄河发育演化规律研究(
表5)。
黄河流域生态环境问题现状、诱因及治理对策研究主要包括以下5个聚类。“loess plateau china”的平均发表时间为2012年,同质性为0.700,主要研究内容为气候变化和人类活动对黄河流域不同段径流和输沙变化的影响,通过分析年降雨、径流、输沙和洪水事件的相关数据,使用Mann-Kendall检验、Pettitt检验和连续小波变换方法对黄河近年来的径流量数据进行分析,探究年尺度上的径流和输沙变化
[20,21]。黄河流域大部分水文站和坝区的测定数据表明黄河流域径流量显著减少,突变发生在20世纪80年代中期或90年代初期,水量的变化受到气候变化和人类活动的双重影响。1970年以前流域径流量变化与降水变化呈正相关,1970年以后径流量减少主要是由水库建设、取水、水土保持等各种人类活动引起,其中取水是主要原因
[22]。“polycyclic aromatic hydrocarbon”的平均时间为2013年,同质性为0.722,主要研究内容为黄河流域水污染防治与治理对策。通过对黄河流域不同水域沉积带的水样和淤泥数据进行采集、测定和分析,研究分析重金属的时空分布、来源及生态毒性
[23]。沉积物中重金属的积累主要受农业和城市工业活动的驱动,其中镉的积累导致了下游沉积物的高度污染和生态风险,而铅的积累导致了下游沉积物的污染和中等生态风险
[24]。镍、铜、锌、镉、铅、砷和汞的浓度水平高度相关,铬、镍、铜、锌、镉、铅、汞污染的主要来源为交通运输、农村居民点和水体
[25]。此外,生活污水、医疗废水以及动物饲料和水产养殖废水排放等导致的黄河流域抗生素明显升高的问题也引起了广泛关注
[26,27]。“east china sea”的平均时间为2007年,同质性为0.737,研究的内容主要为气候、植被覆盖和环境变化下水土流失成因。通过归因方法、偏导数法和多重双质量曲线对黄河流域近60年来降水、植被盖度、水库、径流和泥沙负荷观测数据等重要变化因子对流域及其子区域沉积物通量的定量控制进行对比研究。从20世纪70年代到90年代,景观工程、梯田、拦河坝和水库的建设是导致泥沙负荷减少的主要因素,但从20世纪90年代起,大规模植被恢复项目也减缓了土壤侵蚀。现有大坝和水库截留泥沙的能力在未来会不断下降,黄土高原的侵蚀速率将直接影响黄河的泥沙负荷
[28]。淤地坝系统可能适用于黄土丘陵高原,自然植被恢复是控制水土流失的最佳方式,可以在同类地区进行推广运用
[29]。“yellow river”的平均时间为2006年,同质性为0.808,研究内容为黄河流域生态系统服务与潜在社会生态驱动因素之间的关系,通过污染物排放特征以及水环境风险的特点,分析流域污染的形成过程并识别黄河的主要风险源,制定黄河水环境风险评估指标体系,运用模型估算、实验室分析、野外调查和大流域作为案例研究来探究流域生态系统结构-功能-服务的级联效应,分析流域的完整性、脆弱性和流域系统管理的关系,明确作物生产和畜牧生产之间的协同作用,为黄河突发水污染事故预警预报提供理论和技术支持
[30]。“markov chain”的平均时间为2005年,同质性为0.935,研究内容为黄河流域时空格局动态演变特征及水生态修复与保护对策。主要通过运用Dagum基尼系数、核密度估计和马尔可夫链等方法确定污染物在不同环境介质中的残留时间和污染物在不同环境介质之间的传递时间、环境系统的响应时间、一定时间内转移或降解污染物的总质量、环境系统达到稳定所需的时间和污染物在环境系统中的最终稳定分布等
[31],最终预测黄河流域城市用水效率的空间差异和分布动态
[32]。
黄河流域第四纪地质环境演变及其黄河发育演化规律研究主要包括以下4个聚类。“central china”的平均时间为2014年,同质性为0.754,研究内容为黄河流域新生代磁地层特征及其对古生物、沉积学和构造地貌演化的规律研究。通过回顾古环境资料、地质档案(地质学、沉积学和地貌学)、人类记录(考古学和历史)和风沙沉积史等研究人类活动和流域沉积历史。主要研究表明人类活动受到洪水等极端气候相关事件的影响,人类改变景观的能力日益增强且与气候变化同等重要
[33];大量从西藏东北部侵蚀并由黄河上游携带的沉积物主要储存在中国黄土高原和西部毛乌素沙漠中
[34]。“yellow river delta”的平均时间为2015年,同质性为0.651,主要研究内容为黄河三角洲地区径流、泥沙负荷及土壤安全面临的挑战及发展路径。主要是通过黄河水文监测站的长期数据和遥感卫星图像监测黄河三角区平面面积、岸线迁移和形态变化规律,其中径流和输沙量的变化是直接影响因素
[35];此外还通过物质流分析方法、同位素分析、水土流失方程模型和地质统计分析进行过程模拟等方法,进行土壤氮、磷流量分析并计算土壤流失风险。肥料和作物产量是影响土壤氮磷元素的关键影响因子
[36],控制和减少长三角地区的土壤源氮输出,需要减少城中村、农业、工业和水产养殖业的氮排放,并确定沿东海岸和主城区的主要风险位置
[37]。“continental shelve”的平均时间为2008年,同质性为0.800,主要研究内容为水库建设在在防洪、减少泥沙、调节供水、发电和水沙调节等方面的作用和贡献。数字黄河是“原型黄河”虚拟对照体,通过把黄河“装进”计算机,借助现代化以及传统手段采集基础数据,对全流域及相关地区的自然、经济、社会等要素构建一体化的数字集中平台和虚拟环境,以系统的软件和数学模型对黄河治理开发的各种方案进行模拟、分析和研究;模型黄河,就是把原型黄河按比例浓缩在一个实验室中,对原型黄河所反映的自然现象进行反演、模拟和试验,以揭示黄河内在规律,从而全方位评价水库建设对流域地质环境、河床侵蚀、黄河三角洲的演变、水质、水生生物多样性和水沙调节的影响
[38]。“depositional river”的平均时间为2009年,同质性为0.878,主要研究内容为黄河流域沉积体系和沉积物源输运模式和沉积物复杂的“从源到汇”过程研究。传统的光释光测年法较为普遍,但很难对有着复杂沉积历史的沉积物进行准确测年,放射性14C测年方法填补了这一项空缺,但干旱区沉积物材料不易获取也是该方法主要的制约因素,新开发的测年技术“粉碎年龄法”对沉积物从最终源向最终沉积汇转移的时间尺度提供了定量约束,为构建独特沉积体系下晚第四纪古环境变化提供更多的证据
[39]。
3.6.2 中文文献领域热点分析
图4为中文文献聚类图谱,共有12个研究主题。按照研究主题将聚类分为4个主题集群:(1) 黄河流域生态保护和高质量发展策略研究;(2) 黄河流域水土流失预防和治理措施研究;(3) 黄河流域生态建设工程管理科学性、系统性研究;(4) 黄河流域水旱灾害风险监测和评估体系研究(
表6)。
黄河流域生态保护和高质量发展策略研究包括以下3个聚类。“黄河流域”的平均时间为2009年,同质性为0.840,“任务”的平均时间为2004年,同质性为0.976,“决策”的平均时间为2016年,同质性为0.999。目前黄河流域生态保护治理所面临三方面重大问题,首先是流域水资源匮乏,生态用水保障不足,主要表现为水资源供求矛盾突出和径流量不断减少
[40];其次是主要生态空间被挤占,生态系统功能失衡,主要表现为草场、沼泽退化和自然湿地萎缩等生态功能失调问题
[6],再次为结构性布局性风险较高和局部污染突出,主要表现为产业布局结构不合理,局部土壤污染严重引起的环境风险较高
[41]。党的十八大以后,我国全面落实“绿水青山就是金山银山”的理念,不断加强水资源环境承载约束力,提升能源化工等优势行业环境保护水平,优化高耗水、高污染、高风险产业结构布局
[42],通过“数字黄河”模拟技术,以黄河流域为对象,应用遥感(RS)、数据收集系统(DCS)、全球定位系统(GPS)、地理信息系统(GIS)、网络和多媒体技术、现代通信等高科技手段,对黄河流域的资源、环境、社会、经济等各个复杂系统的数字化、数字整合、虚拟仿真的信息集成应用系统,建立流域自动化观测站网,把人们对黄河流域的认识从文字、图纸等形式转化成数字形式,构建涵盖水文循环、生物化学、水沙关系等多层结构的数字流域模型框架,从而在黄河流域全流域视角提供黄河流域高质量发展问题决策支持的可视化表现
[43]。
黄河流域水土流失预防和治理措施研究包括以下4个聚类。“水土保持”的平均时间2005年,同质性为0.728,“黄土高原”的平均时间为2010年,同质性为0.799,“水土流失”的平均时间为2009年,同质性为0.838,“土壤侵蚀”的平均时间为2009年,同质性为0.714。黄河中游地区黄土层深厚,土质疏松,地形破碎,沟壑纵横,植被稀少,暴雨集中且强度大,是黄河洪水和粗泥沙的集中来源区,也是黄河流域水土流失最为严重的地区,近年来随着气候变化和人类活动的不断加剧,河道萎缩、“二级悬河”和断流等现象时常发生
[44],该区域的黄土高原地区是世界最大的黄土沉积区,其水土流失面积之广、强度之大、流失量之多堪称世界之最
[45]。目前水土流失综合治理和预判过程中主要采用以下常规方法:“水文法”利用治理前基准期的实测水沙资料建立降雨产流产沙数学模型,将水土流失治理后的降雨数据代入构建好的模型,从而计算出治理前的产流产沙量,将该值与治理后测定的产流产沙量比较,从而评估水土流失治理效果。“水保法”(成因分析法)通过分析黄河流域各个水土保持试验站的径流小区观测资料,确定各项水土保持措施下的减水减沙指标,按照措施分项计算,逐项线性叠加,从而评价流域减水减沙效益。“未来天然径流量预测方法”是以黄河断面现有天然径流量序列为本底值,收集研究区域及相同气候区古树年轮资料、历史旱涝等级及相邻河流所重建的数百年径流量序列资料,根据历史演变规律,分析判断流域断面天然径流量未来变化趋势
[46]。“人类活动干扰后的未来水沙量预测方法”通过对SWAT(Soil and Water Assessment Tool)模型中地表径流、壤中流和地下径流的产流机制进行改进,使之具有判别产流机制类型并能模拟超渗产流的功能
[47]。改进后的SWAT模型能够预测典型支流在未来不同气候变化和人类活动加剧下的径流量和泥沙量
[48]。
黄河流域生态建设工程建设及可持续发展研究包括以下4个聚类。“黄河中游”的平均时间为2008年,同质性为0.803,“生态建设”的平均时间为2006年,同质性为0.774,“退耕还林”的平均时间为2010年,同质性为0.969,“坡耕地”的平均时间为2012年,同质性为0.998。黄河流域生态工程主要包括针对沟道土壤侵蚀所采取的修建淤地坝、治沟造地等以及针对坡面水土流失所采取的植树造林、退耕还林、修建梯田等生物工程。淤地坝在拦泥、减蚀、蓄洪、减洪等方面具有显著作用,然而也存在损率高和寿命短等缺点
[49],因此不断开展的治沟造地工程主要是通过加高、维修现有淤地坝,在坝地一岸布设排洪渠和加强淤地坝的管理养护,在新建淤地坝过程中注重与坡面治理的有机结合,从而实现“接力式”的、可持续的拦沙效益
[50]。造林、种草和封山育林、育草等“植树造林”工程通过各类生物形成植被防护区,主要功能有截留降水、涵养水源、固持土体、改良小气候条件,并且在一定程度上可以防止浅层滑坡等熏力侵蚀作用
[9]。黄河流域坡耕地综合治理等水土保持工程修建的梯田能够改变地形、拦蓄雨水、减少径流、改良土壤、增加土壤水分,对于减轻区域水土流失和提升土地生产力发挥着重要作用。然而目前现有的梯田建设年份较早,田面宽度窄,生产道路、小型蓄引用水工程等不完善,导致深耕、点种、补灌等措施难以实施,无法实现机械化作业
[51]。
黄河流域水旱灾害风险监测和评估体系研究主要包括以下2个聚类。“径流量”的平均时间为2011年,同质性为0.801,“灾害链”的平均时间为2021年,同质性为0.997。黄河流域降水时空分布严重不均,气候变化和人类生产生活的影响导致水旱灾害的突发性、异常性、不确定性更为突出,目前黄河流域洪涝和干旱灾害事故预判和防控过程中所面临的主要问题是风险源早期识别、系统性预警、精准防控与全面评估等方面能力不强和监测预警技术装备精度、稳定性和智能化水平不足等
[52,53]。目前黄河流域灾害预警采用将历史活动程度(灾害规模、灾害频次、灾害密度)和环境本底值(地形地貌、地质条件、植被特征、气候条件和人类活动)相结合的评价方法
[54]。通过“数字黄河”模拟技术,对全流域及相关地区的自然、经济、社会等要素构建一体化的数字集中平台和虚拟环境,以系统的软件和数学模型对黄河流域水土流失过程进行模拟、分析和研究,为遏制黄河流域水土流失问题提供理论和技术支持
[55]。
4 结论
本文借助COOC和CiteSpace软件对2000-2022年WOS(Web of Science)和CNKI(中国知网)数据库关于黄河流域水土流失研究的文献进行可视化分析,分析了论文发表趋势、研究载体、中坚研究力量、研究热点和主题演化发展趋势,得到如下结论。
(1)从年度发文量来看,2000-2022年黄河流域水土流失研究经历了逐步探索、波动发展、平稳发展和飞速发展4个阶段,英文文献稳步增长,中文文献发文量呈波动式平稳状态,尤其在2012年以后,英文文献的发文量突飞猛进,其国际影响力不断攀升。2019年习近平总书记对黄河流域高质量发展提出了更高要求,相关文献又迎来新的增长热潮。
(2)在研究力量方面,中国科学院水土保持研究所、中国海洋大学、北京师范大学、水利部黄河水利委员会和西北农林科技大学等机构都是黄河流域水土流失问题的中坚研究机构,穆兴民、高鹏、王厚杰、冉大川和赵广举等是黄河流域水土流失研究领域的领军人物。日本、欧美等国家也相继参与到了该领域的研究,与国内各个研究机构和团队建立了广泛的合作关系和研究网络。
(3)关键词聚类分析表明:英文文献的主题集群分别为黄河流域生态环境问题现状、诱因及治理对策研究和黄河流域第四纪地质环境演变及其黄河发育演化规律研究;中文文献的主题集群分别为黄河流域生态保护和高质量发展策略研究,黄河流域水土流失预防和治理措施研究,黄河流域生态建设工程管理科学性、系统性研究和黄河流域水旱灾害风险监测和评估体系研究。英文文献主要偏重于自然科学研究,通过运用科学的理论技术和方法创新,分析黄河流域径流、输沙和灾害事件相关数据,评估流经区域陆地和水体的环境本底值,探究流域生态系统结构-功能-服务的级联效应,评估景观工程、梯田、拦河坝和水库建设的可行性和合理性。中文文献相关研究成果在关注自然科学研究的同时还偏重于政策、法规和管理等社会科学研究,对加强污染防治,贯彻生态优先、绿色发展,量水而行、节水为重,因地制宜、分类施策、统筹谋划、协同推进等方面制定相应的政策以及法规,为组织和协调黄河流域高质量发展提供政策支持。
5 展望
5.1 现存问题
通过领域研究热点可以发现,未来黄河流域水土流失治理任务依然艰巨,主要存在以下几点本源性问题:(1) 生态系统本地脆弱,水体环境压力大,生态系统敏感、易受到干扰从而发生生态退化现象。黄河流域生态治理成效不稳定,剧烈的人类活动和气候变化导致流域生物多样性丧失和水生态系统退化,流域生态屏障功能较弱的局面没有根本改变,水土流失防治任务依然艰巨。(2) 现有水坝和水库截留泥沙的能力会不断下降,黄土高原的侵蚀速率将是控制黄河泥沙负荷的主要因素。水土保持监测站网布局有待优化,监测设备、监测手段现代化程度不高,监测体系有待完善,黄河水沙变化趋势及成因、水土流失治理目标等重大问题研究进展缓慢,尚缺乏科学和系统的论断。(3) 黄河流域生态工程管理粗放,工程建设创新点不足,缺少整体规划及数量调控。在水土流失已治理的区域中,淤地坝、坡耕地和水库等工程建设标准偏低,大多数工程项目仅是缓解水土流失强度,与巩固拓展脱贫成果和助力乡村振兴的要求还存在较大差距。(4) 黄河流域水文循环过程复杂,给防洪安全、水资源安全、水生态环境安全和水利工程安全的保障提出了更高的挑战。随着卫星遥感、地面感知、大数据和虚拟仿真等技术的发展,传统水利技术已难以满足新时代经济社会发展所需的专业化、精细化、科学化管理需求,亟需构建智慧水利体系来提升水情监测和智能调度能力。
5.2 未来研究重点及布局
针对目前黄河流域水土流失现存问题,未来研究应该集中在以下几方面:(1) 生态系统要素主要按照湿地、林地、草地以及要素综合体(山水林田湖草)开展相关保护修复工作,如在乌梁素海、若尔盖、河口、黄河三角洲等重点区域实施湿地保护工程,在祁连山、大黑河重要支流河源区、玛曲等退化草地实施林草恢复工程;主要围绕水土保持、防风固沙、水源涵养以及生物多样性等问题进行研究,如重点实施中华水塔保护工程、三江源等黄河上游的水源涵养工程;针对黄河流域特殊区域进行修复,如废弃矿山修复、黄河流域滩区的修复治理;建设流域生态廊道、生物栖息地廊道等综合生态治理工程。(2) 基于先前研究和连续观测数据,揭示黄河泥沙分布规律、产生过程、影响因素、水沙关系以及作用机制,构建水沙演变模拟和水沙调控模型,建设以骨干水库为主体的水沙调控工程体系,研发水沙联合优化调度系统。(3) 开展水土流失生态工程综合治理,以海东、陇中、陇东、陕北、宁南、晋西北、蒙西南、豫西等水土流失严重区域,重点改造集中连片且正在耕种的5°~15°的坡耕地,大力建设旱作梯田的同时加强配套措施建设,包括田间生产道路、排灌沟渠、水窖、蓄水池、地埂植物等,提高雨水集蓄利用效率,有效防治水土流失。(4) 加快推进研制跨流域跨区域洪涝灾害精细场景推演平台,量化识别跨流域跨区域洪涝灾害孕育及风险传播机理,结合国家和区域数字孪生水网工程建设,开展跨流域跨区域洪涝灾害风险协同防控、洪涝调蓄空间布局及资源化利用、洪涝调度技术研究;研编面向跨流域跨区域协同防控的防汛物资清单,开展基于“平战结合”的洪涝灾害备灾物质精准储备与快速高效调度技术研究,开展防汛物资调度管理智慧化平台;围绕特大干旱应对需求,重点突破耦合水网工程特性(包括构成、布局、调度能力等)和干旱孕育过程水网工程应对特大干旱能力评价、跨流域跨区域应急水源精准储备调配等关键问题;开展基于水网工程和数字孪生技术的渐进式应急水源配置与调度技术研究,并进行应用示范,研编基于水网工程的特大干旱应急水源储备与调度技术导则。
☆甘肃省社会科学规划重点项目“甘肃省黄河流域环境政策的主题演变研究”(2023ZD006)