侯時(shí)雨,田富強(qiáng),陸 穎,倪廣恒,盧 麾,劉 慧,魏 靖

(1. 清華大學(xué)水沙科學(xué)與水利水電工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100084；2. 云南大學(xué)亞洲國(guó)際河流中心,云南昆明 650500；3. 清華大學(xué)地球系統(tǒng)數(shù)值模擬教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100084；4. 中國(guó)水利水電科學(xué)研究院,北京 100038)

瀾滄江-湄公河是東南亞最重要的河流,發(fā)源于中國(guó)青藏高原,流經(jīng)中國(guó)、緬甸、老撾、泰國(guó)、柬埔寨、越南等6個(gè)國(guó)家,最后匯入南中國(guó)海。中國(guó)境內(nèi)為瀾滄江,出境后稱湄公河。其干流全長(zhǎng)4 880 km,匯流面積約81萬km2,年均流量14 500 m3/s[1],被譽(yù)為“東方的多瑙河”[2],哺育滋潤(rùn)了流域內(nèi)6 500多萬人[3-4],孕育了著名的吳哥文明[5]。

瀾滄江-湄公河是世界上著名的雨洪河流,單位面積洪峰流量接近全球極限值[6],兩岸分布有大量居民點(diǎn)和基礎(chǔ)設(shè)施[7],量級(jí)大、頻率高的洪水給當(dāng)?shù)厝嗣駧砹司薮蟮纳?cái)產(chǎn)損失[8]。例如在2000年大洪水中,柬埔寨和越南死亡人數(shù)347人和453人,道路被沖毀,上萬公頃農(nóng)田受災(zāi),數(shù)百萬人的生活受到影響[9]。多項(xiàng)研究結(jié)果表明,氣候變化導(dǎo)致該區(qū)域的洪水持續(xù)時(shí)間、發(fā)生頻率和洪峰量級(jí)均呈上升趨勢(shì)[10-15],這在客觀上對(duì)防洪提出了更高要求。

20世紀(jì)50年代以來,隨著東南亞經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,瀾滄江-湄公河流域修建了越來越多的大壩,各國(guó)從本國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需要出發(fā),建設(shè)步驟各異,目標(biāo)也不相同:泰國(guó)的水庫主要用于灌溉,老撾和中國(guó)的水庫主要用于發(fā)電,緬甸的水庫大多處于規(guī)劃階段,柬埔寨和越南由于地勢(shì)偏低、地形相對(duì)平緩,水庫數(shù)量較少。21世紀(jì)以來,流域內(nèi)水庫建設(shè)速度明顯加快,相關(guān)資料表明2020年將成為全流域歷史上新建水庫投入運(yùn)行數(shù)量最多的一年[16-17]。水利設(shè)施建設(shè)促進(jìn)了中國(guó)、老撾和柬埔寨的經(jīng)濟(jì)發(fā)展,為泰國(guó)和越南提供了電力[16]。預(yù)計(jì)到2030年,全流域投入運(yùn)行的水庫總庫容將超過1 000億m3[15,18-20]。與一般的國(guó)內(nèi)河流相比,構(gòu)建跨境防洪調(diào)度機(jī)制面臨的挑戰(zhàn)更大,如何充分利用這些水庫為全流域防洪做出貢獻(xiàn),是流域各國(guó)普遍關(guān)注的問題。目前已有不少文獻(xiàn)[10,15,21-28]研究瀾滄江-湄公河流域水庫建設(shè)對(duì)于下游的影響,但大多使用局部而非全流域的水庫,且多針對(duì)水文、生態(tài)方面,缺乏聯(lián)合防洪調(diào)度的相關(guān)研究。

本研究使用全流域可獲得的所有在建、已建和規(guī)劃水庫的位置和庫容信息,基于分布式水文和水庫調(diào)度模型,分析上下游、左右岸支流水庫聯(lián)合調(diào)度的防洪作用,以期為瀾湄合作機(jī)制下開展聯(lián)合防洪調(diào)度實(shí)踐和相應(yīng)制度建設(shè)提供參考。

1 研究區(qū)域和數(shù)據(jù)

湄公河三角洲地勢(shì)平坦,河網(wǎng)縱橫,水力關(guān)系復(fù)雜,單一的水文模型不適用于其洪水模擬。因此,本研究以柬埔寨金邊以上流域?yàn)閷?duì)象,匯流面積約66.3萬km2[29],占全流域總面積的81.9%,該區(qū)域是水庫的主要分布區(qū)。

圖1 瀾滄江-湄公河流域水庫和水文站點(diǎn)分布Fig.1 Dams and hydrological gauges in the Lancang-Mekong River basin

氣象和降雨數(shù)據(jù)來源于湄公河委員會(huì)(Mekong River Commission,MRC),共470個(gè)雨量站和32個(gè)常規(guī)氣象站1991—2005年的數(shù)據(jù)。166個(gè)數(shù)據(jù)時(shí)間連續(xù)性較好的雨量站和32個(gè)常規(guī)氣象站的降雨數(shù)據(jù),為模型提供逐日降雨信息。32個(gè)常規(guī)氣象站還提供大氣壓、溫度、濕度、風(fēng)速、日照時(shí)間、太陽輻射等逐日氣象要素。

土壤數(shù)據(jù)使用聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織(FAO)提供的全球土壤數(shù)據(jù)庫,空間分辨率為10 km×10 km。歸一化植被指數(shù)(NDVI)、葉面積指數(shù)(LAI)和積雪覆蓋面積采用MODIS提供的數(shù)據(jù)產(chǎn)品,空間分辨率為500 m×500 m,時(shí)間分辨率為16 d。

流量數(shù)據(jù)采用允景洪、清盛、瑯勃拉邦、廊開、那空帕農(nóng)、穆達(dá)漢、巴色和上丁8個(gè)干流水文站1991—2005年實(shí)測(cè)逐日流量,湄公河水文站點(diǎn)的徑流數(shù)據(jù)來自于MRC,站點(diǎn)分布見圖1。

水庫數(shù)據(jù)來源于CGIAR Research Program on Water,Land and Ecosystems,全流域共452個(gè)已建、在建、規(guī)劃的水庫,其中127個(gè)庫容較大的水庫有庫容、位置、建設(shè)年份、裝機(jī)容量等信息,其總庫容為1 339.5億m3,本研究在防洪調(diào)度中使用所有這些有庫容和位置信息的已建、在建和規(guī)劃的水庫,水庫分布見圖1。其余沒有詳細(xì)信息水庫的庫容都小于200萬m3,對(duì)于總庫容的影響可忽略不計(jì)[18]。

2 研究方法

2.1 研究思路

(1) 收集整理瀾滄江-湄公河流域的地形、土壤、植被、氣象、水文等數(shù)據(jù),建立分布式水文模型,模擬湄公河干流5個(gè)重要防洪控制斷面和13個(gè)主要支流1991—2005年的天然徑流過程。1991—2005年全流域建成的水庫數(shù)量較少、水庫對(duì)水文過程影響較小,利于水文模型的模擬和率定。

(2) 對(duì)模擬天然徑流進(jìn)行多年平均得到代表性徑流過程線,根據(jù)洪峰比例進(jìn)行縮放得到用于模擬水庫調(diào)度的汛期入庫徑流過程。

(3) 建立簡(jiǎn)單線性概念化水庫調(diào)度模型,模擬主要支流經(jīng)過全流域所有已建、在建和規(guī)劃水庫調(diào)度后的徑流過程。

(4) 考慮洪水演進(jìn)時(shí)間,疊加13條支流經(jīng)水庫防洪調(diào)度后的徑流過程線,得到干流5個(gè)防洪控制斷面調(diào)度后的徑流過程線。

(5) 評(píng)估湄公河13條支流的防洪能力及水庫聯(lián)合調(diào)度對(duì)5個(gè)干流防洪控制斷面的防洪作用。

2.2 水文模型

采用THREW模型(Tsinghua Hydrological Model based on Representative Elementary Watershed Model)模擬瀾滄江-湄公河流域的天然徑流過程[30]。該模型是基于代表性單元子流域的分布式物理性水文模型,已在許多不同氣候和下墊面條件的流域得到應(yīng)用,例如美國(guó)的伊利諾伊河流域[31-32]、奧地利的利恩茨流域[33]、雅魯藏布-布拉馬普特拉河流域[34],對(duì)徑流均能達(dá)到良好的模擬效果。

基于1 km×1 km空間分辨率的數(shù)字高程模型DEM(Digital Elevation Model),使用Pfafstetter方法[35]先將研究區(qū)域劃分為595個(gè)子流域,進(jìn)一步將面積大于5 000 km2的33個(gè)子流域繼續(xù)細(xì)分,最終研究區(qū)域共被劃分為651個(gè)子流域單元,每一個(gè)子流域單元的面積小于5 000 km2,劃分結(jié)果如圖1。模型中每一個(gè)子流域單元進(jìn)一步被劃分為7個(gè)子區(qū),包括積雪覆蓋子區(qū)、飽和子區(qū)、不飽和子區(qū)、植被覆蓋子區(qū)、裸土子區(qū)、子河網(wǎng)和主河網(wǎng)等。使用1991—1999年湄公河干流8個(gè)水文站點(diǎn)的實(shí)測(cè)逐日流量序列對(duì)模型進(jìn)行嵌套式率定,率定規(guī)則為:① 從上游到下游依次率定;② 固定率定好的上游子流域參數(shù),采用下游水文觀測(cè)資料率定下游子流域參數(shù)。驗(yàn)證期為2000—2005年。模擬的時(shí)間步長(zhǎng)為天,采用納什效率系數(shù)(Nash-Sutcliffe efficiency coefficient,ENS)來評(píng)價(jià)模擬結(jié)果,ENS定義如下:

(1)

2.3 不同重現(xiàn)期的汛期代表性徑流過程線

湄公河流域往往形成復(fù)峰型洪水,洪水持續(xù)時(shí)間長(zhǎng),峰高量大,過程線高而胖[36],洪峰流量及洪水持續(xù)時(shí)間均是決定洪災(zāi)嚴(yán)重程度的重要指標(biāo)[37]。根據(jù)MRC的報(bào)告[38],湄公河汛期平均開始于6月中下旬、結(jié)束于11月中上旬,因此本研究對(duì)6月1日—11月30日徑流過程進(jìn)行全流域水庫聯(lián)合調(diào)度的防洪作用開展研究。

圖2 5個(gè)防洪控制斷面n年一遇的徑流過程線Fig.2 Flood hydrographs in different flood recurrence intervals at 5 sections on the Mekong River

為簡(jiǎn)化計(jì)算,本研究對(duì)各支流出口和干流斷面1991—2005年汛期徑流過程線分別進(jìn)行多年平均得到各處的汛期代表性徑流過程線,R?s?nen等[28]的研究也采用了這一方法。在代表性徑流過程線的基礎(chǔ)上,計(jì)算得到n年一遇的徑流過程線,步驟如下:

(1) 計(jì)算Qn/Q0,其中Q0是桔井站模擬的代表性徑流過程線的洪峰流量,Qn是桔井站n年一遇的洪峰流量。Qn來自于MRC的報(bào)告[39],n為2、5、10、20、50、100、200時(shí),Qn分別為51 000 m3/s、59 500 m3/s、63 000 m3/s、66 500 m3/s、70 000 m3/s、72 500 m3/s、75 000 m3/s。桔井站是金邊上游且最靠近金邊的水文站,位置見圖1。

(2) 使用Qn/Q0對(duì)各處的代表性徑流過程線進(jìn)行同比例縮放得到n年一遇的徑流過程線,如圖2所示。這樣得到的n年一遇徑流過程線的峰值流量與歷史統(tǒng)計(jì)值一致,而且保留了歷年洪峰的時(shí)間信息,與特定年份的徑流過程線相比,其洪峰頻次更高,在此徑流過程線下進(jìn)行水庫調(diào)度,可以使研究結(jié)果偏于安全。需要說明的是,由于瀾滄江-湄公河支流的相關(guān)研究較少,沒有收集到各支流n年一遇的洪峰數(shù)據(jù),因此,本研究對(duì)所有支流和干流斷面的徑流過程線均采用桔井站的比例進(jìn)行縮放。這可能不完全符合一些支流的實(shí)際情況,但并不改變研究結(jié)論,即水庫在該防洪目標(biāo)下的作用不會(huì)發(fā)生變化。

2.4 水庫調(diào)度模型

本研究應(yīng)用改進(jìn)的簡(jiǎn)單線性概念化水庫調(diào)度模型(Simple Linear conceptual Model,SLM)模擬瀾滄江-湄公河流域水庫聯(lián)合調(diào)度對(duì)汛期徑流過程的調(diào)節(jié)作用。在SLM模型中[40],水庫調(diào)度分為3個(gè)階段:① 當(dāng)入庫流量小于下游安全流量時(shí),不進(jìn)行水庫調(diào)度,出庫流量等于入庫流量；② 當(dāng)入庫流量大于下游安全流量時(shí),水庫發(fā)揮蓄水功能攔截部分入庫水量,使得出庫流量小于入庫流量；③ 當(dāng)水庫蓄水量達(dá)到總庫容時(shí),水庫不再進(jìn)行防洪調(diào)度而是優(yōu)先保證大壩自身安全,此時(shí)出庫流量等于入庫流量。由于本研究的目標(biāo)是評(píng)估全流域水庫聯(lián)合調(diào)度的防洪作用,因此對(duì)SLM規(guī)則進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整,即當(dāng)入庫流量小于下游安全流量且?guī)靸?nèi)水位較高時(shí),水庫在保證出庫流量不大于下游安全流量的前提下釋放部分庫內(nèi)存水,盡早為可能到來的下一次洪峰騰出庫容。這是一種偏于安全的汛期水庫調(diào)度規(guī)則,可通過如下方程來描述:

(2)

式中:Qout為經(jīng)水庫調(diào)度后的出庫流量,m3/s；Qin為入庫流量,m3/s；Qs為下游安全流量,m3/s；Sm為水庫總庫容,m3；St為t時(shí)刻的水庫蓄水量,m3,0≤St≤Sm;St/(60×60×24)和Sm/(60×60×24)為用徑流形式表示的庫容。

相關(guān)研究[40-41]定義了量綱一的水庫影響指數(shù)IRI(Reservoir Impact Index,即庫容和徑流量的比值,簡(jiǎn)稱庫徑比)來表示一條河流上水庫對(duì)徑流可能的影響程度,計(jì)算方法見公式(3)。本研究借鑒其思想,定義了適用于評(píng)估防洪調(diào)度中庫容利用率和水庫承擔(dān)風(fēng)險(xiǎn)程度的水庫防洪指數(shù)IFD(Flood Detention Index),計(jì)算方法見公式(4)。

(3)

(4)

式中:S為給定徑流站上游控制流域范圍內(nèi)所有水庫總的最大庫容,m3；A為該站處的年徑流量,m3;i、j分別為入庫洪水、出庫洪水重現(xiàn)期,a,i和j的組合表示防洪目標(biāo)。

IFD的計(jì)算公式中,分母是總庫容,分子是特定防洪目標(biāo)下庫水位最高時(shí)的水庫蓄水量,二者相除可以表征水庫在特定防洪目標(biāo)下的庫容利用率,反映防洪調(diào)度中水庫本身面臨的風(fēng)險(xiǎn)。水庫在防洪中發(fā)揮的作用不僅和洪量有關(guān),還受到徑流過程線和調(diào)度規(guī)則的影響,因此,分母采用調(diào)度過程中的最大蓄水量,而非最大30日洪量。IFD的有效取值范圍是[0,1],IFD接近0說明防洪調(diào)度中庫容利用率小,水庫面臨的風(fēng)險(xiǎn)較低；IFD接近1說明庫容利用率大,水庫在防洪中承擔(dān)的風(fēng)險(xiǎn)較高。

3 結(jié)果與分析

3.1 水文模型模擬結(jié)果

根據(jù)實(shí)測(cè)和模擬的逐日流量計(jì)算得到瀾滄江-湄公河8個(gè)干流主要站點(diǎn)的ENS,如表1所示。率定期ENS均大于0.7,驗(yàn)證期ENS也基本在0.6以上,說明模擬效果有較高的可信度[42-43]。

表1 模擬流量在湄公河干流8個(gè)水文站的ENS

3.2 主要支流防洪能力分析

圖3展示了模型模擬的湄公河13條支流年均最大30日洪量和所有規(guī)劃水庫建成后的總庫容,包括瀾滄江、南壘河、南烏河、南俄河、南屯河、頌堪河、色邦亨河、色敦河、濛河、桑河、色公河、斯雷博河、洞里薩河。需要說明的是,瀾滄江位于湄公河上游,為便于敘述,本文將其視為湄公河的一條支流。模擬結(jié)果顯示,這13條支流的年均最大30日洪量占金邊斷面的81.6%。

圖3 13條支流年均最大30 d洪量和庫容分布Fig.3 Annual largest 30-day flood volumes and totalreservoirs′ storages of 13 tributaries

IFD同時(shí)描述水庫在防洪調(diào)度中的庫容利用率和風(fēng)險(xiǎn)程度,IFD太小或太大均不是防洪的最佳狀態(tài)。IFD過小說明洪量小、庫容大,只需要一部分庫容就已滿足該支流的防洪要求,剩下的庫容對(duì)于防洪而言是“多余”的。例如瀾滄江的IFD,200,20和IFD,200,5均未超過0.05(見圖4),這意味著相比于庫容,瀾滄江的洪量較小,其在湄公河下游防洪中發(fā)揮的作用與其庫容大小不匹配。IFD過大也不好,這表明水庫的防洪能力不足,承擔(dān)防洪任務(wù)時(shí)大壩面臨的安全風(fēng)險(xiǎn)較高。例如頌堪河和斯雷博河,IFD,200,20>0.5,IFD,200,5=1,說明其防洪能力十分有限,洪水來臨時(shí)水庫調(diào)度的優(yōu)先目標(biāo)應(yīng)是保護(hù)大壩安全而非攔蓄洪水。

圖4 10條支流的IFD,200,20和IFD,200,5Fig.4IFD,200,20 and IFD,200,5 of 10 tributaries

根據(jù)IFD值可將這13條支流劃分為3組:① 瀾滄江、南壘河、南烏河、南俄河、南屯河、色公河等6條支流,IFD,200,20<0.05,IFD,200,5<0.2,說明水庫可以較好地控制洪水,洪水風(fēng)險(xiǎn)低。這些支流大多分布于湄公河上游或左岸,南壘河是其中唯一一條位于湄公河右岸的支流,但是由于洪量較小,且水庫尚處規(guī)劃階段,因此可發(fā)揮的作用有限。② 頌堪河、濛河、桑河、斯雷博河等4條支流,IFD,200,20>0.1,IFD,200,5>0.4,水庫攔蓄洪水的能力有限,汛期防洪壓力較大,洪水風(fēng)險(xiǎn)較高。③ 色邦亨河、色敦河、洞里薩河等3條支流,IFD,200,20和IFD,200,5均為1,因此未在圖4中列出,這3條支流現(xiàn)階段承擔(dān)防洪任務(wù)的難度大。從圖4中可以明顯看出,湄公河流域偏上游支流的IFD值普遍較小,說明其控制洪水的能力較強(qiáng),而下游支流的防洪能力則尚顯不足。

圖5展示了將200年一遇洪水分別降至20年一遇和5年一遇的水庫調(diào)度過程,括號(hào)中的數(shù)字表示入庫、出庫洪水的重現(xiàn)期。和圖4類似,圖5也沒有展示色邦亨河、色敦河、洞里薩河的調(diào)度過程。

水庫調(diào)度對(duì)下游防洪的作用受到天然洪水特征的影響,以200年一遇洪水降至20年一遇為例:一些支流的洪峰來得快去得也快,水庫需要在短時(shí)間內(nèi)攔蓄大量洪水,蓄水量主要呈現(xiàn)為單峰,例如南烏河、南屯河、頌堪河、濛河、斯雷博河；一些支流會(huì)長(zhǎng)時(shí)間維持在較高水位,水庫調(diào)度持續(xù)時(shí)間長(zhǎng),甚至可達(dá)一個(gè)月之久,例如南壘河、色公河。一些支流不只一個(gè)洪峰,水庫需要在洪峰間歇期及時(shí)降低水位,為下一個(gè)即將到來的洪峰騰出庫容,例如瀾滄江、南俄河、桑河。

圖5 將200年一遇洪水分別降至20年一遇和5年一遇的支流水庫調(diào)度過程Fig.5 Flood processes of 10 tributaries under reservoir operation to mitigate flood recurrence interval from 200 years (inflow) to 20 and 5 years (outflow)

水庫調(diào)度對(duì)下游防洪的作用還受到防洪目標(biāo)的影響。當(dāng)防洪目標(biāo)從20年一遇變?yōu)?年一遇時(shí),南烏河的最大蓄水量從1.7億m3增至3.7億m3,增加了一倍多,而南俄河的最大蓄水量則從2.0億m3增至9.3億m3,增加了將近4倍。濛河年均最大30日洪量比色公河大31.9%,在200年一遇洪水降至5年一遇的情景下,濛河的最大蓄水量比色公河高出19.2%,而在200年一遇洪水降至20年一遇的情景下,濛河的最大蓄水量超過色公河的2倍。

當(dāng)防洪目標(biāo)從20年一遇的洪水變?yōu)?年一遇,幾乎所有支流水庫的最大蓄水量都至少增加1倍,南屯河增加超過2倍,南俄河、瀾滄江、色公河、桑河增加超過3倍。這說明提高防洪目標(biāo)會(huì)導(dǎo)致支流水庫承擔(dān)的風(fēng)險(xiǎn)成倍增加。因此,通過上下游平等協(xié)商的方式,在聯(lián)合防洪調(diào)度中設(shè)置一定的經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償是必要的,合理的經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償能夠使得聯(lián)合防洪調(diào)度機(jī)制更公平、更密切,也更長(zhǎng)久。

3.3 支流水庫聯(lián)合調(diào)度對(duì)干流防洪作用分析

本研究通過分析湄公河干流8個(gè)水文站點(diǎn)實(shí)測(cè)逐日流量數(shù)據(jù),基于上下游對(duì)應(yīng)洪峰的發(fā)生時(shí)間,計(jì)算歷史平均的洪水演進(jìn)時(shí)間。在此基礎(chǔ)上,將支流水庫的防洪效果疊加在湄公河干流的徑流過程線上,分析全流域13個(gè)支流水庫聯(lián)合調(diào)度對(duì)湄公河5個(gè)防洪控制斷面的防洪作用,包括清盛、瑯勃拉邦、那空帕農(nóng)、巴色、金邊,位置關(guān)系如圖1和圖3所示。這些斷面均位于洪水風(fēng)險(xiǎn)較高的區(qū)域,對(duì)水庫聯(lián)合防洪調(diào)度有較大的需求[8]。

表2列出了湄公河干流5個(gè)防洪控制斷面的削峰率及13條支流水庫的防洪貢獻(xiàn)率,削峰率指干流斷面洪峰被削減的比例,防洪貢獻(xiàn)率指某條支流攔洪量占所有支流總攔洪量的比例。結(jié)果顯示:當(dāng)各支流對(duì)200年一遇洪水按照20年一遇標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行防洪調(diào)度時(shí),5個(gè)防洪控制斷面的削峰率分別是6.7%、4.9%、2.9%、2.7%、2.7%；按照5年一遇標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行防洪調(diào)度時(shí),5個(gè)斷面的削峰率分別是11.3%、8.6%、5.7%、6.7%、6.9%。根據(jù)歷史洪水?dāng)?shù)據(jù)[39],與桔井處200年一遇洪峰相比,100年一遇洪峰降低3.3%,50年一遇洪峰降低6.7%,20年一遇洪峰降低11.3%。由此可見全流域水庫聯(lián)合調(diào)度有能力將湄公河干流洪水從200年一遇減至20～50年一遇,洪峰顯著降低不僅有利于保護(hù)下游人民的生命安全,也意味著巨大的經(jīng)濟(jì)效益。以萬象斷面為例,根據(jù)MRC統(tǒng)計(jì)的洪水損失情況[44],1991—2007年所有洪峰流量低于20 000 m3/s的場(chǎng)次洪水所造成的損失均未超過2 300萬美元,而2008年的大洪水造成至少5 600多萬美元的損失,如果此次洪水事件能夠削峰10%,就可以避免大約3 000萬美元的損失。

表2 湄公河干流5個(gè)防洪控制斷面的削峰率以及13條支流的防洪貢獻(xiàn)率 %

(1) 對(duì)于湄公河干流不同斷面,起主要防洪作用的支流不同。以將200年一遇洪水降至20年一遇為例:在清盛斷面,瀾滄江起主要作用；在瑯勃拉邦斷面,瀾滄江的防洪貢獻(xiàn)率超過2/3,南烏河的防洪貢獻(xiàn)率約為1/5；在那空帕農(nóng)斷面,瀾滄江的防洪貢獻(xiàn)率超過1/3,南俄河、頌堪河、南屯河、南烏河4條支流加總的防洪貢獻(xiàn)率約為3/5；在巴色斷面,濛河的防洪貢獻(xiàn)率約為2/5,瀾滄江約為1/4,南俄河約為1/6；在金邊斷面,防洪貢獻(xiàn)率超過20%的支流有濛河、色公河,防洪貢獻(xiàn)率超過10%的支流有瀾滄江、南俄河、桑河。

(2) 支流的防洪效果隨支流出口與干流防洪控制斷面之間距離的增加而減小。這主要是因?yàn)闉憸娼?湄公河流域南北狹長(zhǎng),支流眾多,隨著越來越多的支流匯入湄公河,上游水庫的防洪貢獻(xiàn)率便逐漸減小。例如在將200年一遇洪水減至5年一遇的情景下,瀾滄江對(duì)清盛斷面的防洪貢獻(xiàn)率為95.0%,但對(duì)金邊斷面僅為9.7%；南烏河對(duì)瑯勃拉邦斷面的防洪貢獻(xiàn)率為34.2%,但對(duì)金邊斷面僅為4.8%；頌堪河對(duì)那空帕農(nóng)斷面的防洪貢獻(xiàn)率為23.5%,但對(duì)金邊斷面僅為7.4%。

(3) 瀾滄江梯級(jí)水庫對(duì)湄公河下游的防洪作用不宜過高估計(jì)。當(dāng)湄公河發(fā)生洪災(zāi)時(shí),域內(nèi)外國(guó)家往往都將關(guān)注點(diǎn)首先集中于瀾滄江,認(rèn)為瀾滄江梯級(jí)水庫庫容較大,可以在湄公河下游的防洪中發(fā)揮主要作用。其實(shí)不然,研究結(jié)果表明,在湄公河下游巴色—金邊斷面的防洪中,瀾滄江的作用遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及濛河和色公河。這是因?yàn)橛绊懛篮樽饔玫囊蛩夭粌H有水庫庫容,還有洪量。瀾滄江雖然庫容大,但不是湄公河汛期的主要產(chǎn)流區(qū),防洪作用有限。如果在瀾滄江-湄公河流域防洪合作中過于強(qiáng)調(diào)上游瀾滄江水庫,會(huì)使其他支流水庫的作用被忽視。

(4) 可能對(duì)研究結(jié)果產(chǎn)生影響的因素有:① 水文站實(shí)測(cè)流量的誤差。由于湄公河各個(gè)水文站隸屬于不同國(guó)家,在觀測(cè)標(biāo)準(zhǔn)和方法上難以統(tǒng)一,加之國(guó)家間經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平各異,一些水文站的水位—流量關(guān)系曲線長(zhǎng)期未得到更新,這些因素都加大了實(shí)測(cè)徑流數(shù)據(jù)的誤差,上下游水文站之間水量不平衡的情況時(shí)有發(fā)生,這在一定程度上會(huì)影響模型的率定和模擬。為盡量減小誤差,本研究采用的8個(gè)水文站均為瀾滄江-湄公河流域研究中最常用的水文站,應(yīng)當(dāng)說已是同類研究中最可靠的數(shù)據(jù),但依然無法完全避免該因素的影響。② 洪 水演進(jìn)時(shí)間的誤差。本研究通過分析歷史實(shí)測(cè)徑流過程中湄公河上下游對(duì)應(yīng)洪峰的發(fā)生時(shí)間,計(jì)算湄公河干流的洪水演進(jìn)時(shí)間,但洪水調(diào)度會(huì)導(dǎo)致出庫流量變小,有可能影響洪水演進(jìn)過程,導(dǎo)致支流防洪效果在疊加中產(chǎn)生誤差。

4 結(jié) 論

本研究在瀾滄江-湄公河流域建立分布式水文和水庫調(diào)度模型,模擬1991—2005年湄公河13條支流和5個(gè)干流防洪控制斷面的逐日天然流量,并在此基礎(chǔ)上模擬全流域水庫(包括已建、在建和規(guī)劃水庫)的聯(lián)合調(diào)度過程,分析上下游和干支流水庫聯(lián)合調(diào)度的防洪作用,得出如下主要結(jié)論:

(1) 全流域水庫聯(lián)合調(diào)度對(duì)湄公河主要斷面均有顯著的防洪作用,在完全按照防洪目標(biāo)對(duì)水庫進(jìn)行調(diào)度的情況下可將200年一遇洪水減至20～50年一遇。湄公河上游和左岸支流的汛期流量和水庫庫容均較大,對(duì)湄公河下游防洪起到顯著作用,包括中國(guó)境內(nèi)的瀾滄江,老撾境內(nèi)的南烏河、南俄河、南屯河,老撾、柬埔寨、越南境內(nèi)的色公河、桑河。泰國(guó)境內(nèi)的濛河雖位于湄公河右岸,但由于匯流面積大,在湄公河防洪中的作用也不可小覷。

(2) 在湄公河干流不同斷面的防洪中,起主要作用的支流不同:在清盛斷面以上,瀾滄江起主要防洪作用；在瑯勃拉邦斷面,瀾滄江、南烏河起到?jīng)Q定性的防洪作用；在那空帕農(nóng)斷面,瀾滄江、頌堪河、南俄河、南烏河起主要防洪作用；在巴色斷面以下,濛河的防洪作用最大,色公河、瀾滄江、南俄河、桑河等支流均能對(duì)防洪起到一定作用。

(3) 不宜高估上游瀾滄江梯級(jí)水庫而忽視其他支流水庫的防洪作用。瀾滄江-湄公河防洪需要流域各國(guó)加強(qiáng)合作,建立上下游、干支流水庫聯(lián)合調(diào)度機(jī)制,以更好地發(fā)揮水庫調(diào)節(jié)作用,應(yīng)對(duì)未來可能的洪水威脅。