李昌文，李 偉，高華斌，周 波

(1.水利與環(huán)境國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心，湖北 宜昌 443002； 2.三峽大學(xué) 水利與環(huán)境學(xué)院，湖北 宜昌 443002； 3.長(zhǎng)江勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，湖北 武漢 430010； 4.江西省鄱陽湖水利樞紐建設(shè)辦公室，江西 南昌 330009)

0 引 言

瀾滄江-湄公河流域面積81.24萬km2，擁有東南亞最大的淡水湖泊——洞里薩湖，洞里薩湖流域面積8.6萬km2，占瀾滄江-湄公河流域面積的10.59%[1]。

湖泊調(diào)蓄在緩解流域洪澇方面發(fā)揮著重要作用[2-3]。洞里薩湖被稱為湄公河的天然調(diào)蓄場(chǎng)所，在雨季可調(diào)蓄本流域和湄公河金邊以上河段大量洪水，大幅減輕湄公河金邊及以下河段的洪水威脅[4]。國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者對(duì)洞里薩湖的水文特征展開了探討，但缺乏對(duì)洞里薩湖的調(diào)蓄能力的深入研究。湖泊的容積、面積和形態(tài)是決定其調(diào)蓄功能的基本條件[5]，李昌文等基于多源數(shù)據(jù)融合方法，首次構(gòu)建了具有0.1 m梯度的洞里薩湖水位-面積(容積)關(guān)系，辨識(shí)了洞里薩湖面積、容積的演變規(guī)律及與水文節(jié)律的多維耦合關(guān)系，探明了洞里薩湖形態(tài)特征[6-7]；Chang等[8]利用衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)提取洞里薩湖洪水淹沒范圍，基于歷史淹沒程度預(yù)測(cè)了未來逐日淹沒范圍。河湖關(guān)系改變了湖泊的調(diào)蓄性能[9-10]，李昌文等首次闡明了湄公河與洞里薩湖的水量交換特征，厘清了河湖水量交換的時(shí)空格局，揭示了湄公河與洞里薩湖倒灌、補(bǔ)水、漫灘、頂托等互饋規(guī)律，首次明晰了河湖水量交換關(guān)系變化的關(guān)鍵影響因子、水文條件及物理作用機(jī)理，提出了基于洞里薩河水位與河湖水位差的河湖水量交換量計(jì)算方法[11-12]。徐長(zhǎng)江、李妍清、張晶等構(gòu)建了基于多源再分析降水信息的資料短缺地區(qū)徑流模型，解決了資料短缺地區(qū)的河湖徑流模擬難題，揭示了湄公河與洞里薩湖降雨、徑流特征[13-15]。

為剖析洞里薩湖的調(diào)蓄洪水作用，本文提出了洞里薩湖洪水調(diào)蓄能力的概念和計(jì)算方法，并基于湖區(qū)資料條件，研究了洞里薩湖對(duì)本流域洪水以及對(duì)湄公河干流洪水的調(diào)蓄能力特征。

1 數(shù)據(jù)來源與研究方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

湄公河干流磅湛站距離金邊市洞里薩河口約103 km，基本控制了瀾滄江-湄公河流域81%以上集水面積的來水，且至洞里薩湖出口之間無大的支流入?yún)R，因此，本次采用磅湛站作為湄公河干流水文控制站。洞里薩河為洞里薩湖與湄公河之間的連接河道，波雷格丹站為洞里薩湖的出湖流量控制站，距洞里薩河河口約32 km。洞里薩湖區(qū)水位控制站為甘邦隆站，距離洞里薩河河口約172 km?？紤]資料的一致性，本次采用磅湛站、波雷格丹站1999～2010年逐日流量資料，甘邦隆站1999～2010年逐日水位資料。

另外，采用VIC、Topmodel等模型對(duì)洞里薩湖流域徑流系列進(jìn)行了推求[14]；采用TIN和地形資料構(gòu)建了洞里薩湖水位-容積關(guān)系[7]。

1.2 研究方法

1.2.1 洞里薩湖蓄洪形式

洞里薩湖是湄公河與本流域雨洪的天然調(diào)蓄場(chǎng)所，對(duì)湄公河干流洪水調(diào)蓄的主要形式為倒灌(湄公河通過洞里薩河向洞里薩湖倒灌)，其次為漫灘(湄公河洪水直接漫灘入洞里薩湖)；洞里薩湖對(duì)本流域洪水的調(diào)蓄形式為蓄洪削峰，受湄公河洪水長(zhǎng)歷時(shí)倒灌影響，主汛期洞里薩湖支流及湖區(qū)降雨產(chǎn)生的洪水基本上全部蓄積在湖區(qū)，汛末才逐漸排出。本次研究暫不考慮湄公河漫灘入湖水量、洞里薩湖漫灘出湖水量對(duì)洞里薩湖蓄洪總量的影響。

1.2.2 洞里薩湖調(diào)蓄能力表征

以洞里薩湖調(diào)蓄量占湄公河干流磅湛站和洞里薩湖本流域同期水量的百分比作為洞里薩湖對(duì)湄公河與本流域洪水的調(diào)蓄能力指標(biāo)。

1.2.3 洞里薩湖蓄洪量計(jì)算方法

基于湄公河和洞里薩湖資料情況，本次采用水文-地形耦合與數(shù)理統(tǒng)計(jì)相結(jié)合的方法，定量揭示洞里薩湖洪水調(diào)蓄能力特征。

(1) 洞里薩湖蓄洪總量計(jì)算方法。根據(jù)甘邦隆站長(zhǎng)系列逐日水位資料和洞里薩湖水位-容積關(guān)系曲線，計(jì)算得到洞里薩湖歷年的最低水位及相應(yīng)湖容、最高水位及相應(yīng)湖容，當(dāng)年最大湖容與最小湖容相減得到調(diào)蓄洪水總量，基于此分析洞里薩湖蓄洪總量的年際變化特征。

(2) 洞里薩湖對(duì)本流域蓄洪量及調(diào)蓄能力特征計(jì)算方法。洞里薩湖流域水文站較少，多數(shù)支流無水文站網(wǎng)或已建站點(diǎn)流量資料短缺、不連續(xù)性問題突出?；诖?，構(gòu)建了基于多源再分析降水信息的資料短缺地區(qū)徑流模型[14]，推求得到洞里薩湖區(qū)1999～2010年共16 a的入湖流量資料系列。將洞里薩湖支流(含湖面降雨量)雨季入湖徑流量扣除出湖徑流量(基于洞里薩湖出湖控制站波雷格丹站實(shí)測(cè)流量資料計(jì)算)，得到汛期洞里薩湖對(duì)本流域的蓄洪量。以洞里薩湖對(duì)洞里薩湖本流域的調(diào)蓄量占本流域同期水量的百分比作為洞里薩湖對(duì)本流域洪水的調(diào)蓄能力。

(3) 洞里薩湖對(duì)湄公河蓄洪量及調(diào)蓄能力特征計(jì)算方法。根據(jù)洞里薩湖出湖流量控制站波雷格丹站長(zhǎng)系列實(shí)測(cè)流量資料，統(tǒng)計(jì)分析湄公河洪水倒灌入洞里薩湖的發(fā)生時(shí)間和水量，據(jù)此分析洞里薩湖對(duì)湄公河洪水的調(diào)蓄能力特征。

2 洞里薩湖蓄洪總量

根據(jù)甘邦隆站1999～2010年逐日水位資料和洞里薩湖水位-面積(容積)關(guān)系曲線[1]，分析洞里薩湖歷年的洪水調(diào)蓄量，見表1?？梢钥闯?，洞里薩湖最小蓄洪量為408億m3(2010年)，最大蓄洪量為737億m3(2000年)，多年平均蓄洪量為579億m3。洞里薩湖5月開始漲水，至10月達(dá)到最高水位，故蓄洪時(shí)間為5～10月。

表1 洞里薩湖歷年蓄洪總量統(tǒng)計(jì)

3 洞里薩湖對(duì)本流域洪水調(diào)蓄量及調(diào)蓄能力特征

3.1 典型年調(diào)洪作用

洞里薩湖支流控制站流量資料短缺，本次選擇洞里薩湖流域洪水較大但湄公河干流洪水不大的1999年、洞里薩湖流域和湄公河來水均較大的2000年、洞里薩湖流域來水較小湄公河來水較大的2002年洪水資料，研究洞里薩湖對(duì)本流域洪水的調(diào)蓄作用。

3.1.1 1999年調(diào)洪作用

1999年，洞里薩湖區(qū)支流入湖洪水的合成洪水過程和波雷格丹站出湖流量過程見圖1?？梢钥闯?，洞里薩湖支流合成最大日平均流量為4 933 m3/s(8月5日)，受湄公河干流洪水頂托影響，5月2～9日和5月15日至10月2日，湄公河向洞里薩湖發(fā)生了長(zhǎng)達(dá)149 d的倒灌，洞里薩湖支流洪水全部攔于洞里薩湖中，調(diào)蓄本流域洪水總量224.6億m3；4月30日至5月1日、5月10～14日、10月3～7日，支流來流量大于出湖流量，洞里薩湖削減支流洪峰流量2 425 m3/s，削峰比例為72%，調(diào)蓄本流域洪水總量7.2億m3。1999年汛期，洞里薩湖共調(diào)蓄本流域洪水總量231.8億m3，期間洞里薩湖流域來水242.2億m3，因此洞里薩湖對(duì)本流域洪水的調(diào)蓄能力為96%。

圖1 1999年支流入湖洪水合成洪水過程和波雷格丹站出湖流量過程Fig.1 Synthetic inflow flood process of tributary and outflow process of Prek Kdam Station in 1999

3.1.2 2000年調(diào)洪作用

2000年，洞里薩湖區(qū)支流入湖洪水的合成洪水過程和波雷格丹站出湖流量過程見圖2。可以看出，洞里薩湖支流合成最大日平均流量為5 829 m3/s(10月15日)。受湄公河干流洪水頂托影響，5月16日至9月20日，湄公河向洞里薩湖倒灌時(shí)間長(zhǎng)達(dá)128 d，洞里薩湖支流洪水全部攔于洞里薩湖中，調(diào)蓄本流域洪水總量224.06億m3；5月15日、9月21～23日，支流來流量大于出湖流量，洞里薩湖削減支流洪峰流量2 080 m3/s，削峰比例為72%，調(diào)蓄本流域洪水總量2.97億m3。2000年汛期5月15日至9月23日，洞里薩湖共調(diào)蓄本流域洪水總量227.02億m3，期間洞里薩湖流域來水231.83億m3，因此洞里薩湖對(duì)本流域洪水的調(diào)蓄能力為98%。

圖2 2000年支流入湖洪水合成洪水過程和波雷格丹站出湖流量過程Fig.2 Synthetic inflow flood process of tributary and outflow process of Prek Kdam Station in 2000

3.1.3 2002年調(diào)洪作用

2002年，洞里薩湖區(qū)支流入湖洪水的合成洪水過程和波雷格丹站出湖流量過程見圖3?？梢钥闯?，洞里薩湖支流合成最大日平均流量為3 397 m3/s(9月21日)，受湄公河干流洪水頂托影響，5月25日至9月23日，湄公河向洞里薩湖發(fā)生了長(zhǎng)達(dá)122 d的倒灌，洞里薩湖支流洪水全部攔于洞里薩湖中，調(diào)蓄本流域洪水總量106.54億m3；9月24～30日，支流來流量大于出湖流量，洞里薩湖削減支流洪峰流量2 459 m3/s，削峰比例為76%，調(diào)蓄本流域洪水總量11.21億m3。2002年汛期5月25日至9月30日，洞里薩湖共調(diào)蓄本流域洪水總量117.75億m3，期間洞里薩湖流域來水125.35億m3，因此洞里薩湖對(duì)本流域洪水的調(diào)蓄能力為94%。

圖3 2002年支流入湖洪水合成洪水過程和波雷格丹站出湖流量過程Fig.3 Synthetic inflow flood process of tributary and outflow process of Prek Kdam Station in 2002

根據(jù)湄公河倒灌入洞里薩湖特點(diǎn)及典型年調(diào)蓄作用的分析，汛期受湄公河干流高洪水位頂托影響，洞里薩湖支流及湖區(qū)降雨產(chǎn)生的洪水基本上全部蓄積在湖區(qū)，對(duì)本流域的洪水具有較顯著的調(diào)蓄作用，調(diào)蓄能力為94%～98%，有效減輕了金邊及下游三角洲地區(qū)的防洪壓力。

3.2 多年平均調(diào)蓄能力

考慮資料所限，本次僅計(jì)算了洞里薩湖區(qū)1999～2010年歷年逐月月均入湖流量，該結(jié)果為月均尺度，與日均尺度的統(tǒng)計(jì)存在一定差異；再結(jié)合洞里薩湖出湖控制站波雷格丹站逐日流量資料，統(tǒng)計(jì)了洞里薩湖通過洞里薩河的汛期出湖水量，計(jì)算分析了洞里薩湖對(duì)本流域主汛期6～9月洪水的調(diào)蓄能力，見表2?？梢钥闯?，洞里薩湖對(duì)本流域洪水的調(diào)蓄量為110億～313億m3、平均值227億m3，調(diào)蓄能力為83%～100%、平均值95%，調(diào)蓄能力最強(qiáng)的時(shí)間為7月和8月，均達(dá)到100%。

4 洞里薩湖對(duì)湄公河洪水調(diào)蓄量及調(diào)蓄能力特征

4.1 典型年調(diào)洪作用

選擇湄公河向洞里薩湖倒灌最為顯著的2002年，分析湄公河干流洪水過程和倒灌入湖洪水過程，研究洞里薩湖調(diào)蓄湄公河干流洪水作用。

2002年，湄公河倒灌入洞里薩湖發(fā)生于5月25日至9月23日，共計(jì)122 d，倒灌期間湄公河干流磅湛站和洞里薩河波雷格丹站的洪水過程見圖4。2002年湄公河最大日均倒灌流量為9 211 m3/s，削減湄公河干流磅湛站同期流量(50 007 m3/s)的18.4%；湄公河干流磅湛站最大洪峰流量為50 398 m3/s，同期倒灌流量為9 069 m3/s，削峰率為18.0%。汛期倒灌水量為494億m3，占湄公河干流同期來水(3 150億m3)的15.7%；最大倒灌水量發(fā)生在8月，為208億m3，占湄公河干流同期來水的18%；其次為7月的165億m3，占湄公河干流同期來水的20%。

圖4 2002年倒灌期間湄公河干流磅湛站和洞里薩河波雷格丹站的洪水過程Fig.4 Flood process at Kampong Cham Station in the main stream of the Mekong River and Prek Kdam Station of Tonle Sap River during the backflow period in 2002

4.2 多年平均調(diào)蓄能力

湄公河干流上丁站一次洪水歷時(shí)平均約90 d，受河槽、沿河湖泊洼地的天然調(diào)節(jié)作用和下游潮汐影響，湄公河三角洲洪水過程漲落緩慢，高洪水位持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，總體上形成一個(gè)如饅頭狀的峰高量大的洪水過程線，很難嚴(yán)格劃分一次洪水過程的歷時(shí)[1]。根據(jù)多年實(shí)測(cè)洪水資料，統(tǒng)計(jì)洞里薩湖對(duì)湄公河最大連續(xù)15，30，60，120 d洪量的調(diào)蓄能力，見表3。可以看出，洞里薩湖對(duì)湄公河15～30 d不同長(zhǎng)度時(shí)段洪量的調(diào)蓄能力基本相當(dāng)，平均值為16%，對(duì)湄公河60 d洪量的調(diào)蓄能力平均為14%，對(duì)湄公河120 d洪量的調(diào)蓄能力平均為12%。

表3 洞里薩湖對(duì)湄公河洪水的調(diào)蓄作用統(tǒng)計(jì)

洞里薩湖對(duì)湄公河洪水的調(diào)蓄形式主要為倒灌，主要發(fā)生在6～9月，各月的多年平均調(diào)蓄能力分別為12%，15%，18%，10%，汛期倒灌總量占湄公河干流同期來水的10%～18%，平均值約14%，見表4。

表4 倒灌期內(nèi)洞里薩湖對(duì)湄公河洪水的調(diào)蓄作用統(tǒng)計(jì)

湄公河倒灌洞里薩湖峰值期間，洞里薩湖可削減湄公河干流磅湛站同期流量18%～23%，多年平均削減率為20%；湄公河干流出現(xiàn)洪峰期間，洞里薩湖可削減湄公河干流磅湛站洪峰7%～22%，多年平均削減率為16%，見表5。

表5 洞里薩湖削減湄公河干流洪峰比例統(tǒng)計(jì)

5 結(jié) 論

(1) 湄公河干流洪水平均每年倒灌洞里薩湖122 d，受長(zhǎng)歷時(shí)倒灌影響，洞里薩湖在雨季可調(diào)蓄本流域和湄公河干流大量洪水，多年平均調(diào)洪總量為579億m3，大大減輕湄公河金邊以下河段的洪水威脅。洞里薩湖多年平均調(diào)蓄本流域洪水227億m3，調(diào)蓄能力為95%，其中7月和8月調(diào)蓄能力均達(dá)到100%；通過倒灌入湖，洞里薩湖多年平均削減湄公河洪峰7 113 m3/s，削峰率達(dá)16%，多年平均調(diào)蓄湄公河水量390億m3，調(diào)蓄能力為14%，其中以8月調(diào)蓄水量最大，達(dá)163億m3，占湄公河同期來水的18%。

(2) 湄公河三角洲與洞里薩湖區(qū)防洪能力低，汛期漫灘量較大，漫灘范圍涉及到柬埔寨和越南，受水文和地形資料限制，本次暫未計(jì)算洪水漫灘對(duì)洞里薩湖調(diào)蓄能力的影響。下一步研究建議補(bǔ)充收集相關(guān)資料，條件成熟時(shí)開展相關(guān)觀測(cè)工作，并在此基礎(chǔ)上建立河湖耦合水動(dòng)力學(xué)數(shù)學(xué)模型，全面深入研究洞里薩湖調(diào)蓄形式及對(duì)湄公河與洞里薩湖水文情勢(shì)的作用機(jī)制。

(3) 洞里薩湖現(xiàn)狀開發(fā)率較低，基本處于天然狀態(tài)，今后如對(duì)洞里薩湖進(jìn)行防洪治理，在保障柬埔寨國(guó)家防洪安全的同時(shí)，會(huì)在一定程度上對(duì)下游越南湄公河三角洲的防洪安全造成影響，即洞里薩湖的調(diào)蓄性能直接決定了湄公河三角洲與洞里薩湖區(qū)的防洪格局。因此，建議從流域整體防洪安全角度出發(fā)，協(xié)同考慮洞里薩湖旱季補(bǔ)水作用，研究洞里薩湖的開發(fā)治理方案。