湄公河-洞里萨湖河湖关系与水文情势驱动响应研究——关键科学问题与技术实现路径

李 昌 文，黄 艳

(1.三峡大学 水利与环境学院，湖北 宜昌 443000； 2.长江勘测规划设计研究有限责任公司，湖北 武汉 430010； 3.水利部长江勘测技术研究所，湖北 武汉 430011； 4.水利部长江水利委员会，湖北 武汉 430010)

0 引 言

澜沧江-湄公河是东南亚一条重要的跨国界水系(见图1)，被称为“东方的多瑙河”。流经中国、缅甸、老挝、泰国、柬埔寨和越南6国，在中国境内称为澜沧江，出境后称为湄公河，干流总长4 880.00 km，是亚洲第三、世界第六长河，流域面积81.24万km2，是世界第十四大河；多年平均年径流量4 750亿m3，流域面积与黄河相当，而水量约为黄河的10倍，以其优越的自然条件哺育滋养着沿岸6国人民，是沿岸国家的重要经济纽带和资源命脉。澜沧江-湄公河是世界著名的雨洪河流，洪水峰高量大，上丁站一次洪水历时平均约90 d，最大90 d洪量为3 601亿m3，单位面积(1 km2)实测最大洪峰流量为0.123 m3/s，接近全球雨洪河流极值[1]，以其严重和频繁的洪水灾害影响着流域各国的社会经济发展[2]。

本次选取湄公河流域国家关切度最大、全球江湖关系代表性强的湄公河三角洲和洞里萨湖区(位置关系见图2)为研究对象，研究区域面积16.12万km2。湄公河三角洲面积7.52万km2，干流长527.80 km，分别占全流域的9.3%和10.8%，为东南亚最大的平原，是柬埔寨和越南的经济及粮食安全战略核心区。柬埔寨湄公河三角洲面积、人口、GDP分别占柬埔寨全国的19%，43%和50%，越南湄公河三角洲面积、稻谷、鱼类、水果产量分别约占越南全国的12%，50%，33%和33%。洞里萨湖在柬埔寨首都金边通过洞里萨河汇入湄公河，流域面积8.60万km2，占全流域的10.5%，是东南亚最大的淡水湖泊，最大面积(15 261 km2)和容积(787亿m3)分别约为鄱阳湖的4倍和3倍，流域面积、人口、GDP分别占柬埔寨全国的45%，50%和44%，不仅是湄公河最重要的洪水、泥沙调蓄场所和生态缓冲区，还是柬埔寨“四角战略”和“东南亚粮仓”等国家战略的重要依托，被称为“柬埔寨的心脏”和“生命之湖”，对湄公河发挥着巨大的蓄丰补枯功能，对国际生物多样性保护和三角洲生态安全维系具有极其重要的意义。

独特的水文气候及地理位置决定了湄公河与洞里萨湖特殊的水量交换格局，奠定了洞里萨湖在湄公河流域乃至世界上湿地生态系统中的重要地位。洞里萨湖是全球重要的吞吐型、季节性大型湿地，如同湄公河的“肾”与其连为一体，相互依托、相互作用和相互影响，构成了世界上最为著名且复杂的河湖关系。湄公河治理的难点之一就在于如何处理好湄公河与洞里萨湖关系。正因为如此，湄公河与洞里萨湖的河湖关系一直是国际社会关注的热点问题，但由于相关研究成果严重不足，致使其重要水文过程机理仍不明晰，主要有如下表现。

(1) 湄公河与洞里萨湖降雨径流年内分配极为不均，全年90%的降水和84%的径流集中在雨季，加之柬埔寨湄公河三角洲和洞里萨河河道槽蓄能力不够，沿程多数河段防洪能力低于5 a一遇，造成洪灾问题突出，湄公河与洞里萨河季节性的河漫滩运动巨大，其中磅湛至金边段漫滩现象最为严重，多年平均漫滩水量达到312亿m3[2]，现有手段难以有效模拟洪水漫滩的时空量变化规律，影响湄公河与洞里萨湖河湖关系边界条件的辨识。补齐这一研究短板，亦可为下一步科学处理河湖蓄泄关系与左右岸防洪关系奠定基础。

(2) 湄公河三角洲为感潮河段，洪水与天文大潮的遭遇机率较大，在径流和河床边界条件阻滞下，涨、落潮历时不对称，各入海汊道雨旱季与丰枯水年的潮差及分流比不一，潮流上溯过程中潮波变形明显，现有研究尚未界定湄公河的潮流界与潮区界，河口潮汐对河湖汇流段水位的影响大小还有待定量揭示。

(3) 湄公河三角洲和洞里萨湖区地形平缓，河道平均比降分别为0.020 0‰～0.040 0‰和0.002 4‰～0.098 8‰[3]。独特的地形造成洪泛区水位-面积-容积关系过渡平缓，受河槽、洪泛平原、湖泊蓄洪补枯影响，湄公河和洞里萨湖水位洪枯差异较小、涨落缓慢，导致水动力条件复杂，河湖相互顶托作用强大，顶托机理尚不明晰。湄公河与洞里萨湖洪水遭遇组合复杂，但洞里萨湖区的支流众多，部分支流无控制水文站，有控制水文站的资料系列也较多缺测、系列长短不一，现有资料条件难以深入研究河湖洪水遭遇规律，影响河湖关系驱动条件的识别。

(4) 受控于湖区地形、湖区支流及湄公河来流与水位丰枯的不同遭遇影响，洞里萨湖洪、枯水期的水位、面积、容积相差较大，实测最高水位10.54 m，最低水位1.11 m，相应最大湖泊面积和容积分别是最小值的7倍和101倍，5月面积最小，平均为2 487 km2，10月面积最大，平均为12 768 km2，多年平均面积变幅10 628 km2[4]，这与鄱阳湖面积极值比达129、容积极值比达482的特点差异显著。在此自然景观特点下，洞里萨湖的河、湖相特征是怎样的，它与鄱阳湖类似的“高水是湖、低水似河”的特征有何差异，以及河湖相的转换规律等，尚待揭示。

(5) 湄公河与洞里萨湖之间存在着巨大的水沙互动、反馈和顶托效应，水量交换强度大。雨季湄公河涨水长历时倒灌洞里萨湖，年均倒灌历时122 d，是中国长江倒灌鄱阳湖历时的8倍；年均倒灌水量达377亿m3，是长江倒灌鄱阳湖水量的13倍，占湄公河干流同期来水的14.4%；倒灌洪峰8 402 m3/s，占干流同期来水的20%，大大减轻了湄公河的洪水威胁，但却造成湖区洪灾频繁[3，5]。旱季湖水注入湄公河，年均补水历时244 d，补水水量711亿m3，是湄公河倒灌入湖水量的1.96倍，占湄公河下游同期来水的29.9%[3]，保证三角洲供水、灌溉、航运、生态等维持一定的水量与水位。湄公河与洞里萨湖河湖水通量交互方式多样，包括倒灌(河灌湖)、补水(湖补河)、漫滩(河湖漫滩相互补给)、顶托(湄公河干流来流与洞里萨湖出流相互顶托)等类型，河湖水量交换水文-水动力条件极其复杂，不仅与湄公河和洞里萨湖的径流丰枯差异有关，直接反映了受到洞里萨河水位(对应过水断面面积，不同水位下差异极大，集中反映了洞里萨河枯季归槽、洪季漫滩这一季节性变化特性，表征动能)及河湖水位差(反映洞里萨湖出口段的水流阻力，表征势能)的影响，还受到洞里萨湖及湄公河三角洲洪泛平原调蓄、潮汐顶托、风浪等因素的影响，在洞里萨湖水位高于湄公河水位时会发生少量倒灌现象。在湄公河水位高于洞里萨湖水位时亦发生少量补水现象。基于实测资料和水文学统计方法难以单独精准剥离各指标对河湖水量交换及湄公河与洞里萨湖水文情势的影响大小及其作用机理，有待借助于水动力学模型深入研究河湖关系的水文-水动力学条件及其内涵。当前，湄公河与洞里萨湖河湖水量交换关系与水文情势驱动机理和响应关系方面的研究还不够，尚不能满足流域水库群联合应急调度及湄公河三角洲和洞里萨湖区水文预报、综合治理的需要，亟需就相关的关键科学问题开展系统研究并取得突破。

因此，拟基于现场调研、水文统计、遥感反演等手段，开展河湖水文情势及水量交换关系特征诊断研究，以探寻河湖水情驱动机理的关键制约问题；构建湄公河与洞里萨湖水文-水动力耦合模型，来定量揭示河湖水情-水动力条件-河湖水通量交互-洞里萨湖水文节律的驱动响应机理；构建河湖水量交换关系与洞里萨湖水文情势全过程变化量的关系图谱，有助于丰富江湖关系科学内涵，为长江与鄱阳湖等国际上其他同类江湖关系研究提供有益借鉴。开展上述研究可为指导柬埔寨水旱灾害问题应对、确保河湖健康安澜奠定支撑基础，具有重要的理论意义和工程应用价值。

图2 湄公河与洞里萨湖位置关系Fig.2 Location relationship between the Mekong River and Tonle Sap Lake

1 湄公河-洞里萨湖河湖关系与水文情势驱动响应机理研究现状及发展动态

根据拟研究内容，从湄公河与洞里萨湖水文情势、河湖水量交换关系、水文水动力学模型及水情驱动响应机制等3个方面论述国内外研究现状，分述如下。

1.1 河湖水文情势变化规律

湄公河与洞里萨湖水文情势是河湖关系的直接表征，研究其特征是认识河湖水量交换规律的基础。随着经济全球化进程的推进，水电开发已成为澜沧江-湄公河流域一种客观发展趋势，是沿岸国家推动经济发展的重要手段[6]。在澜沧江干流、湄公河干流、湄公河支流上分别已建水库6，2座和54座，2040年前湄公河支流还将新建水库83座[7]。这些水库在发挥巨大综合效益的同时，又强力驱动着湄公河与洞里萨湖水情的变化，对水利工程影响下的河湖水情变化的识别与分析，是目前研究的热点。目前，国内外对河湖水情的研究多为利用河湖控制站的水情观测资料，借助于数理统计、时间序列等分析方法来分析水情变化的周期特性、年内年际变化特性。

针对湄公河干流的水情变化，不少科学工作者做过有益的探讨，主要包括径流变化特性[8]、洪水特征[9]、水沙变化特性[10]等。其中，气候变化和人类活动对于湄公河干流水情的影响研究较多。随着海平面上升，咸潮入侵和土壤盐碱化问题日渐突出，近年来越南湄公河三角洲咸水上溯范围异常扩张，影响供水与灌溉，受厄尔尼诺现象的影响，2016年枯季湄公河三角洲地区遭受了近百年来最严重的旱情[11]。为此，李妍清等[12]分析了澜沧江梯级水库对湄公河应急补水的效果。Park等[13]通过分析越南湄公河三角洲洪水频率的时空趋势，同时考虑到堤坝建设的影响，提出了2000年以后洪水淹没持续时间明显减少、洪灾频率大大降低与河床采砂造成的河床降低及过去几十年来堤防建设密切相关。Hackney等[14]研究表明，湄公河过度采砂已造成河床水位大幅降低，引起河岸不稳。Alberto[15]研究表明，湄公河三角洲正在下沉和收缩，土壤和含水层盐碱化加剧，沿海红树林带退化，生态系统普遍退化，原因是地下水过度开采、上游水库拦沙、大量采砂、基础设施扩张及海平面上升。Lacombe等[16]以湄公河支流南乌河为例进行研究，并指出水电开发可增加湄公河旱季流量5%～15%，有利于下游灌溉，但在特枯年份水库无法蓄水，随着用水需求增加湄公河流量将大幅减少。Rubin等基于湄公河干流和三角洲地貌评估和水库拦沙模型进行研究，预测表明澜沧江-湄公河流域的140座水库全部建成后，可拦截96%的沙量，将对湄公河三角洲水流泥沙产生深远影响[17-18]。Dang等[19]研究表明湄公河流域135个水库的建设对湄公河洪泛平原的自然水文状况影响较大，主要表现为增加了三角洲的水位变化速度，其中柬埔寨洪泛平原可缓解其对越南湄公河三角洲的影响。越南自然资源与环境部委托丹麦水利研究所、美国HDR公司评估了湄公河干流上规划的11座水电站开发对柬埔寨和越南水流情势、泥沙的影响[20]。联合国教科文组织出资、斯德哥尔摩环境研究所开展了湄公河流域泥沙现状及趋势分析研究，并建模评估了干流水电开发对泥沙的影响[21]。

洞里萨湖是湄公河三角洲重要的吞吐型湖泊，湖泊水位变动不仅受气候因素等自然条件的影响，同时受到湄公河和湖区支流来水等重要影响。目前，对于洞里萨湖水情的研究主要集中在湖区支流径流量变化[22]、出湖水量变化[23]、水量平衡分析[24]及水位变化[25]等。特别是近年来气候变化[26-27]及水利工程[28]等人类活动影响加剧，洞里萨湖水位和水量变化呈现出新的变化特征和趋势。洞里萨湖正遭受过度捕捞、水坝和生境破碎化的威胁，其中，湄公河流域正在激增的水电建设扰乱了洞里萨湖自然的季节性河流脉动[29]。Cochrane等[30]研究了水利设施建设对洞里萨湖水位的影响；Yu等[31]揭示了流域开发对洞里萨湖洪泛面积的影响程度；Kim等[26]应用遥感技术揭示了柬埔寨的水位变化、降水变化模式和森林砍伐之间的关系，并使用蒙特卡洛模拟方法确定了降水和森林砍伐的趋势，分析了它们对未来洪水风险的影响。

总体来看，在河湖水文情势变化规律方面，以往以河或者湖单一对象的分析较多，而对河湖叠加效应的研究较少，已有成果尚未解决湄公河与洞里萨湖水位涨落互馈关系、湄公河洪季漫滩与枯季归槽规律、洞里萨湖洲滩高水漫溢与低水出露规律、潮汐对河湖关系影响程度、河湖来水地区组成以及丰枯遭遇规律等对河湖水量交换关系影响较大的水文过程的认知问题。

1.2 河湖耦合水文水动力学模型

国内外学者试图通过建立水文、水动力学数学模型，实现复杂河网系统的数值模拟，但有关河湖关系的水文水动力学模型研究不多。Tang[32]、Mohammed[33]、Piman[34]等基于SWAT模型构建了湄公河流域或区域分布式水文学模型；Trieu[35]基于MIKE 11构建了越南湄公河三角洲一维水动力学模型；Trinh等[36]基于MIKE 21构建了越南湄公河三角洲区域二维水动力学模型；Wu等[37]建立了洞里萨湖分布式水文模型；丹麦水利研究所基于MIKE 21构建了洞里萨湖二维水力学模型[19]。国内主要针对长江与洞庭湖、鄱阳湖江湖关系开展了有关水文水动力学模型研究。徐卫红[38]研究了复杂防洪系统数值模拟的理论方法和模型构建，首次实现了洞庭湖区复杂防洪系统的联合调洪模拟；周柏林等[39]在长江中下游水沙整体宏观数学模型的基础上，建立了七里山水域二维水沙局部细致模拟数值模型；张南[40]对水动力数值模拟过程中所涉及的建模方法、数值模拟方法、流场可视化等问题进行了详细剖析，提出并实现了全面的水动力数值模拟解决方案。综上，已有研究以河或者湖单一对象的建模较多，尚未实现河湖耦合联算，不符合湄公河三角洲与洞里萨湖区大型连通水网复杂水力交互规律，水文数据不够、精度不高、水文预报难度大等基础问题亦未通过模型得以解决，还需要深入开展河湖耦合的水文水动力模型研究，对河湖关系变化规律进行精细化模拟。

1.3 河湖水量交换关系及水情驱动机制

针对湄公河三角洲和洞里萨湖区的治理，首先要理清湄公河与洞里萨湖水量交换关系演变的规律与趋势。长期演变形成的水量交换关系错综复杂，水通量交互特征主要表现为湄公河洪水倒灌及漫滩进入洞里萨湖、洞里萨湖汛后通过洞里萨河及洪泛区向湄公河补水、湄公河来流与洞里萨湖出流相互顶托等。Mak等[41]统计了湄公河倒灌入湖水量；Qu等[42]分析了洞里萨湖的调洪作用；李昌文[3，43]、Xu[44]等基于实测资料和水文统计法揭示了河灌湖、湖补河的时间及量级变化特征及基本规律，初步分析了湄公河下泄水量与洞里萨湖出流的相互顶托作用及影响程度，研究了洞里萨湖对本流域和湄公河干流洪水的调蓄作用；Pokhrel等[45]认为：虽然目前尚未发现大坝对湄公河下游洪水脉冲的潜在影响，但基于水动力学模型可以预测湄公河干流径流调节对下游河漫滩动力学的影响，以及对洞里萨湖洪水脉冲的破坏，如果湄公河洪水脉冲衰减50%并延迟一个月，则湄公河将可能不会倒灌洞里萨湖。目前，国内外对湄公河与洞里萨湖的河湖关系研究仍十分稀缺，已有研究多从实测资料进行统计，未深入认识洞里萨湖河湖相关特征，亦未从水动力条件揭示河湖水情的时空量互动与反馈规律，洞里萨湖的调蓄作用缺乏长系列分析及漫滩交互量。

在认识和分析河湖水情变化规律的基础上，识别河湖水情的影响因子，便于揭示河湖相互作用的驱动机制。近年来，受气候变化和人类活动共同影响的水循环系统演变机制研究受到国内外普遍关注，特别是澜沧江梯级水库运行后，对河湖中下游地区尤其是洞里萨湖带来什么样的影响，是目前研究的热点。自然状态下，河湖形态及水沙交换是一个动态季节性的变化过程[46]。河湖水量交换受河湖水情及水动力条件的驱动作用，洞里萨湖水文节律受河湖交换量的影响。Matti[47]通过建立概念性简化模型，初步分析了湄公河流量变化对洞里萨湖洪水脉冲及初级生产力的影响。河湖水情的变化是自然与人类活动共同作用的结果，近几十年来人类活动的影响越发凸显。随着上游及支流大型水利工程的运转，梯级水库汛末蓄水改变了湄公河来水量，减缓了湄公河对洞里萨湖的顶托效应，改变了原有的河湖水力联系，河湖关系发生了调整变化，进而影响洞里萨湖的水文情势。鉴于湄公河流域水利基础设施建设的加速发展和气候的异常变化，洞里萨湖洪水脉动正在发生重大变化。Arias等[48]通过建立历史洪水淹没图和土地覆盖面积之间的关系，评估了未来几十年栖息地面积的潜在变化；Chang等[49]利用卫星遥感数据提取洞里萨湖洪水淹没范围，基于历史淹没程度预测了未来逐日淹没范围；Smith等[50]研究表明，水位和面积是表征湖泊受气候变化与人类活动影响程度的重要指示器；Teng[51]揭示了洞里萨湖水位波动与面积及生境变化关系；Jantunen[52]构建了洞里萨湖的水位-面积曲线；Tangdamrongsub等[53]揭示了洞里萨湖面积年内变化规律；李昌文等[54-55]精细构建了基于0.1 m梯度的洞里萨湖水位-面积(容积)关系曲线。综上，经过长期的基础研究，在湄公河与洞里萨湖河湖关系领域取得了可喜的进展。但由于河湖水量交换关系是一个复合现象，相互作用复杂，在其演变驱动机制方面，已有研究仅分析了河湖水量关系变化的部分影响因素，尚未定量揭示出河湖水量交换格局与河湖水文情势的驱动响应关系，以及水动力条件改变对河湖水量交换的作用机制，亦未量化河湖关系内涵变化量与水文情势全过程变化量的关系。

综上所述，目前对湄公河与洞里萨湖水量交换关系与水文情势驱动响应关系定量图谱的研究还存在很大发展空间。因此，基于水文统计、遥感与GIS技术、河湖水文-水动力学耦合模型等手段，深入研究河湖互馈全过程，揭示河湖关系机理及驱动响应关系，创建河湖水量交换关系内涵变化量与水文情势响应的定量图谱，具有重要的科学理论意义和实践应用价值。

2 湄公河-洞里萨湖河湖关系与水文情势驱动响应机理亟待解决的关键科学问题

2.1 湄公河与洞里萨湖复杂河网与水文节律下的水文-水动力耦合模型

(1) 洞里萨湖入湖支流水文站点缺乏，已有站点水文资料系列短、不连续、同步性差，水文比拟法等传统水文学方法无法精细考虑湖区洪水顶托、下渗及空间变异等问题，难以合理分析洞里萨湖流域的来水大小及径流地区组成规律。

(2) 长达140 km的洞里萨湖仅有1处水位站，尾闾河道则无测站控制，无法理清洞里萨湖区水面比降的季节性变化规律；受洪泛森林遮挡等影响，遥感影像和实测地形难以精准模拟洞里萨湖面积、容积、流速等的季节性动态变化规律。在这种条件下，无法理清洞里萨湖的河湖相特征及转换规律。

(3) 湄公河三角洲与洞里萨湖区极易发生漫滩，且彼此交互(部分洪水直接漫滩入湖或出湖)，漫滩的历时长、范围广，在雨季6～10月和桔井至柬越边境段均会发生不同程度的漫滩；而水文测验断面不能控制上游所有来水，使得漫滩时空变化量难以准确模拟，制约河湖水量交换关系的合理分析。

(4) 三角洲和湖区洲滩密布、支流众多、水面宽阔、水量交互易受风浪影响、建模难度大，金边以下呈分汊型式、径流过程集成度高、水流复杂，金边以上洪枯极值大、河湖来流相互遭遇，水文学法无法深入分析这种复合现象。

(5) 目前柬埔寨水文预报技术落后，缺乏水文、水动力学模型，预报成果主要根据上、下游水位相关关系得出，尚未考虑河湖关系、左右岸洪水关系、下游潮汐顶托以及支流入汇的影响，预报精度差，无法有效模拟与预测水文情势，成为防洪抗旱、水生态环境保护、流域综合管理等的制约瓶颈。

综上，湄公河与洞里萨湖复杂河网水文-水动力耦合模型的构建，是湄公河-洞里萨湖河湖关系与水文情势驱动响应机理研究亟待解决的一个关键科学问题，其研发可有效解决上述问题。

2.2 湄公河和洞里萨湖水量交换关系与水文情势驱动机理和响应关系

湄公河三角洲和洞里萨湖区地形平缓、河道与水面比降小、水位涨落缓慢、河湖丰枯遭遇组合多样，且受洪泛区调蓄、河口潮位顶托、风浪等影响，造成水动力条件极其复杂，湄公河与洞里萨湖之间存在着巨大的水沙互动、反馈和顶托效应，并呈现出汛期倒灌、漫滩、汛后补水、全年相互顶托、洞里萨湖蓄洪补枯等的多重组合方式，关于河湖水量交换关系的驱动机理尚不明晰。因此，亟待揭示河湖水量交换关系的特性与变化过程，理清不同时期的河湖关系格局，深刻揭示洞里萨湖与湄公河倒灌、补水、漫滩、顶托、调蓄关系演变的水文水动力学驱动机制，阐明水量交换关系与洞里萨湖水情的响应规律，量化河湖水情-水动力条件-河湖水通量交换-洞里萨湖区不同区域全过程水文节律的驱动响应耦合协变关系。

3 湄公河-洞里萨湖河湖关系与水文情势驱动响应机理研究的突破方向与实现途径

为了解决洞里萨湖流域有测站支流水文资料插补延长和无资料地区径流推求的问题，以及河湖水情遭遇、倒灌、补水、漫滩、顶托、调蓄等全过程多维度互馈规律的认知问题，亟待构建湄公河与洞里萨湖水文-水动力耦合模型。在此基础上，才能理清河湖水量交换关系的格局，阐明河湖水量交换关系演变过程和驱动机制，揭示河湖水量交换关系与河湖水情的响应规律，奠定河湖关系的理论基础。创建河湖水通量变化与水文情势全过程变化量的定量关系图谱，可为澜湄流域6国共商、共建、共享澜沧江-湄公河水文-水动力模型提供技术支撑，指导湄公河和洞里萨湖的水文预报和综合治理。

为了解决上述瓶颈问题，结合湄公河三角洲与洞里萨湖区的实际情况，宜采取实地调研、资料查阅、理论公式推导、精细化数值模拟、水文水动力耦合、RS+GIS多尺度时空分析、数理统计、数据挖掘等相结合的研究方法，通过水文学、地貌学、河流动力学、应用数学和地理科学等多学科综合交叉与融合，开展湄公河与洞里萨湖水量交换关系与水文情势驱动响应关系定量图谱研究。

3.1 技术路线

利用长系列水文观测和遥感影像资料，采用多尺度时空分析技术，开展湄公河干流与洞里萨湖水文情势及水量交换特征诊断研究，识别河湖水情的时空变化特征、组合叠加效应特征及现有资料与技术的瓶颈问题。针对诊断问题，构建面向河湖水量交换关系演化及驱动响应的洞里萨湖流域分布式水文模型、湄公河与洞里萨湖耦合的雨季二维、旱季一二维水动力学数学模型，实现河湖水情特征的精细模拟。以此为基础，采用实测资料演化、河流动力学理论推导和数理统计相结合的技术手段，探究湄公河与洞里萨湖河湖水量关系演变的基本规律，建立河湖水情变化-水动力条件变化-河湖交换流量过程变化-洞里萨湖关键节点水文节律变化-洞里萨湖湿地景观变化的相关关系，定量揭示河湖水文情势变化与河湖水量交换关系的驱动机制及响应机理，创建河湖水量交换关系内涵变化量与洞里萨湖水文情势全过程变化量之间的关系图谱。拟通过如图3所示技术路线进行系统、深入的研究。

3.2 关键技术

3.2.1湄公河与洞里萨湖水文情势特征及河湖水情叠加效应特征诊断研究

利用河湖控制站长历时水文资料，结合遥感影像，从湄公河与洞里萨湖水文情势及河湖水情叠加效应两个方面开展时空变化特征诊断，技术路线如图4所示。

(1) 开展湄公河与洞里萨湖水文情势特征诊断分析。重点攻破洞里萨湖出入湖径流推算、地表-地下相互补给过程模拟、河湖水情特征诊断、河湖洪枯水形态诊断技术，解决洞里萨湖流域资料稀缺、湄公河干流测站无法监测漫滩量等数据问题，以及水文、遥感技术无法精准剖析河湖水情时空变化多过程的联系与反馈机制等关键科学问题，探讨湄公河干流与洞里萨湖水情长历时变化的趋势性、突变性和周期性特征，界定湄公河口的潮流界与潮区界，揭示河口潮汐、上游径流、区域风浪对河湖交汇段水位的影响机理，定量解决湄公河三角洲洪水漫滩、枯季归槽以及洞里萨湖区湖滩汛期淹没、枯季显露的时空分布规律认知问题，揭示洞里萨湖不同时段的河相、湖相特性及相互转换关系。

(2) 开展湄公河与洞里萨湖水情叠加效应时空变化特征诊断分析。通过概念定义、量化特征及相关分析等手段，从定性和定量角度，明晰洞里萨湖入湖、出湖与湄公河不同量级洪水的峰、量、过程遭遇特点，表征湄公河干流与洞里萨湖不同时间尺度下的相互顶托强度指数、河灌湖强度指数、河湖水量交换系数，阐明洪水遭遇组合变化、湄公河顶托、湖区调蓄能力变化、水量交换等河湖水情叠加效应的基本特征。

图3 研究总体技术路线Fig.3 Research overall technology roadmap

图4 河湖水文情势及水情叠加效应时空变化特征诊断技术路线Fig.4 Technical route for diagnosing the spatial-temporal changing characteristics of river-lake hydrological regime and its superimposed effects

3.2.2湄公河与洞里萨湖复杂河网水文-水动力耦合模型研究

图5 湄公河三角洲和洞里萨湖区水文站网及河道地形分布Fig.5 Hydrological station network and river topographic distribution in the Mekong Delta and Tonle Sap Lake area

以湄公河与洞里萨湖系统水文-水动力联系为主线，将河湖系统在空间上划分为3个单位(见图5)，即洞里萨湖支流流域、洞里萨湖水体(含洪泛区)以及湄公河水体(汛期含左右岸洪泛平原)，构建空间结构完整的河湖系统水文水动力联合模型。重点突破复杂水网巨大河湖水动力交互建模技术瓶颈，研发面向河湖关系演变的洞里萨湖流域分布式水文模型、湄公河与洞里萨湖耦合的雨季二维、旱季一二维水动力学数学模型，并实现分布式水文模型与水动力学模型的联合演算，解决资料不足、精度不高、方法缺失、机理不清等难题。由于湄公河三角洲洪泛平原面积庞大，重点研究越南和柬埔寨水文地形资料协同分析、模型边界处理、河网概化、一二维模型耦合等问题。

3.2.3湄公河和洞里萨湖水量交互关系驱动机制与河湖水情响应关系图谱的构建

基于湄公河与洞里萨湖耦合水文-水动力学模型，开展湄公河与洞里萨湖水情叠加效应时空变化特征订正、河湖水量交换关系演变的驱动机制及其响应规律研究、河湖水量交换关系与水文情势响应关系定量图谱构建，揭示研究湄公河与洞里萨湖水量交互关系驱动机制，其技术路线如图6所示。

图6 河湖水量交互关系驱动机制与河湖水情响应关系图谱构建技术路线Fig.6 The technical route for constructing the relationship map between the driving mechanism of the interaction between the water volume of the river and the lake and the water regime response

(1) 订正湄公河与洞里萨湖水情叠加效应时空变化特征。基于湄公河与洞里萨湖耦合水文-水动力学模型，精细揭示三角洲河网、沿岸洪泛平原对湄公河洪水的调蓄作用，定量修正洞里萨湖入湖洪水的地区组成和遭遇特征、湄公河与洞里萨湖洪水遭遇特征、湄公河左右岸漫滩洪水关系；根据不同径流与潮汐组合下沿程潮位的模拟结果，复核潮流界与潮区界的界定范围；构建湖盆数字高程模型与不同水位下的湖面形态图，构建洞里萨湖水位-面积-动库容关系，分析洞里萨湖水面面积、容积、水面坡降、流速场、洲滩出露等随河湖水情的演变特征并建立相关关系，校正河湖相转换的临界条件；定量模拟河湖互动与反馈(倒灌、补水、漫滩、顶托)的水通量时间、历时、程度与影响范围，分析洞里萨湖吞吐湄公河的时空量变化特征和河湖交互水域水位变化规律，量化河湖关系内涵变化阈值；订正洞里萨湖蓄洪补枯作用及对河湖水位的变化影响。

(2) 精细揭示湄公河与洞里萨湖水情演变与互馈规律。揭示湄公河洪水漫滩规律、潮流界与潮区界对河湖交汇的影响机制、洞里萨湖径流及洪水地区组成规律、洞里萨湖河湖相转换规律，定量解决河湖水情丰枯遭遇、倒灌、补水、漫滩、顶托等互馈规律的认知问题，进而理清河湖水量交换的时空格局。辨识河湖水量交换关系的主要影响因素和发生条件，建立河湖水位涨落、河湖径流丰枯遭遇组合、河口潮位顶托、风浪等引起的水文-水动力过程变化与河湖水量交换关系内涵量的对应关系，评估湄公河干流及本流域不同入流对河湖相互作用的影响，明晰水动力过程对河湖水量交换关系内涵影响量。基于模型演算成果，量化河湖水情组合变化对洞里萨湖水位变幅及调洪补枯的影响程度，为水文预报和区域综合治理提供理论依据。

(3) 定量创建河湖水通量变化与水文情势全过程驱动响应关系的知识图谱。分别以河口潮位顶托变化、洞里萨湖本流域入湖流量变化、湄公河来流变化、湄公河与洞里萨湖峰现时间变化(河湖洪水出现时间推迟或提前)等为自变量，分河湖来水丰、平、枯水年遭遇组合序列，模拟演算出入湖流量及洞里萨湖区不同区域关键节点水文节律随河湖水情变化的相关关系，构建了河湖水情变化-水动力条件变化-河湖交换流量过程变化-洞里萨湖水文节律变化的量化关系；同时，比较了湄公河干流涨/退水期湖区水文情势的特征差异，解析了河湖水文情势演变与河湖水通量响应的耦合作用机理，揭示了河湖水量交换关系变化驱动的洞里萨湖洪枯水文过程变化规律，并探求了河湖水文节律通量的响应规律及其与河湖水量交换关系的互馈协变关系。在此基础上，基于数据挖掘技术，创建了对工程实践指导作用极大的河湖关系内涵变化量与水文情势全过程变化量之间的神经网络定量知识图谱。

4 结 论

本书对湄公河-洞里萨湖河湖关系与水文情势驱动响应机理进行了综合分析，并研究了其关键科学问题与技术实现路径。结果表明：① 湄公河-洞里萨湖河湖关系与水文情势驱动响应机理研究取得了可喜进展，但仍缺乏河湖叠加效应耦合互馈机制的研究，因而难以解决湄公河与洞里萨湖水位涨落互馈关系、湄公河洪季漫滩与枯季归槽规律、洞里萨湖洲滩高水漫溢与低水出露规律、潮汐对河湖关系影响程度、河湖来水地区组成及丰枯遭遇规律等对河湖水量交换关系影响较大的水文过程认知问题。② 目前仍缺乏具有普遍适用性的河湖水文-水动力学耦合模型，尚未实现湄公河三角洲与洞里萨湖区大型连通水网复杂水文水力过程物理机制上的紧密交互，影响到了模拟的精度和研究的适用性。③ 如何量化河湖水情-水动力条件-河湖水通量交换-洞里萨湖区不同区域全过程水文节律的驱动响应耦合协变关系，也是河湖治理亟须解决的关键科学问题。

为进一步推进湄公河-洞里萨湖河湖关系与水文情势驱动响应机理深入、系统的研究，基于目前已有成果和存在的问题，建议基于实测水文地形资料、全天候卫星遥感监测资料、多尺度GIS分析、分布式水文模型、水动力学模型等手段，研发湄公河与洞里萨湖复杂河网水文-水动力模型，实现河湖耦合丰枯联算，解决三角洲平原河网复杂水动力条件的建模问题。在此基础上，定量揭示河湖水量交互全过程与河湖水文情势全过程的关系。研究过程中既需强调降雨和河湖径流丰枯遭遇的作用，又要考虑河湖水位涨落、潮汐顶托、风浪等的影响，剖析径流、潮汐、风浪的组合效应；既要分析水文条件的作用机理，又需深入研究水动力学条件的作用机制；既要考虑传统上倒灌、补水的河湖交互规律，又得考虑漫滩、顶托、调蓄、遭遇等的河湖互馈机制，进而全面揭示湄公河与洞里萨湖河湖关系的内在机理，实现基于水文-水动力数值模拟的河湖水量交换关系与水文情势响应关系定量图谱的构建，解决湄公河三角洲与洞里萨湖区水文预报及综合治理的技术难题。