洞里萨湖洪水调蓄能力特征研究

李昌文，李 伟，高华斌，周 波

(1.水利与环境国家级实验教学示范中心，湖北 宜昌 443002； 2.三峡大学 水利与环境学院，湖北 宜昌 443002； 3.长江勘测规划设计研究有限责任公司，湖北 武汉 430010； 4.江西省鄱阳湖水利枢纽建设办公室，江西 南昌 330009)

0 引 言

澜沧江-湄公河流域面积81.24万km2，拥有东南亚最大的淡水湖泊——洞里萨湖，洞里萨湖流域面积8.6万km2，占澜沧江-湄公河流域面积的10.59%[1]。

湖泊调蓄在缓解流域洪涝方面发挥着重要作用[2-3]。洞里萨湖被称为湄公河的天然调蓄场所，在雨季可调蓄本流域和湄公河金边以上河段大量洪水，大幅减轻湄公河金边及以下河段的洪水威胁[4]。国内外众多学者对洞里萨湖的水文特征展开了探讨，但缺乏对洞里萨湖的调蓄能力的深入研究。湖泊的容积、面积和形态是决定其调蓄功能的基本条件[5]，李昌文等基于多源数据融合方法，首次构建了具有0.1 m梯度的洞里萨湖水位-面积(容积)关系，辨识了洞里萨湖面积、容积的演变规律及与水文节律的多维耦合关系，探明了洞里萨湖形态特征[6-7]；Chang等[8]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。河湖关系改变了湖泊的调蓄性能[9-10]，李昌文等首次阐明了湄公河与洞里萨湖的水量交换特征，厘清了河湖水量交换的时空格局，揭示了湄公河与洞里萨湖倒灌、补水、漫滩、顶托等互馈规律，首次明晰了河湖水量交换关系变化的关键影响因子、水文条件及物理作用机理，提出了基于洞里萨河水位与河湖水位差的河湖水量交换量计算方法[11-12]。徐长江、李妍清、张晶等构建了基于多源再分析降水信息的资料短缺地区径流模型，解决了资料短缺地区的河湖径流模拟难题，揭示了湄公河与洞里萨湖降雨、径流特征[13-15]。

为剖析洞里萨湖的调蓄洪水作用，本文提出了洞里萨湖洪水调蓄能力的概念和计算方法，并基于湖区资料条件，研究了洞里萨湖对本流域洪水以及对湄公河干流洪水的调蓄能力特征。

1 数据来源与研究方法

1.1 数据来源

湄公河干流磅湛站距离金边市洞里萨河口约103 km，基本控制了澜沧江-湄公河流域81%以上集水面积的来水，且至洞里萨湖出口之间无大的支流入汇，因此，本次采用磅湛站作为湄公河干流水文控制站。洞里萨河为洞里萨湖与湄公河之间的连接河道，波雷格丹站为洞里萨湖的出湖流量控制站，距洞里萨河河口约32 km。洞里萨湖区水位控制站为甘邦隆站，距离洞里萨河河口约172 km。考虑资料的一致性，本次采用磅湛站、波雷格丹站1999～2010年逐日流量资料，甘邦隆站1999～2010年逐日水位资料。

另外，采用VIC、Topmodel等模型对洞里萨湖流域径流系列进行了推求[14]；采用TIN和地形资料构建了洞里萨湖水位-容积关系[7]。

1.2 研究方法

1.2.1 洞里萨湖蓄洪形式

洞里萨湖是湄公河与本流域雨洪的天然调蓄场所，对湄公河干流洪水调蓄的主要形式为倒灌(湄公河通过洞里萨河向洞里萨湖倒灌)，其次为漫滩(湄公河洪水直接漫滩入洞里萨湖)；洞里萨湖对本流域洪水的调蓄形式为蓄洪削峰，受湄公河洪水长历时倒灌影响，主汛期洞里萨湖支流及湖区降雨产生的洪水基本上全部蓄积在湖区，汛末才逐渐排出。本次研究暂不考虑湄公河漫滩入湖水量、洞里萨湖漫滩出湖水量对洞里萨湖蓄洪总量的影响。

1.2.2 洞里萨湖调蓄能力表征

以洞里萨湖调蓄量占湄公河干流磅湛站和洞里萨湖本流域同期水量的百分比作为洞里萨湖对湄公河与本流域洪水的调蓄能力指标。

1.2.3 洞里萨湖蓄洪量计算方法

基于湄公河和洞里萨湖资料情况，本次采用水文-地形耦合与数理统计相结合的方法，定量揭示洞里萨湖洪水调蓄能力特征。

(1) 洞里萨湖蓄洪总量计算方法。根据甘邦隆站长系列逐日水位资料和洞里萨湖水位-容积关系曲线，计算得到洞里萨湖历年的最低水位及相应湖容、最高水位及相应湖容，当年最大湖容与最小湖容相减得到调蓄洪水总量，基于此分析洞里萨湖蓄洪总量的年际变化特征。

(2) 洞里萨湖对本流域蓄洪量及调蓄能力特征计算方法。洞里萨湖流域水文站较少，多数支流无水文站网或已建站点流量资料短缺、不连续性问题突出。基于此，构建了基于多源再分析降水信息的资料短缺地区径流模型[14]，推求得到洞里萨湖区1999～2010年共16 a的入湖流量资料系列。将洞里萨湖支流(含湖面降雨量)雨季入湖径流量扣除出湖径流量(基于洞里萨湖出湖控制站波雷格丹站实测流量资料计算)，得到汛期洞里萨湖对本流域的蓄洪量。以洞里萨湖对洞里萨湖本流域的调蓄量占本流域同期水量的百分比作为洞里萨湖对本流域洪水的调蓄能力。

(3) 洞里萨湖对湄公河蓄洪量及调蓄能力特征计算方法。根据洞里萨湖出湖流量控制站波雷格丹站长系列实测流量资料，统计分析湄公河洪水倒灌入洞里萨湖的发生时间和水量，据此分析洞里萨湖对湄公河洪水的调蓄能力特征。

2 洞里萨湖蓄洪总量

根据甘邦隆站1999～2010年逐日水位资料和洞里萨湖水位-面积(容积)关系曲线[1]，分析洞里萨湖历年的洪水调蓄量，见表1。可以看出，洞里萨湖最小蓄洪量为408亿m3(2010年)，最大蓄洪量为737亿m3(2000年)，多年平均蓄洪量为579亿m3。洞里萨湖5月开始涨水，至10月达到最高水位，故蓄洪时间为5～10月。

表1 洞里萨湖历年蓄洪总量统计

3 洞里萨湖对本流域洪水调蓄量及调蓄能力特征

3.1 典型年调洪作用

洞里萨湖支流控制站流量资料短缺，本次选择洞里萨湖流域洪水较大但湄公河干流洪水不大的1999年、洞里萨湖流域和湄公河来水均较大的2000年、洞里萨湖流域来水较小湄公河来水较大的2002年洪水资料，研究洞里萨湖对本流域洪水的调蓄作用。

3.1.1 1999年调洪作用

1999年，洞里萨湖区支流入湖洪水的合成洪水过程和波雷格丹站出湖流量过程见图1。可以看出，洞里萨湖支流合成最大日平均流量为4 933 m3/s(8月5日)，受湄公河干流洪水顶托影响，5月2～9日和5月15日至10月2日，湄公河向洞里萨湖发生了长达149 d的倒灌，洞里萨湖支流洪水全部拦于洞里萨湖中，调蓄本流域洪水总量224.6亿m3；4月30日至5月1日、5月10～14日、10月3～7日，支流来流量大于出湖流量，洞里萨湖削减支流洪峰流量2 425 m3/s，削峰比例为72%，调蓄本流域洪水总量7.2亿m3。1999年汛期，洞里萨湖共调蓄本流域洪水总量231.8亿m3，期间洞里萨湖流域来水242.2亿m3，因此洞里萨湖对本流域洪水的调蓄能力为96%。

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

3.1.2 2000年调洪作用

2000年，洞里萨湖区支流入湖洪水的合成洪水过程和波雷格丹站出湖流量过程见图2。可以看出，洞里萨湖支流合成最大日平均流量为5 829 m3/s(10月15日)。受湄公河干流洪水顶托影响，5月16日至9月20日，湄公河向洞里萨湖倒灌时间长达128 d，洞里萨湖支流洪水全部拦于洞里萨湖中，调蓄本流域洪水总量224.06亿m3；5月15日、9月21～23日，支流来流量大于出湖流量，洞里萨湖削减支流洪峰流量2 080 m3/s，削峰比例为72%，调蓄本流域洪水总量2.97亿m3。2000年汛期5月15日至9月23日，洞里萨湖共调蓄本流域洪水总量227.02亿m3，期间洞里萨湖流域来水231.83亿m3，因此洞里萨湖对本流域洪水的调蓄能力为98%。

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

3.1.3 2002年调洪作用

2002年，洞里萨湖区支流入湖洪水的合成洪水过程和波雷格丹站出湖流量过程见图3。可以看出，洞里萨湖支流合成最大日平均流量为3 397 m3/s(9月21日)，受湄公河干流洪水顶托影响，5月25日至9月23日，湄公河向洞里萨湖发生了长达122 d的倒灌，洞里萨湖支流洪水全部拦于洞里萨湖中，调蓄本流域洪水总量106.54亿m3；9月24～30日，支流来流量大于出湖流量，洞里萨湖削减支流洪峰流量2 459 m3/s，削峰比例为76%，调蓄本流域洪水总量11.21亿m3。2002年汛期5月25日至9月30日，洞里萨湖共调蓄本流域洪水总量117.75亿m3，期间洞里萨湖流域来水125.35亿m3，因此洞里萨湖对本流域洪水的调蓄能力为94%。

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

根据湄公河倒灌入洞里萨湖特点及典型年调蓄作用的分析，汛期受湄公河干流高洪水位顶托影响，洞里萨湖支流及湖区降雨产生的洪水基本上全部蓄积在湖区，对本流域的洪水具有较显著的调蓄作用，调蓄能力为94%～98%，有效减轻了金边及下游三角洲地区的防洪压力。

3.2 多年平均调蓄能力

考虑资料所限，本次仅计算了洞里萨湖区1999～2010年历年逐月月均入湖流量，该结果为月均尺度，与日均尺度的统计存在一定差异；再结合洞里萨湖出湖控制站波雷格丹站逐日流量资料，统计了洞里萨湖通过洞里萨河的汛期出湖水量，计算分析了洞里萨湖对本流域主汛期6～9月洪水的调蓄能力，见表2。可以看出，洞里萨湖对本流域洪水的调蓄量为110亿～313亿m3、平均值227亿m3，调蓄能力为83%～100%、平均值95%，调蓄能力最强的时间为7月和8月，均达到100%。

4 洞里萨湖对湄公河洪水调蓄量及调蓄能力特征

4.1 典型年调洪作用

选择湄公河向洞里萨湖倒灌最为显著的2002年，分析湄公河干流洪水过程和倒灌入湖洪水过程，研究洞里萨湖调蓄湄公河干流洪水作用。

2002年，湄公河倒灌入洞里萨湖发生于5月25日至9月23日，共计122 d，倒灌期间湄公河干流磅湛站和洞里萨河波雷格丹站的洪水过程见图4。2002年湄公河最大日均倒灌流量为9 211 m3/s，削减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为50 398 m3/s，同期倒灌流量为9 069 m3/s，削峰率为18.0%。汛期倒灌水量为494亿m3，占湄公河干流同期来水(3 150亿m3)的15.7%；最大倒灌水量发生在8月，为208亿m3，占湄公河干流同期来水的18%；其次为7月的165亿m3，占湄公河干流同期来水的20%。

图4 2002年倒灌期间湄公河干流磅湛站和洞里萨河波雷格丹站的洪水过程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 多年平均调蓄能力

湄公河干流上丁站一次洪水历时平均约90 d，受河槽、沿河湖泊洼地的天然调节作用和下游潮汐影响，湄公河三角洲洪水过程涨落缓慢，高洪水位持续时间长，总体上形成一个如馒头状的峰高量大的洪水过程线，很难严格划分一次洪水过程的历时[1]。根据多年实测洪水资料，统计洞里萨湖对湄公河最大连续15，30，60，120 d洪量的调蓄能力，见表3。可以看出，洞里萨湖对湄公河15～30 d不同长度时段洪量的调蓄能力基本相当，平均值为16%，对湄公河60 d洪量的调蓄能力平均为14%，对湄公河120 d洪量的调蓄能力平均为12%。

表3 洞里萨湖对湄公河洪水的调蓄作用统计

洞里萨湖对湄公河洪水的调蓄形式主要为倒灌，主要发生在6～9月，各月的多年平均调蓄能力分别为12%，15%，18%，10%，汛期倒灌总量占湄公河干流同期来水的10%～18%，平均值约14%，见表4。

表4 倒灌期内洞里萨湖对湄公河洪水的调蓄作用统计

湄公河倒灌洞里萨湖峰值期间，洞里萨湖可削减湄公河干流磅湛站同期流量18%～23%，多年平均削减率为20%；湄公河干流出现洪峰期间，洞里萨湖可削减湄公河干流磅湛站洪峰7%～22%，多年平均削减率为16%，见表5。

表5 洞里萨湖削减湄公河干流洪峰比例统计

5 结 论

(1) 湄公河干流洪水平均每年倒灌洞里萨湖122 d，受长历时倒灌影响，洞里萨湖在雨季可调蓄本流域和湄公河干流大量洪水，多年平均调洪总量为579亿m3，大大减轻湄公河金边以下河段的洪水威胁。洞里萨湖多年平均调蓄本流域洪水227亿m3，调蓄能力为95%，其中7月和8月调蓄能力均达到100%；通过倒灌入湖，洞里萨湖多年平均削减湄公河洪峰7 113 m3/s，削峰率达16%，多年平均调蓄湄公河水量390亿m3，调蓄能力为14%，其中以8月调蓄水量最大，达163亿m3，占湄公河同期来水的18%。

(2) 湄公河三角洲与洞里萨湖区防洪能力低，汛期漫滩量较大，漫滩范围涉及到柬埔寨和越南，受水文和地形资料限制，本次暂未计算洪水漫滩对洞里萨湖调蓄能力的影响。下一步研究建议补充收集相关资料，条件成熟时开展相关观测工作，并在此基础上建立河湖耦合水动力学数学模型，全面深入研究洞里萨湖调蓄形式及对湄公河与洞里萨湖水文情势的作用机制。

(3) 洞里萨湖现状开发率较低，基本处于天然状态，今后如对洞里萨湖进行防洪治理，在保障柬埔寨国家防洪安全的同时，会在一定程度上对下游越南湄公河三角洲的防洪安全造成影响，即洞里萨湖的调蓄性能直接决定了湄公河三角洲与洞里萨湖区的防洪格局。因此，建议从流域整体防洪安全角度出发，协同考虑洞里萨湖旱季补水作用，研究洞里萨湖的开发治理方案。