湄公河与洞里萨湖河湖关系研究

(长江勘测规划设计研究有限责任公司，湖北 武汉 430010)

1 研究背景

澜沧江-湄公河流经中国、缅甸、老挝、泰国、柬埔寨和越南6国，干流总长为4 880 km，流域面积81.24万km2，年平均径流量为4 750亿m3，是亚洲最重要的跨国水系[1-2]。湄公河干流桔井到入海口为三角洲河段，该河段在金边市通过洞里萨河与东南亚最大的淡水湖泊——洞里萨湖相连。洞里萨湖是吞吐型、季节性淡水湖泊，洪、枯水期的湖泊面积、容积相差极大，实测最大湖泊面积(15 261 km2，相应水位为10.54 m)和容积(787.0亿m3)分别是实测最小面积(2 053 km2)和容积(7.8亿m3)的7倍和101倍。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‰。作为湄公河和东南亚最大的通河湖泊，其与湄公河之间存在着巨大的水沙互动、反馈和顶托效应，加上各大洪水年份来水组成不同，形成了复杂的河湖关系。

湄公河与洞里萨湖的河湖关系，主要涉及到湄公河、洞里萨湖和洞里萨河3个主体，其内涵与长江和洞庭湖的江湖关系[3-5]差异较大，与长江和鄱阳湖的江湖关系[6-8]基本一致。洞庭湖是一个过水型的湖泊，长江和洞庭湖通过荆江三口分流和城陵矶汇合口作为纽带，构成江湖分合、相互影响、相互制约的错综复杂的江湖关系[9]；洞里萨湖和鄱阳湖均是吞吐型湖泊，湄公河与洞里萨湖以金边为汇合口，长江和鄱阳湖以湖口为汇合口，构成湖水下泄入江或江水倒灌入湖的错综复杂的江湖关系[9-11]。同时，湄公河与洞里萨湖河湖水量交换又较长江与鄱阳湖更为剧烈，湄公河倒灌洞里萨湖持续时间年均122 d(1995～2011年)，倒灌水量年均377亿m3，而长江1950～2012年平均每年倒灌鄱阳湖的历时仅为15 d，为洞里萨湖的12%，每年倒灌水量仅有28.43亿m3，为洞里萨湖的7.5%[12-13]；与此相对应，洞里萨湖对湄公河洪水的调节能力较鄱阳湖对长江洪水的调节能力更强[14]。

图1 湄公河与洞里萨湖位置关系Fig.1 Location diagram of Mekong River and Tonle Sap Lake

对比长江与鄱阳湖江湖关系相关研究成果，湄公河与洞里萨湖的河湖关系主要包括洞里萨河的分流分沙能力、洞里萨河与湄公河金边上下游河段的冲淤变化(体现在泄流能力)、洞里萨湖的淤积变化(体现在湖泊的调洪能力)等方面[15-16]，其内在机理十分复杂，主要体现在以上几个方面量与质的盘根错节、相互作用、相互影响[17-20]。

洞里萨湖是湄公河最大的过水型湖泊和湄公河洪水的天然储水库，在雨季能大大减轻湄公河干流金边以下河段的洪水威胁，在旱季又能使湄公河三角洲维持一定的水量与水位，保证下游航行与灌溉用水。洞里萨湖亦是柬埔寨“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，湖区2014年人口有743.19万人、GDP约为74.4亿美元，分别约占全国总数的50%和44%；洞里萨湖还是水鸟和水生动物的天堂，洞里萨湖为东南亚最大的天然淡水渔场，素有“鱼湖”之称，柬埔寨淡水鱼年产量10万t以上(不包括居民日常捕捞消费部分)，其中约50%产于洞里萨湖。因此，正确认识湄公河与洞里萨湖的河湖关系，对洞里萨湖区与湄公河三角洲的防汛抗旱、水资源开发利用和生态环境保护均具有重要的指导意义，是维护河流健康、保护湖泊生态的关键[21-22]。

柬埔寨湄公河三角洲在金边分为湄公河和巴塞河2个分汊河道。湄公河干流设有磅湛水文站、昌瓦水文站和尼克朗水文站，巴塞河设有Koh Khel水文站。其中，磅湛站距离金边市洞里萨河口约103 km，有1960～2011年逐日流量资料和1930～2018年逐日水位资料(局部日期数据缺乏)；昌瓦站距离洞里萨河口约2 km，有1980～2011年逐日流量资料和1960～2006年逐日水位资料；尼克朗站有1980～2011年逐日流量资料；Koh Khel站有1991～2011年逐日流量资料。洞里萨湖有甘邦隆水位站，该站距离湄公河约172 km，有1999～2018年(局部日期数据缺乏)的逐日水位资料。洞里萨河为洞里萨湖与湄公河之间的连接河道，有金边港、波雷格丹等2个站点，其中波雷格丹站为洞里萨湖的出湖水文控制站，距河口约32km，有1995～2011年的逐日流量和1960～2018年的逐日水位资料(局部日期数据缺乏)；金边港站为水位站，位于洞里萨河出口段末端，距河口约1 km，有1960～2018年的逐日水位资料(局部日期数据缺乏)，基本反映了湄公河干流金边河段的水位情况，该站水位与昌瓦站相近。

本文利用湄公河干流的尼克朗、昌瓦、磅湛站，巴塞河的Koh Khel站及洞里萨湖的金边港、波雷格丹和甘邦隆等站的长系列水文资料(见图1)，分析了湄公河与洞里萨湖的相互关系，包括湄公河对洞里萨湖的倒灌、洞里萨湖对湄公河的补水及河湖间的相互顶托作用，系统地回答了河水倒灌与湖泊补水的时间、量级、条件、成因及顶托关系，可为深入认识湄公河与洞里萨湖河湖关系机理提供理论参考，为洞里萨湖综合治理提供科学依据，同时亦可为认识长江与鄱阳湖的关系机理提供借鉴。

2 河湖水位和流量关系分析

2.1 河湖水位关系

由于波雷格丹站与金边港站均位于洞里萨湖出湖水道上，二者距离仅31 km，水位保持着较好的相关关系，基本呈线性相关，而且补水期的波雷格丹站与金边港站的水位散点分布于倒灌期的上部，即在同一金边港站水位下发生补水时，波雷格丹站的水位要高于倒灌期，如图2所示。

图2 波雷格丹站与金边港站的水位相关关系Fig.2 Water level correlation between Prek Kdam station and Phnom Penh Port station

甘邦隆站位于洞里萨湖湖区内，其与金边港站的距离约为171 km，受复杂河湖水情及地形的扰动，甘邦隆站与金边港站的水位呈非线性相关，如图3所示。

图3 甘邦隆站与金边港站的水位相关关系Fig.3 Water level correlation between Kompong Luong station and Phnom Penh Port station

总体来看，洞里萨湖具有洪枯水期均为近似湖相的特征，湖区水面比降较缓，其多年平均水面比降为0.006 2‰，最大水面比降为0.018 9‰。

金边港站位于洞里萨河出口段末端，距离湄公河约1 km，其水位与湄公河干流磅湛站的水位保持着较好的相关关系，如图4所示。因此，金边港站水位主要受湄公河水位的控制，受湖区水位变化影响较小。

图4 金边港站与磅湛站的水位相关关系Fig.4 Water level correlation between Phnom Penh Port station and Kompong Cham station

2.2 河湖流量关系

受湄公河与洞里萨湖的相互作用及柬埔寨湄公河三角洲洪泛平原的调蓄作用影响，金边港站水位与磅湛站流量的相关关系比较散乱，详见图5。湄公河倒灌洞里萨湖情况下，金边港站水位-流量散点分布于补水期散点的最下部，即同一水位下倒灌所需磅湛站流量大于补水期。

图5 金边港站水位与磅湛站流量相关关系Fig.5 Correlation between discharge of Phnom Penh Port station and water level of diKompong Cham station

洞里萨湖入汇后流量(湄公河尼克朗站+巴塞河Koh Khel站流量=磅湛站+波雷格丹站-磅湛-金边段洪泛平原削减流量)和金边港站的水位相关关系较好，主要是因为洞里萨湖入汇后流量综合反映了湄公河倒灌洞里萨湖作用(波雷格丹站流量为负)、洞里萨湖向湄公河补水作用(波雷格丹站流量为正)及湄公河三角洲磅湛至金边段洪泛平原的调蓄作用(多年平均汛期漫滩水量约为312亿m3)，再将其与金边港站水位建立相关关系，其反映的是综合作用下湄公河金边河段的水位流量关系，如图6所示。

图6 金边港站水位与洞里萨湖入汇后流量相关关系Fig.6 Correlation between the discharge joined Tonle Sap Lake and the water level in Phnom Penh Port station

2.3 河湖水量年内变化

由于洞里萨湖流域(15条支流+未控区间)降水集中期较湄公河磅湛以上集水区偏晚约l～2个月，故洞里萨湖水量最大的月份出现在10月，其次为9月；而湄公河磅湛站水量最大的月份为8月，其次为9月，如图7所示。在湄公河主汛期6～9月，湄公河形成洪水并对洞里萨湖出湖形成强烈顶托，致使发生长历时的倒灌，其中8月份倒灌量达到最大；在10月，湄公河洪水开始消退，而洞里萨湖流域来水出现洪峰，洞里萨湖洪水对湄公河形成顶托，致使洞里萨湖向湄公河补水，补水量在11月达到最大。

图7 湄公河与洞里萨湖水量年内分布对比Fig.7 Annual runoff distribution of flow in Mekong River and Tonle Sap Lake

3 倒灌与补水的特性、条件及成因

3.1 倒灌与补水特性

波雷格丹站1995～2011年湄公河汛期向洞里萨湖倒灌和洞里萨湖汛后向湄公河补水特性统计情况如表1所示。由表可以看出，湄公河洪水每年均会向洞里萨湖倒灌，且倒灌持续时间长，为73～149 d，平均为122 d，倒灌一般发生在5～10月，以主汛期6～9月最为集中(各月年均倒灌天数分别为24，31，31 d和25 d)，最大日倒灌流量10 679 m3/s(1997年)，最大年倒灌水量496亿m3(2005年)，多年平均倒灌水量377亿m3，并以7～9月最多，占全年的85.6%。与倒灌相对应，洞里萨湖平均每年向湄公河补水244 d，补水主要集中在10月至次年5月(各月年均补水天数分别为27，30，31，31，28，31，30 d和24 d)，最大日补水流量10 104 m3/s(1995年)，最大年补水量957亿m3(1995年)，多年平均补水水量711亿m3，且以10月至次年1月最多，占全年的83.1%。

3.2 倒灌与补水条件及成因

倒灌与补水的发生时间、持续时间及水量大小与河湖水情密切相关。基于柬埔寨湄公河三角洲和洞里萨湖区地形及水文特点，选取河湖水位差(表征水流阻力)和波雷格丹站水位(表征洞里萨河过水断面面积)为控制指标，研究倒灌及补水的条件及成因。

3.2.1河湖水位差

波雷格丹和甘邦隆站水位与金边港站水位关系如图8所示。由图8可以看出，甘邦隆、波雷格丹站水位与金边港站水位关系成绳套曲线，45°线以上对应汛后洞里萨湖向湄公河补水期，此时湖水位高于河水位，甘邦隆、波雷格丹和金边港3站水位相应降低；45°线以下对应湄公河向洞里萨湖倒灌期，此时河水位高于湖水位，上述3站水位相应升高。

波雷格丹站流量与河湖水位差的相关关系如图9所示。由图9可以看出，湄公河向洞里萨湖倒灌时河湖水位差(甘邦隆站水位-金边港站水位，下同)以负居多(占92%)，洞里萨湖向湄公河补水时河湖水位差基本为正(占99.9%)。因此，河湖水位差是倒灌与补水的主要条件。

表1 波雷格丹站倒灌及补水特性统计Tab.1 Statistics on the characteristics of backflow and water supplement at Prek Kdam station

图8 波雷格丹和甘邦隆站与金边港站水位关系Fig.8 Correlation among Prek Kdam station, Kompong Luong station and Phnom Penh Port station water level

图9 波雷格丹站流量与河湖水位差的相关关系Fig.9 Correlation between discharge and water level difference in Prek Kdam station

根据1999～2008年实测资料统计，在波雷格丹站相同水位条件下，湄公河倒灌入湖流量和洞里萨湖向湄公河补水流量随着河湖水位差的增加而增加，如图10所示。

图10 波雷格丹站水位为8～9m时倒灌和补水流量与河湖水位差的相关关系Fig.10 Correlation between discharge and water level difference in backflow and water supplement seasons when the water level of Prek Kdam station reaches 8～9m

3.2.2洞里萨河水位

波雷格丹站的水位流量关系在6.5 m以下较好，在6.5 m以上则较散乱，如图11所示。这与洞里萨河河道地形密切相关，水位低于6.5 m时水流归于深槽，水位高于6.5 m时水流逐步上摊，河宽迅速增加(由7 m水位下的1.64 km增至10 m水位下的16.00 km)。根据1999～2008年实测资料统计，在相同的河湖水位差条件下，倒灌和补水流量则随着波雷格丹站水位的增加而线性增加的趋势，如图12所示。

图11 波雷格丹站的水位流量关系Fig.11 Correlation between water level and discharge of Prek Kdam station

图12 河湖水位差为0.8～1.0m时波雷格丹站的水位流量关系Fig.12 Correlation between water level and discharge of Prek Kdam station when the water level difference between Mekong River and Tonle Sap Lake reaches 0.8～1.0m

3.2.3倒灌与补水的条件

综上所述，倒灌与补水的时间及量级与河湖水位差和洞里萨河水位密切相关。其中，甘邦隆与金边港的河湖水位差是倒灌与补水的先决条件，由此造成河湖水体的势能差；波雷格丹站水位则是倒灌与补水水量的推动条件，同一流速条件下，水位越高，洞里萨河的过水断面面积越大，过流量亦越大。基于此，本次基于优化模型研究了倒灌、补水流量与河湖水位差和波雷格丹站水位的相关关系，见式(1)和图13，两者呈线性相关，相关系数分别达到0.996 6和0.996 9。

(1)

式中，QPK为波雷格丹站的流量,m3/s；hJBG，hPK，hKL分别为金边港、波雷格丹和甘邦隆站的水位,m；倒灌期a=-413.730,b=1.360,c=0.460,d=80.541；补水期a=643.080,b=1.100,c=0.540,d=150.050。

3.2.4倒灌与补水的成因分析

基于水体能量(势能和动能)的平衡规律[23]，如式(2)所示，分析了倒灌与补水的成因机理。

WJBG=W河-W湖=(Ep河+Ek河)-(Ep湖+Ek湖)

=(Q河-Q湖)ρΔt{(hJBG-hkL)g+[(Q河/A河)2-

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(Q湖/A湖)2]/2}

(2)

式中，WJBG，W河，W湖分别为金边港处、湄公河和洞里萨湖的水能；Ep河，Ep湖分别为湄公河和洞里萨湖的势能；Ek河，Ek湖分别为湄公河和洞里萨湖的动能；hJBG，hPK，hKL分别为金边港、波雷格丹和甘邦隆站的水位；v河，v湖分别为湄公河和洞里萨湖的流速；Q河，Q湖分别为湄公河和洞里萨湖的来流量；A河，A湖分别为湄公河和洞里萨湖的面积。

注：倒灌或补水流量与河湖水位差和波雷格丹站水位均呈正相关关系，故横坐标H表述为波雷格丹站水位hPK的b次方与河湖水位差(hKL- hJBG)的c次方的乘积图13 倒灌、补水流量与河湖水位差和波雷格丹站水位的相关关系Fig.13 Correlation among discharge, water level difference and water level of Prek Kdam station in backflow and water supplement seasons

由式(2)可知，湄公河向洞里萨湖倒灌时，WJBG>0，由于Q河-Q湖>0，则必须满足以下条件：

(hJBG-hkL)g+[(Q河/A河)2-(Q湖/A湖)2]/2>0

(3)

根据3.2.1节的分析成果，倒灌时湄公河水位一般要高于洞里萨湖的水位(占实测系列的92%)。因此，式(3)又可分以下3种情况：

(4)

(5)

(6)

根据实测资料分析，式(4)的情况最易发生，主要集中于湄公河主汛期7～9月，此时的湄公河来水大而洞里萨湖来水相对较小，倒灌流量较大，可以称其为强倒灌条件。式(5)和式(6)的条件刚好相反，但共性是倒灌流量均较小，因而可以称其为弱倒灌条件。其中，式(5)中洞里萨湖出湖河道洞里萨河的过水断面面积小于湄公河，可能会使(Q河/A河)2<(Q湖/A湖)2，但由于湄公河水位高于洞里萨湖，洞里萨湖动能的增加不足以抵消河湖间的势能差；式(6)中虽然湄公河的水位低于洞里萨湖，但动能却高于洞里萨湖且河湖动能差高于势能差。以1999年7月14日为例，甘邦隆站和金边港站水位分别为5.23 m和5.21 m，河湖水位差为0.02 m，湄公河和洞里萨湖来流量分别为16 684 m3/s和895 m3/s，经计算，其势能差和动能差分别为0.20 m2/s2和-0.48 m2/s2，动能的增加得以抵消河湖势能差，造成倒灌，倒灌流量为479 m3/s。

值得注意的是，河湖水位差为正时发生的湄公河倒灌入湖现象，还有可能受到风壅水位差等因素的影响，当风壅水位差比水流阻力水头大时，会造成湖水位高于河水位时仍发生倒灌。

洞里萨湖向湄公河补水的成因与湄公河向洞里萨湖倒灌的成因类似，这里不再赘述。

4 湄公河来流与洞里萨湖出流的相互顶托作用

4.1 湄公河来水对洞里萨湖出流的顶托作用

湄公河干流洪水对洞里萨湖出湖水量的顶托发生较为普遍，致使洞里萨湖出湖流量减少，在主汛期6～9月，湄公河洪水还会发生长历时(多年平均122 d)的倒灌，如图14所示。

图14 汛期倒灌期间波雷格丹和磅湛逐日流量Fig.14 Daily discharge of Prek Kdam station and Kompong Cham station in backflow season

倒灌期间最大河湖水位差为3.2 m，按0.5 m分级，以各分级河湖水位差为参数，将洞里萨河波雷格丹站日均流量、洞里萨湖甘邦隆站日均水位和相应湄公河干流磅湛站日均流量点据点绘在图上，由点群中心分别定出倒灌流量与湄公河干流流量、洞里萨湖水位与湄公河干流流量的相关关系簇，如图15和图16所示。由图15，16可以看出，在河湖水位差不变的情况下，倒灌流量随着湄公河干流流量的增加而增加，洞里萨湖水位也相应升高。根据统计，湄公河干流流量增加1 000 m3/s，波雷格丹站倒灌流量增加94～215 m3/s，洞里萨湖水位抬高0.14～0.21 m之间。

图15 波雷格丹站流量与磅湛站流量的相关关系Fig.15 Correlation between the discharge of Prek Kdam station and Kompong Cham station

图16 甘邦隆站水位与磅湛站流量的相关关系Fig.16 Correlation between the water level of Kompong Luong station and the discharge of Kompong Cham station

4.2 洞里萨湖出流对湄公河来水的顶托作用

洞里萨湖出湖流量对湄公河干流的顶托作用主要集中在汛末9月中下旬至10月底。在此期间，洞里萨湖出湖流量逐渐加大，湄公河干流的过流能力则逐渐减小，干流过流能力减小幅度是洞里萨湖出湖流量增加幅度的2～4倍，如图17所示。

图17 汛末补水期间波雷格丹和磅湛逐日流量Fig.17 Daily discharge of Prek Kdam station and Kompong Cham station in water supplement season

汛末9月中下旬至10月底补水期间，按波雷格丹站1 000 m3/s的补水流量分级，以各分级补水流量为参数，将磅湛站的日均水位、流量和相应波雷格丹站日均流量点据点绘在图上，由点群中心分别定出以补水流量为参数的磅湛站水位流量关系簇，如图18所示。由图18可以看出，在金边港以上湄公河水位不变的情况下，湄公河干流过流能力随着洞里萨湖出流的增加而减少，若波雷格丹站出流增加1 000 m3/s，磅湛过流能力要减少404～640 m3/s；当金边港以上湄公河干流下泄流量不变的情况下，湄公河干流水位随着洞里萨湖出流的增加而升高，若波雷格丹站出流增加1 000 m3/s，磅湛水位抬高0.01～0.43 m之间。

图18 不同补水流量条件下的磅湛站水位流量关系Fig.18 Correlation between the water level and discharge of Kompong Cham station under different supplement flow conditions

5 结 论

本次研究选择了洞里萨湖区金边港、波雷格丹和甘邦隆3站及湄公河磅湛、尼克朗、昌瓦和Koh Khel 4站的水文资料，分析了湄公河与洞里萨湖的河湖关系。可以得出以下主要结论。

(1) 洞里萨湖具有洪枯水期均为近似湖相的特征，湖区水面比降较缓，甘邦隆站和波雷格丹站水位与出湖河道出口金边港站水位均有较好的相关关系，金边港站水位又主要受湄公河水位的控制；洞里萨湖入汇后流量和金边港站水位相关关系较好，该关系反映了湄公河倒灌洞里萨湖、洞里萨湖向湄公河补水及湄公河三角洲洪泛平原调蓄的综合作用。

(2) 湄公河与洞里萨湖河湖关系十分复杂。每年汛期当湄公河水位高于洞里萨湖水位时，湄公河洪水会向洞里萨湖倒灌，多年平均倒灌历时122 d，倒灌水量377亿m3，主要集中在7～9月。每年汛末，当洞里萨湖水位高于湄公河水位时，洞里萨湖会向湄公河补水，多年平均补水历时244 d，补水水量711亿m3，主要集中在10月至次年1月。倒灌与补水的主要水文条件为河湖水位差和洞里萨河水位，其成因机理为河湖间水体能量即势能和动能的平衡规律，在波雷格丹站相同水位条件下，倒灌和补水流量随着河湖水位差(水流阻力)的增加而增加；在相同河湖水位差条件下，倒灌和补水流量随着洞里萨河水位(过水断面面积)的增加而增加。

(3) 湄公河干流下泄量与洞里萨湖出流相互顶托，对湄公河金边港以上河段洪水下泄及洞里萨湖出流的影响均较显著。在河湖水位差不变的情况下，倒灌流量随着湄公河干流流量的增加而增加，洞里萨湖水位也相应升高；在金边港以上湄公河水位不变的情况下，湄公河干流过流能力随着洞里萨湖出流的增加而减少；当金边港以上湄公河干流下泄流量不变的情况下，湄公河干流水位随着洞里萨湖出流的增加而升高。