(長江勘測規劃設計研究有限責任公司，湖北 武漢 430010)

1 研究背景

瀾滄江-湄公河流經中國、緬甸、老撾、泰國、柬埔寨和越南6國，干流總長為4 880 km，流域面積81.24萬km2，年平均徑流量為4 750億m3，是亞洲最重要的跨國水系[1-2]。湄公河干流桔井到入海口為三角洲河段，該河段在金邊市通過洞里薩河與東南亞最大的淡水湖泊——洞里薩湖相連。洞里薩湖是吞吐型、季節性淡水湖泊，洪、枯水期的湖泊面積、容積相差極大，實測最大湖泊面積(15 261 km2，相應水位為10.54 m)和容積(787.0億m3)分別是實測最小面積(2 053 km2)和容積(7.8億m3)的7倍和101倍。湄公河三角洲和洞里薩湖區地形平緩，河道平均比降分別為0.020 0‰～0.040 0‰和0.002 4‰～0.098 8‰。作為湄公河和東南亞最大的通河湖泊，其與湄公河之間存在著巨大的水沙互動、反饋和頂托效應，加上各大洪水年份來水組成不同，形成了復雜的河湖關系。

湄公河與洞里薩湖的河湖關系，主要涉及到湄公河、洞里薩湖和洞里薩河3個主體，其內涵與長江和洞庭湖的江湖關系[3-5]差異較大，與長江和鄱陽湖的江湖關系[6-8]基本一致。洞庭湖是一個過水型的湖泊，長江和洞庭湖通過荊江三口分流和城陵磯匯合口作為紐帶，構成江湖分合、相互影響、相互制約的錯綜復雜的江湖關系[9]；洞里薩湖和鄱陽湖均是吞吐型湖泊，湄公河與洞里薩湖以金邊為匯合口，長江和鄱陽湖以湖口為匯合口，構成湖水下泄入江或江水倒灌入湖的錯綜復雜的江湖關系[9-11]。同時，湄公河與洞里薩湖河湖水量交換又較長江與鄱陽湖更為劇烈，湄公河倒灌洞里薩湖持續時間年均122 d(1995～2011年)，倒灌水量年均377億m3，而長江1950～2012年平均每年倒灌鄱陽湖的歷時僅為15 d，為洞里薩湖的12%，每年倒灌水量僅有28.43億m3，為洞里薩湖的7.5%[12-13]；與此相對應，洞里薩湖對湄公河洪水的調節能力較鄱陽湖對長江洪水的調節能力更強[14]。

圖1 湄公河與洞里薩湖位置關系Fig.1 Location diagram of Mekong River and Tonle Sap Lake

對比長江與鄱陽湖江湖關系相關研究成果，湄公河與洞里薩湖的河湖關系主要包括洞里薩河的分流分沙能力、洞里薩河與湄公河金邊上下游河段的沖淤變化(體現在泄流能力)、洞里薩湖的淤積變化(體現在湖泊的調洪能力)等方面[15-16]，其內在機理十分復雜，主要體現在以上幾個方面量與質的盤根錯節、相互作用、相互影響[17-20]。

洞里薩湖是湄公河最大的過水型湖泊和湄公河洪水的天然儲水庫，在雨季能大大減輕湄公河干流金邊以下河段的洪水威脅，在旱季又能使湄公河三角洲維持一定的水量與水位，保證下游航行與灌溉用水。洞里薩湖亦是柬埔寨“四角戰略”和“東南亞糧倉”等國家戰略的重要依托，被稱為柬埔寨的心臟，湖區2014年人口有743.19萬人、GDP約為74.4億美元，分別約占全國總數的50%和44%；洞里薩湖還是水鳥和水生動物的天堂，洞里薩湖為東南亞最大的天然淡水漁場，素有“魚湖”之稱，柬埔寨淡水魚年產量10萬t以上(不包括居民日常捕撈消費部分)，其中約50%產于洞里薩湖。因此，正確認識湄公河與洞里薩湖的河湖關系，對洞里薩湖區與湄公河三角洲的防汛抗旱、水資源開發利用和生態環境保護均具有重要的指導意義，是維護河流健康、保護湖泊生態的關鍵[21-22]。

柬埔寨湄公河三角洲在金邊分為湄公河和巴塞河2個分汊河道。湄公河干流設有磅湛水文站、昌瓦水文站和尼克朗水文站，巴塞河設有Koh Khel水文站。其中，磅湛站距離金邊市洞里薩河口約103 km，有1960～2011年逐日流量資料和1930～2018年逐日水位資料(局部日期數據缺乏)；昌瓦站距離洞里薩河口約2 km，有1980～2011年逐日流量資料和1960～2006年逐日水位資料；尼克朗站有1980～2011年逐日流量資料；Koh Khel站有1991～2011年逐日流量資料。洞里薩湖有甘邦隆水位站，該站距離湄公河約172 km，有1999～2018年(局部日期數據缺乏)的逐日水位資料。洞里薩河為洞里薩湖與湄公河之間的連接河道，有金邊港、波雷格丹等2個站點，其中波雷格丹站為洞里薩湖的出湖水文控制站，距河口約32km，有1995～2011年的逐日流量和1960～2018年的逐日水位資料(局部日期數據缺乏)；金邊港站為水位站，位于洞里薩河出口段末端，距河口約1 km，有1960～2018年的逐日水位資料(局部日期數據缺乏)，基本反映了湄公河干流金邊河段的水位情況，該站水位與昌瓦站相近。

本文利用湄公河干流的尼克朗、昌瓦、磅湛站，巴塞河的Koh Khel站及洞里薩湖的金邊港、波雷格丹和甘邦隆等站的長系列水文資料(見圖1)，分析了湄公河與洞里薩湖的相互關系，包括湄公河對洞里薩湖的倒灌、洞里薩湖對湄公河的補水及河湖間的相互頂托作用，系統地回答了河水倒灌與湖泊補水的時間、量級、條件、成因及頂托關系，可為深入認識湄公河與洞里薩湖河湖關系機理提供理論參考，為洞里薩湖綜合治理提供科學依據，同時亦可為認識長江與鄱陽湖的關系機理提供借鑒。

2 河湖水位和流量關系分析

2.1 河湖水位關系

由于波雷格丹站與金邊港站均位于洞里薩湖出湖水道上，二者距離僅31 km，水位保持著較好的相關關系，基本呈線性相關，而且補水期的波雷格丹站與金邊港站的水位散點分布于倒灌期的上部，即在同一金邊港站水位下發生補水時，波雷格丹站的水位要高于倒灌期，如圖2所示。

圖2 波雷格丹站與金邊港站的水位相關關系Fig.2 Water level correlation between Prek Kdam station and Phnom Penh Port station

甘邦隆站位于洞里薩湖湖區內，其與金邊港站的距離約為171 km，受復雜河湖水情及地形的擾動，甘邦隆站與金邊港站的水位呈非線性相關，如圖3所示。

圖3 甘邦隆站與金邊港站的水位相關關系Fig.3 Water level correlation between Kompong Luong station and Phnom Penh Port station

總體來看，洞里薩湖具有洪枯水期均為近似湖相的特征，湖區水面比降較緩，其多年平均水面比降為0.006 2‰，最大水面比降為0.018 9‰。

金邊港站位于洞里薩河出口段末端，距離湄公河約1 km，其水位與湄公河干流磅湛站的水位保持著較好的相關關系，如圖4所示。因此，金邊港站水位主要受湄公河水位的控制，受湖區水位變化影響較小。

圖4 金邊港站與磅湛站的水位相關關系Fig.4 Water level correlation between Phnom Penh Port station and Kompong Cham station

2.2 河湖流量關系

受湄公河與洞里薩湖的相互作用及柬埔寨湄公河三角洲洪泛平原的調蓄作用影響，金邊港站水位與磅湛站流量的相關關系比較散亂，詳見圖5。湄公河倒灌洞里薩湖情況下，金邊港站水位-流量散點分布于補水期散點的最下部，即同一水位下倒灌所需磅湛站流量大于補水期。

圖5 金邊港站水位與磅湛站流量相關關系Fig.5 Correlation between discharge of Phnom Penh Port station and water level of diKompong Cham station

洞里薩湖入匯后流量(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-金邊段洪泛平原削減流量)和金邊港站的水位相關關系較好，主要是因為洞里薩湖入匯后流量綜合反映了湄公河倒灌洞里薩湖作用(波雷格丹站流量為負)、洞里薩湖向湄公河補水作用(波雷格丹站流量為正)及湄公河三角洲磅湛至金邊段洪泛平原的調蓄作用(多年平均汛期漫灘水量約為312億m3)，再將其與金邊港站水位建立相關關系，其反映的是綜合作用下湄公河金邊河段的水位流量關系，如圖6所示。

圖6 金邊港站水位與洞里薩湖入匯后流量相關關系Fig.6 Correlation between the discharge joined Tonle Sap Lake and the water level in Phnom Penh Port station

2.3 河湖水量年內變化

由于洞里薩湖流域(15條支流+未控區間)降水集中期較湄公河磅湛以上集水區偏晚約l～2個月，故洞里薩湖水量最大的月份出現在10月，其次為9月；而湄公河磅湛站水量最大的月份為8月，其次為9月，如圖7所示。在湄公河主汛期6～9月，湄公河形成洪水并對洞里薩湖出湖形成強烈頂托，致使發生長歷時的倒灌，其中8月份倒灌量達到最大；在10月，湄公河洪水開始消退，而洞里薩湖流域來水出現洪峰，洞里薩湖洪水對湄公河形成頂托，致使洞里薩湖向湄公河補水，補水量在11月達到最大。

圖7 湄公河與洞里薩湖水量年內分布對比Fig.7 Annual runoff distribution of flow in Mekong River and Tonle Sap Lake

3 倒灌與補水的特性、條件及成因

3.1 倒灌與補水特性

波雷格丹站1995～2011年湄公河汛期向洞里薩湖倒灌和洞里薩湖汛后向湄公河補水特性統計情況如表1所示。由表可以看出，湄公河洪水每年均會向洞里薩湖倒灌，且倒灌持續時間長，為73～149 d，平均為122 d，倒灌一般發生在5～10月，以主汛期6～9月最為集中(各月年均倒灌天數分別為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496億m3(2005年)，多年平均倒灌水量377億m3，并以7～9月最多，占全年的85.6%。與倒灌相對應，洞里薩湖平均每年向湄公河補水244 d，補水主要集中在10月至次年5月(各月年均補水天數分別為27，30，31，31，28，31，30 d和24 d)，最大日補水流量10 104 m3/s(1995年)，最大年補水量957億m3(1995年)，多年平均補水水量711億m3，且以10月至次年1月最多，占全年的83.1%。

3.2 倒灌與補水條件及成因

倒灌與補水的發生時間、持續時間及水量大小與河湖水情密切相關。基于柬埔寨湄公河三角洲和洞里薩湖區地形及水文特點，選取河湖水位差(表征水流阻力)和波雷格丹站水位(表征洞里薩河過水斷面面積)為控制指標，研究倒灌及補水的條件及成因。

3.2.1河湖水位差

波雷格丹和甘邦隆站水位與金邊港站水位關系如圖8所示。由圖8可以看出，甘邦隆、波雷格丹站水位與金邊港站水位關系成繩套曲線，45°線以上對應汛后洞里薩湖向湄公河補水期，此時湖水位高于河水位，甘邦隆、波雷格丹和金邊港3站水位相應降低；45°線以下對應湄公河向洞里薩湖倒灌期，此時河水位高于湖水位，上述3站水位相應升高。

波雷格丹站流量與河湖水位差的相關關系如圖9所示。由圖9可以看出，湄公河向洞里薩湖倒灌時河湖水位差(甘邦隆站水位-金邊港站水位，下同)以負居多(占92%)，洞里薩湖向湄公河補水時河湖水位差基本為正(占99.9%)。因此，河湖水位差是倒灌與補水的主要條件。

表1 波雷格丹站倒灌及補水特性統計Tab.1 Statistics on the characteristics of backflow and water supplement at Prek Kdam station

圖8 波雷格丹和甘邦隆站與金邊港站水位關系Fig.8 Correlation among Prek Kdam station, Kompong Luong station and Phnom Penh Port station water level

圖9 波雷格丹站流量與河湖水位差的相關關系Fig.9 Correlation between discharge and water level difference in Prek Kdam station

根據1999～2008年實測資料統計，在波雷格丹站相同水位條件下，湄公河倒灌入湖流量和洞里薩湖向湄公河補水流量隨著河湖水位差的增加而增加，如圖10所示。

圖10 波雷格丹站水位為8～9m時倒灌和補水流量與河湖水位差的相關關系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

3.2.2洞里薩河水位

波雷格丹站的水位流量關系在6.5 m以下較好，在6.5 m以上則較散亂，如圖11所示。這與洞里薩河河道地形密切相關，水位低于6.5 m時水流歸于深槽，水位高于6.5 m時水流逐步上攤，河寬迅速增加(由7 m水位下的1.64 km增至10 m水位下的16.00 km)。根據1999～2008年實測資料統計，在相同的河湖水位差條件下，倒灌和補水流量則隨著波雷格丹站水位的增加而線性增加的趨勢，如圖12所示。

圖11 波雷格丹站的水位流量關系Fig.11 Correlation between water level and discharge of Prek Kdam station

圖12 河湖水位差為0.8～1.0m時波雷格丹站的水位流量關系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倒灌與補水的條件

綜上所述，倒灌與補水的時間及量級與河湖水位差和洞里薩河水位密切相關。其中，甘邦隆與金邊港的河湖水位差是倒灌與補水的先決條件，由此造成河湖水體的勢能差；波雷格丹站水位則是倒灌與補水水量的推動條件，同一流速條件下，水位越高，洞里薩河的過水斷面面積越大，過流量亦越大。基于此，本次基于優化模型研究了倒灌、補水流量與河湖水位差和波雷格丹站水位的相關關系，見式(1)和圖13，兩者呈線性相關，相關系數分別達到0.996 6和0.996 9。

(1)

式中，QPK為波雷格丹站的流量,m3/s；hJBG，hPK，hKL分別為金邊港、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；補水期a=643.080,b=1.100,c=0.540,d=150.050。

3.2.4倒灌與補水的成因分析

基于水體能量(勢能和動能)的平衡規律[23]，如式(2)所示，分析了倒灌與補水的成因機理。

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湖分別為金邊港處、湄公河和洞里薩湖的水能；Ep河，Ep湖分別為湄公河和洞里薩湖的勢能；Ek河，Ek湖分別為湄公河和洞里薩湖的動能；hJBG，hPK，hKL分別為金邊港、波雷格丹和甘邦隆站的水位；v河，v湖分別為湄公河和洞里薩湖的流速；Q河，Q湖分別為湄公河和洞里薩湖的來流量；A河，A湖分別為湄公河和洞里薩湖的面積。

注：倒灌或補水流量與河湖水位差和波雷格丹站水位均呈正相關關系，故橫坐標H表述為波雷格丹站水位hPK的b次方與河湖水位差(hKL- hJBG)的c次方的乘積圖13 倒灌、補水流量與河湖水位差和波雷格丹站水位的相關關系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，湄公河向洞里薩湖倒灌時，WJBG>0，由于Q河-Q湖>0，則必須滿足以下條件：

(hJBG-hkL)g+[(Q河/A河)2-(Q湖/A湖)2]/2>0

(3)

根據3.2.1節的分析成果，倒灌時湄公河水位一般要高于洞里薩湖的水位(占實測系列的92%)。因此，式(3)又可分以下3種情況：

(4)

(5)

(6)

根據實測資料分析，式(4)的情況最易發生，主要集中于湄公河主汛期7～9月，此時的湄公河來水大而洞里薩湖來水相對較小，倒灌流量較大，可以稱其為強倒灌條件。式(5)和式(6)的條件剛好相反，但共性是倒灌流量均較小，因而可以稱其為弱倒灌條件。其中，式(5)中洞里薩湖出湖河道洞里薩河的過水斷面面積小于湄公河，可能會使(Q河/A河)2<(Q湖/A湖)2，但由于湄公河水位高于洞里薩湖，洞里薩湖動能的增加不足以抵消河湖間的勢能差；式(6)中雖然湄公河的水位低于洞里薩湖，但動能卻高于洞里薩湖且河湖動能差高于勢能差。以1999年7月14日為例，甘邦隆站和金邊港站水位分別為5.23 m和5.21 m，河湖水位差為0.02 m，湄公河和洞里薩湖來流量分別為16 684 m3/s和895 m3/s，經計算，其勢能差和動能差分別為0.20 m2/s2和-0.48 m2/s2，動能的增加得以抵消河湖勢能差，造成倒灌，倒灌流量為479 m3/s。

值得注意的是，河湖水位差為正時發生的湄公河倒灌入湖現象，還有可能受到風壅水位差等因素的影響，當風壅水位差比水流阻力水頭大時，會造成湖水位高于河水位時仍發生倒灌。

洞里薩湖向湄公河補水的成因與湄公河向洞里薩湖倒灌的成因類似，這里不再贅述。

4 湄公河來流與洞里薩湖出流的相互頂托作用

4.1 湄公河來水對洞里薩湖出流的頂托作用

湄公河干流洪水對洞里薩湖出湖水量的頂托發生較為普遍，致使洞里薩湖出湖流量減少，在主汛期6～9月，湄公河洪水還會發生長歷時(多年平均122 d)的倒灌，如圖14所示。

圖14 汛期倒灌期間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

倒灌期間最大河湖水位差為3.2 m，按0.5 m分級，以各分級河湖水位差為參數，將洞里薩河波雷格丹站日均流量、洞里薩湖甘邦隆站日均水位和相應湄公河干流磅湛站日均流量點據點繪在圖上，由點群中心分別定出倒灌流量與湄公河干流流量、洞里薩湖水位與湄公河干流流量的相關關系簇，如圖15和圖16所示。由圖15，16可以看出，在河湖水位差不變的情況下，倒灌流量隨著湄公河干流流量的增加而增加，洞里薩湖水位也相應升高。根據統計，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，洞里薩湖水位抬高0.14～0.21 m之間。

圖15 波雷格丹站流量與磅湛站流量的相關關系Fig.15 Correlation between the discharge of Prek Kdam station and Kompong Cham station

圖16 甘邦隆站水位與磅湛站流量的相關關系Fig.16 Correlation between the water level of Kompong Luong station and the discharge of Kompong Cham station

4.2 洞里薩湖出流對湄公河來水的頂托作用

洞里薩湖出湖流量對湄公河干流的頂托作用主要集中在汛末9月中下旬至10月底。在此期間，洞里薩湖出湖流量逐漸加大，湄公河干流的過流能力則逐漸減小，干流過流能力減小幅度是洞里薩湖出湖流量增加幅度的2～4倍，如圖17所示。

圖17 汛末補水期間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月底補水期間，按波雷格丹站1 000 m3/s的補水流量分級，以各分級補水流量為參數，將磅湛站的日均水位、流量和相應波雷格丹站日均流量點據點繪在圖上，由點群中心分別定出以補水流量為參數的磅湛站水位流量關系簇，如圖18所示。由圖18可以看出，在金邊港以上湄公河水位不變的情況下，湄公河干流過流能力隨著洞里薩湖出流的增加而減少，若波雷格丹站出流增加1 000 m3/s，磅湛過流能力要減少404～640 m3/s；當金邊港以上湄公河干流下泄流量不變的情況下，湄公河干流水位隨著洞里薩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之間。

圖18 不同補水流量條件下的磅湛站水位流量關系Fig.18 Correlation between the water level and discharge of Kompong Cham station under different supplement flow conditions

5 結 論

本次研究選擇了洞里薩湖區金邊港、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站的水文資料，分析了湄公河與洞里薩湖的河湖關系。可以得出以下主要結論。

(1) 洞里薩湖具有洪枯水期均為近似湖相的特征，湖區水面比降較緩，甘邦隆站和波雷格丹站水位與出湖河道出口金邊港站水位均有較好的相關關系，金邊港站水位又主要受湄公河水位的控制；洞里薩湖入匯后流量和金邊港站水位相關關系較好，該關系反映了湄公河倒灌洞里薩湖、洞里薩湖向湄公河補水及湄公河三角洲洪泛平原調蓄的綜合作用。

(2) 湄公河與洞里薩湖河湖關系十分復雜。每年汛期當湄公河水位高于洞里薩湖水位時，湄公河洪水會向洞里薩湖倒灌，多年平均倒灌歷時122 d，倒灌水量377億m3，主要集中在7～9月。每年汛末，當洞里薩湖水位高于湄公河水位時，洞里薩湖會向湄公河補水，多年平均補水歷時244 d，補水水量711億m3，主要集中在10月至次年1月。倒灌與補水的主要水文條件為河湖水位差和洞里薩河水位，其成因機理為河湖間水體能量即勢能和動能的平衡規律，在波雷格丹站相同水位條件下，倒灌和補水流量隨著河湖水位差(水流阻力)的增加而增加；在相同河湖水位差條件下，倒灌和補水流量隨著洞里薩河水位(過水斷面面積)的增加而增加。

(3) 湄公河干流下泄量與洞里薩湖出流相互頂托，對湄公河金邊港以上河段洪水下泄及洞里薩湖出流的影響均較顯著。在河湖水位差不變的情況下，倒灌流量隨著湄公河干流流量的增加而增加，洞里薩湖水位也相應升高；在金邊港以上湄公河水位不變的情況下，湄公河干流過流能力隨著洞里薩湖出流的增加而減少；當金邊港以上湄公河干流下泄流量不變的情況下，湄公河干流水位隨著洞里薩湖出流的增加而升高。