湄公河-洞里薩湖河湖關系與水文情勢驅動響應研究
——關鍵科學問題與技術實現路徑

李 昌 文，黃 艷

(1.三峽大學 水利與環境學院，湖北 宜昌 443000； 2.長江勘測規劃設計研究有限責任公司，湖北 武漢 430010； 3.水利部長江勘測技術研究所，湖北 武漢 430011； 4.水利部長江水利委員會，湖北 武漢 430010)

0 引 言

瀾滄江-湄公河是東南亞一條重要的跨國界水系(見圖1)，被稱為“東方的多瑙河”。流經中國、緬甸、老撾、泰國、柬埔寨和越南6國，在中國境內稱為瀾滄江，出境后稱為湄公河，干流總長4 880.00 km，是亞洲第三、世界第六長河，流域面積81.24萬km2，是世界第十四大河；多年平均年徑流量4 750億m3，流域面積與黃河相當，而水量約為黃河的10倍，以其優越的自然條件哺育滋養著沿岸6國人民，是沿岸國家的重要經濟紐帶和資源命脈。瀾滄江-湄公河是世界著名的雨洪河流，洪水峰高量大，上丁站一次洪水歷時平均約90 d，最大90 d洪量為3 601億m3，單位面積(1 km2)實測最大洪峰流量為0.123 m3/s，接近全球雨洪河流極值[1]，以其嚴重和頻繁的洪水災害影響著流域各國的社會經濟發展[2]。

本次選取湄公河流域國家關切度最大、全球江湖關系代表性強的湄公河三角洲和洞里薩湖區(位置關系見圖2)為研究對象，研究區域面積16.12萬km2。湄公河三角洲面積7.52萬km2，干流長527.80 km，分別占全流域的9.3%和10.8%，為東南亞最大的平原，是柬埔寨和越南的經濟及糧食安全戰略核心區。柬埔寨湄公河三角洲面積、人口、GDP分別占柬埔寨全國的19%，43%和50%，越南湄公河三角洲面積、稻谷、魚類、水果產量分別約占越南全國的12%，50%，33%和33%。洞里薩湖在柬埔寨首都金邊通過洞里薩河匯入湄公河，流域面積8.60萬km2，占全流域的10.5%，是東南亞最大的淡水湖泊，最大面積(15 261 km2)和容積(787億m3)分別約為鄱陽湖的4倍和3倍，流域面積、人口、GDP分別占柬埔寨全國的45%，50%和44%，不僅是湄公河最重要的洪水、泥沙調蓄場所和生態緩沖區，還是柬埔寨“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”和“生命之湖”，對湄公河發揮著巨大的蓄豐補枯功能，對國際生物多樣性保護和三角洲生態安全維系具有極其重要的意義。

獨特的水文氣候及地理位置決定了湄公河與洞里薩湖特殊的水量交換格局，奠定了洞里薩湖在湄公河流域乃至世界上濕地生態系統中的重要地位。洞里薩湖是全球重要的吞吐型、季節性大型濕地，如同湄公河的“腎”與其連為一體，相互依托、相互作用和相互影響，構成了世界上最為著名且復雜的河湖關系。湄公河治理的難點之一就在于如何處理好湄公河與洞里薩湖關系。正因為如此，湄公河與洞里薩湖的河湖關系一直是國際社會關注的熱點問題，但由于相關研究成果嚴重不足，致使其重要水文過程機理仍不明晰，主要有如下表現。

(1) 湄公河與洞里薩湖降雨徑流年內分配極為不均，全年90%的降水和84%的徑流集中在雨季，加之柬埔寨湄公河三角洲和洞里薩河河道槽蓄能力不夠，沿程多數河段防洪能力低于5 a一遇，造成洪災問題突出，湄公河與洞里薩河季節性的河漫灘運動巨大，其中磅湛至金邊段漫灘現象最為嚴重，多年平均漫灘水量達到312億m3[2]，現有手段難以有效模擬洪水漫灘的時空量變化規律，影響湄公河與洞里薩湖河湖關系邊界條件的辨識。補齊這一研究短板，亦可為下一步科學處理河湖蓄泄關系與左右岸防洪關系奠定基礎。

(2) 湄公河三角洲為感潮河段，洪水與天文大潮的遭遇機率較大，在徑流和河床邊界條件阻滯下，漲、落潮歷時不對稱，各入海汊道雨旱季與豐枯水年的潮差及分流比不一，潮流上溯過程中潮波變形明顯，現有研究尚未界定湄公河的潮流界與潮區界，河口潮汐對河湖匯流段水位的影響大小還有待定量揭示。

(3) 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‰[3]。獨特的地形造成洪泛區水位-面積-容積關系過渡平緩，受河槽、洪泛平原、湖泊蓄洪補枯影響，湄公河和洞里薩湖水位洪枯差異較小、漲落緩慢，導致水動力條件復雜，河湖相互頂托作用強大，頂托機理尚不明晰。湄公河與洞里薩湖洪水遭遇組合復雜，但洞里薩湖區的支流眾多，部分支流無控制水文站，有控制水文站的資料系列也較多缺測、系列長短不一，現有資料條件難以深入研究河湖洪水遭遇規律，影響河湖關系驅動條件的識別。

(4) 受控于湖區地形、湖區支流及湄公河來流與水位豐枯的不同遭遇影響，洞里薩湖洪、枯水期的水位、面積、容積相差較大，實測最高水位10.54 m，最低水位1.11 m，相應最大湖泊面積和容積分別是最小值的7倍和101倍，5月面積最小，平均為2 487 km2，10月面積最大，平均為12 768 km2，多年平均面積變幅10 628 km2[4]，這與鄱陽湖面積極值比達129、容積極值比達482的特點差異顯著。在此自然景觀特點下，洞里薩湖的河、湖相特征是怎樣的，它與鄱陽湖類似的“高水是湖、低水似河”的特征有何差異，以及河湖相的轉換規律等，尚待揭示。

(5) 湄公河與洞里薩湖之間存在著巨大的水沙互動、反饋和頂托效應，水量交換強度大。雨季湄公河漲水長歷時倒灌洞里薩湖，年均倒灌歷時122 d，是中國長江倒灌鄱陽湖歷時的8倍；年均倒灌水量達377億m3，是長江倒灌鄱陽湖水量的13倍，占湄公河干流同期來水的14.4%；倒灌洪峰8 402 m3/s，占干流同期來水的20%，大大減輕了湄公河的洪水威脅，但卻造成湖區洪災頻繁[3，5]。旱季湖水注入湄公河，年均補水歷時244 d，補水水量711億m3，是湄公河倒灌入湖水量的1.96倍，占湄公河下游同期來水的29.9%[3]，保證三角洲供水、灌溉、航運、生態等維持一定的水量與水位。湄公河與洞里薩湖河湖水通量交互方式多樣，包括倒灌(河灌湖)、補水(湖補河)、漫灘(河湖漫灘相互補給)、頂托(湄公河干流來流與洞里薩湖出流相互頂托)等類型，河湖水量交換水文-水動力條件極其復雜，不僅與湄公河和洞里薩湖的徑流豐枯差異有關，直接反映了受到洞里薩河水位(對應過水斷面面積，不同水位下差異極大，集中反映了洞里薩河枯季歸槽、洪季漫灘這一季節性變化特性，表征動能)及河湖水位差(反映洞里薩湖出口段的水流阻力，表征勢能)的影響，還受到洞里薩湖及湄公河三角洲洪泛平原調蓄、潮汐頂托、風浪等因素的影響，在洞里薩湖水位高于湄公河水位時會發生少量倒灌現象。在湄公河水位高于洞里薩湖水位時亦發生少量補水現象。基于實測資料和水文學統計方法難以單獨精準剝離各指標對河湖水量交換及湄公河與洞里薩湖水文情勢的影響大小及其作用機理，有待借助于水動力學模型深入研究河湖關系的水文-水動力學條件及其內涵。當前，湄公河與洞里薩湖河湖水量交換關系與水文情勢驅動機理和響應關系方面的研究還不夠，尚不能滿足流域水庫群聯合應急調度及湄公河三角洲和洞里薩湖區水文預報、綜合治理的需要，亟需就相關的關鍵科學問題開展系統研究并取得突破。

因此，擬基于現場調研、水文統計、遙感反演等手段，開展河湖水文情勢及水量交換關系特征診斷研究，以探尋河湖水情驅動機理的關鍵制約問題；構建湄公河與洞里薩湖水文-水動力耦合模型，來定量揭示河湖水情-水動力條件-河湖水通量交互-洞里薩湖水文節律的驅動響應機理；構建河湖水量交換關系與洞里薩湖水文情勢全過程變化量的關系圖譜，有助于豐富江湖關系科學內涵，為長江與鄱陽湖等國際上其他同類江湖關系研究提供有益借鑒。開展上述研究可為指導柬埔寨水旱災害問題應對、確保河湖健康安瀾奠定支撐基礎，具有重要的理論意義和工程應用價值。

圖2 湄公河與洞里薩湖位置關系Fig.2 Location relationship between the Mekong River and Tonle Sap Lake

1 湄公河-洞里薩湖河湖關系與水文情勢驅動響應機理研究現狀及發展動態

根據擬研究內容，從湄公河與洞里薩湖水文情勢、河湖水量交換關系、水文水動力學模型及水情驅動響應機制等3個方面論述國內外研究現狀，分述如下。

1.1 河湖水文情勢變化規律

湄公河與洞里薩湖水文情勢是河湖關系的直接表征，研究其特征是認識河湖水量交換規律的基礎。隨著經濟全球化進程的推進，水電開發已成為瀾滄江-湄公河流域一種客觀發展趨勢，是沿岸國家推動經濟發展的重要手段[6]。在瀾滄江干流、湄公河干流、湄公河支流上分別已建水庫6，2座和54座，2040年前湄公河支流還將新建水庫83座[7]。這些水庫在發揮巨大綜合效益的同時，又強力驅動著湄公河與洞里薩湖水情的變化，對水利工程影響下的河湖水情變化的識別與分析，是目前研究的熱點。目前，國內外對河湖水情的研究多為利用河湖控制站的水情觀測資料，借助于數理統計、時間序列等分析方法來分析水情變化的周期特性、年內年際變化特性。

針對湄公河干流的水情變化，不少科學工作者做過有益的探討，主要包括徑流變化特性[8]、洪水特征[9]、水沙變化特性[10]等。其中，氣候變化和人類活動對于湄公河干流水情的影響研究較多。隨著海平面上升，咸潮入侵和土壤鹽堿化問題日漸突出，近年來越南湄公河三角洲咸水上溯范圍異常擴張，影響供水與灌溉，受厄爾尼諾現象的影響，2016年枯季湄公河三角洲地區遭受了近百年來最嚴重的旱情[11]。為此，李妍清等[12]分析了瀾滄江梯級水庫對湄公河應急補水的效果。Park等[13]通過分析越南湄公河三角洲洪水頻率的時空趨勢，同時考慮到堤壩建設的影響，提出了2000年以后洪水淹沒持續時間明顯減少、洪災頻率大大降低與河床采砂造成的河床降低及過去幾十年來堤防建設密切相關。Hackney等[14]研究表明，湄公河過度采砂已造成河床水位大幅降低，引起河岸不穩。Alberto[15]研究表明，湄公河三角洲正在下沉和收縮，土壤和含水層鹽堿化加劇，沿海紅樹林帶退化，生態系統普遍退化，原因是地下水過度開采、上游水庫攔沙、大量采砂、基礎設施擴張及海平面上升。Lacombe等[16]以湄公河支流南烏河為例進行研究，并指出水電開發可增加湄公河旱季流量5%～15%，有利于下游灌溉，但在特枯年份水庫無法蓄水，隨著用水需求增加湄公河流量將大幅減少。Rubin等基于湄公河干流和三角洲地貌評估和水庫攔沙模型進行研究，預測表明瀾滄江-湄公河流域的140座水庫全部建成后，可攔截96%的沙量，將對湄公河三角洲水流泥沙產生深遠影響[17-18]。Dang等[19]研究表明湄公河流域135個水庫的建設對湄公河洪泛平原的自然水文狀況影響較大，主要表現為增加了三角洲的水位變化速度，其中柬埔寨洪泛平原可緩解其對越南湄公河三角洲的影響。越南自然資源與環境部委托丹麥水利研究所、美國HDR公司評估了湄公河干流上規劃的11座水電站開發對柬埔寨和越南水流情勢、泥沙的影響[20]。聯合國教科文組織出資、斯德哥爾摩環境研究所開展了湄公河流域泥沙現狀及趨勢分析研究，并建模評估了干流水電開發對泥沙的影響[21]。

洞里薩湖是湄公河三角洲重要的吞吐型湖泊，湖泊水位變動不僅受氣候因素等自然條件的影響，同時受到湄公河和湖區支流來水等重要影響。目前，對于洞里薩湖水情的研究主要集中在湖區支流徑流量變化[22]、出湖水量變化[23]、水量平衡分析[24]及水位變化[25]等。特別是近年來氣候變化[26-27]及水利工程[28]等人類活動影響加劇，洞里薩湖水位和水量變化呈現出新的變化特征和趨勢。洞里薩湖正遭受過度捕撈、水壩和生境破碎化的威脅，其中，湄公河流域正在激增的水電建設擾亂了洞里薩湖自然的季節性河流脈動[29]。Cochrane等[30]研究了水利設施建設對洞里薩湖水位的影響；Yu等[31]揭示了流域開發對洞里薩湖洪泛面積的影響程度；Kim等[26]應用遙感技術揭示了柬埔寨的水位變化、降水變化模式和森林砍伐之間的關系，并使用蒙特卡洛模擬方法確定了降水和森林砍伐的趨勢，分析了它們對未來洪水風險的影響。

總體來看，在河湖水文情勢變化規律方面，以往以河或者湖單一對象的分析較多，而對河湖疊加效應的研究較少，已有成果尚未解決湄公河與洞里薩湖水位漲落互饋關系、湄公河洪季漫灘與枯季歸槽規律、洞里薩湖洲灘高水漫溢與低水出露規律、潮汐對河湖關系影響程度、河湖來水地區組成以及豐枯遭遇規律等對河湖水量交換關系影響較大的水文過程的認知問題。

1.2 河湖耦合水文水動力學模型

國內外學者試圖通過建立水文、水動力學數學模型，實現復雜河網系統的數值模擬，但有關河湖關系的水文水動力學模型研究不多。Tang[32]、Mohammed[33]、Piman[34]等基于SWAT模型構建了湄公河流域或區域分布式水文學模型；Trieu[35]基于MIKE 11構建了越南湄公河三角洲一維水動力學模型；Trinh等[36]基于MIKE 21構建了越南湄公河三角洲區域二維水動力學模型；Wu等[37]建立了洞里薩湖分布式水文模型；丹麥水利研究所基于MIKE 21構建了洞里薩湖二維水力學模型[19]。國內主要針對長江與洞庭湖、鄱陽湖江湖關系開展了有關水文水動力學模型研究。徐衛紅[38]研究了復雜防洪系統數值模擬的理論方法和模型構建，首次實現了洞庭湖區復雜防洪系統的聯合調洪模擬；周柏林等[39]在長江中下游水沙整體宏觀數學模型的基礎上，建立了七里山水域二維水沙局部細致模擬數值模型；張南[40]對水動力數值模擬過程中所涉及的建模方法、數值模擬方法、流場可視化等問題進行了詳細剖析，提出并實現了全面的水動力數值模擬解決方案。綜上，已有研究以河或者湖單一對象的建模較多，尚未實現河湖耦合聯算，不符合湄公河三角洲與洞里薩湖區大型連通水網復雜水力交互規律，水文數據不夠、精度不高、水文預報難度大等基礎問題亦未通過模型得以解決，還需要深入開展河湖耦合的水文水動力模型研究，對河湖關系變化規律進行精細化模擬。

1.3 河湖水量交換關系及水情驅動機制

針對湄公河三角洲和洞里薩湖區的治理，首先要理清湄公河與洞里薩湖水量交換關系演變的規律與趨勢。長期演變形成的水量交換關系錯綜復雜，水通量交互特征主要表現為湄公河洪水倒灌及漫灘進入洞里薩湖、洞里薩湖汛后通過洞里薩河及洪泛區向湄公河補水、湄公河來流與洞里薩湖出流相互頂托等。Mak等[41]統計了湄公河倒灌入湖水量；Qu等[42]分析了洞里薩湖的調洪作用；李昌文[3，43]、Xu[44]等基于實測資料和水文統計法揭示了河灌湖、湖補河的時間及量級變化特征及基本規律，初步分析了湄公河下泄水量與洞里薩湖出流的相互頂托作用及影響程度，研究了洞里薩湖對本流域和湄公河干流洪水的調蓄作用；Pokhrel等[45]認為：雖然目前尚未發現大壩對湄公河下游洪水脈沖的潛在影響，但基于水動力學模型可以預測湄公河干流徑流調節對下游河漫灘動力學的影響，以及對洞里薩湖洪水脈沖的破壞，如果湄公河洪水脈沖衰減50%并延遲一個月，則湄公河將可能不會倒灌洞里薩湖。目前，國內外對湄公河與洞里薩湖的河湖關系研究仍十分稀缺，已有研究多從實測資料進行統計，未深入認識洞里薩湖河湖相關特征，亦未從水動力條件揭示河湖水情的時空量互動與反饋規律，洞里薩湖的調蓄作用缺乏長系列分析及漫灘交互量。

在認識和分析河湖水情變化規律的基礎上，識別河湖水情的影響因子，便于揭示河湖相互作用的驅動機制。近年來，受氣候變化和人類活動共同影響的水循環系統演變機制研究受到國內外普遍關注，特別是瀾滄江梯級水庫運行后，對河湖中下游地區尤其是洞里薩湖帶來什么樣的影響，是目前研究的熱點。自然狀態下，河湖形態及水沙交換是一個動態季節性的變化過程[46]。河湖水量交換受河湖水情及水動力條件的驅動作用，洞里薩湖水文節律受河湖交換量的影響。Matti[47]通過建立概念性簡化模型，初步分析了湄公河流量變化對洞里薩湖洪水脈沖及初級生產力的影響。河湖水情的變化是自然與人類活動共同作用的結果，近幾十年來人類活動的影響越發凸顯。隨著上游及支流大型水利工程的運轉，梯級水庫汛末蓄水改變了湄公河來水量，減緩了湄公河對洞里薩湖的頂托效應，改變了原有的河湖水力聯系，河湖關系發生了調整變化，進而影響洞里薩湖的水文情勢。鑒于湄公河流域水利基礎設施建設的加速發展和氣候的異常變化，洞里薩湖洪水脈動正在發生重大變化。Arias等[48]通過建立歷史洪水淹沒圖和土地覆蓋面積之間的關系，評估了未來幾十年棲息地面積的潛在變化；Chang等[49]利用衛星遙感數據提取洞里薩湖洪水淹沒范圍，基于歷史淹沒程度預測了未來逐日淹沒范圍；Smith等[50]研究表明，水位和面積是表征湖泊受氣候變化與人類活動影響程度的重要指示器；Teng[51]揭示了洞里薩湖水位波動與面積及生境變化關系；Jantunen[52]構建了洞里薩湖的水位-面積曲線；Tangdamrongsub等[53]揭示了洞里薩湖面積年內變化規律；李昌文等[54-55]精細構建了基于0.1 m梯度的洞里薩湖水位-面積(容積)關系曲線。綜上，經過長期的基礎研究，在湄公河與洞里薩湖河湖關系領域取得了可喜的進展。但由于河湖水量交換關系是一個復合現象，相互作用復雜，在其演變驅動機制方面，已有研究僅分析了河湖水量關系變化的部分影響因素，尚未定量揭示出河湖水量交換格局與河湖水文情勢的驅動響應關系，以及水動力條件改變對河湖水量交換的作用機制，亦未量化河湖關系內涵變化量與水文情勢全過程變化量的關系。

綜上所述，目前對湄公河與洞里薩湖水量交換關系與水文情勢驅動響應關系定量圖譜的研究還存在很大發展空間。因此，基于水文統計、遙感與GIS技術、河湖水文-水動力學耦合模型等手段，深入研究河湖互饋全過程，揭示河湖關系機理及驅動響應關系，創建河湖水量交換關系內涵變化量與水文情勢響應的定量圖譜，具有重要的科學理論意義和實踐應用價值。

2 湄公河-洞里薩湖河湖關系與水文情勢驅動響應機理亟待解決的關鍵科學問題

2.1 湄公河與洞里薩湖復雜河網與水文節律下的水文-水動力耦合模型

(1) 洞里薩湖入湖支流水文站點缺乏，已有站點水文資料系列短、不連續、同步性差，水文比擬法等傳統水文學方法無法精細考慮湖區洪水頂托、下滲及空間變異等問題，難以合理分析洞里薩湖流域的來水大小及徑流地區組成規律。

(2) 長達140 km的洞里薩湖僅有1處水位站，尾閭河道則無測站控制，無法理清洞里薩湖區水面比降的季節性變化規律；受洪泛森林遮擋等影響，遙感影像和實測地形難以精準模擬洞里薩湖面積、容積、流速等的季節性動態變化規律。在這種條件下，無法理清洞里薩湖的河湖相特征及轉換規律。

(3) 湄公河三角洲與洞里薩湖區極易發生漫灘，且彼此交互(部分洪水直接漫灘入湖或出湖)，漫灘的歷時長、范圍廣，在雨季6～10月和桔井至柬越邊境段均會發生不同程度的漫灘；而水文測驗斷面不能控制上游所有來水，使得漫灘時空變化量難以準確模擬，制約河湖水量交換關系的合理分析。

(4) 三角洲和湖區洲灘密布、支流眾多、水面寬闊、水量交互易受風浪影響、建模難度大，金邊以下呈分汊型式、徑流過程集成度高、水流復雜，金邊以上洪枯極值大、河湖來流相互遭遇，水文學法無法深入分析這種復合現象。

(5) 目前柬埔寨水文預報技術落后，缺乏水文、水動力學模型，預報成果主要根據上、下游水位相關關系得出，尚未考慮河湖關系、左右岸洪水關系、下游潮汐頂托以及支流入匯的影響，預報精度差，無法有效模擬與預測水文情勢，成為防洪抗旱、水生態環境保護、流域綜合管理等的制約瓶頸。

綜上，湄公河與洞里薩湖復雜河網水文-水動力耦合模型的構建，是湄公河-洞里薩湖河湖關系與水文情勢驅動響應機理研究亟待解決的一個關鍵科學問題，其研發可有效解決上述問題。

2.2 湄公河和洞里薩湖水量交換關系與水文情勢驅動機理和響應關系

湄公河三角洲和洞里薩湖區地形平緩、河道與水面比降小、水位漲落緩慢、河湖豐枯遭遇組合多樣，且受洪泛區調蓄、河口潮位頂托、風浪等影響，造成水動力條件極其復雜，湄公河與洞里薩湖之間存在著巨大的水沙互動、反饋和頂托效應，并呈現出汛期倒灌、漫灘、汛后補水、全年相互頂托、洞里薩湖蓄洪補枯等的多重組合方式，關于河湖水量交換關系的驅動機理尚不明晰。因此，亟待揭示河湖水量交換關系的特性與變化過程，理清不同時期的河湖關系格局，深刻揭示洞里薩湖與湄公河倒灌、補水、漫灘、頂托、調蓄關系演變的水文水動力學驅動機制，闡明水量交換關系與洞里薩湖水情的響應規律，量化河湖水情-水動力條件-河湖水通量交換-洞里薩湖區不同區域全過程水文節律的驅動響應耦合協變關系。

3 湄公河-洞里薩湖河湖關系與水文情勢驅動響應機理研究的突破方向與實現途徑

為了解決洞里薩湖流域有測站支流水文資料插補延長和無資料地區徑流推求的問題，以及河湖水情遭遇、倒灌、補水、漫灘、頂托、調蓄等全過程多維度互饋規律的認知問題，亟待構建湄公河與洞里薩湖水文-水動力耦合模型。在此基礎上，才能理清河湖水量交換關系的格局，闡明河湖水量交換關系演變過程和驅動機制，揭示河湖水量交換關系與河湖水情的響應規律，奠定河湖關系的理論基礎。創建河湖水通量變化與水文情勢全過程變化量的定量關系圖譜，可為瀾湄流域6國共商、共建、共享瀾滄江-湄公河水文-水動力模型提供技術支撐，指導湄公河和洞里薩湖的水文預報和綜合治理。

為了解決上述瓶頸問題，結合湄公河三角洲與洞里薩湖區的實際情況，宜采取實地調研、資料查閱、理論公式推導、精細化數值模擬、水文水動力耦合、RS+GIS多尺度時空分析、數理統計、數據挖掘等相結合的研究方法，通過水文學、地貌學、河流動力學、應用數學和地理科學等多學科綜合交叉與融合，開展湄公河與洞里薩湖水量交換關系與水文情勢驅動響應關系定量圖譜研究。

3.1 技術路線

利用長系列水文觀測和遙感影像資料，采用多尺度時空分析技術，開展湄公河干流與洞里薩湖水文情勢及水量交換特征診斷研究，識別河湖水情的時空變化特征、組合疊加效應特征及現有資料與技術的瓶頸問題。針對診斷問題，構建面向河湖水量交換關系演化及驅動響應的洞里薩湖流域分布式水文模型、湄公河與洞里薩湖耦合的雨季二維、旱季一二維水動力學數學模型，實現河湖水情特征的精細模擬。以此為基礎，采用實測資料演化、河流動力學理論推導和數理統計相結合的技術手段，探究湄公河與洞里薩湖河湖水量關系演變的基本規律，建立河湖水情變化-水動力條件變化-河湖交換流量過程變化-洞里薩湖關鍵節點水文節律變化-洞里薩湖濕地景觀變化的相關關系，定量揭示河湖水文情勢變化與河湖水量交換關系的驅動機制及響應機理，創建河湖水量交換關系內涵變化量與洞里薩湖水文情勢全過程變化量之間的關系圖譜。擬通過如圖3所示技術路線進行系統、深入的研究。

3.2 關鍵技術

3.2.1湄公河與洞里薩湖水文情勢特征及河湖水情疊加效應特征診斷研究

利用河湖控制站長歷時水文資料，結合遙感影像，從湄公河與洞里薩湖水文情勢及河湖水情疊加效應兩個方面開展時空變化特征診斷，技術路線如圖4所示。

(1) 開展湄公河與洞里薩湖水文情勢特征診斷分析。重點攻破洞里薩湖出入湖徑流推算、地表-地下相互補給過程模擬、河湖水情特征診斷、河湖洪枯水形態診斷技術，解決洞里薩湖流域資料稀缺、湄公河干流測站無法監測漫灘量等數據問題，以及水文、遙感技術無法精準剖析河湖水情時空變化多過程的聯系與反饋機制等關鍵科學問題，探討湄公河干流與洞里薩湖水情長歷時變化的趨勢性、突變性和周期性特征，界定湄公河口的潮流界與潮區界，揭示河口潮汐、上游徑流、區域風浪對河湖交匯段水位的影響機理，定量解決湄公河三角洲洪水漫灘、枯季歸槽以及洞里薩湖區湖灘汛期淹沒、枯季顯露的時空分布規律認知問題，揭示洞里薩湖不同時段的河相、湖相特性及相互轉換關系。

(2) 開展湄公河與洞里薩湖水情疊加效應時空變化特征診斷分析。通過概念定義、量化特征及相關分析等手段，從定性和定量角度，明晰洞里薩湖入湖、出湖與湄公河不同量級洪水的峰、量、過程遭遇特點，表征湄公河干流與洞里薩湖不同時間尺度下的相互頂托強度指數、河灌湖強度指數、河湖水量交換系數，闡明洪水遭遇組合變化、湄公河頂托、湖區調蓄能力變化、水量交換等河湖水情疊加效應的基本特征。

圖3 研究總體技術路線Fig.3 Research overall technology roadmap

圖4 河湖水文情勢及水情疊加效應時空變化特征診斷技術路線Fig.4 Technical route for diagnosing the spatial-temporal changing characteristics of river-lake hydrological regime and its superimposed effects

3.2.2湄公河與洞里薩湖復雜河網水文-水動力耦合模型研究

圖5 湄公河三角洲和洞里薩湖區水文站網及河道地形分布Fig.5 Hydrological station network and river topographic distribution in the Mekong Delta and Tonle Sap Lake area

以湄公河與洞里薩湖系統水文-水動力聯系為主線，將河湖系統在空間上劃分為3個單位(見圖5)，即洞里薩湖支流流域、洞里薩湖水體(含洪泛區)以及湄公河水體(汛期含左右岸洪泛平原)，構建空間結構完整的河湖系統水文水動力聯合模型。重點突破復雜水網巨大河湖水動力交互建模技術瓶頸，研發面向河湖關系演變的洞里薩湖流域分布式水文模型、湄公河與洞里薩湖耦合的雨季二維、旱季一二維水動力學數學模型，并實現分布式水文模型與水動力學模型的聯合演算，解決資料不足、精度不高、方法缺失、機理不清等難題。由于湄公河三角洲洪泛平原面積龐大，重點研究越南和柬埔寨水文地形資料協同分析、模型邊界處理、河網概化、一二維模型耦合等問題。

3.2.3湄公河和洞里薩湖水量交互關系驅動機制與河湖水情響應關系圖譜的構建

基于湄公河與洞里薩湖耦合水文-水動力學模型，開展湄公河與洞里薩湖水情疊加效應時空變化特征訂正、河湖水量交換關系演變的驅動機制及其響應規律研究、河湖水量交換關系與水文情勢響應關系定量圖譜構建，揭示研究湄公河與洞里薩湖水量交互關系驅動機制，其技術路線如圖6所示。

圖6 河湖水量交互關系驅動機制與河湖水情響應關系圖譜構建技術路線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) 訂正湄公河與洞里薩湖水情疊加效應時空變化特征。基于湄公河與洞里薩湖耦合水文-水動力學模型，精細揭示三角洲河網、沿岸洪泛平原對湄公河洪水的調蓄作用，定量修正洞里薩湖入湖洪水的地區組成和遭遇特征、湄公河與洞里薩湖洪水遭遇特征、湄公河左右岸漫灘洪水關系；根據不同徑流與潮汐組合下沿程潮位的模擬結果，復核潮流界與潮區界的界定范圍；構建湖盆數字高程模型與不同水位下的湖面形態圖，構建洞里薩湖水位-面積-動庫容關系，分析洞里薩湖水面面積、容積、水面坡降、流速場、洲灘出露等隨河湖水情的演變特征并建立相關關系，校正河湖相轉換的臨界條件；定量模擬河湖互動與反饋(倒灌、補水、漫灘、頂托)的水通量時間、歷時、程度與影響范圍，分析洞里薩湖吞吐湄公河的時空量變化特征和河湖交互水域水位變化規律，量化河湖關系內涵變化閾值；訂正洞里薩湖蓄洪補枯作用及對河湖水位的變化影響。

(2) 精細揭示湄公河與洞里薩湖水情演變與互饋規律。揭示湄公河洪水漫灘規律、潮流界與潮區界對河湖交匯的影響機制、洞里薩湖徑流及洪水地區組成規律、洞里薩湖河湖相轉換規律，定量解決河湖水情豐枯遭遇、倒灌、補水、漫灘、頂托等互饋規律的認知問題，進而理清河湖水量交換的時空格局。辨識河湖水量交換關系的主要影響因素和發生條件，建立河湖水位漲落、河湖徑流豐枯遭遇組合、河口潮位頂托、風浪等引起的水文-水動力過程變化與河湖水量交換關系內涵量的對應關系，評估湄公河干流及本流域不同入流對河湖相互作用的影響，明晰水動力過程對河湖水量交換關系內涵影響量。基于模型演算成果，量化河湖水情組合變化對洞里薩湖水位變幅及調洪補枯的影響程度，為水文預報和區域綜合治理提供理論依據。

(3) 定量創建河湖水通量變化與水文情勢全過程驅動響應關系的知識圖譜。分別以河口潮位頂托變化、洞里薩湖本流域入湖流量變化、湄公河來流變化、湄公河與洞里薩湖峰現時間變化(河湖洪水出現時間推遲或提前)等為自變量，分河湖來水豐、平、枯水年遭遇組合序列，模擬演算出入湖流量及洞里薩湖區不同區域關鍵節點水文節律隨河湖水情變化的相關關系，構建了河湖水情變化-水動力條件變化-河湖交換流量過程變化-洞里薩湖水文節律變化的量化關系；同時，比較了湄公河干流漲/退水期湖區水文情勢的特征差異，解析了河湖水文情勢演變與河湖水通量響應的耦合作用機理，揭示了河湖水量交換關系變化驅動的洞里薩湖洪枯水文過程變化規律，并探求了河湖水文節律通量的響應規律及其與河湖水量交換關系的互饋協變關系。在此基礎上，基于數據挖掘技術，創建了對工程實踐指導作用極大的河湖關系內涵變化量與水文情勢全過程變化量之間的神經網絡定量知識圖譜。

4 結 論

本書對湄公河-洞里薩湖河湖關系與水文情勢驅動響應機理進行了綜合分析，并研究了其關鍵科學問題與技術實現路徑。結果表明：① 湄公河-洞里薩湖河湖關系與水文情勢驅動響應機理研究取得了可喜進展，但仍缺乏河湖疊加效應耦合互饋機制的研究，因而難以解決湄公河與洞里薩湖水位漲落互饋關系、湄公河洪季漫灘與枯季歸槽規律、洞里薩湖洲灘高水漫溢與低水出露規律、潮汐對河湖關系影響程度、河湖來水地區組成及豐枯遭遇規律等對河湖水量交換關系影響較大的水文過程認知問題。② 目前仍缺乏具有普遍適用性的河湖水文-水動力學耦合模型，尚未實現湄公河三角洲與洞里薩湖區大型連通水網復雜水文水力過程物理機制上的緊密交互，影響到了模擬的精度和研究的適用性。③ 如何量化河湖水情-水動力條件-河湖水通量交換-洞里薩湖區不同區域全過程水文節律的驅動響應耦合協變關系，也是河湖治理亟須解決的關鍵科學問題。

為進一步推進湄公河-洞里薩湖河湖關系與水文情勢驅動響應機理深入、系統的研究，基于目前已有成果和存在的問題，建議基于實測水文地形資料、全天候衛星遙感監測資料、多尺度GIS分析、分布式水文模型、水動力學模型等手段，研發湄公河與洞里薩湖復雜河網水文-水動力模型，實現河湖耦合豐枯聯算，解決三角洲平原河網復雜水動力條件的建模問題。在此基礎上，定量揭示河湖水量交互全過程與河湖水文情勢全過程的關系。研究過程中既需強調降雨和河湖徑流豐枯遭遇的作用，又要考慮河湖水位漲落、潮汐頂托、風浪等的影響，剖析徑流、潮汐、風浪的組合效應；既要分析水文條件的作用機理，又需深入研究水動力學條件的作用機制；既要考慮傳統上倒灌、補水的河湖交互規律，又得考慮漫灘、頂托、調蓄、遭遇等的河湖互饋機制，進而全面揭示湄公河與洞里薩湖河湖關系的內在機理，實現基于水文-水動力數值模擬的河湖水量交換關系與水文情勢響應關系定量圖譜的構建，解決湄公河三角洲與洞里薩湖區水文預報及綜合治理的技術難題。