巴基斯坦卡洛特水電站施工期水文氣象服務(wù)實(shí)踐

　　摘要：為克服和解決吉拉姆河流域所屬權(quán)的特殊性、安全環(huán)境的復(fù)雜性、水文資料的不完整性給卡洛特水電站施工期水情氣象服務(wù)造成的諸多困難，通過分析整理歷史資料，構(gòu)建了代表性較強(qiáng)的自動測報與預(yù)報系統(tǒng)，對較大無控區(qū)間采用氣象形勢預(yù)測與水文比擬的方法進(jìn)行了流量預(yù)測預(yù)報等工作，不斷提高預(yù)報精度。實(shí)際運(yùn)行情況表明，該電站自動測報系統(tǒng)穩(wěn)定，水情預(yù)報精度較高，取得了較好的社會和經(jīng)濟(jì)效益，可為類似項(xiàng)目提供經(jīng)驗(yàn)借鑒并起到一定示范效應(yīng)。

　　關(guān)鍵詞：水文氣象服務(wù);無資料區(qū);施工期;一帶一路;卡洛特水電站;巴基斯坦

　　《山西水利雜志》辦刊宗旨是圍繞水利工作實(shí)際，宣傳與貫徹黨和國家有關(guān)水利工作的方針、政策，反映與交流水利建設(shè)與管理諸方面的成績、經(jīng)驗(yàn)、情況、問題和意見。

　　巴基斯坦卡洛特水電站建設(shè)項(xiàng)目被列為“一帶一路”重點(diǎn)項(xiàng)目和“中巴經(jīng)濟(jì)走廊”優(yōu)先實(shí)施能源合作項(xiàng)目。卡洛特水電站所處吉拉姆河流域，絕大部分地區(qū)處于所屬權(quán)存在爭議的克什米爾地區(qū)，壩址以上流域面積26 700 km2.約50%的區(qū)域無法建站。巴基斯坦境內(nèi)經(jīng)濟(jì)、交通、電力、通信等環(huán)境相對較差，政治、宗教等關(guān)系復(fù)雜，給電站施工期水情服務(wù)帶來了諸多問題，甚至影響正常水文測報預(yù)報工作的開展。卡洛特水情中心需要通過優(yōu)化站網(wǎng)布設(shè)、提高自動測報系統(tǒng)穩(wěn)定性、充分利用現(xiàn)有資源，以滿足水電站施工期水文氣象服務(wù)工作要求。

　　1 流域概況及歷史資料分析

　　卡洛特水電站建設(shè)項(xiàng)目是巴基斯坦境內(nèi)吉拉姆(Jhelum)河規(guī)劃的5個梯級電站的第4級。吉拉姆河流域多為高山峽谷，為典型的山區(qū)性河流，徑流以融雪水和季節(jié)性降雨補(bǔ)給為主，源頭沒有永久冰川覆蓋。流域全年降雨比較集中，干濕季節(jié)明顯，3-9月為雨季。壩址以上印控克什米爾地區(qū)無水文測站(水情測站布置詳見圖1)。壩址處多年平均流量819m3/s，多年平均年徑流量258.3億m3。工程為單一發(fā)電任務(wù)的水利樞紐，水庫正常蓄水位461.00 m，死水位451.00 m，設(shè)計洪水位461.13 m，校核洪水位467.06 m，為Ⅱ等大(二)型工程，電站裝機(jī)容量720MW(4x180 MW)，設(shè)計年發(fā)電量32.13億kW-h。

　　1.1 歷史資料情況

　　吉拉姆河流域水文資料由巴基斯坦水電發(fā)展署(WAPDA)負(fù)責(zé)收集管理。流域干流設(shè)有帕坦、多邁爾、穆扎站，從1969年4月開始就有水文資料記錄，序列較長，資料一致性較好(卡洛特壩址以上流域在2018年4月以前無控制性水利工程投運(yùn))。水位觀測主要以人工觀測為主，大部分測站水位是參照常年水位下某根水尺零高的水深，水位基面不固定，年際間水位常出現(xiàn)系統(tǒng)偏差，且大部分測站僅在每日09：00-16：00采用人工逐時觀測，其他時段無資料;雨量資料絕大部分為人工觀測，僅有日雨量;流量采用流速儀法施測，絕大部分站無專用渡河設(shè)施(如水文纜道、機(jī)動船等)和動力設(shè)施，主要依托斷面附近橋梁渡河開展流量測驗(yàn)。基于多年資料分析發(fā)現(xiàn)，當(dāng)流量大于1 500m3/s后，上述各站流量資料不完整或基本沒有。

　　1.2 歷史資料使用與處理

　　對于水位數(shù)據(jù)，將巴方英制單位的水深轉(zhuǎn)換成公制單位，進(jìn)行上下游對照，對漏測水位不進(jìn)行插補(bǔ)，但對明顯異常數(shù)據(jù)進(jìn)行合理性檢查，刪除不合理的數(shù)據(jù)。

　　對于流量數(shù)據(jù)，將巴方英制單位的水深、流量、面積、流速等轉(zhuǎn)換成公制單位，點(diǎn)繪逐站水深一流量關(guān)系圖，參照面積、流速對異常的測點(diǎn)進(jìn)行修正或刪除。

　　針對年際間水位出現(xiàn)系統(tǒng)偏差的測站，采用2013～ 2015年數(shù)據(jù)綜合分析，結(jié)合中方實(shí)測點(diǎn)進(jìn)行校核，分析率定水位一流量關(guān)系線。用率定的綜合水位一流量關(guān)系將水位轉(zhuǎn)換成流量。

　　因巴方水文部門高洪測驗(yàn)?zāi)芰τ邢蓿笏陜H觀測水位，在編制預(yù)報方案前，采用水位一流量關(guān)系線，按趨勢外延和曼寧公式法，對各測站水位一流量關(guān)系線進(jìn)行中高水延長。

　　綜上，雖然卡洛特水電站有46 a的歷史資料，但因巴方水文部門測報能力有限，造成水文歷史資料不完整，時間間隔較大，如降水都為日平均資料，大大制約了水情預(yù)報方案的編制以及精度等級。

　　2 水情自動測報和預(yù)報系統(tǒng)

　　2.1 站網(wǎng)布設(shè)情況

　　在分析流域水文氣象特性的基礎(chǔ)上，結(jié)合自然地理?xiàng)l件和現(xiàn)場查勘及通信測試結(jié)果，遵循“臨時與永久相結(jié)合”，符合“容許最稀站網(wǎng)”原則，以滿足水文預(yù)報要求為主導(dǎo)，充分考慮水電站建設(shè)對水文特性的影響，論證并確定最終站網(wǎng)布設(shè)方案。其中，包括20個雨量站和14個水位(文)站(2個新建水文站、4個壩區(qū)新建水位站以及在巴方水文資料基礎(chǔ)上改建的8個水文站)。

　　2.2 預(yù)報方案

　　2.2.1 預(yù)報分區(qū)

　　為預(yù)報預(yù)見期(6h、12 h)內(nèi)的壩址流量和施工期不同階段壩區(qū)各組水尺的水位，根據(jù)卡洛特水電站壩址以上流域的自然地理特征、降雨及洪水特性，將壩址以上流域劃分為8個降雨徑流計算分區(qū)。

　　2.2.2 預(yù)報方案配置

　　在預(yù)報方案中，充分考慮現(xiàn)有的水文資料條件，選用具有實(shí)用性、可靠性且簡便的產(chǎn)匯流模型。流域產(chǎn)匯流模型分別選用API模型、新安江模型、經(jīng)驗(yàn)單位線;河道匯流選用馬斯京根法，壩區(qū)水位預(yù)報采用相關(guān)圖和水位系數(shù)法[1]。

　　2.3 自動測報系統(tǒng)

　　測報系統(tǒng)建設(shè)以滿足水情預(yù)報為主要目標(biāo)，兼顧電站發(fā)電調(diào)度的需求[2]，其主要內(nèi)容為遙測水位(文)站、遙測雨量站及其避雷設(shè)施建設(shè)，中心站數(shù)據(jù)接收與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配置以及應(yīng)用軟件等[3]。

　　由于壩址以上部分測站(如雨量站1、雨量站2、雨量站6、雨量站8、哈田巴拉水文站等)通信資源有限，故卡洛特水電站測報系統(tǒng)測站數(shù)據(jù)傳輸僅采用中國北斗衛(wèi)星作為數(shù)據(jù)傳輸信道，并利用國內(nèi)北斗衛(wèi)星數(shù)據(jù)處理中心每5 min推送一次數(shù)據(jù)進(jìn)行備份。如流域內(nèi)遙測站正常，當(dāng)水情中心站接受數(shù)據(jù)儀器出現(xiàn)故障時，通過國內(nèi)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)推送也可保證數(shù)據(jù)及時入庫。自2016年10月至今，測報系統(tǒng)運(yùn)行正常，月平均通暢率都達(dá)95%以上，滿足SL 61-2015《水文自動測報系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》要求。