劉啟松 鄧頌霖 徐志 劉應(yīng)武

摘要：為延長巴基斯坦卡洛特水電站施工期壩址洪水預(yù)見期，利用臨近流域替代法和API模型估算印控克什米爾地區(qū)區(qū)間來水，實現(xiàn)卡洛特水電站短期壩址流量預(yù)報計算或估算。選取“20170406”“20180420”和“20180807”等3場洪水實測降雨資料和預(yù)報降雨資料對該方法的適用性進(jìn)行驗證。結(jié)果表明：以上3場洪水實測降雨估算洪峰流量結(jié)果與實測洪峰流量最大相對誤差均在許可誤差的20%內(nèi)，預(yù)報降雨計算結(jié)果受預(yù)報準(zhǔn)確率影響，導(dǎo)致“20180807”洪水計算結(jié)果偏小。在獲得流域準(zhǔn)確降雨預(yù)報時，該方法能較好地預(yù)估洪峰范圍，延長洪水預(yù)報預(yù)見期，可為卡洛特水電站安全度汛提供技術(shù)支撐。

關(guān)鍵詞：洪水預(yù)報;臨近流域替代法;API模型;卡洛特水電站;巴基斯坦

中圖法分類號：P338 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A DOI：10.15974/j.enki.slsdkb.2020.04.002

1研究背景

卡洛特水電站是“一帶一路”首個大型水電投資項目，位于巴基斯坦吉拉姆河流域，壩址以上流域面積26700km²，其中13500km²處于印控克什米爾地區(qū)，其控制站為恰可迪（Chakothi）站。受多種因素的綜合影響，無法在印控克什米爾地區(qū)建立水文站以掌握該地區(qū)來水。由于洪水從恰可迪站傳播至壩址時間小于24h，在中高水時小于12h，導(dǎo)致壩址洪水預(yù)報預(yù)見期有限。以上因素給巴基斯坦卡洛特水電站施工期防洪度汛帶來巨大困難，因此迫切需要估算印控克什米爾地區(qū)區(qū)間洪水和延長壩址洪水預(yù)報預(yù)見期。吉拉姆河流域站網(wǎng)分布見圖1。

本文采用臨近流域替代法對印控克什米爾地區(qū)來水進(jìn)行計算，實現(xiàn)該電站短期壩址洪峰流量預(yù)報計算或估算，延長洪水預(yù)報預(yù)見期，提前預(yù)報災(zāi)害性洪水，為電站安全度汛提供技術(shù)支撐。

2研究方法

2.1預(yù)報分區(qū)

卡洛特水電站壩址采用卡洛特（專用）站作為控制站。尼拉姆（Neelum）河用穆扎法拉巴德（Mu-zaffarabad）站作為控制站。昆哈（Kunhar）河用塔哈塔（Talhatta）站作為控制站。

根據(jù)水系特點，將整個流域劃分為4個預(yù)報分區(qū)，基于預(yù)報分區(qū)的卡洛特壩址洪峰流量預(yù)報節(jié)點見圖2。

2.2預(yù)報方法

臨近流域替代法計算壩址流量具體分4個步驟。

（1）獲取流域內(nèi)短期面平均日降雨預(yù)報信息，目前只能得到1～3d相對準(zhǔn)確的面降雨資料。1～3d短期降雨預(yù)報是基于數(shù)值天氣預(yù)報產(chǎn)品，參考實況天氣探測信息，如地面、天氣和氣象衛(wèi)星、雷達(dá)等，經(jīng)氣象預(yù)報員綜合分析、會商討論等完成，具體預(yù)報產(chǎn)品為上述區(qū)域1～3d的逐日面雨量預(yù)報范圍及傾向值。

（2）根據(jù)各區(qū)前期實況和未來1～3d的降雨預(yù)報傾向值，計算流域上游各區(qū)（見表1）前期及未來1～3d內(nèi)逐日雨前土壤含水量（Pa）值，并基于各區(qū)降雨徑流相關(guān)圖，計算未來1～3d各區(qū)日產(chǎn)流量。

（3）利用各區(qū)24h單位線，計算各區(qū)未來1～3d日平均徑流過程;

（4）將恰可迪、塔哈塔、穆扎法拉巴德、阿扎帕坦（Azad Pattan）區(qū)間流量累加，將結(jié)果再累加至卡洛特（專用）站近日日平均流量，完成卡洛特（專用）站逐日平均流量過程計算。

將上述計算得到的卡洛特（專用）站平均流量，再考慮安全系數(shù)，得到壩址日平均流量和洪峰流量。臨近流域替代法流程見圖3。

2.324h單位線

根據(jù)預(yù)報分區(qū)及其預(yù)報模型，將相應(yīng)分區(qū)內(nèi)1h單位線利用S曲線轉(zhuǎn)換法和各分區(qū)面積進(jìn)行時段轉(zhuǎn)換，得到各區(qū)24h單位線，各區(qū)單位線及降雨徑流相關(guān)圖見表2、圖4和圖5。由于流域內(nèi)中高洪水傳播時間小于12h，計算時不考慮錯時計算問題。

2.4折減系數(shù)與安全系數(shù)

（1）區(qū)間流量折減系數(shù)。為保證各區(qū)計算區(qū)間流量更符合實際情況，各區(qū)計算區(qū)間流量時均乘以折減系數(shù)，折減系數(shù)取值范圍為0.01～1.00。為確定各區(qū)期間流量時折減系數(shù)，采用試錯法對2016～2018年發(fā)生的各場洪水進(jìn)行試算，得到各區(qū)間流量折減系數(shù)結(jié)果見表3。1區(qū)期間流量計算時，采用結(jié)果為區(qū)間流量計算結(jié)果的0.02倍;2區(qū)和3區(qū)期間流量計算時，采用結(jié)果為區(qū)間流量計算結(jié)果的0.10倍;4區(qū)期間流量計算時，采用結(jié)果為區(qū)間流量計算結(jié)果的0.50倍。

（2）日平均流量與洪峰轉(zhuǎn)換系數(shù)。經(jīng)過對2016～2018年多場次洪水分析，發(fā)現(xiàn)吉拉姆河流域洪峰流量一般是日平均流量的1.1～1.5倍。本文對計算日平均流量進(jìn)行1.0～1.5倍放大，估算洪峰。原則為：當(dāng)預(yù)報日降雨量較大，且降雨可能較集中時，計算日平均流量可放大1.3-1.5倍，即為洪峰流量;當(dāng)預(yù)報日降雨量一般，且降雨時間較長時，計算日平均流量可放大1.0～1.3倍，即為洪峰流量。通過對“20170406”“20170220”和“20170711”洪水進(jìn)行實例分析可得，轉(zhuǎn)換系數(shù)取1-3一般效果較好，所以本文取轉(zhuǎn)換系數(shù)為1.3。

3實例分析

利用臨近流域替代法對“20170406”“20180420”和“20180807”洪水進(jìn)行檢驗，為提高檢驗成果的可靠性，利用以上3次洪水的實測降雨資料和預(yù)報降雨資料（巴基斯坦國家氣象局提供的流域分區(qū)降雨預(yù)報）進(jìn)行計算。

利用卡洛特壩址各場洪水實測降雨資料和預(yù)報降雨資料，以及降雨前初始Pa，查P-Pa-R曲線可知各個區(qū)間降雨時段凈雨，再根據(jù)各區(qū)單位線進(jìn)行產(chǎn)匯流計算，計算結(jié)果見表4～5。

從表5可知，以上3場洪水實測降雨資料估算洪峰流量與實際洪峰流量最大相對誤差分別為10%、1.O%和6.1%，預(yù)報降雨資料估算洪峰流量與實際洪峰流量最大相對誤差分別為14.5%、1.7%和25.7%?！?0180807”洪水預(yù)報降雨資料計算結(jié)果為25.7%，不滿足GB/T 22482-2008《水文情報預(yù)報規(guī)范》允許范圍（降雨徑流預(yù)報以實測洪峰流量的20%作為許可誤差），這與預(yù)報降雨量偏小有關(guān)。其他洪水計算結(jié)果均較好地預(yù)估了洪峰范圍，滿足規(guī)范要求。在實際應(yīng)用中，可根據(jù)流域各區(qū)間3～7d降雨預(yù)報成果，利用臨近流域替代法可估算卡洛特水電站壩址未來1～3d洪峰流量或洪水漲落趨勢，提前預(yù)報災(zāi)害性洪水。

4結(jié)論

結(jié)合現(xiàn)有資料及技術(shù)條件，采用氣象水文相結(jié)合的方法，對卡洛特水電站壩址以上日平均流量進(jìn)行計算，經(jīng)過洪水檢驗，證明該方法正確可行，對提高洪水遇見期具有較好的實用價值，主要結(jié)論如下。

（1）按照該方案計算，上下游洪水都遭遇的最惡劣情況，計算值一般偏大。

（2）目前所收集的洪水中，雨洪關(guān)系較好的洪水較少，區(qū)間流量折減系數(shù)和日平均流量與洪峰轉(zhuǎn)換系數(shù)還有優(yōu)化空間。

（3）通過“20170406”等洪水實測降雨和預(yù)報降雨資料檢驗，證明該方法正確可行，能實現(xiàn)卡洛特水電站1～3d壩址流量預(yù)報成果的計算或估算，豐富了卡洛特水電站壩址洪水預(yù)報手段。

（4）該方法估算壩址洪峰流量準(zhǔn)確率與預(yù)報降雨量準(zhǔn)確率關(guān)系密切，隨著流域各分區(qū)降雨預(yù)報的準(zhǔn)確性提升，計算洪峰流量與實測洪峰流量的誤差將逐漸減小。