巴基斯坦卡洛特水電站壩址“1992?9”特大洪水分析

杜興強　楊軍　楊成　樊銘哲

摘要：為了解吉拉姆河流域的降雨、徑流等水文特性，明確流域內歷史大洪水的成因，并為水電工程編制高洪應急預案提供重要依據(jù)，通過現(xiàn)場調查和資料收集，對巴基斯坦卡洛特水電站壩址“1992·9”洪水形成過程進行了還原分析。結果表明：該流域受地形和季節(jié)影響，表現(xiàn)為降水分配不均，徑流主要以融雪和季風降雨補給為主的水文氣象特征，結合1992年9月降雨和徑流情況論證了該次洪水由全流域范圍內持續(xù)暴雨形成。巴基斯坦卡洛特水電站壩址洪水為100a一遇洪水。研究成果可為后期的水電工程施工安全度汛提供可靠的數(shù)據(jù)支撐。

關鍵詞：特大洪水;還原分析;卡洛特水電站;吉拉姆河流域;巴基斯坦

中圖法分類號：P333.2 文獻標志碼：A DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2020.07.003

1流域概況

吉拉姆河是印度河最大的支流之一，其發(fā)源地在印度境內，千流全長725km，流域面積6.35萬km。吉拉姆河在斯利那加（Srinagar）附近流出峽谷地區(qū)，再流經(jīng)較為平坦的谷地進入武勒爾（Wular）湖，之后流至穆扎法拉巴德（Muzaffarabad）接納兩條重要的支流尼拉姆河與昆哈河匯入（見圖1）。穆扎法拉巴德上游水文測站主要為布設于吉拉姆河千流約54km處的恰納勒（Chinari）水文站，上游約2km處設.有多牟（Domel）水文站，尼拉姆河上游約1km設有穆扎法拉巴德水文站，昆哈河上游約35km設有加希哈比烏拉（GarhiHabibullah）水文站"。

吉拉姆河（巴基斯坦管轄區(qū)域）規(guī)劃設計了5個梯級電站，其中卡洛特水電站為第4級，2016年正式動工，計劃于2021年完建。卡洛特水電站項目是“一帶一路”首個大型水電投資建設項目，壩址位于巴基斯坦旁遮普省境內卡洛特橋，上游約1km，'下距曼格拉大壩74km，西距伊斯蘭堡直線距離約55km。為確保卡洛特水電站工程施工期的安全防洪度汛，通過資料收集和分析，對“1992·9”特大洪水形成過程進行了還原。

2資料收集

2.1洪水調查

洪水調查發(fā)現(xiàn)，阿扎德帕坦（AzadPattan）站外墻壁上標有洪痕（見圖2）。墻壁上清晰記錄有HFL199210490字樣，即‘HighestFloodLevelin1992，10490'的縮寫，意為1992年發(fā)生的大洪水，最高水位約為31.97m（104.90ft），較阿扎德帕坦站多年年均水位高出25.90m。經(jīng)詢問了解，1992年9月的洪水實屬罕見，沖毀了附近的大橋以及沿江高程較低的房屋和公路。

2.2內業(yè)資料收集

通過巴基斯坦地表水部門共收集了卡洛特水電站壩址以上吉拉姆河流域各水文站點1969～1992年、1994～2015年共計46a的歷史資料，主要為水.位、流量、降水量和氣溫等系列資料。據(jù)巴基斯坦水電開發(fā)署負責人介紹，1992年9月特大洪水后，大部分水文站網(wǎng)水文設施損毀嚴重，1993年缺測[2]。

3資料分析

3.1外業(yè)調查結果分析

針對阿扎德帕坦站的洪水調查，采用2014～2015年的資料進行分析，擬定水位流量關系綜合曲線，各年年內水位流量資料點據(jù)穩(wěn)定，均呈單一線狀分布，高水采用曼寧公式延長，關系曲線見圖3。

采用多組實測流量數(shù)據(jù)驗證了阿扎德帕坦站水位量關系定線的準確性、合理性。通過率定的水位流量關系，查讀最高洪峰水位31.97m對應的洪峰流量約為14900m'/s，與巴基斯坦水電開發(fā)署發(fā)布的1992年水文年鑒中阿扎德帕坦站洪峰流量14730m'/s基本吻合。

資料整理分析

3.2.1降雨分析

（1）流域降雨分析。受地形和季節(jié)影響，年內降水分配不均，1～3月降水量逐漸增加，3月出現(xiàn)年內第一個峰值，月降水約占全年的10%，4～5月降水量有所回落，自6月起受季風影響，降水量迅速增加，7～8月降水量約占全年的35%，9月之后降水量減少，月降水一般約占全年的5%。降水量年際變化不大，極值比一般在1.7～2.3之間。通過穆扎法拉巴德、巴拉科特（Balakot）、加里杜帕塔（GarhiDupat-ta）、穆里（Murree）、利薩普爾（RisalPur）、羅拉科特（RawlaKot）等雨量站歷史資料分析，推算卡洛特壩址以上流域多年平均降水量約1430mm，最大年降水量1793mm（1977年），最小年降水量1046mm（2001年）;降水量年內分配以7月最大，為289mm，11月最小，為34mm。

（2）“1992·9”降雨分析。通過對雨量站歷史資料月均雨量數(shù)據(jù)的分析，并與歷史同期均值進行比較了，其中，1992年9月累計降水量均達到歷史同期均值2倍以上，加里杜帕塔站累計降水量441.9mm，達歷史同期（110.0mm）約4倍。從整個流域多年月均降水量數(shù)據(jù)分析（見表1）可知，9月流域面平均降水量歷史均值僅101mm，屬于季風雨季的尾聲，在年內各月中僅次于10～12月及5月，與4月基本相當，對1992年而言，9月的流域面均累計降水量達285.8mm，達歷史同期均值約2.8倍。

繪制多牟（Domel）站1992年9月逐日降水量（見圖4）。由圖4可知，該流域9月的強降水主要集中在9～10日，日降水量分別達到了103.1mm和245.1mm，暴雨的集中程度對形成流域性大洪水形成更為有利。

3.2.2徑流特性

冬季季風期，流域內大部分地區(qū)的降水以降雪的形式體現(xiàn)，這些降雪將堆積到4月、5月溫度上升時融化，雪水持續(xù)匯入河道;在夏季季風季節(jié)，降水集中在流域的南部和西部，并以強暴雨為特征。吉拉姆河徑流以融雪水和季節(jié)性降雨補給為主，支流昆哈河和尼拉姆河均從季風降雨和融雪水補給流量。

卡洛特水電站壩址流量采用1969～2010年（1993年缺測）資料系列，壩址徑流由設計單位依據(jù)阿扎德帕坦站徑流采用面積比擬法推求。統(tǒng)計卡洛特壩址多年月均流量見表2，繪制月均流量分配見圖5，由表2和圖5可知：壩址多年平均流量819m'/s，徑流主要集中在3～9月，占全年的86.2%;多年月均流量最大值出現(xiàn)在5月，為1710m'/s，最小出現(xiàn)在12月，為223m/s。

3.2.3洪水組成與發(fā)展過程分析

（1）洪水組成。以多牟站、加希哈比烏拉站、穆扎法拉巴德站及區(qū)間為對象，分別統(tǒng)計最大1d、最大3d.、最大7d等不同時段的洪量，并計算各自所占壩址來水的比率，以此分析“1992·9”洪水組成（見表3）。

由表3分析可知：吉拉姆河多牟站以上尼拉姆河穆扎法拉巴德站以上是“1992·9”洪水的主要來源，最大1d、最大3d、最大7d洪量占壩址來水的比率均達30%多;區(qū)間來水是“1992·9”洪水的第二來源，最大1d、最大3d、最大7d洪量占壩址來水的比率分別為18.5%、19.4%和16.4%;加希哈比烏拉站以。上來水是“1992·9”洪水的最小來源，最大1d、最大3d、最大7d洪量占壩址來水的比率分別為13.1%、14.3%和13.5%。

（2）洪水過程分析。以3條千支流的控制站（吉拉姆千流恰納勒水文站、多牟水文站、卡哈拉站、壩址，昆哈河的加希哈比烏拉水文站，尼拉姆河的穆扎法拉巴德水文站）為對象，繪制日均流量過程（見圖6），從起漲、洪峰、持續(xù)時間等方面說明“1992·9”洪水的水情發(fā)展過程。

由圖6分析可知：1992年9月8日以前，流域千支流各站來水呈平穩(wěn)緩退態(tài)勢，流量均處于較低量級，9月8日恰納勒站、多牟站、穆扎法拉巴德站、加希哈比烏拉站、卡洛特壩址等的日均流量分別僅171，191，156，163m/s和771m/s。9月9日流域內出現(xiàn)大范圍強降雨過程，受暴雨影響，各站流量于9日即開始迅猛增加，日均流量分別迅速上漲至1256，2788，2921，1093m'/s和8350m'/s，流量漲速基本都達到或超過10倍。9月10日，流域內繼續(xù)暴雨，且量級較9日更大，千支流各站來水繼續(xù)上漲并達到峰值，各站日均流量洪峰值分別達1876，3765，3766，1626m'/s和10900m'/s，其中，恰納勒站洪峰流量僅1876m'/s。9月11日，流域內停止降雨，千支流各站來水快速消退，日均流量分別退至1337，1723，1504，844m'/s和5600m'/s。此后各站流量緩慢消退9月30日各站日均流量分別退至341，373，362，249m/s和1080m'/s。

綜上，千支流各站來水于9月9日迅速上漲，10日出現(xiàn)洪峰，此后快速消落，洪水過程呈陡漲陡落態(tài)勢，各站漲退水步調基本一致。這說明9月9～10日的全流域性暴雨是導致“1992·9”洪水形成的直接原因。

4遇見期分析

4.1洪峰流量統(tǒng)計與比較

繪制卡洛特水電站壩址年最大洪峰流量和月最大日均流量的散布圖，將“1992·9"洪水的月均流量以及月最大流量與歷史同期比較，分別見圖7～84。從圖7可看出：卡洛特壩址的年最大洪水在3～9月均可能發(fā)生，其中在5～8月發(fā)生的幾率較大，而發(fā)生在9月僅2次，幾率僅為4.9%;10月至次年2月未出現(xiàn)過年最大洪水。從圖8可知，就月最大洪峰（日均值）而言，9月僅“1992·9”洪水的量級（10800m'/s）特別突出，其余年份的月最大值均不超過2000m'/s。4.2頻率分析

統(tǒng)計“1992·9”洪水的月均流量以及月最大流量與歷史同期均值的相對誤差可知：就月均流量而言，9月的歷史均值僅623m'/s，而1992年為2158m'/s，相比歷史同期偏大2倍多;就最大日均流量而言，9月的歷史均值僅1178m'/s，而1992年9月最大為10900m'/s，較歷史平均狀況偏大8倍多，該年的年最大洪峰流量亦比歷史平均狀況偏大3倍多。

根據(jù)1969～2010年最大洪峰資料系列，采用P-IIII型曲線作為卡洛特水電站壩址設計洪水頻率曲線線型，以矩法計算值為初估值，適線法確定統(tǒng)計參數(shù)，計算得到阿扎德帕坦站年最大洪峰頻率曲線見圖9。

根據(jù)巴基斯坦1992年水文年鑒，阿扎德帕坦站“1992·9”洪水洪峰流量為14730m'/s，由面積比放大可得壩址洪峰流量為14840m'/s，約為100a一遇。

5結語

通過對水文資料的整理分析，分析了卡洛特水電站壩址以上流域的降雨、徑流等水文特性，并結合1992年9月8～11日洪水組成與發(fā)展過程，明確了全流域性暴雨是“1992·9”洪水的成因，對洪峰流量統(tǒng)計與比較以及頻率分析論證了此次洪水為100a一遇。研究結果可為卡洛特水電工程施工期編制高洪應急預案和安全度汛提供數(shù)據(jù)支撐。

參考文獻：

[1]李響，徐長江，賈建偉，等.巴基斯坦Karot水電站可行性研究報告[R].武漢：長江勘測規(guī)劃設計研究有限責任公司，2014.

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[3]黃先龍，褚明華，鄭治軍，等“2016.7”清江流域洪水調度方案分析[J].人民長江，2017，48（4）：28-31.

[4]水利部長江水利委員會.三峽工程運用初期荊江河段水流特性與河床沖淤數(shù)學模型研究專題報告[R].武漢：水利部長江水利委員會，2010.

（編輯：唐湘茜）