临近流域替代法在巴基斯坦卡洛特水电站坝址洪峰流量预报中的应用

刘启松 邓颂霖 徐志 刘应武

摘要：为延长巴基斯坦卡洛特水电站施工期坝址洪水预见期，利用临近流域替代法和API模型估算印控克什米尔地区区间来水，实现卡洛特水电站短期坝址流量预报计算或估算。选取“20170406”“20180420”和“20180807”等3场洪水实测降雨资料和预报降雨资料对该方法的适用性进行验证。结果表明：以上3场洪水实测降雨估算洪峰流量结果与实测洪峰流量最大相对误差均在许可误差的20%内，预报降雨计算结果受预报准确率影响，导致“20180807”洪水计算结果偏小。在获得流域准确降雨预报时，该方法能较好地预估洪峰范围，延长洪水预报预见期，可为卡洛特水电站安全度汛提供技术支撑。

关键词：洪水预报;临近流域替代法;API模型;卡洛特水电站;巴基斯坦

中图法分类号：P338 文献标志码：A DOI：10.15974/j.enki.slsdkb.2020.04.002

1研究背景

卡洛特水电站是“一带一路”首个大型水电投资项目，位于巴基斯坦吉拉姆河流域，坝址以上流域面积26700km²，其中13500km²处于印控克什米尔地区，其控制站为恰可迪（Chakothi）站。受多种因素的综合影响，无法在印控克什米尔地区建立水文站以掌握该地区来水。由于洪水从恰可迪站传播至坝址时间小于24h，在中高水时小于12h，导致坝址洪水预报预见期有限。以上因素给巴基斯坦卡洛特水电站施工期防洪度汛带来巨大困难，因此迫切需要估算印控克什米尔地区区间洪水和延长坝址洪水预报预见期。吉拉姆河流域站网分布见图1。

本文采用临近流域替代法对印控克什米尔地区来水进行计算，实现该电站短期坝址洪峰流量预报计算或估算，延长洪水预报预见期，提前预报灾害性洪水，为电站安全度汛提供技术支撑。

2研究方法

2.1预报分区

卡洛特水电站坝址采用卡洛特（专用）站作为控制站。尼拉姆（Neelum）河用穆扎法拉巴德（Mu-zaffarabad）站作为控制站。昆哈（Kunhar）河用塔哈塔（Talhatta）站作为控制站。

根据水系特点，将整个流域划分为4个预报分区，基于预报分区的卡洛特坝址洪峰流量预报节点见图2。

2.2预报方法

临近流域替代法计算坝址流量具体分4个步骤。

（1）获取流域内短期面平均日降雨预报信息，目前只能得到1～3d相对准确的面降雨资料。1～3d短期降雨预报是基于数值天气预报产品，参考实况天气探测信息，如地面、天气和气象卫星、雷达等，经气象预报员综合分析、会商讨论等完成，具体预报产品为上述区域1～3d的逐日面雨量预报范围及倾向值。

（2）根据各区前期实况和未来1～3d的降雨预报倾向值，计算流域上游各区（见表1）前期及未来1～3d内逐日雨前土壤含水量（Pa）值，并基于各区降雨径流相关图，计算未来1～3d各区日产流量。

（3）利用各区24h单位线，计算各区未来1～3d日平均径流过程;

（4）将恰可迪、塔哈塔、穆扎法拉巴德、阿扎帕坦（Azad Pattan）区间流量累加，将结果再累加至卡洛特（专用）站近日日平均流量，完成卡洛特（专用）站逐日平均流量过程计算。

将上述计算得到的卡洛特（专用）站平均流量，再考虑安全系数，得到坝址日平均流量和洪峰流量。临近流域替代法流程见图3。

2.324h单位线

根据预报分区及其预报模型，将相应分区内1h单位线利用S曲线转换法和各分区面积进行时段转换，得到各区24h单位线，各区单位线及降雨径流相关图见表2、图4和图5。由于流域内中高洪水传播时间小于12h，计算时不考虑错时计算问题。

2.4折减系数与安全系数

（1）区间流量折减系数。为保证各区计算区间流量更符合实际情况，各区计算区间流量时均乘以折减系数，折减系数取值范围为0.01～1.00。为确定各区期间流量时折减系数，采用试错法对2016～2018年发生的各场洪水进行试算，得到各区间流量折减系数结果见表3。1区期间流量计算时，采用结果为区间流量计算结果的0.02倍;2区和3区期间流量计算时，采用结果为区间流量计算结果的0.10倍;4区期间流量计算时，采用结果为区间流量计算结果的0.50倍。

（2）日平均流量与洪峰转换系数。经过对2016～2018年多场次洪水分析，发现吉拉姆河流域洪峰流量一般是日平均流量的1.1～1.5倍。本文对计算日平均流量进行1.0～1.5倍放大，估算洪峰。原则为：当预报日降雨量较大，且降雨可能较集中时，计算日平均流量可放大1.3-1.5倍，即为洪峰流量;当预报日降雨量一般，且降雨时间较长时，计算日平均流量可放大1.0～1.3倍，即为洪峰流量。通过对“20170406”“20170220”和“20170711”洪水进行实例分析可得，转换系数取1-3一般效果较好，所以本文取转换系数为1.3。

3实例分析

利用临近流域替代法对“20170406”“20180420”和“20180807”洪水进行检验，为提高检验成果的可靠性，利用以上3次洪水的实测降雨资料和预报降雨资料（巴基斯坦国家气象局提供的流域分区降雨预报）进行计算。

利用卡洛特坝址各场洪水实测降雨资料和预报降雨资料，以及降雨前初始Pa，查P-Pa-R曲线可知各个区间降雨时段净雨，再根据各区单位线进行产汇流计算，计算结果见表4～5。

从表5可知，以上3场洪水实测降雨资料估算洪峰流量与实际洪峰流量最大相对误差分别为10%、1.O%和6.1%，预报降雨资料估算洪峰流量与实际洪峰流量最大相对误差分别为14.5%、1.7%和25.7%。“20180807”洪水预报降雨资料计算结果为25.7%，不满足GB/T 22482-2008《水文情报预报规范》允许范围（降雨径流预报以实测洪峰流量的20%作为许可误差），这与预报降雨量偏小有关。其他洪水计算结果均较好地预估了洪峰范围，满足规范要求。在实际应用中，可根据流域各区间3～7d降雨预报成果，利用临近流域替代法可估算卡洛特水电站坝址未来1～3d洪峰流量或洪水涨落趋势，提前预报灾害性洪水。

4结论

结合现有资料及技术条件，采用气象水文相结合的方法，对卡洛特水电站坝址以上日平均流量进行计算，经过洪水检验，证明该方法正确可行，对提高洪水遇见期具有较好的实用价值，主要结论如下。

（1）按照该方案计算，上下游洪水都遭遇的最恶劣情况，计算值一般偏大。

（2）目前所收集的洪水中，雨洪关系较好的洪水较少，区间流量折減系数和日平均流量与洪峰转换系数还有优化空间。

（3）通过“20170406”等洪水实测降雨和预报降雨资料检验，证明该方法正确可行，能实现卡洛特水电站1～3d坝址流量预报成果的计算或估算，丰富了卡洛特水电站坝址洪水预报手段。

（4）该方法估算坝址洪峰流量准确率与预报降雨量准确率关系密切，随着流域各分区降雨预报的准确性提升，计算洪峰流量与实测洪峰流量的误差将逐渐减小。