巴基斯坦卡洛特水电站坝址“1992?9”特大洪水分析

杜兴强　杨军　杨成　樊铭哲

摘要：为了解吉拉姆河流域的降雨、径流等水文特性，明确流域内历史大洪水的成因，并为水电工程编制高洪应急预案提供重要依据，通过现场调查和资料收集，对巴基斯坦卡洛特水电站坝址“1992·9”洪水形成过程进行了还原分析。结果表明：该流域受地形和季节影响，表现为降水分配不均，径流主要以融雪和季风降雨补给为主的水文气象特征，结合1992年9月降雨和径流情况论证了该次洪水由全流域范围内持续暴雨形成。巴基斯坦卡洛特水电站坝址洪水为100a一遇洪水。研究成果可为后期的水电工程施工安全度汛提供可靠的数据支撑。

关键词：特大洪水;还原分析;卡洛特水电站;吉拉姆河流域;巴基斯坦

中图法分类号：P333.2 文献标志码：A DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2020.07.003

1流域概况

吉拉姆河是印度河最大的支流之一，其发源地在印度境内，千流全长725km，流域面积6.35万km。吉拉姆河在斯利那加（Srinagar）附近流出峡谷地区，再流经较为平坦的谷地进入武勒尔（Wular）湖，之后流至穆扎法拉巴德（Muzaffarabad）接纳两条重要的支流尼拉姆河与昆哈河汇入（见图1）。穆扎法拉巴德上游水文测站主要为布设于吉拉姆河千流约54km处的恰纳勒（Chinari）水文站，上游约2km处设.有多牟（Domel）水文站，尼拉姆河上游约1km设有穆扎法拉巴德水文站，昆哈河上游约35km设有加希哈比乌拉（GarhiHabibullah）水文站"。

吉拉姆河（巴基斯坦管辖区域）规划设计了5个梯级电站，其中卡洛特水电站为第4级，2016年正式动工，计划于2021年完建。卡洛特水电站项目是“一带一路”首个大型水电投资建设项目，坝址位于巴基斯坦旁遮普省境内卡洛特桥，上游约1km，'下距曼格拉大坝74km，西距伊斯兰堡直线距离约55km。为确保卡洛特水电站工程施工期的安全防洪度汛，通过资料收集和分析，对“1992·9”特大洪水形成过程进行了还原。

2资料收集

2.1洪水调查

洪水调查发现，阿扎德帕坦（AzadPattan）站外墙壁上标有洪痕（见图2）。墙壁上清晰记录有HFL199210490字样，即‘HighestFloodLevelin1992，10490'的缩写，意为1992年发生的大洪水，最高水位约为31.97m（104.90ft），较阿扎德帕坦站多年年均水位高出25.90m。经询问了解，1992年9月的洪水实属罕见，冲毁了附近的大桥以及沿江高程较低的房屋和公路。

2.2内业资料收集

通过巴基斯坦地表水部门共收集了卡洛特水电站坝址以上吉拉姆河流域各水文站点1969～1992年、1994～2015年共计46a的历史资料，主要为水.位、流量、降水量和氣温等系列资料。据巴基斯坦水电开发署负责人介绍，1992年9月特大洪水后，大部分水文站网水文设施损毁严重，1993年缺测[2]。

3资料分析

3.1外业调查结果分析

针对阿扎德帕坦站的洪水调查，采用2014～2015年的资料进行分析，拟定水位流量关系综合曲线，各年年内水位流量资料点据稳定，均呈单一线状分布，高水采用曼宁公式延长，关系曲线见图3。

采用多组实测流量数据验证了阿扎德帕坦站水位量关系定线的准确性、合理性。通过率定的水位流量关系，查读最高洪峰水位31.97m对应的洪峰流量约为14900m'/s，与巴基斯坦水电开发署发布的1992年水文年鉴中阿扎德帕坦站洪峰流量14730m'/s基本吻合。

资料整理分析

3.2.1降雨分析

（1）流域降雨分析。受地形和季节影响，年内降水分配不均，1～3月降水量逐渐增加，3月出现年内第一个峰值，月降水约占全年的10%，4～5月降水量有所回落，自6月起受季风影响，降水量迅速增加，7～8月降水量约占全年的35%，9月之后降水量减少，月降水一般约占全年的5%。降水量年际变化不大，极值比一般在1.7～2.3之间。通过穆扎法拉巴德、巴拉科特（Balakot）、加里杜帕塔（GarhiDupat-ta）、穆里（Murree）、利萨普尔（RisalPur）、罗拉科特（RawlaKot）等雨量站历史资料分析，推算卡洛特坝址以上流域多年平均降水量约1430mm，最大年降水量1793mm（1977年），最小年降水量1046mm（2001年）;降水量年内分配以7月最大，为289mm，11月最小，为34mm。

（2）“1992·9”降雨分析。通过对雨量站历史资料月均雨量数据的分析，并与历史同期均值进行比较了，其中，1992年9月累计降水量均达到历史同期均值2倍以上，加里杜帕塔站累计降水量441.9mm，达历史同期（110.0mm）约4倍。从整个流域多年月均降水量数据分析（见表1）可知，9月流域面平均降水量历史均值仅101mm，属于季风雨季的尾声，在年内各月中仅次于10～12月及5月，与4月基本相当，对1992年而言，9月的流域面均累计降水量达285.8mm，达历史同期均值约2.8倍。

绘制多牟（Domel）站1992年9月逐日降水量（见图4）。由图4可知，该流域9月的强降水主要集中在9～10日，日降水量分别达到了103.1mm和245.1mm，暴雨的集中程度对形成流域性大洪水形成更为有利。

3.2.2径流特性

冬季季风期，流域内大部分地区的降水以降雪的形式体现，这些降雪将堆积到4月、5月温度上升时融化，雪水持续汇入河道;在夏季季风季节，降水集中在流域的南部和西部，并以强暴雨为特征。吉拉姆河径流以融雪水和季节性降雨补给为主，支流昆哈河和尼拉姆河均从季风降雨和融雪水补给流量。

卡洛特水电站坝址流量采用1969～2010年（1993年缺测）资料系列，坝址径流由设计单位依据阿扎德帕坦站径流采用面积比拟法推求。统计卡洛特坝址多年月均流量见表2，绘制月均流量分配见图5，由表2和图5可知：坝址多年平均流量819m'/s，径流主要集中在3～9月，占全年的86.2%;多年月均流量最大值出现在5月，为1710m'/s，最小出现在12月，为223m/s。

3.2.3洪水组成与发展过程分析

（1）洪水组成。以多牟站、加希哈比乌拉站、穆扎法拉巴德站及区间为对象，分别统计最大1d、最大3d.、最大7d等不同时段的洪量，并计算各自所占坝址来水的比率，以此分析“1992·9”洪水组成（见表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”洪水的主要来源，最大1d、最大3d、最大7d洪量占坝址来水的比率均达30%多;区间来水是“1992·9”洪水的第二来源，最大1d、最大3d、最大7d洪量占坝址来水的比率分别为18.5%、19.4%和16.4%;加希哈比乌拉站以。上来水是“1992·9”洪水的最小来源，最大1d、最大3d、最大7d洪量占坝址来水的比率分别为13.1%、14.3%和13.5%。

（2）洪水过程分析。以3条千支流的控制站（吉拉姆千流恰纳勒水文站、多牟水文站、卡哈拉站、坝址，昆哈河的加希哈比乌拉水文站，尼拉姆河的穆扎法拉巴德水文站）为对象，绘制日均流量过程（见图6），从起涨、洪峰、持续时间等方面说明“1992·9”洪水的水情发展过程。

由图6分析可知：1992年9月8日以前，流域千支流各站来水呈平稳缓退态势，流量均处于较低量级，9月8日恰纳勒站、多牟站、穆扎法拉巴德站、加希哈比乌拉站、卡洛特坝址等的日均流量分别仅171，191，156，163m/s和771m/s。9月9日流域内出现大范围强降雨过程，受暴雨影响，各站流量于9日即开始迅猛增加，日均流量分别迅速上涨至1256，2788，2921，1093m'/s和8350m'/s，流量涨速基本都达到或超过10倍。9月10日，流域内继续暴雨，且量级较9日更大，千支流各站来水继续上涨并达到峰值，各站日均流量洪峰值分别达1876，3765，3766，1626m'/s和10900m'/s，其中，恰纳勒站洪峰流量仅1876m'/s。9月11日，流域内停止降雨，千支流各站来水快速消退，日均流量分别退至1337，1723，1504，844m'/s和5600m'/s。此后各站流量缓慢消退9月30日各站日均流量分别退至341，373，362，249m/s和1080m'/s。

综上，千支流各站来水于9月9日迅速上涨，10日出现洪峰，此后快速消落，洪水过程呈陡漲陡落态势，各站涨退水步调基本一致。这说明9月9～10日的全流域性暴雨是导致“1992·9”洪水形成的直接原因。

4遇见期分析

4.1洪峰流量统计与比较

绘制卡洛特水电站坝址年最大洪峰流量和月最大日均流量的散布图，将“1992·9"洪水的月均流量以及月最大流量与历史同期比较，分别见图7～84。从图7可看出：卡洛特坝址的年最大洪水在3～9月均可能发生，其中在5～8月发生的几率较大，而发生在9月仅2次，几率仅为4.9%;10月至次年2月未出现过年最大洪水。从图8可知，就月最大洪峰（日均值）而言，9月仅“1992·9”洪水的量级（10800m'/s）特别突出，其余年份的月最大值均不超过2000m'/s。4.2频率分析

统计“1992·9”洪水的月均流量以及月最大流量与历史同期均值的相对误差可知：就月均流量而言，9月的历史均值仅623m'/s，而1992年为2158m'/s，相比历史同期偏大2倍多;就最大日均流量而言，9月的历史均值仅1178m'/s，而1992年9月最大为10900m'/s，较历史平均状况偏大8倍多，该年的年最大洪峰流量亦比历史平均状况偏大3倍多。

根据1969～2010年最大洪峰资料系列，采用P-IIII型曲线作为卡洛特水电站坝址设计洪水频率曲线线型，以矩法计算值为初估值，适线法确定统计参数，计算得到阿扎德帕坦站年最大洪峰频率曲线见图9。

根据巴基斯坦1992年水文年鉴，阿扎德帕坦站“1992·9”洪水洪峰流量为14730m'/s，由面积比放大可得坝址洪峰流量为14840m'/s，约为100a一遇。

5结语

通过对水文资料的整理分析，分析了卡洛特水电站坝址以上流域的降雨、径流等水文特性，并结合1992年9月8～11日洪水组成与发展过程，明确了全流域性暴雨是“1992·9”洪水的成因，对洪峰流量统计与比较以及频率分析论证了此次洪水为100a一遇。研究结果可为卡洛特水电工程施工期编制高洪应急预案和安全度汛提供数据支撑。

参考文献：

[1]李响，徐长江，贾建伟，等.巴基斯坦Karot水电站可行性研究报告[R].武汉：长江勘测规划设计研究有限责任公司，2014.

[2]SL196-2015水文调查规范[S].

[3]黄先龙，褚明华，郑治军，等“2016.7”清江流域洪水调度方案分析[J].人民长江，2017，48（4）：28-31.

[4]水利部长江水利委员会.三峡工程运用初期荆江河段水流特性与河床冲淤数学模型研究专题报告[R].武汉：水利部长江水利委员会，2010.

（编辑：唐湘茜）