徐 長(zhǎng) 江，李 響2，邴 建 平，鄧 鵬 鑫

(1.長(zhǎng)江水利委員會(huì) 水文局，湖北 武漢 430010； 2.長(zhǎng)江勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，湖北 武漢 430010)

卡洛特(Karot)水電站是我國(guó)提出“一帶一路”倡議以來的首個(gè)水電大型投資建設(shè)項(xiàng)目，也是“中巴經(jīng)濟(jì)走廊”首個(gè)水電投資項(xiàng)目?？逄厮娬緣沃肺挥诎突固古哉谄帐【硟?nèi)吉拉姆河(Jhelum River)的Karot橋上游，下距曼格拉大壩74 km，西距伊斯蘭堡直線距離約55 km。工程為單一發(fā)電任務(wù)的水電站，由大壩和泄洪建筑物、引水系統(tǒng)、發(fā)電廠房等組成，攔河大壩為瀝青混凝土心墻土石壩，最大壩高95.5 m。壩址處控制流域面積26 700 km2，水庫(kù)正常蓄水位461 m，死水位451 m。正常蓄水位以下庫(kù)容1.52億m3，電站裝機(jī)容量720 MW(4×180 MW)，多年平均年發(fā)電量32.06億kW·h，年利用小時(shí)數(shù)4 452 h。2018年9月22日，卡洛特水電站順利實(shí)現(xiàn)大江截流，標(biāo)志著該走廊優(yōu)先實(shí)施項(xiàng)目進(jìn)入全面施工階段。作為巴基斯坦境內(nèi)首個(gè)完全使用中國(guó)技術(shù)和中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)的水電投資項(xiàng)目，卡洛特水電站建成后將為該國(guó)帶來經(jīng)濟(jì)適用的清潔能源，為其經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供強(qiáng)大動(dòng)力。

1 吉拉姆河流域特性及水電規(guī)劃概況

卡洛特水電站是吉拉姆河水電規(guī)劃5個(gè)梯級(jí)電站中的第4級(jí)。吉拉姆河是印度河(Indus River)流域水系最大的河流之一，發(fā)源于克什米爾山谷的韋爾納格深泉，向西北流經(jīng)克什米爾谷地入Wular湖，在Sopur附近出湖，經(jīng)陡峭峽谷穿過Pir Panjal山，至Muzaffarabad匯入Kishanganga河后轉(zhuǎn)向南進(jìn)入巴基斯坦，在Mangla附近穿過Siwalik山進(jìn)入沖積平原，然后在吉拉姆河鎮(zhèn)沿Salt山轉(zhuǎn)向西南至Khushab，最后向南在Trimmu附近注入Chenab河。吉拉姆河干流全長(zhǎng)725 km，流域面積6.35萬km2。

在吉拉姆河的源頭峽谷地區(qū)，左岸為Pir Panjal山，右岸為Himalaya山脈。當(dāng)?shù)蛪旱诌_(dá)Jhelum河流域附近地區(qū)時(shí)，潮濕的西南氣流由于地形抬升作用常在該區(qū)域形成強(qiáng)降水。降水量隨地形抬升而增加，夏季在海拔6 000～10 000英尺(1828.80～3048.00 m)附近達(dá)到最大值，冬季在8 000～12 000英尺(2 438.40～3 657.60 m)附近達(dá)最大值。河源在Srinagar附近出峽谷地區(qū)之后，流經(jīng)較為平坦的谷地進(jìn)入Wular湖。Wular湖是一個(gè)天然的大水庫(kù)，對(duì)進(jìn)入湖里的洪水起著調(diào)節(jié)、削峰和滯時(shí)作用。

出Wular湖之后，吉拉姆河流經(jīng)一段長(zhǎng)達(dá)12 km的相對(duì)平坦的區(qū)域至Baramula，隨后河道坡度陡增至1∶35流至Muzaffarabad區(qū)域，該區(qū)域集水面積為4 196 km2。與克什米爾地區(qū)的降雨相比，Wular湖至Muzaffarabad河段區(qū)域的降雨有所增加，區(qū)域產(chǎn)水量較大。

Muzaffarabad至Karot壩址區(qū)集水面積2 429 km2，河流向南流經(jīng)高山區(qū)，該區(qū)域位于Pir Panjal山脈和Swalik山脈之間，在季風(fēng)加強(qiáng)情勢(shì)下，是強(qiáng)季風(fēng)雨區(qū)，西南和東南季風(fēng)氣流均可抵達(dá)該區(qū)域。由Pir Panjal和Swalik山脈地形抬升形成的降雨強(qiáng)度僅次于河源地區(qū)。

Neelum河是吉拉姆河干流右岸的最大支流，集水面積為7 278 km2，其上游地區(qū)為高山區(qū)，少有季風(fēng)雨。因上游位于流域東北地區(qū)，遠(yuǎn)離季風(fēng)低壓活動(dòng)路徑，季風(fēng)極少到達(dá)該區(qū)域。因此，在上游地區(qū)會(huì)出現(xiàn)冬季降雨大于夏季降雨的情況。與上游相比，下游地區(qū)的季風(fēng)雨顯著增加。當(dāng)熱帶低壓抵達(dá)Rawalpindi附近時(shí)，下游地區(qū)有時(shí)會(huì)受到強(qiáng)季風(fēng)入侵的影響，發(fā)生暴雨洪水。

Kunhar河是吉拉姆河干流右岸水量?jī)H次于Neelum河的重要支流，集水面積為2 489 km2。當(dāng)熱帶低壓抵達(dá)其北部地區(qū)時(shí)，整個(gè)河流位于西南季風(fēng)氣流控制之下。在夏季，流域上游地區(qū)降水大于下游地區(qū)，在冬季，形勢(shì)發(fā)生改變，流域下游地區(qū)降水大于上游地區(qū)降水。

根據(jù)巴基斯坦2008年5月編制的吉拉姆河水電規(guī)劃《Study for Hydropower Cascading Projects on Jhelum River》[1]，吉拉姆河規(guī)劃有5座裝機(jī)容量超500MW的水電站，分別為科哈拉(Kohala)、馬赫爾(Mahl)、阿扎德帕坦(Azad Pattan)、卡洛特(Karot)和曼格拉(Mangla)。其中曼格拉水庫(kù)已于1967年建成，后受水庫(kù)泥沙淤積影響，實(shí)施了大壩加高工程，目前已完工；Mahl、Azad Pattan及Kohala正在進(jìn)行前期研究工作，Karot正處于施工建設(shè)期。

2 水文基礎(chǔ)資料及外業(yè)測(cè)量和試驗(yàn)情況

2.1 水文站基本情況

吉拉姆河流域內(nèi)有9個(gè)水文站，由巴基斯坦水電發(fā)展署(the Pakistan Water and Power Development Authority，WAPDA)的地表水文部門(Surface Water Hydrology Project，SWHP)設(shè)立與管理。其中，吉拉姆河干流上有Chinari，Hattian Bala，Domel，Chattar Kallas，Kohala，Azad Pattan和Karot 7個(gè)站，支流Kunhar河、Neelum河上分別設(shè)有Garhi Habib-ullah和Muzaffarabad站。各站均有日、月、年平均流量，年瞬時(shí)最大流量及泥沙資料。

卡洛特水電站壩址附近的水文站有Azad Pattan水文站和Karot水文站，基本情況見表1，Karot水電站流域水系及站網(wǎng)分布見圖1。

Karot站1969年建站，1979年撤銷；Azad Pattan站1979年設(shè)立，位于壩址上游約15 km，觀測(cè)至今(1993年缺測(cè))。

根據(jù)資料查閱和現(xiàn)場(chǎng)查勘，Azad Pattan站測(cè)驗(yàn)河段順直，測(cè)流斷面呈V型，為典型的峽谷型河道，左岸為山體，右岸為公路。河段兩岸河床出露有砂礫石，主要為泥頁巖，直徑為0.1～1 m，測(cè)流斷面下游右岸河床出露有大塊礫石，高水河床植被茂盛。測(cè)驗(yàn)河段河床中較大尺寸的塊石、礫石，造成局部紊流。測(cè)驗(yàn)河段測(cè)驗(yàn)控制條件總體較好。Azad Pattan站采用纜道測(cè)流，測(cè)流采用流速儀，測(cè)驗(yàn)50次即對(duì)流速儀進(jìn)行校測(cè)。斷面測(cè)流垂線布置間距為20英尺(約6 m)，垂線流速測(cè)量在中高水時(shí)采用0.2和0.8相對(duì)水深的兩點(diǎn)法，低水時(shí)采用0.6相對(duì)水深的一點(diǎn)法。測(cè)次布置為枯季一周測(cè)流一次，汛期增加測(cè)次，測(cè)量時(shí)間視實(shí)時(shí)水情相機(jī)選取。含沙量測(cè)驗(yàn)采用鉛魚深度一體采樣器(D-49)，在測(cè)流的同時(shí)測(cè)量懸移質(zhì)泥沙的含沙量。

表1 水文站觀測(cè)資料情況Tab.1 Basic information about hydrological stations

圖1 Karot水電站壩址流域水系及站網(wǎng)Fig.1 The watershed outline and station network of Karot Hydropower Station

2.2 水文外業(yè)測(cè)量和試驗(yàn)情況

在水文專題設(shè)計(jì)工作中，根據(jù)設(shè)計(jì)需要，卡洛特項(xiàng)目部布置開展了若干水文外業(yè)測(cè)量和試驗(yàn)工作，包括：設(shè)立了入庫(kù)和廠房?jī)蓚€(gè)臨時(shí)水文站和壩址臨時(shí)水位站，并開展了一個(gè)水文年度的水文觀測(cè)，觀測(cè)項(xiàng)目有水位、降水、流量、懸移質(zhì)含沙量及顆粒級(jí)配；開展了Karot水電站庫(kù)區(qū)及壩下37個(gè)坑測(cè)點(diǎn)的取樣，并將樣品帶回中國(guó)開展了河床質(zhì)顆粒級(jí)配分析；多次實(shí)施了Azad Pattan水文站的懸移質(zhì)泥沙取樣，就地委托巴基斯坦國(guó)家實(shí)驗(yàn)室開展了懸移質(zhì)顆粒級(jí)配分析工作；完成了Karot庫(kù)區(qū)58個(gè)大斷面的水道地形測(cè)量工作以及壩址上下游約4 km河段1∶2 000河道地形測(cè)量工作；在壩址河段實(shí)施了懸移質(zhì)泥沙取樣，并將樣品帶回國(guó)內(nèi)，送中國(guó)地質(zhì)大學(xué)地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源國(guó)家重點(diǎn)試驗(yàn)室開展了懸移質(zhì)泥沙的礦物組成分析。

3 徑流設(shè)計(jì)

吉拉姆河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。吉拉姆河流域分為四季，冬季季風(fēng)期(12月至次年2月)、炎熱期(3～5月)、夏季季風(fēng)期(6～9月)和過渡期(10～11月)。在冬季季風(fēng)期，流域內(nèi)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4～5月、甚至6月，當(dāng)溫度上升時(shí)才融化。這些化雪導(dǎo)致吉拉姆河產(chǎn)生持續(xù)的河水入流量。在夏季季風(fēng)季節(jié)，降雨集中在流域的南部和西部，并以強(qiáng)暴雨為特征，正是這些暴雨導(dǎo)致了大洪水，進(jìn)而形成了吉拉姆河流域的獨(dú)有特點(diǎn)。在Karot壩址上游與吉拉姆河交匯的重要支流為Kunhar和Neelum河，兩河流均從季風(fēng)降雨和融雪水補(bǔ)給流量。

卡洛特水電站壩址集水面積26 700 km2，Karot水文站集水面積26 677 km2，Azad Pattan水文站集水面積26 485 km2，區(qū)間沒有大支流匯入，因此以Karot站和Azad Pattan站作為計(jì)算壩址徑流的設(shè)計(jì)依據(jù)站。壩址徑流由設(shè)計(jì)依據(jù)站徑流采用面積比擬法推求，即先將Karot站1969～1978年徑流系列轉(zhuǎn)換到Azad Pattan站，與Azad Pattan站1979～2010年(1993年缺測(cè))系列組成徑流長(zhǎng)系列，然后再轉(zhuǎn)換到壩址。

從壩址40 a徑流系列的模比差積曲線分析，包含有長(zhǎng)豐水期、長(zhǎng)枯水期和平水期，說明系列的豐、枯代表性較好；從長(zhǎng)系列不同時(shí)間尺度的滑動(dòng)平均圖分析，30 a滑動(dòng)平均值最大為837 m3/s，最小為823 m3/s，相對(duì)差為1.6%，說明徑流系列長(zhǎng)度超過30 a后已趨于穩(wěn)定。

卡洛特壩址多年平均流量為819 m3/s，徑流量為258.3億m3，歷年最大年平均流量為1 300 m3/s(1996年)，歷年最小年平均流量為384 m3/s(2001年)?？逄貕沃范嗄昶骄暝聫搅鞒晒姳?。

卡洛特壩址徑流主要集中在3～9月，占全年的86.2%。多年平均最大月平均流量出現(xiàn)在5月，為1 710 m3/s；最小出現(xiàn)在12月，為223 m3/s；5月下旬平均流量為各旬最大，為1 760 m3/s；1月上旬平均流量為各旬最小，為216 m3/s。

根據(jù)項(xiàng)目合同約定，卡洛特水電站采用中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)和建設(shè)。依據(jù)我國(guó)SL278-2002《水利水電工程水文計(jì)算規(guī)范》[2]，開展卡洛特壩址年徑流設(shè)計(jì)。經(jīng)驗(yàn)頻率采用數(shù)學(xué)期望公式計(jì)算，即

(1)

式中，Pm是n年連續(xù)系列中按由大到小順序排列，其序位為m的經(jīng)驗(yàn)頻率。

表2 卡洛特壩址多年平均年、月徑流Tab.2 The multi-year average annual and monthly runoff at Karot dam site

徑流頻率曲線的線型，采用皮爾遜Ⅲ型。P-Ⅲ分布函數(shù)的概率密度函數(shù)為

(2)

式中，α,β和ξ分別為分布的形狀、尺度和位置參數(shù)。

徑流頻率曲線的統(tǒng)計(jì)參數(shù)，用矩法初估，用適線法調(diào)整確定[3]?？逄貕沃纺陱搅髁吭O(shè)計(jì)成果見表3。

表3 Karot水電站壩址年徑流量設(shè)計(jì)成果Tab.3 Annual runoff design results at Karot dam site 億m3

4 洪水設(shè)計(jì)

4.1 暴雨洪水特性

吉拉姆河流域位于季風(fēng)區(qū)，流域內(nèi)的氣候可分為四季：東北季風(fēng)季節(jié)(12月至次年2月)、熱季(3～5月)、西南季風(fēng)季節(jié)(6～9月)和10～11月的過渡期。流域多年平均降雨量1 440mm，多年平均月降雨過程呈典型的雙峰型特征，第一個(gè)峰值出現(xiàn)在3月，平均月降雨160 mm，第二個(gè)峰值出現(xiàn)在7月，平均月降雨270 mm。

吉拉姆河在夏季季風(fēng)季節(jié)，主要受西南季風(fēng)影響，由于流域地勢(shì)總體北高南低，加上局部地形影響，有利于來自印度洋的水汽輸送和抬升，易發(fā)生強(qiáng)暴雨，降雨多集中在流域的南部和西部。位于流域西部的Murree站多年平均降雨量1 730 mm，7月最大降雨量為704 mm。

吉拉姆河流域多為高山峽谷，為典型的山區(qū)性河流。在4～5月，溫度開始明顯上升，吉拉姆河干流源頭地區(qū)、Neelum河和Kunhar河上游地區(qū)的降雪融化，形成穩(wěn)定的入流。在夏季季風(fēng)季節(jié)，來自印度洋的西南暖濕氣流北上，將大量水汽輸送到該流域，由于地形抬升，常形成強(qiáng)降水，正是這些暴雨導(dǎo)致了大洪水。

以卡洛特壩址區(qū)附近的Azad Pattan水文站實(shí)測(cè)流量資料分析，受局地強(qiáng)降雨和山區(qū)地形影響，流域大洪水過程常陡漲陡落，年最大洪峰的年際差異較大，最小洪峰流量1 334 m3/s，發(fā)生于2001年，最大洪峰流量14 730 m3/s，發(fā)生于1992年。以1992年9月大洪水為典型進(jìn)行壩址洪量地區(qū)組成分析，1，3，7 d洪量主要來自于Muzaffarabad以上干流和支流Neelum河，占比達(dá)66%～70%，Kunhar河占比約13%～14%，區(qū)間占比約16%～19%。

4.2 實(shí)測(cè)大洪水及重現(xiàn)期

吉拉姆河1992年發(fā)生了特大洪水，距Azad Pattan站上游約7km的Azad Pattan大橋被洪水沖毀。巴基斯坦WAPDA部門發(fā)布的1992年水文年鑒中刊出的該年最大洪峰流量為14 730 m3/s。在2001年的Mangla大壩可能最大洪水復(fù)核報(bào)告中，從1929，1959年和1992年大暴雨中，挑出最為極端的1992年大暴雨作為典型暴雨，認(rèn)為該年是自1929年以來最為惡劣的大暴雨。通過現(xiàn)場(chǎng)查勘訪問及與前期開展工作的澳大利亞雪山公司(SMEC)工程師交流，調(diào)查到Azad Pattan站1992年大洪水為1929年以來的最大洪水，比2010年發(fā)生的大洪水(洪峰流量9748m3/s)也要大。綜上分析，將Azad Pattan站1992年洪水重現(xiàn)期定為82 a。

4.3 壩址洪水分析計(jì)算

卡洛特壩址位于Azad Pattan水文站和Karot水文站(1979年撤銷)下游，Karot壩址至Azad Pattan水文站區(qū)間無較大支流匯入，區(qū)間面積為245 km2，占?jí)沃访娣e的0.92%，故卡洛特壩址的設(shè)計(jì)洪水以Azad Pattan和Karot站為依據(jù)站進(jìn)行推算。

由于Karot水文站和Azad Pattan水文站距離相近，集水面積相差較小，將Karot水文站1969～1978年和Azad Pattan水文站1979～2010年洪峰系列按面積比擬法推算至Karot水電站壩址(1969年1～4月、1993年缺測(cè))。Karot壩址年最大洪峰流量散布圖見圖2。

圖2 Karot壩址年最大洪峰流量散布Fig.2 Annual maximum peak flow scatter map at Karot dam site

分析可知，Karot壩址年最大洪水在3～9月均可發(fā)生，其中以8,9月份的量級(jí)為大。10月至次年2月沒有出現(xiàn)過年最大洪水。

根據(jù)Karot水電站調(diào)節(jié)計(jì)算需要，頻率計(jì)算時(shí)段選為洪峰、3 d洪量和7 d洪量。1992年洪水漲落迅速，峰型尖瘦，實(shí)測(cè)洪峰做特大值處理，重現(xiàn)期為82 a；1992年3 d洪量遠(yuǎn)大于位列第2的3 d洪量，亦做特大值處理，重現(xiàn)期為82 a；7 d洪量不突出，不做特大值處理。

依據(jù)我國(guó)SL44-2006《水利水電工程設(shè)計(jì)洪水計(jì)算規(guī)范》[4]，開展卡洛特壩址洪水設(shè)計(jì)。特大洪水經(jīng)驗(yàn)頻率計(jì)算公式采用：

(3)

實(shí)測(cè)連續(xù)系列經(jīng)驗(yàn)頻率計(jì)算公式采用：

(4)

式中，PM為特大洪水第M項(xiàng)的經(jīng)驗(yàn)頻率；Pm為實(shí)測(cè)洪水系列第m項(xiàng)的經(jīng)驗(yàn)頻率；N為特大洪水考證期；M為特大洪水序位(M=1，2，…，a)；a為在N年中連續(xù)順位的特大洪水項(xiàng)數(shù)；l為實(shí)測(cè)洪水中抽出作特大洪水處理的洪水項(xiàng)數(shù)；m為實(shí)測(cè)洪水序位；n為實(shí)測(cè)洪水系列項(xiàng)數(shù)。

卡洛特水電站壩址設(shè)計(jì)洪水頻率曲線線型采用P-Ⅲ型曲線，以矩法計(jì)算值為初估值，適線法確定統(tǒng)計(jì)參數(shù)[5-6]。卡洛特壩址的設(shè)計(jì)洪水成果見表4。

4.4 成果合理性分析

卡洛特壩址設(shè)計(jì)洪水和工程河段上下游梯級(jí)相關(guān)設(shè)計(jì)洪水成果對(duì)比見表5。

咨詢聯(lián)合體(SMEC│SW│Sogreah│MAES│EGC)于2008年提出了卡洛特壩址上游Kohala水電站的壩址和廠址設(shè)計(jì)洪水頻率分析計(jì)算成果[7]，推薦采用對(duì)數(shù)正態(tài)分布線型的成果，廠址處集水面積為24 890 km2，萬年一遇設(shè)計(jì)洪水為28 080 m3/s。

URS Scott Wilson公司于2011年提出了卡洛特壩址上游Azad Pattan水電站的壩址設(shè)計(jì)洪水成果[8]，壩址處集水面積為26 183 km2，頻率線型采用對(duì)數(shù)P-Ⅲ分布，設(shè)計(jì)依據(jù)站為Azad Pattan和Karot站，洪水系列為1969～2009年(1993年缺測(cè))，萬年一遇設(shè)計(jì)洪水為32 880 m3/s。

表4 卡洛特壩址設(shè)計(jì)洪水成果Tab.4 Flood design results at Karot dam site

咨詢聯(lián)合體(SMEC│MAES│EGC)于2009年提出了卡洛特水電站的水文報(bào)告[9]。其中卡洛特壩址設(shè)計(jì)洪水分別采用對(duì)數(shù)P-Ⅲ分布、Gumbel分布和對(duì)數(shù)正態(tài)分布作了分析計(jì)算，設(shè)計(jì)依據(jù)站為Azad Pattan和Karot站，洪水系列為1969～2004年(1993年缺測(cè))，萬年一遇設(shè)計(jì)洪水分別為30 184,13 478 m3/s和24 849 m3/s。但在水文報(bào)告中，沒有提出推薦采用意見。

巴基斯坦沒有正式頒布的水利水電工程洪水設(shè)計(jì)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，本次設(shè)計(jì)工作依約采用中國(guó)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)[10-16]。URS Scott Wilson公司提出的上游Azad Pattan水電站的設(shè)計(jì)洪水成果與本次成果較為接近，依據(jù)的資料系列也相差不大。咨詢聯(lián)合體(SMEC│MAES│EGC)提出的設(shè)計(jì)洪水成果中，不同頻率分布線型的成果差異較大。分析比較前期成果與本次設(shè)計(jì)成果的差異，主要原因有3方面因素：① 設(shè)計(jì)依據(jù)的系列不同，前期成果資料系列截止2004年或2009年，本次將系列延長(zhǎng)至2010年，其中，2010年發(fā)生了實(shí)測(cè)系列的第三大洪水。② 采用的頻率線型不同，不同的線型可能會(huì)產(chǎn)生較大差異的成果；水文系列總體的頻率曲線線型是未知的，通常選用能較好擬合水文系列的線型，我國(guó)學(xué)者經(jīng)過大量的理論研究、方法探索和實(shí)際應(yīng)用工作，提出P-Ⅲ型曲線對(duì)我國(guó)南北大部分地區(qū)的水文系列適應(yīng)性較好，并寫入了我國(guó)的行業(yè)規(guī)范。本次采用P-Ⅲ型分布開展了卡洛特水電站的壩址設(shè)計(jì)洪水計(jì)算，點(diǎn)線擬合亦較好。③ 參數(shù)估計(jì)方法的不同，咨詢聯(lián)合體的估參方法不詳，無法考證，本次設(shè)計(jì)中采用適線法確定參數(shù)，在考慮總體點(diǎn)線擬合良好的情況下，結(jié)合設(shè)計(jì)洪水的定位需求，給予中高水點(diǎn)線擬合更多權(quán)重[17]。綜合考慮，本次壩址設(shè)計(jì)洪水計(jì)算，多方調(diào)查考證了1992年大洪水及其重現(xiàn)期，盡可能收集資料延長(zhǎng)了依據(jù)站水文系列，采用P-Ⅲ型分布，點(diǎn)線擬合良好，并與工程河段鄰近梯級(jí)水電站設(shè)計(jì)成果進(jìn)行了分析比較，基本在相近的量級(jí)，分析認(rèn)為，本次設(shè)計(jì)成果是合理的。

5 水位流量關(guān)系

壩址和廠房處的水位流量關(guān)系根據(jù)工程河段實(shí)測(cè)的1∶500地形圖和壩址、廠房處實(shí)測(cè)的水位、流量資料，采用水力學(xué)方法推算[2]。

在工程河段的壩址專用水文(位)站，共完成了27次水位、流量測(cè)驗(yàn)，且壩址處有逐日的人工觀測(cè)水位，廠房處有連續(xù)的自記水位資料。根據(jù)開展的外業(yè)測(cè)驗(yàn)資料分析，壩址、廠址河段糙率分別取0.05和0.06，壩址河段實(shí)測(cè)比降約為0.003。

中低水采用實(shí)測(cè)水位流量資料，中高水采用曼寧公式適當(dāng)外延，擬定水位流量關(guān)系。卡洛特壩址水位流量關(guān)系成果如圖3所示。

6 泥 沙

吉拉姆河流域內(nèi)植被覆蓋情況從中等到茂密不等。由于流域內(nèi)降雨豐沛，每月均有降雨產(chǎn)生，因此山坡上植被生長(zhǎng)良好。流域內(nèi)泥沙大多數(shù)是地質(zhì)侵蝕和地震運(yùn)動(dòng)引起的。野外勘察期間發(fā)現(xiàn)壩址上游吉拉姆河沿線幾乎都有滑坡發(fā)生，帶來大量泥沙。流域內(nèi)泥沙來源還包括降雨引起的片狀侵蝕和沖溝侵蝕，以及人類活動(dòng)引起的土壤侵蝕。

表5 Karot壩址和工程河段上下游梯級(jí)設(shè)計(jì)洪水成果Tab.5 The flood design results of hydropower cascading projects at Karot river section

表7 卡洛特水電站壩址懸移質(zhì)泥沙顆粒級(jí)配成果Tab.7 Results of suspended sediment particle gradation at Karot dam site

圖3 Karot水電站壩址水位流量關(guān)系Fig.3 The Rating-curve at Karot dam site

根據(jù)從WAPDA收集的Karot站和Azad Pattan站1970～2010年泥沙資料，推算電站壩址懸移質(zhì)輸沙量?？逄厮畮?kù)壩址以上流域年均懸移質(zhì)輸沙量為3 315萬t，最大年輸沙量為1992年的8 160萬t，多年平均含沙量為1.28 kg/m3。Karot水電站壩址多年平均年月輸沙量見表6。

表6 卡洛特水電站壩址多年平均年月輸沙量成果Tab.6 The multi-year average annual and monthly sediment yield results at Karot dam site 萬t

分析可知，卡洛特壩址年輸沙量在4～8月高度集中，5個(gè)月輸沙量占年輸沙量的比重達(dá)88%以上；12月和1月輸沙量較小。

參考工程河段上下游梯級(jí)相關(guān)泥沙設(shè)計(jì)和本次在Karot工程庫(kù)區(qū)河段泥沙取樣及野外勘察意見，推移質(zhì)輸沙量取為懸移質(zhì)輸沙量的15%，則推移質(zhì)輸沙量為497萬t。

水文外業(yè)工作中，在卡洛特水電站工程河段開展了4次懸移質(zhì)泥沙取樣，并委托巴基斯坦當(dāng)?shù)氐膰?guó)家實(shí)驗(yàn)室完成了懸移質(zhì)級(jí)配分析，成果如表7所示。

此外，為配合水電機(jī)組選型，還在Karot水電站工程壩址河段實(shí)施了懸移質(zhì)泥沙取樣，并將樣品帶回國(guó)內(nèi)，送中國(guó)地質(zhì)大學(xué)地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源國(guó)家重點(diǎn)試驗(yàn)室開展了懸移質(zhì)泥沙的礦物組成分析，成果如表8所示。

表8 Karot水電站工程壩址河段懸移質(zhì)泥沙X射線物相分析Tab.8 X-ray phase analysis of suspended sediment at Karot river section %

7 結(jié) 語

卡洛特水電站是絲路基金首個(gè)對(duì)外投資項(xiàng)目，影響深遠(yuǎn)。在水文專題設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)組多次赴壩址河段現(xiàn)場(chǎng)勘查，拜訪巴基斯坦水電發(fā)展署收集資料和溝通設(shè)計(jì)情況，并根據(jù)前期項(xiàng)目評(píng)估和實(shí)際需求，扎實(shí)開展了大量的水文外業(yè)測(cè)量和試驗(yàn)工作，為工程水文設(shè)計(jì)提供了堅(jiān)實(shí)可靠的基礎(chǔ)條件。工程水文設(shè)計(jì)提出了徑流、洪水、水位流量關(guān)系和泥沙等系列成果，為工程規(guī)模、工程布置、機(jī)電選型等專業(yè)設(shè)計(jì)提供了有效的設(shè)計(jì)輸入。這是中國(guó)技術(shù)和中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)走向國(guó)際的良好范例，項(xiàng)目設(shè)計(jì)成果也可為巴基斯坦境內(nèi)河流規(guī)劃、水電開發(fā)等工作提供技術(shù)參考。