巴基斯坦卡洛特水電站施工期水情自動測報系統建設及管理

黃晶晶 孫明元 鄧頌霖

摘要：為了滿足巴基斯坦卡洛特水電站施工期水文預報需求，確保工程安全度汛，在電站壩址以上流域建成了一定數量的水情測報站網。針對施測區域內交通不便、自然條件惡劣、軍事沖突時有發生等困難情況，通過建設水情自動測報系統以及推進技術人員本土化，采用“無人值守，有人看管”的站網管理模式及靈活多樣的測驗方式，保證了水情測報站網的平穩運行。結果表明，系統通暢率滿足自動測報系統設計要求，水文監測數據準確可靠。水情測報站網的建成可為卡洛特水電站建設提供優質的水情保障服務。

關鍵詞：水文測驗;水情自動測報系統;遙測站網;站網管理;卡洛特水電站;巴基斯坦

中圖法分類號：P332文獻標志碼：ADOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2021.11.002

文章編號：1006 - 0081（2021）11 - 0007- 05

1 工程及流域概況

巴基斯坦卡洛特水電站是“一帶一路”倡議的首個大型水電投資項目，也是中國在“中巴經濟走廊”的首個水電項目。卡洛特水電站壩址位于巴基斯坦旁遮普省卡洛特村，是印度河一級支流吉拉姆（Jhelum）河上規劃的第4個梯級電站。工程為Ⅱ等大（2）型工程，電站裝機容量72萬kW（720 MW），設計年發電量32.1億kW·h。卡洛特水電工程設計壩高469.5 m，水庫正常蓄水位461.00 m，死水位451.00 m，設計洪水位461.13 m，校核洪水位467.06 m。

吉拉姆河是印度河流域水系最大的河流之一，發源于克什米爾山谷的韋爾納格深泉，干流全長725 km，徑流以融雪和季節性降雨為主要補給。流域位于季風區，夏季季風季節易發生強降雨，降雨多集中在流域南部和西部。卡洛特水電站位于吉拉姆河干流下游，壩址處控制流域面積26 700 km2，多年平均流量819 m3/s，多年平均年徑流量258.3 億m3。壩址上游分別約170 km和160 km處有重要支流尼拉姆（Neelun）河和昆哈（Kunhar）河匯入吉拉姆河。

卡洛特水電站于2015年12月1日正式開工。為了改善該地區水文資料匱乏的現狀，為水電站建設提供較為詳實的水文氣象等資料，水情自動測報系統與工程建設同步展開，并于2016年9月試運行。

2 水情自動測報系統及水情測報站網

經調查，在卡洛特水電站工程建設前，吉拉姆河流域內已有9個水文站[1]，均由巴基斯坦水電發展署（WAPDA）的水文部門（SWHP）設立與管理。其中，吉拉姆河干流上有恰那勒（Chinari）、哈丁巴拉（HattianBala）、多邁爾（Domel）、查特克拉斯（ChattarKallas）、科哈拉（Kohala）、阿扎德帕坦（Azad Pattan）和卡洛特7個站，支流昆哈河、尼拉姆河上分別設有加希哈比布拉（Garhi Habibullah）站和木扎巴拉法特（Muzaffarabad）站。各站均有日、月、年平均流量資料，年瞬時最大流量及泥沙資料。巴基斯坦水文部門所建站網見圖1。

巴基斯坦水文部門設立的水文站網大多數采用人工觀測，為英制標準，無報汛要求，觀測精度和段次無法滿足水電站建設期水文預報需求。為了滿足水電工程設計、洪水預報、施工及運行期安全、電站發電調度等需求，卡洛特水電站建設初期即同步規劃建設了水情測報系統[2]。

卡洛特水電站水情自動測報系統全部以中國標準建設，包括32個遙測站和1個中心站，站網布置見圖2，主要建設內容包括：①遙測站配套設施土建及設備采購集成安裝;②建設遙測站至中心站的數據傳輸通信網;③建設中心站計算機網絡及數據庫系統;④開發應用軟件;⑤編制洪水預報方案。水情自動測報系統可實現遙測站自動采集、存儲水情信息;按定時/事件自報方式自動將水情信息發送至中心站;水情中心站可根據需要對所屬遙測站遠地編程，主動查詢、召測水情信息[3]。

2.1 遙測站結構

巴基斯坦卡洛特水電站水情遙測站具有自動采集、傳輸、控制等功能，可保證系統可靠、有效運行。系統各遙測站采用測、報、控一體化的結構設計，以YAC9900遙測終端為核心，配置相應的水位傳感器、雨量傳感器、北斗衛星通信終端、蓄電池及充電控制器等設備。遙測站設備組成結構見圖3。

遙測站通過編程實現水位、雨量的自動采集、現場存儲、自動發送。數據采集具有定時采樣和指令查詢兩種啟動工作方式。數據采集后經過處理，按一定的存貯格式存入現場固態存貯器，可在現場和遠地對固態存儲器的數據進行檢索與批量下載。

2.2 遙測站功能

巴基斯坦卡洛特水電站水情自動測報系統采用國內成熟技術[4]，遙測站可以實現現場和遠程設置及讀取本站站號、雨量初值、水位初值、傳感器類別、水位采樣間隔、定時段次、水位雨量變化閾值、通信信道等參數。系統具有自動采集、存儲與傳輸數據，隨機自報，定時自報，雙向傳輸，自動測試工作狀態，設備故障、異常自動報警，自動對時等功能。所有外部接口均有光電隔離，可防雷電破壞及外部電磁信號影響，能在雷電、暴雨、停電等惡劣條件下正常工作。

2.3 遙測站供電

為了使遙測站在長期無人值守的情況下穩定可靠運行，在卡洛特水電站水情自動測報系統設計之初，根據遙測站設備實際功耗以及當地日照指數等條件，選擇了太陽能自動控制浮充，蓄電池直流供電方式。

遙測雨量站和遙測水位站分別選用12V/65Ah和12V/100Ah蓄電池，太陽能電池組件為分別為40 W和50 W。為防止蓄電池在供電過程中出現過電和欠壓的現象，在蓄電池和太陽能板之間配置相應的充電控制器。

2.4 水情測報站網分類

卡洛特水電站水情測報站網主要服務于工程建設[5]，滿足洪水預報、施工及運行期安全、設計復核等需要。按照水文觀測項目，水情測報站網主要分為雨量站網、水位站網、流量站網、泥沙站網和蒸發站網等[6]。

2.4.1 雨量站網

為滿足水文預報產匯流計算的需求，在卡洛特壩址以上流域建成遙測雨量站26個，在施工區域建成雨量站8個。因流域部分區域位于印控克什米爾地區，無法設站，所建雨量站全部集中在巴控克什米爾地區。目前，所建遙測雨量站可以滿足12 h預見期水文預報的需求。遙測雨量站多選擇在有人居住，地勢較為平坦、開闊的區域，并簽訂土地租賃協議、看管協議，以防遙測站遭受人為破壞，避免造成遙測站功能失效。

2.4.2 水位站網

吉拉姆河上游的兩條重要支流尼拉姆河和昆哈河，在克什米爾首府木扎巴拉法特匯入吉拉姆河。吉拉姆河來水受兩條支流影響顯著。在吉拉姆河干流及支流上設立了若干遙測水位站監測水量變化。在施工區域設有上圍堰站、下圍堰站、導流洞入口站、導流洞出口站，實時監測施工區不同部位水位，按照預報成果發布預警。

遙測水位站采用氣泡壓力式水位計作為主要水位采集設備，利用直立式水尺作為水位校核設施，在設備維護及水文巡測期間對水位計進行校核。近壩區水位站采用統一的巴基斯坦國家高程系統作為凍結基面。距壩區較遠的偏遠地區因無高程引測條件，遙測水位站采用假定基面作為測站高程系統。

2.4.3 流量站網

依托已建遙測水位站網，通過在每個水位站附近固定斷面施測流量確定遙測水位站水位流量關系，據此可動態掌握河段區間水量變化，提高水文預報精度。壩址以上測站以巡測模式開展流量測驗，測次主要集中在雨季中高水期，目標是建立遙測水位站水位流量關系。利用馬斯京根法進行河道洪水演算，對施工區域關鍵部位進行洪水預報。流量測驗的主要設備為RiverSurveyor M9和雷達波測流機器人，前者采用簡易纜道系統作為牽引設施走航式測驗，后者沿布設的鋼纜在固定起點距自動測量表面流速，通過率定的水面系數計算斷面流量。

2.4.4 其他站網

在阿扎德帕坦站和卡洛特專用水文站開展泥沙觀測，阿扎德帕坦站主要為設計復核提供數據支撐，卡洛特專用水文站收集施工期河道泥沙成果，為大壩建成使用后庫區泥沙淤積問題研究提供數據依據。另外，在卡洛特專用水文站開展了蒸發量觀測。泥沙測驗采用調壓積時式采樣器取樣，在水文營地使用烘干法處理并計算含沙量。采用FFZ-01Z型自動蒸發站觀測蒸發量。

3 技術人員本土化管理

施工期水情服務是一項技術性很強的工作，涉及工作內容繁多，包括：水情遙測站網建設、遙測站維護、水文測驗、水文預報等。卡洛特項目所在地毗鄰巴控克什米爾地區，壩址以上流域各有50%的區域分別位于印、巴實際控制區，遙測站網大部分分布于敏感區域，測區內交通不便。

為了保證水情遙測站網建設工作順利開展，及時開展遙測站維護和水文測驗工作，積極推行了技術人員本土化管理，使之成為水情服務工作順利進行的有效解決方案。為此，項目部按照業主規定，招聘巴基斯坦雇員充實技術人員隊伍，并進行相關技能培訓（圖4）。建立了薪酬福利及績效考核制度[7]和巴方員工工作制度、休假制度，對其進行規范化管理。經過5 a的運行，巴方員工已經成為遙測站網維護和水文巡測的主要力量。

4 遙測站維護管理

卡洛特水電站遙測站網點多面廣，不少遙測雨量站及遙測水位站位于偏遠山區，路途遙遠，自然環境惡劣，設備一旦出現故障，維護難度大、耗時長。特別是雨季，遙測站故障會導致水文預報工作無法正常開展，對維護人員快速處置能力提出了很高要求。

遙測站常見的故障包括：①人為破壞，如設備被盜或因軍事沖突造成的損壞。②極端天氣影響，巴基斯坦夏季氣溫最高可達40℃～50℃，且夏季較長，雨后空氣濕度大;冬季氣溫低，高海拔地區氣候寒冷。在極端環境下，部分設備電子元件容易出現故障。③供電系統故障，連續陰雨天氣導致蓄電瓶電壓過低，設備無法正常運行。④洪水造成的設備損壞，壓力式水位計水下部分容易被洪水沖毀。

中方人員前往遙測站網所在測區通關難度大，安全風險高，巴方員工開展遙測站維護工作優勢明顯。通過培訓、考核，巴方員工能迅速熟悉遙測站儀器設備，并按照規范要求排除簡單的儀器故障（圖5）。針對疑難問題，巴方員工抵達現場后，在中方人員遠程視頻指導下，可在最短時間內排除設備故障，恢復遙測系統正常報汛。2019年，全流域32個遙測站，有24個測站通暢率大于99%，占比75.0%;30個測站通暢率大于95%，占比93.8%;只有新雨量站2和塔哈塔（Talhatta）站因地處高寒地區，印巴邊境關系緊張等因素導致不能及時維護，通暢率在80%～90%之間。系統通暢率滿足了自動測報系統設計要求，巴方員工在遙測系統的維護保障中發揮了重要作用。

5 水文巡測管理

除了遙測站維護工作，巴方員工另一項重要工作是水文巡測。巡測內容主要包括：水位校核及流量、泥沙測驗。為了使巴方員工掌握水文測驗技術，對其開展了水準測量、水尺校測、流量測驗、泥沙測驗、GNSS測量等專項培訓，并建立起了考核制度，考核結果與薪酬待遇掛鉤，形成了有效的激勵機制[8]。

巡測期間施行清單化管理，巡測前為巴方巡測人員制定巡測計劃及任務清單，巡測中巴方員工每天通過短信報送任務完成情況及位置、安全等相關信息。中方人員時刻關注巡測人員動態，確保其人身安全及巡測任務的保質保量完成。巡測完成后，巴方員工提交巡測報告，做到巡測記錄可追溯。

巴方員工開展水文巡測，收集了大量水文資料。2019年，巴方員工在壩址以上流量站網共施測流量58次，收集到了寶貴的高水期流量資料。吉拉姆河上游距壩址分別為16 km和82 km的阿扎德帕坦站和查特克拉斯站2019年水位流量關系線見圖6～7。

6 結 論

（1）卡洛特水電站水情自動測報系統有效解決了吉拉姆河流域水文資料匱乏的問題，為工程設計、防汛減災、施工期安全度汛、水工建筑物設計復核、水電站運行調度提供了可靠的水情信息，水文預報及氣象服務工作為保障水電站建設期施工安全發揮了重要作用。

（2）在境外高風險地區開展水電建設項目水情服務時，推進了水情自動測報系統建設及人員本土化。在水文巡測時充分發揮了本土雇員的作用，為當地提供了就業崗位，培養了工程技術人員，促進了中國標準的推廣普及，也推動了當地水文事業的發展。

（3）卡洛特水電站在水情自動測報系統建設、水文測驗、遙測站網維護、水文巡測、技術人員本土化管理等過程中采用了國內先進技術和創新方法，其經驗可以推廣運用到類似境外水電開發項目中。

參考文獻：

[1] 徐長江，李響，邴建平，等.卡洛特水電站工程水文設計與實踐[J].人民長江，2019，50（12）：66-72.

[2] 鄧頌霖，楊軍，邴林，等.巴基斯坦卡洛特水電站施工期水文氣象服務實踐[J].水利水電快報，2019，40（8）：13-16，34.

[3] 長江三峽技術經濟發展有限公司.巴基斯坦Karot水電站項目水情自動測報專項水情測報系統施工管理報告[R].北京：長江三峽技術經濟發展有限公司，2016.

[4] 丁義，朱成濤，蹇德平.雅礱江流域水文站網規劃與建設[J].人民長江，2013，44（1）：1-2，25.

[5] 王左，何惠，魏新平.我國水文站網建設與發展[J].水文，2006，（3）：42-44.

[6] SL 34-2013 水文站網規劃技術導則[S].

[7] 岳朝俊，張必勇，吳超，等.巴基斯坦卡洛特項目當地雇員系統化管理實踐[J].水利水電快報，2020， 41（3）：100-103.

[8] 許弟兵，楊軍，鄧頌霖.巴基斯坦卡洛特水電站施工期水文工作實踐與研究探討[J].水利水電快報，2020，41（3）：6-11，18.

（編輯：李 慧）

Construction and management of automatic hydrological forecasting system during construction period of Karot Hydropower Station in Pakistan

HUANG Jingjing， SUN Mingyuan， DENG Songlin

（Jingjiang Bureau of Hydrology and Water Resources Survey， Bureau of Hydrology， Changjiang Water Resources Commission， Jingzhou 434000， China）

Abstract： In order to meet the demand of hydrological forecast during construction period of Karot Hydropower Station in Pakistan and ensure the safety of the project in flood season， a network with a certain number of hydrological forecasting stations has been built in the basin above the dam site. In the light of inconvenient traffic， severe natural condition and military conflicts， by constructing automatic hydrological forecasting system， hiring and training local technical personnel， the management mode of "unattended， supervised" and flexible testing methods were adopted to ensure the stable operation of hydrological forecasting station network. The availability of the device met the design requirement and the hydrological monitoring data was accurate and reliable. The construction of the hydrological forecasting system can provide high-quality hydrological services for the construction of Karot Hydropower Station.

Key words： hydrological survey; automatic hydrological forecasting system; remote survey station network; station network management; Karot Hydropower Station; Pakistan