巴基斯坦卡洛特水电站施工期水情自动测报系统建设及管理

黄晶晶 孙明元 邓颂霖

摘要：为了满足巴基斯坦卡洛特水电站施工期水文预报需求，确保工程安全度汛，在电站坝址以上流域建成了一定数量的水情测报站网。针对施测区域内交通不便、自然条件恶劣、军事冲突时有发生等困难情况，通过建设水情自动测报系统以及推进技术人员本土化，采用“无人值守，有人看管”的站网管理模式及灵活多样的测验方式，保证了水情测报站网的平稳运行。结果表明，系统通畅率满足自动测报系统设计要求，水文监测数据准确可靠。水情测报站网的建成可为卡洛特水电站建设提供优质的水情保障服务。

关键词：水文测验;水情自动测报系统;遥测站网;站网管理;卡洛特水电站;巴基斯坦

中图法分类号：P332文献标志码：ADOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2021.11.002

文章编号：1006 - 0081（2021）11 - 0007- 05

1 工程及流域概况

巴基斯坦卡洛特水电站是“一带一路”倡议的首个大型水电投资项目，也是中国在“中巴经济走廊”的首个水电项目。卡洛特水电站坝址位于巴基斯坦旁遮普省卡洛特村，是印度河一级支流吉拉姆（Jhelum）河上规划的第4个梯级电站。工程为Ⅱ等大（2）型工程，电站装机容量72万kW（720 MW），设计年发电量32.1亿kW·h。卡洛特水电工程设计坝高469.5 m，水库正常蓄水位461.00 m，死水位451.00 m，设计洪水位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，发源于克什米尔山谷的韦尔纳格深泉，干流全长725 km，径流以融雪和季节性降雨为主要补给。流域位于季风区，夏季季风季节易发生强降雨，降雨多集中在流域南部和西部。卡洛特水电站位于吉拉姆河干流下游，坝址处控制流域面积26 700 km2，多年平均流量819 m3/s，多年平均年径流量258.3 亿m3。坝址上游分别约170 km和160 km处有重要支流尼拉姆（Neelun）河和昆哈（Kunhar）河汇入吉拉姆河。

卡洛特水电站于2015年12月1日正式开工。为了改善该地区水文资料匮乏的现状，为水电站建设提供较为详实的水文气象等资料，水情自动测报系统与工程建设同步展开，并于2016年9月试运行。

2 水情自动测报系统及水情测报站网

经调查，在卡洛特水电站工程建设前，吉拉姆河流域内已有9个水文站[1]，均由巴基斯坦水电发展署（WAPDA）的水文部门（SWHP）设立与管理。其中，吉拉姆河干流上有恰那勒（Chinari）、哈丁巴拉（HattianBala）、多迈尔（Domel）、查特克拉斯（ChattarKallas）、科哈拉（Kohala）、阿扎德帕坦（Azad Pattan）和卡洛特7个站，支流昆哈河、尼拉姆河上分别设有加希哈比布拉（Garhi Habibullah）站和木扎巴拉法特（Muzaffarabad）站。各站均有日、月、年平均流量资料，年瞬时最大流量及泥沙资料。巴基斯坦水文部门所建站网见图1。

巴基斯坦水文部门设立的水文站网大多数采用人工观测，为英制标准，无报汛要求，观测精度和段次无法满足水电站建设期水文预报需求。为了满足水电工程设计、洪水预报、施工及运行期安全、电站发电调度等需求，卡洛特水电站建设初期即同步规划建设了水情测报系统[2]。

卡洛特水电站水情自动测报系统全部以中国标准建设，包括32个遥测站和1个中心站，站网布置见图2，主要建设内容包括：①遥测站配套设施土建及设备采购集成安装;②建设遥测站至中心站的数据传输通信网;③建设中心站计算机网络及数据库系统;④开发应用软件;⑤编制洪水预报方案。水情自动测报系统可实现遥测站自动采集、存储水情信息;按定时/事件自报方式自动将水情信息发送至中心站;水情中心站可根据需要对所属遥测站远地编程，主动查询、召测水情信息[3]。

2.1 遥测站结构

巴基斯坦卡洛特水电站水情遥测站具有自动采集、传输、控制等功能，可保证系统可靠、有效运行。系统各遥测站采用测、报、控一体化的结构设计，以YAC9900遥测终端为核心，配置相应的水位传感器、雨量传感器、北斗卫星通信终端、蓄电池及充电控制器等设备。遥测站设备组成结构见图3。

遥测站通过编程实现水位、雨量的自动采集、现场存储、自动发送。数据采集具有定时采样和指令查询两种启动工作方式。数据采集后经过处理，按一定的存贮格式存入现场固态存贮器，可在现场和远地对固态存储器的数据进行检索与批量下载。

2.2 遥测站功能

巴基斯坦卡洛特水电站水情自动测报系统采用国内成熟技术[4]，遥测站可以实现现场和远程设置及读取本站站号、雨量初值、水位初值、传感器类别、水位采样间隔、定时段次、水位雨量变化阈值、通信信道等参数。系统具有自动采集、存储与传输数据，随机自报，定时自报，双向传输，自动测试工作状态，设备故障、异常自动报警，自动对时等功能。所有外部接口均有光电隔离，可防雷电破坏及外部电磁信号影响，能在雷电、暴雨、停电等恶劣条件下正常工作。

2.3 遥测站供电

为了使遥测站在长期无人值守的情况下稳定可靠运行，在卡洛特水电站水情自动测报系统设计之初，根据遥测站设备实际功耗以及当地日照指数等条件，选择了太阳能自动控制浮充，蓄电池直流供电方式。

遥测雨量站和遥测水位站分别选用12V/65Ah和12V/100Ah蓄电池，太阳能电池组件为分别为40 W和50 W。为防止蓄电池在供电过程中出现过电和欠压的现象，在蓄电池和太阳能板之间配置相应的充电控制器。

2.4 水情测报站网分类

卡洛特水電站水情测报站网主要服务于工程建设[5]，满足洪水预报、施工及运行期安全、设计复核等需要。按照水文观测项目，水情测报站网主要分为雨量站网、水位站网、流量站网、泥沙站网和蒸发站网等[6]。

2.4.1 雨量站网

为满足水文预报产汇流计算的需求，在卡洛特坝址以上流域建成遥测雨量站26个，在施工区域建成雨量站8个。因流域部分区域位于印控克什米尔地区，无法设站，所建雨量站全部集中在巴控克什米尔地区。目前，所建遥测雨量站可以满足12 h预见期水文预报的需求。遥测雨量站多选择在有人居住，地势较为平坦、开阔的区域，并签订土地租赁协议、看管协议，以防遥测站遭受人为破坏，避免造成遥测站功能失效。

2.4.2 水位站网

吉拉姆河上游的两条重要支流尼拉姆河和昆哈河，在克什米尔首府木扎巴拉法特汇入吉拉姆河。吉拉姆河来水受两条支流影响显著。在吉拉姆河干流及支流上设立了若干遥测水位站监测水量变化。在施工区域设有上围堰站、下围堰站、导流洞入口站、导流洞出口站，实时监测施工区不同部位水位，按照预报成果发布预警。

遥测水位站采用气泡压力式水位计作为主要水位采集设备，利用直立式水尺作为水位校核设施，在设备维护及水文巡测期间对水位计进行校核。近坝区水位站采用统一的巴基斯坦国家高程系统作为冻结基面。距坝区较远的偏远地区因无高程引测条件，遥测水位站采用假定基面作为测站高程系统。

2.4.3 流量站网

依托已建遥测水位站网，通过在每个水位站附近固定断面施测流量确定遥测水位站水位流量关系，据此可动态掌握河段区间水量变化，提高水文预报精度。坝址以上测站以巡测模式开展流量测验，测次主要集中在雨季中高水期，目标是建立遥测水位站水位流量关系。利用马斯京根法进行河道洪水演算，对施工区域关键部位进行洪水预报。流量测验的主要设备为RiverSurveyor M9和雷达波测流机器人，前者采用简易缆道系统作为牵引设施走航式测验，后者沿布设的钢缆在固定起点距自动测量表面流速，通过率定的水面系数计算断面流量。

2.4.4 其他站网

在阿扎德帕坦站和卡洛特专用水文站开展泥沙观测，阿扎德帕坦站主要为设计复核提供数据支撑，卡洛特专用水文站收集施工期河道泥沙成果，为大坝建成使用后库区泥沙淤积问题研究提供数据依据。另外，在卡洛特专用水文站开展了蒸发量观测。泥沙测验采用调压积时式采样器取样，在水文营地使用烘干法处理并计算含沙量。采用FFZ-01Z型自动蒸发站观测蒸发量。

3 技术人员本土化管理

施工期水情服务是一项技术性很强的工作，涉及工作内容繁多，包括：水情遥测站网建设、遥测站维护、水文测验、水文预报等。卡洛特项目所在地毗邻巴控克什米尔地区，坝址以上流域各有50%的区域分别位于印、巴实际控制区，遥测站网大部分分布于敏感区域，测区内交通不便。

为了保证水情遥测站网建设工作顺利开展，及时开展遥测站维护和水文测验工作，积极推行了技术人员本土化管理，使之成为水情服务工作顺利进行的有效解决方案。为此，项目部按照业主规定，招聘巴基斯坦雇员充实技术人员队伍，并进行相关技能培训（图4）。建立了薪酬福利及绩效考核制度[7]和巴方员工工作制度、休假制度，对其进行规范化管理。经过5 a的运行，巴方员工已经成为遥测站网维护和水文巡测的主要力量。

4 遥测站维护管理

卡洛特水电站遥测站网点多面广，不少遥测雨量站及遥测水位站位于偏远山区，路途遥远，自然环境恶劣，设备一旦出现故障，维护难度大、耗时长。特别是雨季，遥测站故障会导致水文预报工作无法正常开展，对维护人员快速处置能力提出了很高要求。

遥测站常见的故障包括：①人为破坏，如设备被盗或因军事冲突造成的损坏。②极端天气影响，巴基斯坦夏季气温最高可达40℃～50℃，且夏季较长，雨后空气湿度大;冬季气温低，高海拔地区气候寒冷。在极端环境下，部分设备电子元件容易出现故障。③供电系统故障，连续阴雨天气导致蓄电瓶电压过低，设备无法正常运行。④洪水造成的设备损坏，压力式水位计水下部分容易被洪水冲毁。

中方人员前往遥测站网所在测区通关难度大，安全风险高，巴方员工开展遥测站维护工作优势明显。通过培训、考核，巴方员工能迅速熟悉遥測站仪器设备，并按照规范要求排除简单的仪器故障（图5）。针对疑难问题，巴方员工抵达现场后，在中方人员远程视频指导下，可在最短时间内排除设备故障，恢复遥测系统正常报汛。2019年，全流域32个遥测站，有24个测站通畅率大于99%，占比75.0%;30个测站通畅率大于95%，占比93.8%;只有新雨量站2和塔哈塔（Talhatta）站因地处高寒地区，印巴边境关系紧张等因素导致不能及时维护，通畅率在80%～90%之间。系统通畅率满足了自动测报系统设计要求，巴方员工在遥测系统的维护保障中发挥了重要作用。

5 水文巡测管理

除了遥测站维护工作，巴方员工另一项重要工作是水文巡测。巡测内容主要包括：水位校核及流量、泥沙测验。为了使巴方员工掌握水文测验技术，对其开展了水准测量、水尺校测、流量测验、泥沙测验、GNSS测量等专项培训，并建立起了考核制度，考核结果与薪酬待遇挂钩，形成了有效的激励机制[8]。

巡测期间施行清单化管理，巡测前为巴方巡测人员制定巡测计划及任务清单，巡测中巴方员工每天通过短信报送任务完成情况及位置、安全等相关信息。中方人员时刻关注巡测人员动态，确保其人身安全及巡测任务的保质保量完成。巡测完成后，巴方员工提交巡测报告，做到巡测记录可追溯。

巴方员工开展水文巡测，收集了大量水文资料。2019年，巴方员工在坝址以上流量站网共施测流量58次，收集到了宝贵的高水期流量资料。吉拉姆河上游距坝址分别为16 km和82 km的阿扎德帕坦站和查特克拉斯站2019年水位流量关系线见图6～7。

6 结 论

（1）卡洛特水电站水情自动测报系统有效解决了吉拉姆河流域水文资料匮乏的问题，为工程设计、防汛减灾、施工期安全度汛、水工建筑物设计复核、水电站运行调度提供了可靠的水情信息，水文预报及气象服务工作为保障水电站建设期施工安全发挥了重要作用。

（2）在境外高風险地区开展水电建设项目水情服务时，推进了水情自动测报系统建设及人员本土化。在水文巡测时充分发挥了本土雇员的作用，为当地提供了就业岗位，培养了工程技术人员，促进了中国标准的推广普及，也推动了当地水文事业的发展。

（3）卡洛特水电站在水情自动测报系统建设、水文测验、遥测站网维护、水文巡测、技术人员本土化管理等过程中采用了国内先进技术和创新方法，其经验可以推广运用到类似境外水电开发项目中。

参考文献：

[1] 徐长江，李响，邴建平，等.卡洛特水电站工程水文设计与实践[J].人民长江，2019，50（12）：66-72.

[2] 邓颂霖，杨军，邴林，等.巴基斯坦卡洛特水电站施工期水文气象服务实践[J].水利水电快报，2019，40（8）：13-16，34.

[3] 长江三峡技术经济发展有限公司.巴基斯坦Karot水电站项目水情自动测报专项水情测报系统施工管理报告[R].北京：长江三峡技术经济发展有限公司，2016.

[4] 丁义，朱成涛，蹇德平.雅砻江流域水文站网规划与建设[J].人民长江，2013，44（1）：1-2，25.

[5] 王左，何惠，魏新平.我国水文站网建设与发展[J].水文，2006，（3）：42-44.

[6] SL 34-2013 水文站网规划技术导则[S].

[7] 岳朝俊，张必勇，吴超，等.巴基斯坦卡洛特项目当地雇员系统化管理实践[J].水利水电快报，2020， 41（3）：100-103.

[8] 许弟兵，杨军，邓颂霖.巴基斯坦卡洛特水电站施工期水文工作实践与研究探讨[J].水利水电快报，2020，41（3）：6-11，18.

（编辑：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