英布鲁水电站水文特性及水文设计特点
（冯德光 郝福良 史世平 李林）
摘要：英布鲁水电站水文特性、水文分析内容，与国内外其他水电站相比，特点明显。如：流域分旱、雨两季，降雨入渗强，流量资料条件较差，径流年内年际均匀，洪水年内年际变幅不大，缺乏历史大洪水资料。而电站为径流式，下游没有防洪要求。英布鲁水电站工程水文设计，充分考虑了这些特性。
关键字：水文特性 径流 洪水 1、流域气象特点 1.1流域下垫面
英布鲁水电站位于刚果河支流莱菲尼河，距河口14km。莱菲尼河发源于巴泰凯高原，流经峡谷、沼泽地和茂盛林区，河长280km，沿程坡度平缓。分水岭高程为600~800m，坝址河段河谷深约300~400m，河道比降为0.2‰~0.3‰，库区河段两岸较平缓，局部岸坡较陡。河谷多为热带森林，沿河流呈带状分布，超出两岸一定范围后，森林稀疏，逐步过渡到草原地带。流域植被良好，表层土壤为砂壤土。居民很少，人类活动少，未修建任何水利工程，流域下垫面条件变化不大。 1.2气象条件
莱菲尼河流域属于苏丹—几内亚的赤道几内亚气候，全年分旱、雨两季。旱季有气压高、气温低、多云天气、雨量稀少等特点。雨季由于受东部印度洋的水汽影响，经常发生降雨，雨量充沛，气温高。
英布鲁电站坝址处没有气象站，气象资料较少。以位于河口北部的姆布亚气象站1981～2002年实测气象要素值为电站设计依据，多年平均降雨量1598mm，多年平均水面蒸发量为769.6mm。 2、水文资料
2.1用于分析的区域测站
莱菲尼河流域内分布有雷卡那、姜巴拉、赞加、恩果、恩库木、恩萨、依诺尼、恩加贝、姆贝、姆布亚等气象（雨量）站，它们建立于上世纪五、六十年代。
水电站坝址上游45km处1949年设立布旺贝水文站，控制流域面积13500km2。为了满足电站设计要求，瑞士UNEFICO于1981年在坝址处设置一台自记水位计观测水位并施测流量。后因战争影响，布旺贝水文站、坝址专用站停测。
莱菲尼河附近的恩凯尼河、阿里马河，也位于巴泰凯高原，气象、下垫面情况与莱菲尼河相似，分别设有甘博马水文站、柴卡皮卡水文站。
依据对上述测站资料情况、所处位置的分析，确定以布旺贝水文站为设计依据站。 2.2资料情况
姜巴拉、姆布亚等各站的降雨量资料系列不连续。
布旺贝水文站和坝址专用站因战争影响部分资料遗失，有1971～1980年水文年鉴，有收集的零散流量资料。可用于分析的数据有：1952～1993年间断的日、月、年平均流量，年最大洪峰流量。该站H～Q关系线稳定，施测垂线、测点、测流设备、测次符合规范要求，认为流量资料精度可靠。
该站实测流量资料特点是：平均流量数据较多，最大、最小极值流量数据缺乏，给下述的设计洪水推求带来一定的难度。
另外，临近河流的甘博马水文站、柴卡皮卡水文站1971～1980年的日平均流量数据。
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3、径流 3.1降雨特性
依诺尼、雷卡那、姜巴拉、姆布亚等站年平均降雨量在1393mm～2538mm之间。全年各月都会降雨，雨季降雨量多，占全年降雨量的比例约89%。降雨量年际变化不大。在空间上流域内的降雨量差别较大，恩库木站降雨量最大，恩加贝站最小，分布趋势是由东南向西北、从下游向上游降雨量逐渐增加。 3.2径流特性
根据莱菲尼河布旺贝站实测的1971～1980年日平均流量过程分析，流域年内有明显的旱季（6月中旬~9月末）、雨季（10月初~6月上旬）之分。
统计插补后的布旺贝站1952～1993年月年径流系列，多年平均年径流量为131.85亿m3，最大年径流量为152.3亿m3（1959年），最小年径流量为118.6亿m3（1993年），最大、最小年径流量比值为1.3。不同时期相比，近期径流量有所减小。雨季、旱季径流量分别占年径流量的69.7%、30.3%，最大月径流量约占年径流量的9.2%，最小月径流量约占年径流量的7.4%。可见，径流年内分配均匀，年际变化不大。 3.3代表性、一致性分析
系列代表性通过布旺贝站1952~1993年径流差积曲线进行分析。差积曲线上，年际变化较稳定，1958～1974年为丰水年组，1952～1957年、1975～1980年为平水年组，1981～1992年为枯水年组；丰、平、枯水年组交替出现，因此，42年径流系列具有一定代表性。
流域内居民很少，人类活动较少，未修建任何水利工程，流域降雨特性、产流汇流条件基本没有变化，径流系列的一致性很好。 3.4 坝址径流
布旺贝站集水面积13500km2，占英布鲁电站坝址以上流域面积16000km2的84.4%。 在以往设计中，瑞士人曾进行过布旺贝水文站、坝址专用站的流量同步观测，分析两者的流量换算系数为1.155。据此换算系数，推得英布鲁电站坝址1952～1993年共42年的月、年径流系列，多年平均流量为484m3/s，多年平均径流量为152.4亿m3。在水电站施工阶段，在原布旺贝站址和坝址处，又建专用站进行了同步观测，经分析两者之间的流量换算系数取1.155是合理的。
布旺贝站以上流域平均径流深为976.7mm。布旺贝站～坝址区间平均径流量为20.55亿m3，集水面积2500km2，径流深为822mm。前者径流深大于后者，这与流域内降雨量的分布趋势一致，符合降雨量上游大于下游的水文特性。
英布鲁电站坝址设计年径流采用数学期望公式计算，P-Ⅲ型适线。50%、75%、95%设计年径流流量，分别为480、463、446 m3/s。 4、洪水 4.1雨洪特性
流域雨季由于受东部印度洋的水汽影响，经常发生暴雨，暴雨持续时间一般为1~2小时，降雨时间多在午后。根据姆布亚气象站1981~2002年降雨资料统计，该站最大24小时降雨量为209.7mm。
流域洪水的发生时间与暴雨相应。统计布旺贝站实测资料，36年中有18年的年最大洪峰发生在5月、11月两个月份，占年最大洪水次数的50%。由于流域植被良好，覆盖层为巴代盖砂，因此降雨的入渗能力很强，对河流基流有很强的补给作用。因为莱菲尼河具有这种下垫面特点和地下水补给排泄特点，因此流域内年平均流量较为均匀，洪水变幅不大，洪水过程以多峰、肥胖型居多，洪水起涨缓慢，一次洪水历时约20天；一次洪水过程的最大一天洪量约是最大十天洪量的10~11%，最大十天洪量约是最大二十天洪量的50~53%。年
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际之间，据布旺贝站1971~1993年逐日流量资料统计，历年实测最大洪峰流量670m3/s(1961年11月)，历年实测最小洪峰流量450m3/s(1988年3月)，比值为1.5倍。最枯流量约为334m3/s（1992年）。 4.2洪水要素选取
一般情况下，水利水电枢纽的坝址洪水系列要统计洪峰、洪量等不同洪水要素的若干个洪水系列。
英布鲁水电站为径流式电站，调节能力小，设计洪峰流量是影响电站大坝泄洪建筑物规模的主要洪水要素，因此英布鲁水电站设计洪水只统计坝址洪峰流量系列、推求坝址设计洪峰流量即可满足设计需要，这是本水电站水文设计的一个特点。
根据同步观测分析，在布旺贝站～坝址河段，洪峰流量变幅小，且与日平均流量相差不大，因此，坝址洪峰流量系列也按1.155系数由布旺贝站洪峰流量系列推求。该站实测的平均流量数据较多，缺乏最大洪峰流量数据，通过建立历年最大日、月平均流量～年最大洪峰流量的相关关系，插补缺测年份的年最大洪峰流量，得到该站1952~80、87~93年共36年年最大洪峰流量系列，并换算得到英布鲁水电站36年不连序的年最大洪峰流量系列。 4.3设计洪峰流量 （1）频率分析
莱菲尼河河谷罕有人迹，除布旺贝村外很少有居民，调查清楚历史大洪水很难。英布鲁水电站坝址有36年洪峰流量系列，进行频率分析，采用P-Ⅲ型线型，以优选参数进行目估适线，千年一遇（P=0.1%）洪峰流量为962m3/s，万年一遇（P=0.01%）的洪峰流量为1070m3/s。洪水统计参数及设计洪峰流量见表1。
表1 英布鲁电站坝址设计洪水成果表 单位：洪峰 m/s 统计参数 均值 626 Cv 0.12 Cs/Cv 8.0 0.01 1070 0.1 962 0.5 885 各频率（%）设计值 1 851 2 816 5 766 10 727 20 683 50 614 3
因为水电站水库没有调节能力，下游没有防洪要求，洪水调节时，按入库洪峰查泄流能力曲线即可，因此不必推求设计洪水过程线。
（2）合理性分析
莱菲尼河与北部相邻河流恩凯尼河、阿利马河，均位于巴泰凯高原，气象、下垫面及植被情况相近。英布鲁水电站设计洪峰的统计参数，Cv值0.12、Cs/Cv=8.0，与恩凯尼河的甘博马水文站（Cv=0.13、Cs/Cv=6.9）、阿利马河的柴卡皮卡水文站的洪水统计参数（Cv=0.08、Cs/Cv=6.3），基本一致。 4.4校核洪水修正
莱菲尼河缺乏历史大洪水资料，设计洪水Cv值又小，上述方法分析的英布鲁水电站坝址设计洪水有偏小的可能，对万年一遇校核洪水增大20%修正，洪峰流量为1280m3/s；千年一遇设计洪峰流量不变仍为962m3/s。
这与国外设计洪水一般采用PMP、PMF进行设计是不同的，这是英布鲁水电站洪水设计按我国规范计算的一个特点。 5、结语
英布鲁水电站水文特性、水文分析计算内容与国内外其他水电站相比，特点明显，可供国外水电站设计借鉴。主要特点为：
（1）英布鲁水电站所在流域覆盖层为巴代盖砂，植被良好，降雨入渗能力很强，对河流基流有很强的补给作用。
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（2）降雨径流特性：雨季、旱季分界明显。降雨量分布西北高东南低、上游大下游小。径流分配年内均匀，年际变化不大。
（3）洪水年内、年际变幅不大，洪水过程平缓。
（4）仅采用洪峰流量一个洪水要素。未用PMF设计，采用万年一遇校核洪水加安全值。
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