趙邦棟　黃　勇　吳璐璐

2015年興化片各站測站考證

趙邦棟黃勇吳璐璐

水準(zhǔn)復(fù)測是2015年水文基礎(chǔ)性工作的重點(diǎn)。按照慣例，五年一次的水準(zhǔn)復(fù)測是通過引據(jù)國家水準(zhǔn)點(diǎn)來檢查測站基本水準(zhǔn)點(diǎn)高程是否變動，如有變動應(yīng)分析原因并對其高程進(jìn)行訂正。

興化片目前共有7個國家水文觀測站點(diǎn)，均勻分布在興化市各主要河流、湖泊上。

興化市所在的里下河地區(qū)由于受到地下水開發(fā)利用影響，地面已有明顯沉降。根據(jù)一些站點(diǎn)同一個引據(jù)水準(zhǔn)點(diǎn)不同時期的85基準(zhǔn)基面高程數(shù)據(jù)可明確判斷各點(diǎn)所在位置地面已存在不同程度的下沉（如表1所示）。

興化片各站前幾次水準(zhǔn)復(fù)測采用的引據(jù)點(diǎn)高程較為陳舊，間有引據(jù)水準(zhǔn)點(diǎn)變動，以往測站考證缺少實(shí)質(zhì)性內(nèi)容，地面沉降影響長期積累，以致因地面不均勻沉降所導(dǎo)致的河道水流形態(tài)倒置、防汛數(shù)據(jù)不可靠這一突出矛盾難以得到及時解決。

2015年興化片各站水準(zhǔn)復(fù)測所引用的水準(zhǔn)點(diǎn)恰都具有較新的85基準(zhǔn)基面高程數(shù)據(jù)，如何利用好2015年的水準(zhǔn)復(fù)測成果進(jìn)行測站考證則是興化站目前工作面臨的主要任務(wù)，同時也是改善該站區(qū)測站考證方法、手段的契機(jī)。

一、考證面臨問題和已具備條件

1.興化片各站目前考證面臨的主要問題

（1）地面下沉已是不爭事實(shí)且下沉量較大并存在不均勻性，基本水準(zhǔn)點(diǎn)及校核水準(zhǔn)點(diǎn)高程已到非改不可的地步。

（2）舊的高程系統(tǒng)“年久失修”，原用國家水準(zhǔn)點(diǎn)即老引據(jù)點(diǎn)不是滅失就是缺少地面下沉后新的高程數(shù)據(jù)，不利于確定地面下沉量，基本水準(zhǔn)點(diǎn)凍結(jié)高程無法通過自身絕對高程的變化利用基面關(guān)系式來直接訂正，凍結(jié)基面的穩(wěn)定難有保障。

（3）85基準(zhǔn)基面作為新的絕對基面在應(yīng)用初期技術(shù)處理手段相對粗糙，考證工作也是在沒有弄清楚引據(jù)點(diǎn)是否可靠或基本點(diǎn)有無變動的情況下進(jìn)行的，可能直接利用了水準(zhǔn)測量數(shù)據(jù)與基本水準(zhǔn)點(diǎn)舊的凍結(jié)高程計算并確定85基準(zhǔn)基面改正數(shù)，沒有注意到基本水準(zhǔn)點(diǎn)絕對高程的變化規(guī)律應(yīng)符合絕對基面間的換算規(guī)律。這樣，凍結(jié)基面位置既發(fā)生了變動，同時也導(dǎo)致了一些站絕對基面換算關(guān)系存在明顯矛盾。所以，有些站85基準(zhǔn)基面改正數(shù)需要重新分析計算。

2.考證已經(jīng)具備的條件

（1）各站水準(zhǔn)復(fù)測引據(jù)點(diǎn)均為具有85基準(zhǔn)基面高程的國家水準(zhǔn)點(diǎn)，且高程數(shù)據(jù)亦均是最近新公布的。因此通過本輪水準(zhǔn)復(fù)測可使各站基本點(diǎn)高程得到一次全面更新，過去因引據(jù)點(diǎn)高程數(shù)據(jù)陳舊及地面沉降影響引起的錯誤和矛盾將會得到徹底解決。

（2）水準(zhǔn)復(fù)測使用了先進(jìn)的電子水準(zhǔn)儀，測量成果可靠。

具備了以上兩項(xiàng)前提條件，其后的測站考證也就有了堅實(shí)的基礎(chǔ)，考證工作才會有實(shí)際意義。

二、絕對基面間換算關(guān)系的確立

興化片各站基本水準(zhǔn)點(diǎn)設(shè)立時間均較長，舊絕對高程采用基面一是廢黃河口基面，二是56黃?；?，兩者之間及廢黃河口基面與85基準(zhǔn)基面之間均缺少明確聯(lián)系。為分析基本點(diǎn)高程前后變化，有必要探尋各站所用絕對基面間的變換關(guān)系。

從有關(guān)資料獲知，85基準(zhǔn)基面與56黃?；娴膿Q算關(guān)系是明確的，如式（2）所示，但廢黃河口基面與上述兩個絕對基面之間的關(guān)系還需要通過相關(guān)高程資料分析確定。

根據(jù)1990年代江蘇省測繪部門公布的里下河地區(qū)部分Ⅲ等水準(zhǔn)成果可近似計算出廢黃河口基面與56黃?；鎿Q算因子，計算過程詳見表2。

從表2可以看出，同一水準(zhǔn)點(diǎn)廢黃河口基面高程與56黃?；娓叱讨钭畲鬄?.150m，最小為0.135m，兩極值相差僅有0.015m，與平時水位觀測誤差相似，完全可以忽略不計。所以取表2中的平均基面差0.143m作為廢黃河口基面與56黃?；娴膿Q算因子應(yīng)視為合理、可靠。

綜合以上分析、計算成果，可以得到三個絕對基面間的換算關(guān)系式，如下：

表1　　站點(diǎn)地面下沉量估算表

表2　　絕對基面換算因子計算表

其中式（3）與本地建設(shè)工程上使用的基面換算關(guān)系“廢黃河口高程＝85基準(zhǔn)高程+0.17m”一致。

1.原用基面改正數(shù)的驗(yàn)證

假定各測站的凍結(jié)基面不變且唯一，根據(jù)上面確立的基面換算關(guān)系來列表3驗(yàn)算一下興化片各站原用基面改正數(shù)是否正確。

結(jié)合表2、表3可以發(fā)現(xiàn)，各站廢黃河口基面與56黃?；婢嚯x均在平均基面差0.143m附近，且均在大小極值范圍之內(nèi)，所以廢黃河口基面改正數(shù)與56黃?；娓恼龜?shù)可信度較高。

從表3可以看出，無論是廢黃河口基面改正數(shù)還是56黃?；娓恼龜?shù)與85基準(zhǔn)基面改正數(shù)相減后形成的基面距離有4個測站出現(xiàn)異常，在這種情況下，假定條件就難以成立，即凍結(jié)基面已有變動跡象。異常數(shù)據(jù)如表中斜體字所示，特別是唐子站，一個是0.148m，標(biāo)準(zhǔn)值只有0.029m，另一個是0.291m，而標(biāo)準(zhǔn)值也只有0.172m，兩個均比標(biāo)準(zhǔn)值大0.119m，遠(yuǎn)超水位觀測誤差和水準(zhǔn)測量誤差，這說明該站有關(guān)85基準(zhǔn)基面改正數(shù)計算或國家水準(zhǔn)點(diǎn)引用甚至水準(zhǔn)測量等某個環(huán)節(jié)存在錯誤。所以，表3中基面距離數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常的4個站的基面改正數(shù)需借助本次測站考證進(jìn)行重算。

表3　　原用基面改正數(shù)驗(yàn)算表

表4　　基本水準(zhǔn)點(diǎn)絕對高程計算表

表5　　基本水準(zhǔn)點(diǎn)凍結(jié)高程及基面改正數(shù)計算表

2.基本水準(zhǔn)點(diǎn)高程和基面改正數(shù)計算

測站考證實(shí)質(zhì)上就是針對基面改正數(shù)的計算或復(fù)核，而圍繞基面改正數(shù)計算關(guān)鍵是要準(zhǔn)確確定測站基本水準(zhǔn)點(diǎn)的絕對高程和凍結(jié)高程。根據(jù)上述提出的分類考證方法，結(jié)合興化片各站考證面臨及需要解決的問題，現(xiàn)從2015年水準(zhǔn)復(fù)測成果入手，表4和表5分別計算興化片各站基本水準(zhǔn)點(diǎn)的絕對高程、凍結(jié)高程和各基面改正數(shù)。

首先由2015年4、5月份野外水準(zhǔn)測量高差計算成果計算各站基本水準(zhǔn)點(diǎn)的85基準(zhǔn)基面高程，為便于與舊絕對高程對照，運(yùn)用絕對基面換算關(guān)系式對各基本水準(zhǔn)點(diǎn)的廢黃河口基面和56黃?；娓叱踢M(jìn)行同步，再將其原測高程列于右側(cè)，如表4所示。對比基本點(diǎn)新、舊高程，不難發(fā)現(xiàn)各點(diǎn)均有不同程度變化且變化量均較一般測量誤差大很多，達(dá)0.114～0.225m，因此可認(rèn)為屬地面下沉所致。此時忽略85基準(zhǔn)基面高程系統(tǒng)更新影響，因經(jīng)過驗(yàn)證認(rèn)為各站廢黃河口及56黃海基面改正數(shù)均可靠，故可根據(jù)基本水準(zhǔn)點(diǎn)這兩個基面新、舊高程變化值確定平均下沉量并對基本水準(zhǔn)點(diǎn)的凍結(jié)高程進(jìn)行訂正。這里下沉量取平均是因?yàn)闊o法衡量廢黃河口基面改正數(shù)與56黃?；娓恼龜?shù)哪個更精確，而根據(jù)點(diǎn)位高程唯一性原則，一個基本水準(zhǔn)點(diǎn)的高程只能有一個。訂正結(jié)果見表5“新測定凍結(jié)高程”一欄。

有了基本水準(zhǔn)點(diǎn)的絕對高程和凍結(jié)高程，就可以應(yīng)用關(guān)系式“絕對高程－凍結(jié)高程＝基面改正數(shù)”來重新計算各站各基面改正數(shù)。

將各站所有新、舊基面改正數(shù)列于表5，對比可以發(fā)現(xiàn)，興化片7個站的廢黃河口和56黃?；娓恼龜?shù)前后變化都很小，最大相差也不過3mm，這是由于為確定基本點(diǎn)下沉量取兩個可靠基面絕對高程變化量均值而形成的，這兩個基面改正數(shù)并沒有真正得到重新計算，因?yàn)榭煽?，也毋須重新計算，若需重算就不該參與確定下沉量。

而對于85基準(zhǔn)基面改正數(shù)來說，情況顯然不同，各站新85基準(zhǔn)基面改正數(shù)均是在重新確定了基本水準(zhǔn)點(diǎn)絕對高程和凍結(jié)高程的基礎(chǔ)上計算出來的。就基面改正數(shù)數(shù)值前后變化來看，除了沈、興化及沙溝3站只有3～6mm的較小變化外，其余4站變化幅度均在20mm以上，尤其是唐子站，原來的85基準(zhǔn)基面改正數(shù)為－0.315m，重新計算下來的卻是-0.197m，前后相差0.119m。可見表3中的驗(yàn)證結(jié)果在此已得到進(jìn)一步確認(rèn)。

7個站的基本水準(zhǔn)點(diǎn)均不止一個，但因計算各自下沉量所依賴的可靠基面是一致的，故一個站內(nèi)由多個基本點(diǎn)計算出來的各基面改正數(shù)也會一致，因篇幅有限，具體計算不再羅列。

在實(shí)際應(yīng)用中，與這次計算值出入比較大的基面改正數(shù)自然應(yīng)當(dāng)淘汰并更新，而因計算基本點(diǎn)高程變化量取均值導(dǎo)致的有甚微變化的基面改正數(shù)，包括各站廢黃河口基面和56黃?；?，出于絕對基面換算值統(tǒng)一的考慮，建議還是一律采用新值，盡管這次考證由于基本點(diǎn)下沉量較大已經(jīng)忽略了國家水準(zhǔn)網(wǎng)復(fù)測平差所帶來的影響■

（作者單位：江蘇省水文水資源勘測局泰州分局225300）

（專欄編輯：張婷）