史一平，石景元，張 策，王晶晶

（東海航海保障中心 上海海事測繪中心，上海 200090）

深度基準面是海道測量中將動態(tài)瞬時水深歸算到海圖圖載水深的直接水位控制基準，是兼顧航道通航安全與水深利用率的關鍵因素。在黃浦江流域，水深測量采用的深度基準面是各處的最低水位。由于歷史原因，各處最低水位的確定依據(jù)的是各驗潮站建站初期實測最低水位。隨著時間的推移，黃浦江航道整治、沿岸堤防加固，上游來水來沙條件的變化，長江口深水航道等大型涉水工程建設等在一定程度上引起了黃浦江潮汐特征值的變化。這些變化將改變黃浦江各驗潮站實際最低水位與吳淞零點的關系，對黃浦江通航水深的確定與維護及通航安全產(chǎn)生一定的影響。為了更準確地反映黃浦江水深和潮汐特征值，充分利用水深資源，為航道通航與管理提供依據(jù)，有必要開展現(xiàn)狀條件下黃浦江深度基準面的研究分析。

根據(jù)《海道測量規(guī)范》（GB 12327—1998）[1]規(guī)定，沿海港口深度基準面采用理論最低潮面，并規(guī)定了計算方法。而黃浦江屬于感潮河段，受地形及徑流影響較大，上游地區(qū)尤為明顯。直接依據(jù)規(guī)范，對該區(qū)域潮位進行調(diào)和分析，精度較差，計算得到的深度基準面也不準確。因此，對黃浦江深度基準面的研究，應根據(jù)實際情況，采用規(guī)范方法進行計算，并結(jié)合歷年最低潮位變化情況對計算結(jié)果進行調(diào)整和確定。

1 研究方法

根據(jù)黃浦江站點設置情況以及潮波從吳淞口至黃浦江上游逐漸推進的規(guī)律，選取黃浦江干流10個長期潮位站參與計算分析，其中上游3個站點，中下游7個站點，如圖1所示。各站建站以來位置一致，數(shù)據(jù)來源可靠，穩(wěn)定性好。

收集各站近19年來的實測潮位數(shù)據(jù)（部分站點數(shù)據(jù)不足19年），基于黃浦江流域存在地面沉降的實際，對上述數(shù)據(jù)需進行考證分析與沉降訂正。沉降訂正的方法是根據(jù)上海市測繪院水準聯(lián)測成果，將前后兩次水準聯(lián)測的差值按時間變化等比例分配，用各站實測潮位減去相應的沉降值。為便于計算和對比，各站數(shù)據(jù)零點統(tǒng)一采用上海吳淞零點。

計算過程為統(tǒng)計各站年平均海面、年最低潮位等潮汐特征值，分析特征值年際變化；計算多年平均海面，作為深度基準面的起算面[2]；采用《海道測量規(guī)范》規(guī)定的弗拉基米爾法及國際海道測量組織推薦的最低天文潮面兩種方法計算深度基準面，參照年最低潮位變化情況調(diào)整和確定深度基準面，并進行成果合理性分析。

圖1 研究站點分布圖

2 潮汐特征值計算分析

潮汐特征值可反映潮位長期變化趨勢，包含年平均海面、年高低潮位、年漲落潮歷時等。其中，年平均海面、年最低潮位序列是反映深度基準面變化最直觀的兩個潮汐特征值。因此，本研究對各站上述兩個特征值進行了統(tǒng)計分析，見圖2和圖3。

圖2 各站年平均海面變化圖

圖3 各站年最低潮位變化圖

圖2給出了黃浦江中下游7個站點年平均海面的年際變化，上游沙港、米市渡、夏字圩3站由于資料缺乏，僅收集到2018年平均海面，因此無法分析其年際變化。由圖2可以看出，中下游各站年平均海面總體上呈上升趨勢，其中，2000—2008年間變化較為平緩，2009年后變化較為劇烈，反映了黃浦江流域近年來受區(qū)域涉水工程建設、上游來水、天氣變化等因素影響，潮位總體上有所抬高。

由圖3可以看出，與年平均海面變化類似，各站年最低潮位序列總體上也呈上升趨勢，其中下游段上升趨勢較為平緩，中上游上升趨勢較為明顯，這是因為下游段受地形、工程建設等因素的影響相對較小。圖2和圖3充分反映了黃浦江深度基準面不斷抬高的事實，且越往上游抬升幅度越大。

3 深度基準面計算與確定

3.1 多年平均海面計算

多年平均海面是各年的年平均海面的算術平均值，消除了潮汐長周期波動的影響，用來作為深度基準面的起算面。根據(jù)《海道測量規(guī)范》要求，沿海的長期站一般應有2年以上連續(xù)觀測的水位資料計算多年平均海面，《水運工程測量規(guī)范》則規(guī)定計算多年平均海面的時間序列為至少5年，并應采用近期的5年資料，以保證計算成果盡可能符合客觀實際[3]。由于黃浦江潮位存在上升趨勢，因此應選擇近期資料來計算多年平均海面?？疾旄髡灸昶骄Ｃ婕澳曜畹统蔽幌盗校?012年前后兩段有較為明顯的差別，為此，本研究選擇2012—2018年資料來計算多年平均海面及深度基準面，以盡可能反映現(xiàn)狀條件下的深度基準面。

3.2 深度基準面計算

（1）弗拉基米爾法

《海道測量規(guī)范》（GB 12327—1998）規(guī)定，沿海港口深度基準面采用理論最低潮面，按照弗拉基米爾法計算，并給出了計算公式。即由調(diào)和分析得出13分潮的調(diào)和常數(shù)，按照規(guī)范規(guī)定的計算公式計算得到理論最低潮面L值（理論最低潮面與平均海面的差值）。該方法簡便易行，極大地簡化了理論最低潮面的計算，長期以來一直是經(jīng)典的理論最低潮面計算方法。

（2）最低天文潮面

自1995年起，國際海道測量組織推薦其會員國統(tǒng)一采用最低天文潮面作為海圖深度基準面[4-6]。最低天文潮面是指在平均氣象條件下和在結(jié)合任何天文條件下可以預報出的最低潮位值。其原理是至少由1年或1年以上的實測數(shù)據(jù)經(jīng)調(diào)和分析計算出調(diào)和常數(shù)，預報19年或更長時間序列的潮位，取最低潮位作為最終所求的最低天文潮面。在進行預報時，采用的分潮有多種取法，可以只取天文分潮，也可附加部分淺水分潮和長周期分潮，只是在附加這些分潮時，已不是嚴格意義的最低天文潮面了。本研究基于黃浦江感潮河流的實際，附加了3個淺水分潮和2個長周期分潮進行預報，其L值可表達為：

式中：n為分潮個數(shù)。

對各站2012—2018年實測潮位資料調(diào)和分析，分別采用上述兩種方法計算L值。

3.3 深度基準面確定

深度基準面的確定，既要充分保證船舶航行安全，又要考慮具有較高的航道利用率，還要確保在較大海域范圍內(nèi)呈線性變化，因此既不能定得過高，也不能定得過低。為此，本研究在理論計算的基礎上，結(jié)合年最低潮位變化情況來確定深度基準面。

匯總黃浦江各站原多年平均海面、原深度基準面、2012—2018年實測最低低潮，及上述計算的多年平均海面及深度基準面，繪制沿程變化曲線圖，如圖4所示。

圖4 各站多年平均海面、深度基準面、最低低潮沿程變化圖

從圖4可以看出：

（1）與原多年平均海面相比，各站計算多年平均海面整體抬升10 cm左右。各站多年平均海面從下游至上游沿程上升，符合平均海面沿程變化規(guī)律。

（2）弗拉基米爾法、最低天文潮面法的計算結(jié)果及近年最低潮位均明顯高于原深度基準面，表明深度基準面有所抬高，且越往上游抬升幅度越大。

（3）弗拉基米爾法計算的深度基準面偏高。研究表明，弗拉基米爾法作為一種簡化的計算方法，長周期分潮處理沒有顧及分潮S2的遲角gS2的不同表達式，淺海分潮貢獻是在取極值時的K1分潮相角處獲得的，而不是所有分潮的綜合極小值，這樣的改正往往造成計算值偏小[7-10]。本次計算亦證明該方法得到的深度基準面L值偏小20 cm左右。

（4）最低天文潮面與各站實測最低潮位較為吻合。從沿程來看，各站最低天文潮面沿程抬升，而各站實測最低潮位在上游的閘港與沙港站之間有明顯變異，這是因為黃浦江在閘港由南北走向轉(zhuǎn)為東西走向，上游地區(qū)受地形、上游來水的影響較大，造成最低天文潮面與最低低潮有所脫節(jié)。

（5）本次深度基準面的確定，以最低天文潮面及最低低潮沿程曲線為基準，取二者較低值，同時，兼顧各站上下游的平衡，對偏離較大的值進行調(diào)整。由于潮波的傳播是一個漸進變化的過程，因此依據(jù)潮位數(shù)據(jù)計算得到的黃浦江各站深度基準面也是漸進變化的，各站深度基準面連線應是一條近似光滑的曲線，如果出現(xiàn)偏離較大的站，則根據(jù)上下游站深度基準面的線性差值進行調(diào)整。本次最終確定的各站深度基準面抬升值如表1所示，基面關系如圖5所示：

圖5 各站基面沿程變化圖

表1 各站深度基準面抬升值（單位：cm）

3.4 成果分析

（1）深度基準面保證率分析

深度基準面保證率是指一段時間（通常以1年為期）內(nèi)，某站低潮位為正值的個數(shù)所占的百分比，即：年深度基準面保證率(%)=（年總低潮數(shù)-出現(xiàn)負潮位的低潮數(shù)）/年總低潮數(shù)，用來衡量深度基準面的合理性，一般要求保證率在95%以上。

本次計算的深度基準面均位于各站歷史最低潮位之下，因此2012—2018年各站歷史深度基準面保證率均為100%。根據(jù)各站2018年調(diào)和常數(shù)進行今后3年預報潮位（擬調(diào)整后的深度基準面起算）深度基準面保證率的統(tǒng)計，結(jié)果顯示，各站深度基準面調(diào)整后的保證率均達到100%，滿足相關規(guī)定要求。

（2）年最低潮位分析

由于各站深度基準面保證率均為100%，顯示各站深度基準面可能定的較低，因此，對今后3年預報潮位的最低潮位進行統(tǒng)計，如表2所示。

表2 各站預報年最低潮位（單位：cm）

從表2可以看出，今后3年各站預報年最低潮位均在15 cm以上，顯示深度基準面定的較低，一定程度上浪費了水深資源，但這正反映了黃浦江深度基準面的現(xiàn)狀及未來。由于黃浦江低潮位存在上升趨勢，采用2012—2018年資料計算的深度基準面僅能反映當前的深度基準面狀況，而未來隨著低潮位的上升，當前深度基準面就顯得越來越低。這也要求我們每隔一段時間就要進行深度基準面的復核與重新計算。

4 結(jié)論

2000年以來，由于受到黃浦江、長江口地區(qū)近年來各類涉水工程建設的影響，各潮位站的平均海平面、年最低潮位有比較明顯的上升趨勢，特別是中上游地區(qū)變化明顯,導致黃浦江現(xiàn)行深度基準面有較大變化。經(jīng)計算分析，黃浦江區(qū)域內(nèi)各潮位站的深度基準面均有所上抬，其中龍華站以下5個潮位站變化較小，幅度在10 cm左右；吳涇站以上區(qū)域變化較大，幅度均在20 cm以上，且越往上游抬升幅度越大。

鑒于黃浦江深度基準面已事實上抬高，為了提升黃浦江航道水深利用率，應盡快研究調(diào)整現(xiàn)行深度基準面。同時，對實際深度基準面保證率進行跟蹤分析，定期復核，以反映黃浦江潮汐實際變化情況。經(jīng)研究分析，若采用本次計算深度基準面，將產(chǎn)生如下影響：若不考慮航道淤積，則實際水深不變，變化的僅僅是海圖深度基準面；深度基準面抬高將加大通航水深，特別是上游地區(qū)，通航水深在8～9 m，深度基準面抬高將顯著提升通航能力。