2015年興化片各站測站考證

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

水準復測是2015年水文基礎性工作的重點。按照慣例，五年一次的水準復測是通過引據國家水準點來檢查測站基本水準點高程是否變動，如有變動應分析原因并對其高程進行訂正。

興化片目前共有7個國家水文觀測站點，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由于受到地下水開發利用影響，地面已有明顯沉降。根據一些站點同一個引據水準點不同時期的85基準基面高程數據可明確判斷各點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復測采用的引據點高程較為陳舊，間有引據水準點變動，以往測站考證缺少實質性內容，地面沉降影響長期積累，以致因地面不均勻沉降所導致的河道水流形態倒置、防汛數據不可靠這一突出矛盾難以得到及時解決。

2015年興化片各站水準復測所引用的水準點恰都具有較新的85基準基面高程數據，如何利用好2015年的水準復測成果進行測站考證則是興化站目前工作面臨的主要任務，同時也是改善該站區測站考證方法、手段的契機。

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且下沉量較大并存在不均勻性，基本水準點及校核水準點高程已到非改不可的地步。

（2）舊的高程系統“年久失修”，原用國家水準點即老引據點不是滅失就是缺少地面下沉后新的高程數據，不利于確定地面下沉量，基本水準點凍結高程無法通過自身絕對高程的變化利用基面關系式來直接訂正，凍結基面的穩定難有保障。

（3）85基準基面作為新的絕對基面在應用初期技術處理手段相對粗糙，考證工作也是在沒有弄清楚引據點是否可靠或基本點有無變動的情況下進行的，可能直接利用了水準測量數據與基本水準點舊的凍結高程計算并確定85基準基面改正數，沒有注意到基本水準點絕對高程的變化規律應符合絕對基面間的換算規律。這樣，凍結基面位置既發生了變動，同時也導致了一些站絕對基面換算關系存在明顯矛盾。所以，有些站85基準基面改正數需要重新分析計算。

2.考證已經具備的條件

（1）各站水準復測引據點均為具有85基準基面高程的國家水準點，且高程數據亦均是最近新公布的。因此通過本輪水準復測可使各站基本點高程得到一次全面更新，過去因引據點高程數據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）水準復測使用了先進的電子水準儀，測量成果可靠。

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

二、絕對基面間換算關系的確立

興化片各站基本水準點設立時間均較長，舊絕對高程采用基面一是廢黃河口基面，二是56黃海基面，兩者之間及廢黃河口基面與85基準基面之間均缺少明確聯系。為分析基本點高程前后變化，有必要探尋各站所用絕對基面間的變換關系。

從有關資料獲知，85基準基面與56黃海基面的換算關系是明確的，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系還需要通過相關高程資料分析確定。

根據1990年代江蘇省測繪部門公布的里下河地區部分Ⅲ等水準成果可近似計算出廢黃河口基面與56黃海基面換算因子，計算過程詳見表2。

從表2可以看出，同一水準點廢黃河口基面高程與56黃海基面高程之差最大為0.150m，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黃海基面的換算因子應視為合理、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系式，如下：

表1　　站點地面下沉量估算表

表2　　絕對基面換算因子計算表

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

1.原用基面改正數的驗證

假定各測站的凍結基面不變且唯一，根據上面確立的基面換算關系來列表3驗算一下興化片各站原用基面改正數是否正確。

結合表2、表3可以發現，各站廢黃河口基面與56黃海基面距離均在平均基面差0.143m附近，且均在大小極值范圍之內，所以廢黃河口基面改正數與56黃海基面改正數可信度較高。

從表3可以看出，無論是廢黃河口基面改正數還是56黃海基面改正數與85基準基面改正數相減后形成的基面距離有4個測站出現異常，在這種情況下，假定條件就難以成立，即凍結基面已有變動跡象。異常數據如表中斜體字所示，特別是唐子站，一個是0.148m，標準值只有0.029m，另一個是0.291m，而標準值也只有0.172m，兩個均比標準值大0.119m，遠超水位觀測誤差和水準測量誤差，這說明該站有關85基準基面改正數計算或國家水準點引用甚至水準測量等某個環節存在錯誤。所以，表3中基面距離數據出現異常的4個站的基面改正數需借助本次測站考證進行重算。

表3　　原用基面改正數驗算表

表4　　基本水準點絕對高程計算表

表5　　基本水準點凍結高程及基面改正數計算表

2.基本水準點高程和基面改正數計算

測站考證實質上就是針對基面改正數的計算或復核，而圍繞基面改正數計算關鍵是要準確確定測站基本水準點的絕對高程和凍結高程。根據上述提出的分類考證方法，結合興化片各站考證面臨及需要解決的問題，現從2015年水準復測成果入手，表4和表5分別計算興化片各站基本水準點的絕對高程、凍結高程和各基面改正數。

首先由2015年4、5月份野外水準測量高差計算成果計算各站基本水準點的85基準基面高程，為便于與舊絕對高程對照，運用絕對基面換算關系式對各基本水準點的廢黃河口基面和56黃海基面高程進行同步，再將其原測高程列于右側，如表4所示。對比基本點新、舊高程，不難發現各點均有不同程度變化且變化量均較一般測量誤差大很多，達0.114～0.225m，因此可認為屬地面下沉所致。此時忽略85基準基面高程系統更新影響，因經過驗證認為各站廢黃河口及56黃海基面改正數均可靠，故可根據基本水準點這兩個基面新、舊高程變化值確定平均下沉量并對基本水準點的凍結高程進行訂正。這里下沉量取平均是因為無法衡量廢黃河口基面改正數與56黃海基面改正數哪個更精確，而根據點位高程唯一性原則，一個基本水準點的高程只能有一個。訂正結果見表5“新測定凍結高程”一欄。

有了基本水準點的絕對高程和凍結高程，就可以應用關系式“絕對高程－凍結高程＝基面改正數”來重新計算各站各基面改正數。

將各站所有新、舊基面改正數列于表5，對比可以發現，興化片7個站的廢黃河口和56黃海基面改正數前后變化都很小，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，這兩個基面改正數并沒有真正得到重新計算，因為可靠，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基準基面改正數來說，情況顯然不同，各站新85基準基面改正數均是在重新確定了基本水準點絕對高程和凍結高程的基礎上計算出來的。就基面改正數數值前后變化來看，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基準基面改正數為－0.315m，重新計算下來的卻是-0.197m，前后相差0.119m。可見表3中的驗證結果在此已得到進一步確認。

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

在實際應用中，與這次計算值出入比較大的基面改正數自然應當淘汰并更新，而因計算基本點高程變化量取均值導致的有甚微變化的基面改正數，包括各站廢黃河口基面和56黃海基面，出于絕對基面換算值統一的考慮，建議還是一律采用新值，盡管這次考證由于基本點下沉量較大已經忽略了國家水準網復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）