興化片各站往年水位訂正淺析

趙邦棟孟令鵬黃勇邱福瓊

興化片各站往年水位訂正淺析

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基本水準點的設立是水文測站水位觀測工作得以開展的前提，基本點凍結高程正確與否直接影響到水位觀測及整編成果，如果某測站基本點凍結高程用錯將會導致該站相關整體水位資料的系統錯誤。因此在已經明確基本點凍結高程用錯的情況下必須對其影響范圍進行圈定，并根據基本點高程變化情況對相關水位數據作出必要的訂正。

一、問題由來與訂正思路

目前已基本查明，包括興化市在內的里下河地區較大范圍內因地下水開發利用存在地面下沉現象，且由于地面下沉的不均勻性，很多站點上、下游關系錯亂，防汛抗旱工作中使用的基本水位數據失真且矛盾突出，不利于決策機構的調度、指揮。

通過2016年水準復測，地面下沉現象已完全得以證實。此次水準復測引用了最新國家水準點85基準基面高程數據，所用測量儀器是較為先進的電子水準儀，成果可靠。復測成果表明興化片各水位站基本水準點確實都隨地面存在不同程度的下沉，以往所用的基本點的凍結高程自產生地面下沉以來已逐步偏離真實值。現在依據最新水準復測成果，經過測站考證，已經確認各站基本點凍結高程發生了變化，并已對其做了相應改正。

經過查證，興化片各水位站以前采用的廢黃河口基面及56黃海基面所系的國家高程系統長期未得到更新，后來新采用85基準基面又缺少足夠的考證技術支撐，反倒使得新、舊高程數據相互矛盾，造成了考證混亂，基本水準點的高程變化難以通過及時的水準復測進行控制。

由于不同時期、不同地點地下水開發利用程度不同，加上地質結構存在差異，這就導致各站點在不同時期地面沉降量不盡相同。因此在討論、探索基本水準點高程或水位訂正方案時，不僅要充分考慮到各站點的差異，而且在同一站點還要根據基本點高程具體變化過程劃分時間段，并且按照其變化特征分別進行水位訂正。

具體到興化片各測站，有條件對水位訂正方案進行適當的簡化處理，其主要根據有：一是該地區地下水開發利用興起與管控時間基本一致，受其影響，地面下沉發生、發展過程也應基本一致；二是興化市全境地質結構差異不算太明顯，地面下沉量均不大，一般都在10～20cm左右。基于以上兩點，再考慮到測量與觀測誤差的現實存在，過細的劃分意義不大，因此興化片共7個測站可統一考慮訂正時間段的劃分。

二、訂正時間段劃分

興化市地下水開發利用主要興起于20世紀80年代后半期，整個90年代開發利用程度相對較高。但之后本地水資源管理部門依法加大了管理力度，地下水開采規模逐步得到有效控制，到21世紀初，新增深層地下水井已寥寥無幾，地面下沉已趨于平穩。

自地面沉降發生以來，各站基本水準點高程一直沒有訂正過，上述過程可通過分析相關臨近站點間的逐年水位差的異常變化進行仔細辨別、確認，但因年份長、數據量大且標準不易控制，以致實際操作起來有很大難度。

不過從現有本地區和臨近地區部分水準點前、后期高程資料來分析，可基本認定：從20世紀80年代后半期或90年代前半期至本世紀初約十幾年的這段時期以外，該地區地面下沉現象極不明顯。具體分析計算詳見表1和表2。

表1中，前期56黃海高程是20世紀60年代測繪部門公布的高程數據，前期85基準高程為通過絕對基面關系換算后的數據，后期85基準高程則是在1987年國家公布使用85基準基面這一新高程系統后約1990年左右公布的高程數據。

在表1中列舉的各個水準點下沉量最大的為0.019m，最小的為負值，說明沒有下沉跡象；平均下沉量為0.001m，總體來看，高程幾乎沒有變動。結合各水準點高程前后公布時間，表1計算結果表明大約1990年以前約30年時間水準點高程均未明顯發生變化，說明地面未發生沉降。在這30年左右的時期內，部分測站還沒有設立，而之前地下水開發利用非常有限，所以不必考慮水位訂正問題。

表1 地下水開采前地面下沉量估算表

表2 地下水開采后地面下沉量估算表

表2中水準點高程變化是在近10年發生的，可見其變化量比測量誤差還要小，完全可以忽略，可以認為近10年地面也沒有明顯沉降。

根據表1和表2計算結果可推定：地面沉降現象主要是發生在地下水開發利用比較普遍的持續約十五六年的那段時期。

為便于訂正，將“20世紀80年代后半期或90年代前半期”明確為1991年，“21世紀初”明確為2005年。這樣，興化片各站需要考慮水位訂正的時間就可以大致分為以下三個階段：

第一階段，1991年前，特征是地面沒有沉降；

第二階段，1991～2005年，特征是地面發生沉降并逐年累積；

第三階段，2006年迄今，特征是地面沉降停止。

三、逐年水位訂正量計算

某個年份的水位訂正量是根據測站基本水準點在該年份內的高程變化量（即下沉量）均值加前各時段累積的高程變化量來確定。顯然，計算水位訂正量離不開基本水準點的下沉量。但從興化片實際情況來看，有的測站基本水準點不止1個，而且同一個測站的基本水準點的下沉量不完全一致，采用不同的基本水準點下沉量計算出的訂正量是有區別的，因此在甄別、挑選用于計算水位訂正量的基本水準點時要有明確的原則。

各站選用基本水準點的下沉量已經在測站考證時通過前后高程變化計算確定，因此可分階段根據地面下沉變化特征擬定逐年水位訂正方法：

第一階段，1991年前，地面沒有沉降，水位毋須訂正；第二階段，1991～2005年共15年，地面發生沉降并逐年累積，但因缺少過細的區分依據，故按線性比例逐年分配基本水準點下沉量，第一年即1991年水位訂正量為基本水準點下沉量1/15的一半，這里的“一半”即為體現年均水平，以后再逐年增加下沉量的1/15直至2005年作為對應年份的水位訂正量；第三階段，2006年迄今，地面沉降已經停止，每年的水位訂正量均為基本水準點下沉量。興化片各站自1991年起發生地面沉降以來根據基本水準點下沉量確定的逐年水位訂正量詳列于表3中。因訂正量計算依據的是下沉量，故表3中訂正量數據均為負值。

表3 興化片各水位站逐年水位訂正量明細表單位：m

在使用歷史資料時一般較少用到瞬時水位，但在進行特定的水文分析時會常有接觸，如果遇到年接頭的水位，那么這時的訂正量應取其前、后兩年的訂正量的平均值，同時還要視分析時段大小對前、后兩年的訂正量作緩變處理，以適應分析的需要。

當然，以上訂正方法或訂正值大小都是個人在有限的資料條件下形成的，特別是在訂正時間段的劃分上還缺少足夠的資料作為佐證，如果資料條件充裕，訂正時間段的劃分以及訂正方案完全可以再進一步精準化。

四、現時水位訂正前后上下游關系比較

興化市所在的里下河地區河網密布，受地形制約，水系原為自西向東走向，但自20世紀60年代末以來，隨著一系列水利工程的建設，水系已逐漸改變為自南向北走向，所以境內河道西、南為上游，東、北為下游。在沒有局部較大降水及沒有啟用引江工程排水功能的情況下，河道水流一般應呈順流狀態，上下游關系理應呈現為上游水位高、下游水位低。可現實情況并非如此，如南官河上老閣站位于興化站上游，還有蚌蜒河上老閣站位于沈站上游，車路河上興化站位于唐子站上游等，平時的水位數據常常是下游站的高于上游站，屬于明顯錯亂，給防汛抗旱工作帶來很多不便。

經過這次水位訂正，興化片各水位站的上下游關系已經基本理順。如用各站現時（2015年5月18日20:00）水位作訂正，比較訂正前后的上下游關系，訂正前的上下游水位錯亂現象在訂正后已全部消失。訂正前后水位數據比較如表4所示。

五、建議和結語

1.訂正前應盡可能全面收集需要進行水位訂正站點附近的有關國家水準點高程數據，分析國家水準點高程變化過程與變化特征，進而更加細致地確定附近地面及測站基本水準點高程的變化情況，促進水位訂正時間段的精確劃分，改善訂正量的計算方法。

表4 現時水位訂正前后比較表

2.對需要訂正的測站之間水位差變化過程展開必要的分析，尋找異常變化折點，為水位訂正時間段的劃分提供旁證或修改依據。

3.了解地下水開發利用歷史與現狀，結合地下水開發利用的過程與規模分析其對地面下沉的影響程度和規律，也以此來印證訂正時間段的劃分是否合理。

4.水位訂正是通過事后資料的分析確定，包括基本水準點高程變化量在內的所用資料之優劣及范圍將會影響訂正量的計算成果，在沒有掌握足夠的可靠資料的情況下難以保證訂正工作一錘定音。所以水位訂正應該在充分收集相關資料的情況下才能開展工作，不可倉促行事，免得訂正之后再訂正。

5.應重視水位訂正工作，要將水位訂正與資料整編和資料審查同等看待，應由負責水文資料初審工作的單位來專門組織專業技術人員進行水位訂正，有條件的還應對其訂正成果進行校核或復審

（作者單位：1.江蘇省水文水資源勘測局泰州分局2253002.江蘇省水文水資源勘測局宿遷分局223800）

（專欄編輯：張婷）