水位資料考證及水位訂正方法淺析

趙邦棟 孟令鵬 邱福瓊

（作者單位：1. 江蘇省水文水資源勘測局泰州分局 225300 2. 江蘇省水文水資源勘測局宿遷分局 223600）

在整編水位資料時，要對測站采用基面和水準點進行考證，以保證水位資料基礎性作用不受影響。目前，水位資料考證問題還比較突出，考證方法離標準化要求還存在一定差距。為配合水文測站技術標準化工作，本文將通過系統歸納對分類考證技術進行總結，并對水位考證發現系統問題后開展水位訂正作簡要舉例說明。

一、相關概念

1.絕對基面、凍結基面

基面是高程測量起始面，也是水位起算面。水文測站使用基面分絕對基面和凍結基面兩種。絕對基面是以某瀕海測站平均海面為基準并將其高程人為規定為零的水準面，一般根據驗潮站潮位資料分析確定且由一水準原點絕對高程標定。在我國絕對基面比較多，其中“廢黃河口”基面出現早，“56 黃海”基面是第一個全國統一使用的絕對基面，“85 基準”基面是更新后的全國統一絕對基面。絕對基面確定后位置不應再變，但遠離水準原點地區的國家水準點高程是通過水準網聯測、平差而定，當中許多因素影響確定水準點高程，綜合因素具有隨機性，會形成偶然誤差。而凍結基面則是測站首次觀測水位使用的基面，只是將其固定下來，供以后長期使用。凍結基面關鍵在凍結，主要強調穩定。

2.基面改正數、考證原則

凍結基面與絕對基面間的變換由基面改正數來實現。如測站附近有國家水準點，經過水準接測，可確定該站基本水準點絕對高程，它與基本點凍結高程關系是：

基面改正數指明了凍結基面與絕對基面之間的相對距離。絕對基面位置受到高程系統維護、更新影響，存在偶然誤差，在每次國家高程系統復測平差后，通過水準接測，基面改正數也會基于偶然誤差隨著變動，以體現絕對基面位置精度的提高。

測站采用凍結基面與絕對基面計量水位，能夠使得水位數據從不同角度滿足資料統一性要求。單站水位觀測記載要求體現水位序列的連續特征；而在某一區域范圍內，各站水位相互對比時，絕對基面的應用必須保持一致。連續性與一致性，便是考證應當遵循的兩個基本原則。

二、分類考證法

測站一般采用多個絕對基面，分類考證法要求絕對基面換算關系明確，據此方能對測站原有的基面改正數逐一進行驗算進而重新計算。

1.絕對基面換算關系

老舊水準點所在高程系統一直未更新，現在引據點僅有“85 基準”高程，考察基本水準點高程變化，應設法找到新舊絕對基面間的換算關系。

“85 基準”與“56 黃海”這兩種基面均標注在同一水準原點上，關系明了。而其他絕對基面與它們之間還缺乏統一聯測，但從測繪部門公布的里下河地區部分三等水準成果中，可分析確實興化站所在區域三種基面高程換算關系如下：

2.基面改正數檢驗

一個測站只有一個凍結基面，因有多個絕對基面，便有多個基面改正數。比較同一水準點不同絕對高程差值與對應基面換算值，可檢驗基面改正數。

經過比較，興化各站“廢黃河口”與“56 黃海”基面距離均在基面差0.143m 附近，且變幅小。但是與“85基準”基面改正數相比發現4 個站基面距離偏差較大，如唐子站，基面距離與換算值相差超過0.10m，難以用一般誤差解釋。

3.基面改正數分析

考證基面改正數，除采用最新且有效的水準成果計算基本水準點絕對高程外，主要是根據考證時所面臨的實際情況分類確定凍結高程。為說明問題，可將基面改正數分解成“面差”和“誤差”兩項。“面差”表明絕對基面與凍結基面距離，解決建站初期使用假定基面合理性問題；“誤差”則是高程系統在復測平差后絕對高程微調。

通過分項可以區分基本點自身變動與國家水準網更新所形成的不同影響。確定基本點凍結高程應無外乎四類情形：

情形一：測站基本點未變動且高程系統未更新。顯然，基本水準點高程與基面改正數毋須變更。

情形二：僅有基本點自身變動。“面差”與“誤差”均不受影響，基面改正數保持不變，用“新測絕對高程-基面改正數”重算基本點凍結高程。

情形三：僅是更新了高程系統。此時，“誤差”應跟著微調，但“面差”不動，基本點凍結高程不變，采用“新測絕對高程-凍結高程”重算基面改正數。有些地區不做微調，忽略精度提高。如調整幅度較大，可能意味著基本點已經變動，基本點有無明顯變動的判別標準宜以水準復測結果有無超限為準。

情形四：基本點發生變動，高程系統亦產生更新。應對比基本點變動幅度與復測平差誤差，著重主導因素，忽略次要因素。如基本點變動幅度大于測量誤差，歸于二類；反之則歸于三類。不提倡疊加處理。

表1 基本點絕對高程計算表

表2 基本點凍結高程計算表

表3 基面改正數計算表

三、水位考證舉例

興化站區位于蘇北里下河，共有7 個基本站，因前期考證欠妥，水系上下游關系有些錯亂。

1.考證面臨問題

興化各站考證面臨的主要問題有：（1）地面不均勻沉降，基本點高程不同程度變小；（2）老舊引據點無新高程數據，下沉量一步難求；（3）部分站“85基準”基面改正數需重算。但已具備有效考證必要條件：引據點均有最新“85 基準”高程且水準成果可信。

2.絕對高程同步與凍結高程修正

興化各站基本點隨地面沉降已明顯變動，高程系統已更新，基本點凍結高程計算對應第四類情形，水準點變動幅度大從而忽略復測平差精度提高。由水準成果求得基本點“85 基準”高程，再換算出舊基面高程，與原測高程同列于表1。用基本點同一基面原測高程減去新測高程可計算基本點下沉量，以此修正凍結高程如表2。

3.基面改正數計算

興化各站基本點高程確定后，應用（1）式可重算基面改正數，如表3。對比新舊“85 基準”基面改正數，有4站相差0.020m以上，現已統一改用新值。

四、水位訂正舉例

基本水準點是測站水位觀測的依據，水位考證后，應確定基本點錯誤高程影響范圍，按照其高程變化特點，合理訂正受影響的水位數據。

1.訂正思路

經過考證，興化各站基面改正數及基本點凍結高程均已修正。訂正近期水位，常態水流下，上下游關系基本理順。但為保證水位序列正確與連續，有必要對往年水位數據提出合理、可行的訂正方案。

水位訂正主要依賴基本水準點高程變化過程，在探求訂正方案時，需要依據此過程的變化特征劃分時間段，分別擬定水位訂正方法。

不過在興化境內，地面沉降現象發展過程大體一致，且地質結構差異不明顯，方案可做些簡化，所以興化7 個測站可統一訂正時間段的劃分。

2.時段劃分

經調查，興化地下水開發利用主要出現在二十世紀八、九十年代。此后，規模逐步得到控制，至本世紀初，新增井很少，地面下沉趨于平穩。

對比部分國家水準點不同時期高程數據易發現：興化境內地面沉降現象僅發生于二十世紀八、九十年代（代表時間節點為1991年）至本世紀初（2005年）這段時間，因此受影響的水位則可按以下時段訂正：1991年以前，地下水未開采，地面未沉降；1991～2005年，隨著地下水開發利用，地面緩慢沉降；2006年以后，地面穩定，不再沉降。

3.歷年水位訂正量計算

確定一測站某一年水位訂正量，要計算該站基本點在這一年內高程變動（下沉量）均值，然后再加上前期高程累計變化量。

計算各站水位訂正量依靠基本點下沉量，但有些站基本點不止1 個且下沉不一，在選用基本點時需明確要求：首先應保存完好且一直在用；其次是存續時間長，其跨度能包含地面下沉階段。

按照地面沉降特征，對應三個時段，可擬出興化各站歷年水位訂正方案：1991年前，因地面未沉降，故水位不訂正；1991～2005 共15年，地面緩慢沉降，基本點高程隨著地面沉降近似呈線性變化（缺乏細化依據，且過分細化無實際意義），首年即1991年水位訂正量取基本點下沉量1/30，以體現該年份內沉降變化的平均水平（年中沉降量），1992年起訂正量逐年增加1/15，直至2005年；2006年以后，地面穩定，取基本點下沉量作為每年水位訂正量。

五、結語

水位資料考證時，只要理清概念，掌握原則，將工作重點放在分析、計算基面改正數上，仔細區分四類情形，考證工作就會取得較好成效。水位訂正是一項必不可少的工作，要提高水位訂正精度，還應從廣泛收集資料、弄清楚影響因素、分析水位特殊變化過程等方面開展工作■