喀什地區水文測站基本水準點校測與引測探討

李志峰

(新疆喀什水文勘測局，新疆 喀什 844000)

水文測站最為重要的水準點為基本水準點，其他水準測量成果均需要以水文站基本水準點作為原始的引測點[1]。近些年來，水文測站基本水準點和引劇水準點由于人類活動影響被破壞的影響逐年增多，使得許多水文測站需要對引劇水準點進行更換和基本水準點的增加和布設[2]。而原有基本水準點的考證、校測以及新基本水準點重新布設高程采用等問題，亟待解決[3]。在這些問題中[4-6]，較為突出的兩類問題分別為凍結基面和沉降影響的高程誤差。水文測站沉降使得引劇點進行水準測量存在較為誤差，主要表現為隨著沉降值不斷累積，若不進行水準點重新引測，將會使得斷面測量水位出現虛高現象[7]。不均勻沉降使得不同水文站產生不同的水位失真度，水位出現虛高的同時還是得上下游水位出現相互矛盾的現象[8]。凍結基面是水文站第一次凍結的水準測量面，絕對基面與凍結基面之間的高程差稱作為“凍結差”[9]。目前，喀什地區水文測站85國家基準高程作為絕對基面，而隨著地面沉降的影響，“凍結差”有所增大，使得凍結基面失去了原有的價值，需要在“凍結差”允許范圍內進行水位值修訂，滿足水文分析計算的需求[10]。近些年來，喀什地區一些水文站由于測驗斷面遷移和人類活動的影響，需要對水文測站基本水準點進行重新校測和引測，為此結合工作實際，以庫魯克欄桿水文測站基本水準點校測和引測中的相關問題進行探討分析，為其他水文工作者提供借鑒。

1 水準點校測與引測誤差控制分析

1.1 儀器誤差

(1)在進行校測與引測前雖然對水準儀進行校準，但由于殘余誤差影響使得水準儀汽包居中，使得水準儀水準軸產生偏移，造成數據的讀取誤差。一般視距長度與觀測誤差成正比。通過前后視距相等和前后視距總和消除兩種方法進行誤差控制。在實際誤差控制中采用前后視距相等方法的關鍵在于操作人員，通過立尺可以解決此類誤差，且該方法簡單易行，而前后視距總和消除方法操作較為繁瑣，不建議使用。

(2)一般選用尺長和刻畫誤差較小的標尺作為基本水準點校測與引測的水準測量標尺，為標尺的零誤差進行消除，可以在相同水準觀測段內間兩根水準尺進行交替使用，并把水文站水準觀測段數目設置為偶數，相互抵消兩個水尺的高程差。同時可降低標尺長度和誤差刻畫的影響。

1.2 觀測誤差

(1)水準汽包未居中誤差使得水準儀望遠鏡視準軸產生傾斜，造成數據的讀取誤差，水準管靈敏度與數據觀測誤差具有較大的相關性，讀數誤差與水準管的劃分值τ成正比相關，誤差范圍一般在±0.15τ，誤差計算方程為：

mτ=±0.15τL/2ρ″

(1)

式中：m表示為水準管到水尺距離(m)；τ為水準管的劃分刻度值，喀什地區一般取值為20″；L為水準器劃分刻度值(mm)；ρ″表示為角度轉換系數，取值為206265″。

水準管劃分值和視線值通常為20″和75 m，ρ″=206 265″，因此mτ=0.5 mm。因此嚴格對中水準管汽包后，并限值視線長度就可有效消除此類觀測誤差。常規允許視線長度、前后視差以及水準儀重復次數見表1。

表1 允許視線長度、前后視差以及水準儀重復次數

視差影響。尺像當存在視差時不能重合十字絲平面，讀數不同觀測位置不同，使得讀數出現誤差，因此每次進行水準儀進行讀數時，需要對物鏡進行仔細對光，對時差進行消除。

水尺傾斜誤差。水準尺若向左或向右有所傾斜，可通過水準鏡進行視線誤差的糾正，傾斜的角度越大，讀數影響程度越高。因此在進行水準點校測與引測一定要完成立尺的準確布設工作，使得水尺保持鉛直方立，采用搖尺方法使得圓水尺汽泡保持居中，在水尺底部進行讀數，上部視線逐步相后移動，對水尺的最小讀數進行讀取，當測量地面坡度較高時，應將水尺注意扶直，并對最大讀數進行限制，轉點位置需要重點關注。

1.3 外部條件影響

儀器下沉。當觀測前視和后視讀數出現較大偏差時表明儀器出現下沉，前視讀數減小使得高程的誤差值增加。為降低儀器下沉的影響，可采用對儀器高差進行變更和雙面水尺讀數的方法，首先先對水尺后視讀數進行讀取后再對后視讀數進行讀取，其次對前視讀數進行讀取再對前視讀數進行讀取，對兩次高差進行平均值計算就可對儀器下沉影響的水尺讀數誤差進行消除。

水準尺下沉。水準儀在遷移過程中轉點發生下沉，使得水尺前后視讀數加大，若采取重復觀測方式，第一次觀測高差增加，第二次高差減少，因此需要對兩次的高差進行平均值的處理，可降低水準尺下沉對讀數誤差的影響。應用尺墊是最為有效的方式，放置尺墊在轉點位置，并壓實尺墊，可以避免觀測過程中水準尺的下沉產生的讀數誤差影響。

2 精度評定方法

按照水文測量規范要求，對不同等級下水文站基本水準點校測與引測的水準儀觀測精度進行分析，不同等級水準儀觀測限制差見表2，并對往返測量高差不符合值、環線閉合差限值進行了要求，見表3。

表2 不同等級水準儀觀測限制差

表3 往返測量高差不符合值、環線閉合差限值

在進行測量精度評定時，若觀測水文站水準觀測超過限值時，應進行重新測量。若水文站遷移后發現超過水準觀測的限值后，則需要從基本水準點或者符合限差所設置的間歇點進行重新測量。在進行水文站基本水準點校測和引測市，需要每天對水準儀氣泡進行校驗。若水準儀在觀測作業居中氣泡較為穩定，則每隔15天進行校準一次即可。在進行水準觀測時，對三角架宜使兩腳與水準路線保持平行，在引測路線拐彎處，每個測點上儀器和前后視標尺的3個位置，應接近同一條直線。采用同一個水準儀進行測量時，進行三、四等水準測量時，不需要進行兩次調焦，五等水準測量時不需要進行兩次調焦，在轉動水準儀傾斜螺旋和測微鼓時，其最后的旋轉方向應為旋進。使用自動安平水準儀時，相鄰儀器站應交替對準前后視調平儀器。每一段往返復測，其儀器站數應設置為偶數，由往測轉向返測時，兩標尺應互換前后站位置，并重新對儀器進行安置。工作間歇時，應選擇兩個堅實可靠的固定點作為間歇點，間歇后進行檢測，檢測精度需要符合表2中的指標要求。

3 實例分析

3.1 站點概況

庫魯克欄桿水文站位于葉爾羌河流域，為國家基本水文站，站點位于葉爾羌河上游干流，水文站以上集水面積為32 880 km2，水文站由于觀測需要向下游遷移1.5 km建立新的觀測斷面，水位采用直立式鋼板水尺進行觀測，庫魯克欄桿水文站所在測驗河道較為順直，水面寬度約為150 m，大暴雨主要出現在7月中旬至8月上旬。水文站高程為2 000 m，最大年降水量出現在1998年為178 mm，最小降水量出現在1961年，為48.3 mm。區域暴雨洪水陡漲陡落，全年60%～80%的水量主要集中在夏季的6-8月份。

3.2 基準點校測與引測結果

由于水文站的遷移，需要重新進行基準點的校測與引測，庫魯克欄桿水文站基本水準點作為其他水準成果的原始引測點具有十分重要的作用，庫魯克欄桿水文站一般設置3個以上的基準點進行相互之間的聯測，在進行庫魯克欄桿水文站基準點的增設和引測時一般需要保持其凍結基面的穩定性，而由于引劇水準點的布設原因，庫魯克欄桿水文站基本水準點和引劇水準點距離相對較遠，設站時原有水準測量河基準點引測之間存在測量偶然誤差，而此類誤差只要在測量允許范圍內測量成果就可以被采用，但由于不同測量誤差使得新舊水準測量存在一定的差異，新的測量成果被直接采用會造成一定的系統誤差，在進行庫魯克欄桿水文站基準點校測校核和連測時，測量允許誤差由于距離較近會出現超過誤差限制的情況，這就會使得新基準點無法使用的問題，本文以庫魯克欄桿水文站水準測量成果進行舉例說明。

在表4中原始基準點位于基1和基2，本次引測從引劇水準點進行，原測高程和新測高程之間的差值均小于測量允許誤差(見表3)，原測高程依舊采用水準點高程。新增基本水準點為基3，測量閉合誤差低于誤差允許值，表明庫魯克欄桿水文站水準測量成果滿足精度要求，測量成果可以被采用，按照水文測量慣例，庫魯克欄桿水文站基準點高程宜采用2 000 m。當基準點3進行第一個點校測時，其校測高程與原始高程之間的差值低于20 m，第一個校測點具有變動的高程，同時采用基準點1進行校測，高程差低于5 m，通過對庫魯克欄桿水文站考證，采用新的原始基本水準點進行校測，得到兩種測量結果，產生這種情況的原因在于基本水準點和引劇水準點在不同水準測量中存在誤差，要減低此類誤差的一種有效方式是進行基準點的多次測量，對測量結果進行平均值的計算。此外在進行新增水準點的高差平差時首選需要保持凍結基面的穩定不變，再將新增基準點和原始基準點進行平差處理，通過誤差修正則為此采用的測量成果，水準點距離較近時可以直接進行平差改正的處理，提高測量成果的精度。

表4 庫魯克欄桿水文站基準點校測與引測結果

4 結語

(1)使用自動安平水準儀時，相鄰儀器站應交替對準前后視調平儀器。每一段往返復測，其儀器站數應設置為偶數，由往測轉向返測時，兩標尺應互換前后站位置，并重新對儀器進行安置。

(2)在進行水文站新增基本水準點的高差平差時首選需要保持凍結基面的穩定不變，再將新增基準點和原始基準點進行平差處理，通過誤差修正則為此采用的測量成果；

(3)庫魯克欄桿水文站基本水準點和引劇水準點距離相對較遠，設站時原有水準測量河基準點引測之間存在測量偶然誤差，而此類誤差只要在測量允許范圍內測量成果就可以被采用。