2015年兴化片各站测站考证

赵邦栋　黄　勇　吴璐璐

2015年兴化片各站测站考证

赵邦栋黄勇吴璐璐

水准复测是2015年水文基础性工作的重点。按照惯例，五年一次的水准复测是通过引据国家水准点来检查测站基本水准点高程是否变动，如有变动应分析原因并对其高程进行订正。

兴化片目前共有7个国家水文观测站点，均匀分布在兴化市各主要河流、湖泊上。

兴化市所在的里下河地区由于受到地下水开发利用影响，地面已有明显沉降。根据一些站点同一个引据水准点不同时期的85基准基面高程数据可明确判断各点所在位置地面已存在不同程度的下沉（如表1所示）。

兴化片各站前几次水准复测采用的引据点高程较为陈旧，间有引据水准点变动，以往测站考证缺少实质性内容，地面沉降影响长期积累，以致因地面不均匀沉降所导致的河道水流形态倒置、防汛数据不可靠这一突出矛盾难以得到及时解决。

2015年兴化片各站水准复测所引用的水准点恰都具有较新的85基准基面高程数据，如何利用好2015年的水准复测成果进行测站考证则是兴化站目前工作面临的主要任务，同时也是改善该站区测站考证方法、手段的契机。

一、考证面临问题和已具备条件

1.兴化片各站目前考证面临的主要问题

（1）地面下沉已是不争事实且下沉量较大并存在不均匀性，基本水准点及校核水准点高程已到非改不可的地步。

（2）旧的高程系统“年久失修”，原用国家水准点即老引据点不是灭失就是缺少地面下沉后新的高程数据，不利于确定地面下沉量，基本水准点冻结高程无法通过自身绝对高程的变化利用基面关系式来直接订正，冻结基面的稳定难有保障。

（3）85基准基面作为新的绝对基面在应用初期技术处理手段相对粗糙，考证工作也是在没有弄清楚引据点是否可靠或基本点有无变动的情况下进行的，可能直接利用了水准测量数据与基本水准点旧的冻结高程计算并确定85基准基面改正数，没有注意到基本水准点绝对高程的变化规律应符合绝对基面间的换算规律。这样，冻结基面位置既发生了变动，同时也导致了一些站绝对基面换算关系存在明显矛盾。所以，有些站85基准基面改正数需要重新分析计算。

2.考证已经具备的条件

（1）各站水准复测引据点均为具有85基准基面高程的国家水准点，且高程数据亦均是最近新公布的。因此通过本轮水准复测可使各站基本点高程得到一次全面更新，过去因引据点高程数据陈旧及地面沉降影响引起的错误和矛盾将会得到彻底解决。

（2）水准复测使用了先进的电子水准仪，测量成果可靠。

具备了以上两项前提条件，其后的测站考证也就有了坚实的基础，考证工作才会有实际意义。

二、绝对基面间换算关系的确立

兴化片各站基本水准点设立时间均较长，旧绝对高程采用基面一是废黄河口基面，二是56黄海基面，两者之间及废黄河口基面与85基准基面之间均缺少明确联系。为分析基本点高程前后变化，有必要探寻各站所用绝对基面间的变换关系。

从有关资料获知，85基准基面与56黄海基面的换算关系是明确的，如式（2）所示，但废黄河口基面与上述两个绝对基面之间的关系还需要通过相关高程资料分析确定。

根据1990年代江苏省测绘部门公布的里下河地区部分Ⅲ等水准成果可近似计算出废黄河口基面与56黄海基面换算因子，计算过程详见表2。

从表2可以看出，同一水准点废黄河口基面高程与56黄海基面高程之差最大为0.150m，最小为0.135m，两极值相差仅有0.015m，与平时水位观测误差相似，完全可以忽略不计。所以取表2中的平均基面差0.143m作为废黄河口基面与56黄海基面的换算因子应视为合理、可靠。

综合以上分析、计算成果，可以得到三个绝对基面间的换算关系式，如下：

表1　　站点地面下沉量估算表

表2　　绝对基面换算因子计算表

其中式（3）与本地建设工程上使用的基面换算关系“废黄河口高程＝85基准高程+0.17m”一致。

1.原用基面改正数的验证

假定各测站的冻结基面不变且唯一，根据上面确立的基面换算关系来列表3验算一下兴化片各站原用基面改正数是否正确。

结合表2、表3可以发现，各站废黄河口基面与56黄海基面距离均在平均基面差0.143m附近，且均在大小极值范围之内，所以废黄河口基面改正数与56黄海基面改正数可信度较高。

从表3可以看出，无论是废黄河口基面改正数还是56黄海基面改正数与85基准基面改正数相减后形成的基面距离有4个测站出现异常，在这种情况下，假定条件就难以成立，即冻结基面已有变动迹象。异常数据如表中斜体字所示，特别是唐子站，一个是0.148m，标准值只有0.029m，另一个是0.291m，而标准值也只有0.172m，两个均比标准值大0.119m，远超水位观测误差和水准测量误差，这说明该站有关85基准基面改正数计算或国家水准点引用甚至水准测量等某个环节存在错误。所以，表3中基面距离数据出现异常的4个站的基面改正数需借助本次测站考证进行重算。

表3　　原用基面改正数验算表

表4　　基本水准点绝对高程计算表

表5　　基本水准点冻结高程及基面改正数计算表

2.基本水准点高程和基面改正数计算

测站考证实质上就是针对基面改正数的计算或复核，而围绕基面改正数计算关键是要准确确定测站基本水准点的绝对高程和冻结高程。根据上述提出的分类考证方法，结合兴化片各站考证面临及需要解决的问题，现从2015年水准复测成果入手，表4和表5分别计算兴化片各站基本水准点的绝对高程、冻结高程和各基面改正数。

首先由2015年4、5月份野外水准测量高差计算成果计算各站基本水准点的85基准基面高程，为便于与旧绝对高程对照，运用绝对基面换算关系式对各基本水准点的废黄河口基面和56黄海基面高程进行同步，再将其原测高程列于右侧，如表4所示。对比基本点新、旧高程，不难发现各点均有不同程度变化且变化量均较一般测量误差大很多，达0.114～0.225m，因此可认为属地面下沉所致。此时忽略85基准基面高程系统更新影响，因经过验证认为各站废黄河口及56黄海基面改正数均可靠，故可根据基本水准点这两个基面新、旧高程变化值确定平均下沉量并对基本水准点的冻结高程进行订正。这里下沉量取平均是因为无法衡量废黄河口基面改正数与56黄海基面改正数哪个更精确，而根据点位高程唯一性原则，一个基本水准点的高程只能有一个。订正结果见表5“新测定冻结高程”一栏。

有了基本水准点的绝对高程和冻结高程，就可以应用关系式“绝对高程－冻结高程＝基面改正数”来重新计算各站各基面改正数。

将各站所有新、旧基面改正数列于表5，对比可以发现，兴化片7个站的废黄河口和56黄海基面改正数前后变化都很小，最大相差也不过3mm，这是由于为确定基本点下沉量取两个可靠基面绝对高程变化量均值而形成的，这两个基面改正数并没有真正得到重新计算，因为可靠，也毋须重新计算，若需重算就不该参与确定下沉量。

而对于85基准基面改正数来说，情况显然不同，各站新85基准基面改正数均是在重新确定了基本水准点绝对高程和冻结高程的基础上计算出来的。就基面改正数数值前后变化来看，除了沈、兴化及沙沟3站只有3～6mm的较小变化外，其余4站变化幅度均在20mm以上，尤其是唐子站，原来的85基准基面改正数为－0.315m，重新计算下来的却是-0.197m，前后相差0.119m。可见表3中的验证结果在此已得到进一步确认。

7个站的基本水准点均不止一个，但因计算各自下沉量所依赖的可靠基面是一致的，故一个站内由多个基本点计算出来的各基面改正数也会一致，因篇幅有限，具体计算不再罗列。

在实际应用中，与这次计算值出入比较大的基面改正数自然应当淘汰并更新，而因计算基本点高程变化量取均值导致的有甚微变化的基面改正数，包括各站废黄河口基面和56黄海基面，出于绝对基面换算值统一的考虑，建议还是一律采用新值，尽管这次考证由于基本点下沉量较大已经忽略了国家水准网复测平差所带来的影响■

（作者单位：江苏省水文水资源勘测局泰州分局225300）

（专栏编辑：张婷）