兴化片各站往年水位订正浅析

2017-03-23赵邦栋孟令鹏黄勇邱福琼

治淮 2017年3期

赵邦栋孟令鹏黄勇邱福琼

兴化片各站往年水位订正浅析

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基本水准点的设立是水文测站水位观测工作得以开展的前提，基本点冻结高程正确与否直接影响到水位观测及整编成果，如果某测站基本点冻结高程用错将会导致该站相关整体水位资料的系统错误。因此在已经明确基本点冻结高程用错的情况下必须对其影响范围进行圈定，并根据基本点高程变化情况对相关水位数据作出必要的订正。

一、问题由来与订正思路

目前已基本查明，包括兴化市在内的里下河地区较大范围内因地下水开发利用存在地面下沉现象，且由于地面下沉的不均匀性，很多站点上、下游关系错乱，防汛抗旱工作中使用的基本水位数据失真且矛盾突出，不利于决策机构的调度、指挥。

通过2016年水准复测，地面下沉现象已完全得以证实。此次水准复测引用了最新国家水准点85基准基面高程数据，所用测量仪器是较为先进的电子水准仪，成果可靠。复测成果表明兴化片各水位站基本水准点确实都随地面存在不同程度的下沉，以往所用的基本点的冻结高程自产生地面下沉以来已逐步偏离真实值。现在依据最新水准复测成果，经过测站考证，已经确认各站基本点冻结高程发生了变化，并已对其做了相应改正。

经过查证，兴化片各水位站以前采用的废黄河口基面及56黄海基面所系的国家高程系统长期未得到更新，后来新采用85基准基面又缺少足够的考证技术支撑，反倒使得新、旧高程数据相互矛盾，造成了考证混乱，基本水准点的高程变化难以通过及时的水准复测进行控制。

由于不同时期、不同地点地下水开发利用程度不同，加上地质结构存在差异，这就导致各站点在不同时期地面沉降量不尽相同。因此在讨论、探索基本水准点高程或水位订正方案时，不仅要充分考虑到各站点的差异，而且在同一站点还要根据基本点高程具体变化过程划分时间段，并且按照其变化特征分别进行水位订正。

具体到兴化片各测站，有条件对水位订正方案进行适当的简化处理，其主要根据有：一是该地区地下水开发利用兴起与管控时间基本一致，受其影响，地面下沉发生、发展过程也应基本一致；二是兴化市全境地质结构差异不算太明显，地面下沉量均不大，一般都在10～20cm左右。基于以上两点，再考虑到测量与观测误差的现实存在，过细的划分意义不大，因此兴化片共7个测站可统一考虑订正时间段的划分。

二、订正时间段划分

兴化市地下水开发利用主要兴起于20世纪80年代后半期，整个90年代开发利用程度相对较高。但之后本地水资源管理部门依法加大了管理力度，地下水开采规模逐步得到有效控制，到21世纪初，新增深层地下水井已寥寥无几，地面下沉已趋于平稳。

自地面沉降发生以来，各站基本水准点高程一直没有订正过，上述过程可通过分析相关临近站点间的逐年水位差的异常变化进行仔细辨别、确认，但因年份长、数据量大且标准不易控制，以致实际操作起来有很大难度。

不过从现有本地区和临近地区部分水准点前、后期高程资料来分析，可基本认定：从20世纪80年代后半期或90年代前半期至本世纪初约十几年的这段时期以外，该地区地面下沉现象极不明显。具体分析计算详见表1和表2。

表1中，前期56黄海高程是20世纪60年代测绘部门公布的高程数据，前期85基准高程为通过绝对基面关系换算后的数据，后期85基准高程则是在1987年国家公布使用85基准基面这一新高程系统后约1990年左右公布的高程数据。

在表1中列举的各个水准点下沉量最大的为0.019m，最小的为负值，说明没有下沉迹象；平均下沉量为0.001m，总体来看，高程几乎没有变动。结合各水准点高程前后公布时间，表1计算结果表明大约1990年以前约30年时间水准点高程均未明显发生变化，说明地面未发生沉降。在这30年左右的时期内，部分测站还没有设立，而之前地下水开发利用非常有限，所以不必考虑水位订正问题。

表1 地下水开采前地面下沉量估算表

表2 地下水开采后地面下沉量估算表

表2中水准点高程变化是在近10年发生的，可见其变化量比测量误差还要小，完全可以忽略，可以认为近10年地面也没有明显沉降。

根据表1和表2计算结果可推定：地面沉降现象主要是发生在地下水开发利用比较普遍的持续约十五六年的那段时期。

为便于订正，将“20世纪80年代后半期或90年代前半期”明确为1991年，“21世纪初”明确为2005年。这样，兴化片各站需要考虑水位订正的时间就可以大致分为以下三个阶段：

第一阶段，1991年前，特征是地面没有沉降；

第二阶段，1991～2005年，特征是地面发生沉降并逐年累积；

第三阶段，2006年迄今，特征是地面沉降停止。

三、逐年水位订正量计算

某个年份的水位订正量是根据测站基本水准点在该年份内的高程变化量（即下沉量）均值加前各时段累积的高程变化量来确定。显然，计算水位订正量离不开基本水准点的下沉量。但从兴化片实际情况来看，有的测站基本水准点不止1个，而且同一个测站的基本水准点的下沉量不完全一致，采用不同的基本水准点下沉量计算出的订正量是有区别的，因此在甄别、挑选用于计算水位订正量的基本水准点时要有明确的原则。

各站选用基本水准点的下沉量已经在测站考证时通过前后高程变化计算确定，因此可分阶段根据地面下沉变化特征拟定逐年水位订正方法：

第一阶段，1991年前，地面没有沉降，水位毋须订正；第二阶段，1991～2005年共15年，地面发生沉降并逐年累积，但因缺少过细的区分依据，故按线性比例逐年分配基本水准点下沉量，第一年即1991年水位订正量为基本水准点下沉量1/15的一半，这里的“一半”即为体现年均水平，以后再逐年增加下沉量的1/15直至2005年作为对应年份的水位订正量；第三阶段，2006年迄今，地面沉降已经停止，每年的水位订正量均为基本水准点下沉量。兴化片各站自1991年起发生地面沉降以来根据基本水准点下沉量确定的逐年水位订正量详列于表3中。因订正量计算依据的是下沉量，故表3中订正量数据均为负值。

表3 兴化片各水位站逐年水位订正量明细表单位：m

在使用历史资料时一般较少用到瞬时水位，但在进行特定的水文分析时会常有接触，如果遇到年接头的水位，那么这时的订正量应取其前、后两年的订正量的平均值，同时还要视分析时段大小对前、后两年的订正量作缓变处理，以适应分析的需要。

当然，以上订正方法或订正值大小都是个人在有限的资料条件下形成的，特别是在订正时间段的划分上还缺少足够的资料作为佐证，如果资料条件充裕，订正时间段的划分以及订正方案完全可以再进一步精准化。

四、现时水位订正前后上下游关系比较

兴化市所在的里下河地区河网密布，受地形制约，水系原为自西向东走向，但自20世纪60年代末以来，随着一系列水利工程的建设，水系已逐渐改变为自南向北走向，所以境内河道西、南为上游，东、北为下游。在没有局部较大降水及没有启用引江工程排水功能的情况下，河道水流一般应呈顺流状态，上下游关系理应呈现为上游水位高、下游水位低。可现实情况并非如此，如南官河上老阁站位于兴化站上游，还有蚌蜒河上老阁站位于沈站上游，车路河上兴化站位于唐子站上游等，平时的水位数据常常是下游站的高于上游站，属于明显错乱，给防汛抗旱工作带来很多不便。

经过这次水位订正，兴化片各水位站的上下游关系已经基本理顺。如用各站现时（2015年5月18日20:00）水位作订正，比较订正前后的上下游关系，订正前的上下游水位错乱现象在订正后已全部消失。订正前后水位数据比较如表4所示。