淮河流域高程控制网的建立与改造

（中水淮河规划设计研究有限公司 合肥 230601）

1 前言

淮河流域高程控制网最初建立于20世纪50年代初期，由原治淮委员会精密水准测量队组织实施，高程基准为废黄河高程系，1956年改算为1956年黄海高程系。1988—1991年由淮委规划设计研究院牵头主持，河南、安徽、江苏、山东四省水利勘测设计院共同参与实施，对淮河流域高程控制网进行第一次维护改造，高程基准改算为1985 国家高程基准。2010—2013年由水利部淮委组织，中水淮河规划设计研究有限公司总负责，多家单位共同参与，第二次对淮河流域高程控制网进行维护改造，高程基准依然采用1985 国家高程基准。

2 淮河流域高程控制网的建立

20世纪50年代初期为了满足全面治理淮河的需要，治淮委员会测量队在淮河流域内布设了19 条水准干线，累计长度6938km，埋设1900 组水准标石，同时布了8 条水准支线，并联测了流域内各水文站的水准基点，其施测精度相当于目前的国家二等水准测量精度，当时称其为精密水准测量。此次埋设标石质量优良、标体大、铜质标志、压印编号，大部分标组分别设有地上明标、地上暗标和地下标三座标石，全部现场浇筑，标石稳固。初算成果以民国时期导淮委员会江淮水利测量局设在淮阴马头镇的BM11 为原点，称为“废黄河零点高程系”。

1956年水利部、国家测绘总局联合对东经103度以东、北纬41 度以南及北纬22 度以北范围内的水准网进行统一平差计算，淮河流域位于此范围内。为此，将淮河流域水准网纳入国家东南部水准网进行统一平差，并改算为“1956年黄海高程系”。至此，淮河流域启用了“1956年黄海高程系”，新的工程建设项目的高程基准，改用“1956年黄海高程系”。

3 淮河流域高程控制网的第一次改造

自20世纪70年代起，国家测绘局系统地在全国范围内重新布设一、二等水准网，平差计算成果采用1985 国家高程基准，并于1986年7月交付铁路、交通、水利、城建等国民经济建设各部门使用。

淮河流域内国家一、二等水准路线的布设，有少数利用了原治淮委员会布设的水准路线，但大多数沿铁路、公路布设，难以对骨干河道进行有效的高程控制。而20世纪50年代布设的水准标石，由于历年来开展大规模的农田水利基本建设、城市扩建、交通道路的修筑、村镇建房和管理维护不善等原因而遭到严重破坏。同时，由于流域洪水、地震、地下水超采等原因，而使部分标石造成沉降，高程失去可靠性。为了保证淮河流域高程控制的精度、现势性、可靠性和实现基础测量成果的可持续利用，报经水利部批准，决定对淮河流域水准网进行第一次全面改造。

淮河流域水准网改造工作由淮委规划设计研究院主持，河南、安徽、江苏、山东四省水利勘测设计院共同实施。自1988年全面开展工作，1991年结束。

淮河流域水准网改造共布设二等水准线路7 条543.5km，三等水准线路207 条9148.4km，三等水准支线331 条1899.3km。新埋设、改造利用及联测水准标石4483 座，联测水闸、大坝、水库、水文站等水工建筑基点411 处，将淮河流域水准网成果全部归算为1985 国家高程基准，并建成淮河流域水准网数据库管理系统。

此次改造，新埋设水准标石普遍采用钢、木模板现场浇筑。埋石尺寸准确，表面光洁，坚固稳定。镶嵌于标石中心的铜质樗上铸有“治淮委员会水准点”字样。水准测量统一使用自动安平水准仪进行野外观测，统一使用PC-1500 计算机和统一的计算机程序进行记录，且观测中的技术措施严密，因而各个环线的整体精度较高。从统计精度可以看出：每公里往返测高差中数的偶然中误差M△全部在允许限差的1/3 以内。全流域共构成152个独立的闭合环，其每公里高差中数的全中误差Mw=±3.33mm。

这次水准网改造是在国家一、二等水准网的基础上增补二等线，加密三等网。线路规划合理，设计强度较高，对流域内的各河系，起到了有效的高程控制作用。1995年淮河流域水准网改造成果获淮河水利委员会科技进步二等奖。

4 淮河流域统一高程系统（淮河流域高程控制网的第二次改造）

前期淮河流域高程控制网的建立及第一次改造，均主要考虑了淮河干流、一级支流、二级支流及重点水利工程区对高程控制系统精度和密度的要求，而在淮河流域平原洼地区、中小河流区及引江济淮工程区等治淮工程建设的热点与重点地区未实现三等水准网的全覆盖。且上次改造的淮河流域高程控制网已运行20 余年，很多水准标石已被破坏，同时部分地区地面沉降，水准标石的高程已失去可靠性。且1991—1998年国家一、二等水准网又进行了高程复测，淮河流域的高程控制网成果并未与国家新的一、二等水准网成果连测。

同时由于水利工程的规划设计、施工建设、运行管理、加固改造等均需经历较长的时间，以及历史资料的积累与延续，目前在淮河流域水利工程上使用的高程系统并不统一，淮河水系多为“废黄河零点高程系”；沂沭泗河水系中泗运部分多为“废黄河零点高程系”，沂沭河部分多为“1956年黄海高程系”，南四湖部分地区还有“华东废黄河零点高程系”等。

淮河流域高程控制网第一次改造工作于1991年完成，因时间及经费限制，当时只对淮河流域内的原有主要旧水准线路进行了联测，致使各高程系统之间的换算关系在不同区域精度不同。同时由于地壳运动、人类活动、水准网布设线路及水准网平差方案的不同，致使“1985 国家高程基准”与“废黄河零点高程系”“1956年黄海高程系”三者之间的系统差值，在不同区域变幅较大。为解决这些问题，需在更大范围内对淮河流域内原有水准线路、水准点及水工建筑物基点进行联测，从而确定科学合理的高程系统之间的换算关系，并统一高程系统。

经水利部批复，2010—2013年由水利部淮委组织，中水淮河规划设计研究有限公司总负责，多家单位共同参与，第二次对淮河流域高程控制网进行全面的维护改造，确定不同高程系统之间的换算关系，并将淮河流域高程控制网统一为1985 国家高程基准。

4.1 .水准标石普查

水准标石普查的主要内容：淮河流域国家一、二等水准网标石；淮河流域水利系统二、三等水准网标石；淮河流域水文站、部分水位站、大中型水库、大中型水闸等水工建筑物的高程基点或高程引测点等水准标石。淮河流域累计普查水准标石10375座，可以修复利用的标石为3891 座，标石存有率为37.50%。

4.2 .水准标石的修复及埋设

淮河流域现存的原有水准标石，对分析淮河流域的高程变化情况、对淮河流域高程系统换算关系研究以及水准成果利用的连续性具有至关重要的作用。淮河流域统一高程系统项目累计修复利用原有水准标石2521 座。淮河流域新埋设水准标石选点原则上沿原有路线进行，标石密度控制在2.0～4.0km之间，平均约为3.0km。

4.3 .水准观测

淮河流域高程控制网观测的水准路线全部为附合水准路线和结点网，无闭合水准路线。淮河流域布设二等水准路线10 条，全部为附合水准路线，平均路线长139.00km，路线最长264.35km，最短105.30km。三等附和水准路线51 条，平均路线长62.34km，路线最长154.20km，路线最短18.90km。三等结点网水准路线306 条，平均路线长46.44km，路线最长120.20km，路线最短5.00km。淮河流域高程控制网观测共完成二等水准观测1139.6km，三等水准观测23266.4km。

4.4 平差计算

淮河流域高程控制网的水准平差计算采用武汉大学编制的测量控制网数据处理通用软件包《科达普施》完成。二等网平差计算时的高差加入了水准标尺长度误差改正、水准标尺温度改正、正常水准面不平行改正和环线闭合差改正等四项改正数。由于淮河流域布设的9 条二等水准路线所处地区的海拔低、高差小，经计算，路线中重力异常改正数均在1mm 以内，因而在高差表中未列该项改正数。三等网平差计算时的高差加入了水准标尺长度误差改正、正常水准面不平行改正和环线闭合差改正等三项改正数。

4.5 .信息管理系统建设

为了高效管理淮河流域高程控制网资料，制作了淮河流域高程控制网信息管理系统，它的主要功能模块有：数据入库检查、视图管理、查询检索、输入输出、数据分析、分发服务、数据库维护和安全管理等。水准成果的查询方式包括按点名、路线名、环线编号、经、纬度范围、省名、市名、县（市）名、乡（镇）名等多种检索查询方式。水准成果的点之记、路线图、现场照片、文档资料与高程成果建立链接，根据水准成果的查询结果，实现附属资料的检索、显示和输出。淮河流域统一高程系统项目数据库管理系统是一套B/S 信息管理系统，通过SQLServer 数据库和WEB 应用服务器（Tomcat）进行搭建。用户可以通过浏览器访问系统服务，对淮河流域高程控制成果资料进行检索并查看成果目录、成果文件的存档信息、成果附件等成果信息。淮河流域统一高程系统项目数据库管理系统的开发平台采用JAVAEE 架构技术结合Ajax、WebService、XML 等业界先进技术，为企业提供灵活强大的管理平台。

5 淮河流域高程控制网的创新使用案例

2020年初，公司开展引江济淮二期工程可行性研究工作，需测量众多建筑物及输水线路的地形图。测区分布在合肥、蚌埠、六安、阜阳、亳州等5 个地级市，涉及约2 万km2范围，分布范围极广，且分布极其分散，控制测量工作量非常大。按传统控制测量方法，要先埋设标石，再做GPS 静态控制测量和水准测量，解算出控制测量成果，然后才能求解转换参数用于地形图测量。如此大的范围，用传统方法做控制测量工作量非常大，工期将会很长，远远无法满足引江济淮二期工程可研工作的进度需求。测量项目组经过商讨研究，大胆创新，决定尝试利用淮河流域高程控制网的成果解决此项目的转换参数求解问题。利用千寻CORS 网络直接采集测区附近水准点的WGS84 坐标系的经纬度坐标及大地高以及水准点的CGCS2000 坐标系的平面坐标。水准点本身已经具备1985 国家高程基准的高程值，这样就可以求解测区的转换参数了。

本项目分区域共求解12 个转换七参数，经过在现场采集控制点验证参数的可靠性，平面误差均在4cm 以内，高程误差均在6cm 以内，满足1︰2000地形图碎步点测量精度的规范要求。

此次技术创新，大大提高了测量工作效率，既满足了引江济淮二期工程可研工作的进度要求，又大大减轻了工作量，取得极大的经济效益■