淮河流域高程系统换算关系研究

（中水淮河规划设计研究有限公司 合肥 230601）

淮河流域地处中国东部，西起桐柏县、伏牛山，东临黄海，南以大别山和皖山余脉、通扬运河、如泰运河与长江流域相毗邻，北以黄河南堤和沂蒙山脉为界，流域跨豫、鄂、皖、苏、鲁五省，总面积约27 万km2。

淮河流域洪涝灾害频繁，1950年10月，政务院发布了《关于治理淮河的决定》，成立治淮委员会，拉开了淮河治理的序幕。为建立统一的高程系统，淮河流域先后进行了多次大规模的水准测量。由于历史原因，淮河流域先后使用的多个高程系统，包括废黄河零点高程系统、1956年黄海高程系统以及1985年国家高程基准。各个时期的水文资料、地形图资料，都采用了当时的高程基准，因此造成了高程值不统一，在实际的应用过程中出现了较大的问题。为解决各个高程系统之间的转换问题，进行淮河流域高程系统换算关系研究十分必要。

1 淮河流域主要的高程系统

1.1 废黄河零点高程系统

江淮水利测量局以民国元年（1912年）废黄河口的潮水位为零，作为起算高程，称“废黄河口零点高程”。后该局又用多年潮位观测的平均潮水位确定新零点，其大多数高程测量均以新零点起算。“废黄河口零点”高程系的原点，已湮没无存，原点处新旧零点的高差和换用时间尚无资料查考。在“废黄河口零点”系统内，存在“江淮水利局惠济闸留点”和“蒋坝船坞西江淮水利局水准标”两个并列引据水准点。

1952—1954年，因淮河流域大规模治理的需要，原治淮委员会测量总队在淮河流域内布设了19条水准干线，累计长度6938km，1900 组水准标石，同时布了8 条水准支线，并联测了当时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。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（高程为16.967m）为原点，将全流域的高程均纳入这一系统，称为“废黄河零点高程系”。

1.2 1956年黄海高程系统

1956年黄海高程系是以青岛验潮站1950—1956年验潮资料算得的黄海平均海水面为零的高程系统，原点设在青岛市观象山，高程为72.289m。

1956年水利部、国家测绘总局联合对东经103°以东、北纬41°以南及北纬22°以北范围内的水准网进行统一平差计算，淮河流域水准网被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”。

1.3 1985年国家高程基准一期

在1956年黄海高程系的基础上，以青岛验潮站1952—1979年的验潮资料计算的黄海平均海水面作为高程零点，测得水准原点高程为72.2604m，该高程称为“1985年国家高程基准”。

1986—1991年，国家测绘局在全国重新布设一、二等水准线路，淮河流域共涉及国家一等环7 个，共15 条水准线路；二等环55，计77 条水准线路。1988年由淮委规划设计院以国家一、二等水准网为基准，进行了淮河流域水准网改造，淮河流域原有水准网的基础上加密布设二、三等水准网，联测了原有水准点，将淮河流域水准网全部归算至“1985国家高程基准”。

1.4 1985年国家高程基准二期

经历20 余年的长期使用，由于社会发展及各类工程项目的建设，淮河流域水准网的改造成果遭到了大面积的破坏，水准点的数量和密度大大降低，已经无法满足淮河流域工程建设和治理的需要，成为制约各类工程建设的重要因素。2010—2015年，由中水淮河规划设计研究有限公司实施完成了“淮河流域统一高程系统”项目，将淮河流域以及胶东半岛的水准网络进行了恢复，共埋设标石3632 座，恢复标石2258 座。二等水准线路观测约1129km，三等水准观测约21166km。此次高程系统统一平差使用的已知点均为国家二期水准成果，共收集使用国家一等水准点约1083 座，二等水准点约912 点。淮河流域水准成果全部更新至“1985 国家高程基准二期”。

2 淮河流域高程系统换算的必要性

2.1 换算原因

1950年11月成立治淮委员会后，国家开始开展大规模的治淮工程建设，早期淮河流域包括沂沭泗河水系的泗河水系，在流域规划、水文、勘测、规划、设计以及工程建设、管理等方面，统一采用“废黄河零点高程系”；沂沭河水系则采用“1956年黄海高程系”。

1996年3月，为推进全国高程基准的统一，水利部同意在淮河流域启用“1985 国家高程基准”，批复文号水科技〔1996〕70 号。淮河水利委员会于1996年6月已发文（淮委规计〔1996〕68 号），要求从1997年7月起，凡报送淮委和水利部审查、审批的水利规划、工程设计、防汛调度、工程管理等各种文件中的高程系统，均采用“1985 国家高程基准”。

为了使原有资料满足国家的现行要求，与现行的资料平顺衔接，迫切需要将原有资料的高程转换至现行的高程系统。

2.2 主要问题

由于观测仪器、观测方法、观测精度和观测线路的不同，导致同一水准点在不同时期的平差成果和精度不同，加上标石的自然沉降、区域性地表沉陷等诸多影响因素，导致废黄河零点高程系统、1956年黄海高程系统与1985 国家高程基准在不同区域、不同线路及不同点位的系统差值不一。

高程系统在换算时，最大的差值可达0.13m，采用不同的差值进行换算时，成果差异显著。淮河流域大部分属于平原河流，水面平缓，落差较小，不同的转换差值会造成上下游水面矛盾，甚至出现“逆流”的极端情况。高程基准值的不协调也给洪水调度、水利工程建设带了很大的风险，不利于规划设计以及防洪决策。各系统之间的换算关系必须协调、科学。

表1 各高程系统重合点数量表

2.3 换算目的

主要目的：（1）解决水利工程规划设计、工程建设、工程管理等工作中高程系统换算产生的矛盾；（2）为淮河流域水文资料、地形图等新旧高程资料的转换提供依据；（3）为淮河流域各区域、各部门提供科学合理、协调一致的换算数据。

3 换算关系计算

3.1 使用数据

3.1.1 废黄河零点高程系统数据

采用1952—1954年原治淮委员会测量总队布设的水准线路，该水准线路共埋设约1900 组水准标石，每组大部分都设有明标、地上暗标和地下暗标3 座标石。2012—2015年淮河流域进行了高程系统统一，经普查，该批标石还存有约900 余座。

高程系统换算采用的废黄河零点高程成果均来自于这900 余座标石。

3.1.2 1956年黄海高程系统数据

采用1956年水利部、国家测绘局联合组成的水准网平差委员统一平差计算后出版的《中国东南部地区精密水准成果表》，其中第四册为淮河流域水准成果。高程系统换算采用的1956年黄海高程系统成果来源于此。

3.1.3 1985年国家高程基准数据

1985年国家高程基准一期数据采用1988—1992年由淮河水利委员会组织实施完成淮河流域水准网改造改造成果，共有标石约4906 座。

1985年国家高程基准二期数据采用2010—2015年淮河流域高程系统统一成果，共有标石约5890 座。

3.2 换算方法

3.2.1 基本原则

为系统、科学、合理地解决高程换算关系，将淮河流域的换算参数按点、线、面进行区分和计算，建立起面、线、点协调一致、精度可靠的转换关系。点表示水准点，线表示淮河重要的干流、支流，面主要是地理位置相近、地形地貌基本一致的区域，各区域面积相当，包含的水系应完整。水准点的转换参数优先度最高，线其次，面最后。

3.2.2 数据处理

计算1985 国家高程基准二期、1985 国家高程基准一期、1956年黄河高程系统以及废黄河零点高程系统的相互之间的换算关系。

数据采用分步处理的方式：（1）挑选具有两期高程数据的水准点，计算各点两期高差，统计中误差，并剔除粗差，循环计算直至所有中误差均符合要求；（2）将符合要求的水准点按线和面进行划区，计算中误差并剔除粗差，循环计算至所有水准点均符合要求，将符合要求的水准点按线、面计算高程转换值。各高程系统重合点数量见表1。

除了按点、线、面计算换算关系外，为了快速、准确地提供全淮河流域的换算数据，将所有水准点的概略坐标换算为投影坐标，绘制全淮河流域的换算关系等值线图，在转换地形图时，可根据地形图的位置，内插换算数据。

4 换算的成果

（1）制作了水准点高程关系对照表。

（2）制作了21 条主干河流以及重要的一级支流的换算关系表；21 条河段或支流主要为淮河干流洪河口以上河段、淮河干流洪河口至浮山河段、淮河干流浮山至洪泽湖入口河段、入江水道、洪汝河、沙颍河、涡河、奎濉河、新汴河、入海水道、苏北灌溉总渠、史灌河、淠河、大运河、沂河、沭河、新沭河、茨淮新河、怀洪新河、汾泉河、黑茨河、包浍河。

（3）制作了11 个区域的换算关系表，片区的划分原则为：大小基本相当，具有相同或相近的地理特征和地质特定，不同片区的水系尽可能不交叉。淮河流域的11 个片区分别为淮河上游片（包括洪汝河、白露河）、淮南片（白露河和池河之间的淮河以南地区）、沙颍河片区、奎濉河片、洪泽湖及周边、里下河片、新沂河片、沂沭河片、泗运河片、南四湖湖区及胶东半岛。

（4）制作了淮河流域高程系统换算关系等值线图。

5 结语

淮河是我国重要的大江大河之一，淮河流域高程系统是淮河流域治理最为重要的高程依据。由于历史发展原因，淮河流域存在了多个高程系统，各系统之间的换算关系牵涉到基准变化、高程观测误差、平差方法、标石沉降、地面沉陷等诸多因素，简单、完美、精准地计算各系统之间的换算关系难度较大。通过淮河流域换算关系研究，在一定精度上系统地解决了以往资料的衔接利用问题，解决了长期以来存在的换算数据来源不明确、上下游换算矛盾、换算数据不明确等问题，为淮河流域的治理提供了科学的支撑■