2015年興化片各站測站考證

趙邦棟　黃　勇　吳璐璐

2015年興化片各站測站考證

趙邦棟黃勇吳璐璐

水準(zhǔn)復(fù)測是2015年水文基礎(chǔ)性工作的重點。按照慣例，五年一次的水準(zhǔn)復(fù)測是通過引據(jù)國家水準(zhǔn)點來檢查測站基本水準(zhǔn)點高程是否變動，如有變動應(yīng)分析原因并對其高程進行訂正。

興化片目前共有7個國家水文觀測站點，均勻分布在興化市各主要河流、湖泊上。

興化市所在的里下河地區(qū)由于受到地下水開發(fā)利用影響，地面已有明顯沉降。根據(jù)一些站點同一個引據(jù)水準(zhǔn)點不同時期的85基準(zhǔn)基面高程數(shù)據(jù)可明確判斷各點所在位置地面已存在不同程度的下沉（如表1所示）。

興化片各站前幾次水準(zhǔn)復(fù)測采用的引據(jù)點高程較為陳舊，間有引據(jù)水準(zhǔn)點變動，以往測站考證缺少實質(zhì)性內(nèi)容，地面沉降影響長期積累，以致因地面不均勻沉降所導(dǎo)致的河道水流形態(tài)倒置、防汛數(shù)據(jù)不可靠這一突出矛盾難以得到及時解決。

2015年興化片各站水準(zhǔn)復(fù)測所引用的水準(zhǔn)點恰都具有較新的85基準(zhǔn)基面高程數(shù)據(jù)，如何利用好2015年的水準(zhǔn)復(fù)測成果進行測站考證則是興化站目前工作面臨的主要任務(wù)，同時也是改善該站區(qū)測站考證方法、手段的契機。

一、考證面臨問題和已具備條件

1.興化片各站目前考證面臨的主要問題

（1）地面下沉已是不爭事實且下沉量較大并存在不均勻性，基本水準(zhǔn)點及校核水準(zhǔn)點高程已到非改不可的地步。

（2）舊的高程系統(tǒng)“年久失修”，原用國家水準(zhǔn)點即老引據(jù)點不是滅失就是缺少地面下沉后新的高程數(shù)據(jù)，不利于確定地面下沉量，基本水準(zhǔn)點凍結(jié)高程無法通過自身絕對高程的變化利用基面關(guān)系式來直接訂正，凍結(jié)基面的穩(wěn)定難有保障。

（3）85基準(zhǔn)基面作為新的絕對基面在應(yīng)用初期技術(shù)處理手段相對粗糙，考證工作也是在沒有弄清楚引據(jù)點是否可靠或基本點有無變動的情況下進行的，可能直接利用了水準(zhǔn)測量數(shù)據(jù)與基本水準(zhǔn)點舊的凍結(jié)高程計算并確定85基準(zhǔn)基面改正數(shù)，沒有注意到基本水準(zhǔn)點絕對高程的變化規(guī)律應(yīng)符合絕對基面間的換算規(guī)律。這樣，凍結(jié)基面位置既發(fā)生了變動，同時也導(dǎo)致了一些站絕對基面換算關(guān)系存在明顯矛盾。所以，有些站85基準(zhǔn)基面改正數(shù)需要重新分析計算。

2.考證已經(jīng)具備的條件

（1）各站水準(zhǔn)復(fù)測引據(jù)點均為具有85基準(zhǔn)基面高程的國家水準(zhǔn)點，且高程數(shù)據(jù)亦均是最近新公布的。因此通過本輪水準(zhǔn)復(fù)測可使各站基本點高程得到一次全面更新，過去因引據(jù)點高程數(shù)據(jù)陳舊及地面沉降影響引起的錯誤和矛盾將會得到徹底解決。

（2）水準(zhǔn)復(fù)測使用了先進的電子水準(zhǔn)儀，測量成果可靠。

具備了以上兩項前提條件，其后的測站考證也就有了堅實的基礎(chǔ)，考證工作才會有實際意義。

二、絕對基面間換算關(guān)系的確立

興化片各站基本水準(zhǔn)點設(shè)立時間均較長，舊絕對高程采用基面一是廢黃河口基面，二是56黃?；?，兩者之間及廢黃河口基面與85基準(zhǔn)基面之間均缺少明確聯(lián)系。為分析基本點高程前后變化，有必要探尋各站所用絕對基面間的變換關(guān)系。

從有關(guān)資料獲知，85基準(zhǔn)基面與56黃?；娴膿Q算關(guān)系是明確的，如式（2）所示，但廢黃河口基面與上述兩個絕對基面之間的關(guān)系還需要通過相關(guān)高程資料分析確定。

根據(jù)1990年代江蘇省測繪部門公布的里下河地區(qū)部分Ⅲ等水準(zhǔn)成果可近似計算出廢黃河口基面與56黃?；鎿Q算因子，計算過程詳見表2。

從表2可以看出，同一水準(zhǔn)點廢黃河口基面高程與56黃?；娓叱讨钭畲鬄?.150m，最小為0.135m，兩極值相差僅有0.015m，與平時水位觀測誤差相似，完全可以忽略不計。所以取表2中的平均基面差0.143m作為廢黃河口基面與56黃?；娴膿Q算因子應(yīng)視為合理、可靠。

綜合以上分析、計算成果，可以得到三個絕對基面間的換算關(guān)系式，如下：

表1　　站點地面下沉量估算表

表2　　絕對基面換算因子計算表

其中式（3）與本地建設(shè)工程上使用的基面換算關(guān)系“廢黃河口高程＝85基準(zhǔn)高程+0.17m”一致。

1.原用基面改正數(shù)的驗證

假定各測站的凍結(jié)基面不變且唯一，根據(jù)上面確立的基面換算關(guān)系來列表3驗算一下興化片各站原用基面改正數(shù)是否正確。

結(jié)合表2、表3可以發(fā)現(xiàn)，各站廢黃河口基面與56黃?；婢嚯x均在平均基面差0.143m附近，且均在大小極值范圍之內(nèi)，所以廢黃河口基面改正數(shù)與56黃?；娓恼龜?shù)可信度較高。

從表3可以看出，無論是廢黃河口基面改正數(shù)還是56黃?；娓恼龜?shù)與85基準(zhǔn)基面改正數(shù)相減后形成的基面距離有4個測站出現(xiàn)異常，在這種情況下，假定條件就難以成立，即凍結(jié)基面已有變動跡象。異常數(shù)據(jù)如表中斜體字所示，特別是唐子站，一個是0.148m，標(biāo)準(zhǔn)值只有0.029m，另一個是0.291m，而標(biāo)準(zhǔn)值也只有0.172m，兩個均比標(biāo)準(zhǔn)值大0.119m，遠超水位觀測誤差和水準(zhǔn)測量誤差，這說明該站有關(guān)85基準(zhǔn)基面改正數(shù)計算或國家水準(zhǔn)點引用甚至水準(zhǔn)測量等某個環(huán)節(jié)存在錯誤。所以，表3中基面距離數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常的4個站的基面改正數(shù)需借助本次測站考證進行重算。

表3　　原用基面改正數(shù)驗算表

表4　　基本水準(zhǔn)點絕對高程計算表

表5　　基本水準(zhǔn)點凍結(jié)高程及基面改正數(shù)計算表

2.基本水準(zhǔn)點高程和基面改正數(shù)計算

測站考證實質(zhì)上就是針對基面改正數(shù)的計算或復(fù)核，而圍繞基面改正數(shù)計算關(guān)鍵是要準(zhǔn)確確定測站基本水準(zhǔn)點的絕對高程和凍結(jié)高程。根據(jù)上述提出的分類考證方法，結(jié)合興化片各站考證面臨及需要解決的問題，現(xiàn)從2015年水準(zhǔn)復(fù)測成果入手，表4和表5分別計算興化片各站基本水準(zhǔn)點的絕對高程、凍結(jié)高程和各基面改正數(shù)。

首先由2015年4、5月份野外水準(zhǔn)測量高差計算成果計算各站基本水準(zhǔn)點的85基準(zhǔn)基面高程，為便于與舊絕對高程對照，運用絕對基面換算關(guān)系式對各基本水準(zhǔn)點的廢黃河口基面和56黃?；娓叱踢M行同步，再將其原測高程列于右側(cè)，如表4所示。對比基本點新、舊高程，不難發(fā)現(xiàn)各點均有不同程度變化且變化量均較一般測量誤差大很多，達0.114～0.225m，因此可認(rèn)為屬地面下沉所致。此時忽略85基準(zhǔn)基面高程系統(tǒng)更新影響，因經(jīng)過驗證認(rèn)為各站廢黃河口及56黃?；娓恼龜?shù)均可靠，故可根據(jù)基本水準(zhǔn)點這兩個基面新、舊高程變化值確定平均下沉量并對基本水準(zhǔn)點的凍結(jié)高程進行訂正。這里下沉量取平均是因為無法衡量廢黃河口基面改正數(shù)與56黃?；娓恼龜?shù)哪個更精確，而根據(jù)點位高程唯一性原則，一個基本水準(zhǔn)點的高程只能有一個。訂正結(jié)果見表5“新測定凍結(jié)高程”一欄。

有了基本水準(zhǔn)點的絕對高程和凍結(jié)高程，就可以應(yīng)用關(guān)系式“絕對高程－凍結(jié)高程＝基面改正數(shù)”來重新計算各站各基面改正數(shù)。

將各站所有新、舊基面改正數(shù)列于表5，對比可以發(fā)現(xiàn)，興化片7個站的廢黃河口和56黃?；娓恼龜?shù)前后變化都很小，最大相差也不過3mm，這是由于為確定基本點下沉量取兩個可靠基面絕對高程變化量均值而形成的，這兩個基面改正數(shù)并沒有真正得到重新計算，因為可靠，也毋須重新計算，若需重算就不該參與確定下沉量。

而對于85基準(zhǔn)基面改正數(shù)來說，情況顯然不同，各站新85基準(zhǔn)基面改正數(shù)均是在重新確定了基本水準(zhǔn)點絕對高程和凍結(jié)高程的基礎(chǔ)上計算出來的。就基面改正數(shù)數(shù)值前后變化來看，除了沈、興化及沙溝3站只有3～6mm的較小變化外，其余4站變化幅度均在20mm以上，尤其是唐子站，原來的85基準(zhǔn)基面改正數(shù)為－0.315m，重新計算下來的卻是-0.197m，前后相差0.119m?？梢姳?中的驗證結(jié)果在此已得到進一步確認(rèn)。

7個站的基本水準(zhǔn)點均不止一個，但因計算各自下沉量所依賴的可靠基面是一致的，故一個站內(nèi)由多個基本點計算出來的各基面改正數(shù)也會一致，因篇幅有限，具體計算不再羅列。

在實際應(yīng)用中，與這次計算值出入比較大的基面改正數(shù)自然應(yīng)當(dāng)淘汰并更新，而因計算基本點高程變化量取均值導(dǎo)致的有甚微變化的基面改正數(shù)，包括各站廢黃河口基面和56黃海基面，出于絕對基面換算值統(tǒng)一的考慮，建議還是一律采用新值，盡管這次考證由于基本點下沉量較大已經(jīng)忽略了國家水準(zhǔn)網(wǎng)復(fù)測平差所帶來的影響■

（作者單位：江蘇省水文水資源勘測局泰州分局225300）

（專欄編輯：張婷）