水準(zhǔn)測(cè)量技術(shù)在驗(yàn)潮站中的應(yīng)用

林 航

福建省海洋預(yù)報(bào)臺(tái)，福建福州 350003

水準(zhǔn)測(cè)量又名“幾何水準(zhǔn)測(cè)量”，是高程控制測(cè)量的主要方法，水準(zhǔn)測(cè)量精度高，不受地形條件限制，作業(yè)簡(jiǎn)單易學(xué)，是高程測(cè)量的主要組成部分。水準(zhǔn)測(cè)量是用水準(zhǔn)儀和水準(zhǔn)尺測(cè)定地面上兩點(diǎn)間高差的方法。在地面兩點(diǎn)間安置水準(zhǔn)儀，觀測(cè)豎立在兩點(diǎn)上的水準(zhǔn)標(biāo)尺，按尺上讀數(shù)推算兩點(diǎn)間的高差。通常由水準(zhǔn)原點(diǎn)或任一已知高程點(diǎn)出發(fā)，沿選定的水準(zhǔn)路線逐站測(cè)定各點(diǎn)的高程。

驗(yàn)潮站又稱潮位站，為了解當(dāng)?shù)睾Ｋ毕兓囊?guī)律而設(shè)置的，能有效地監(jiān)測(cè)著我國(guó)沿海的潮位變化， 在國(guó)防、經(jīng)濟(jì)建設(shè)、災(zāi)害預(yù)警和科學(xué)研究中發(fā)揮著巨大的作用。通過(guò)水準(zhǔn)測(cè)量潮汐觀測(cè)數(shù)據(jù)才能轉(zhuǎn)換為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)高程，也只有通過(guò)定期水準(zhǔn)測(cè)量，才能保證潮位數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性與可用性，為此，水準(zhǔn)測(cè)量在驗(yàn)潮站中至關(guān)重要。

筆者結(jié)合驗(yàn)潮的水準(zhǔn)復(fù)測(cè)工作，介紹了水準(zhǔn)測(cè)量在驗(yàn)潮站中的應(yīng)用，并提出一些建議及注意事項(xiàng)。

1 驗(yàn)潮站的水準(zhǔn)系統(tǒng)要求

驗(yàn)潮站水準(zhǔn)系統(tǒng)由基本水準(zhǔn)點(diǎn)、校核水準(zhǔn)點(diǎn)、水尺零點(diǎn)及井內(nèi)水尺指針這四部分構(gòu)成，通過(guò)水準(zhǔn)測(cè)量建立驗(yàn)潮站國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的高程關(guān)系。

《海濱觀測(cè)規(guī)范》要求：驗(yàn)潮站應(yīng)在適當(dāng)位置設(shè)置一個(gè)基本水準(zhǔn)點(diǎn)和一至兩個(gè)校核水準(zhǔn)點(diǎn)?；舅疁?zhǔn)點(diǎn)是潮位站永久性的高程控制點(diǎn)。校核水準(zhǔn)點(diǎn)是用于引測(cè)和檢查水尺零點(diǎn)、讀數(shù)指針高程的水準(zhǔn)點(diǎn)[1]。水準(zhǔn)點(diǎn)設(shè)置必須按國(guó)家水準(zhǔn)點(diǎn)設(shè)置要求所設(shè)立， 由驗(yàn)潮站長(zhǎng)期保存、專用的水準(zhǔn)點(diǎn)?？紤]到基本水準(zhǔn)點(diǎn)存在被破壞的可能，最好在站點(diǎn)附近設(shè)置二個(gè)基本水準(zhǔn)點(diǎn)。

水尺零點(diǎn)是驗(yàn)潮站潮位升降的起算面， 它與該站的“測(cè)站基面”、“驗(yàn)潮零點(diǎn)”或“潮高基準(zhǔn)面”往往是同義的。為了潮位資料的連續(xù)性和可對(duì)比性， 當(dāng)水位零點(diǎn)確定后， 一般均不作改動(dòng)。所以對(duì)長(zhǎng)期站來(lái)說(shuō)， 水位零點(diǎn)確定的合理與否，直接與平均海平面、工程基準(zhǔn)面、風(fēng)暴潮研究和海陸之間的相對(duì)高程的轉(zhuǎn)換等有關(guān)[2]。

按《海洋站水準(zhǔn)連測(cè)技術(shù)規(guī)程》要求：岸基驗(yàn)潮的基本水準(zhǔn)點(diǎn)、校核水準(zhǔn)點(diǎn)及水尺零點(diǎn)測(cè)量要求至少按二等水準(zhǔn)測(cè)量要求與國(guó)家水準(zhǔn)高程系統(tǒng)進(jìn)行連測(cè)，其中水準(zhǔn)測(cè)量的引據(jù)點(diǎn)等級(jí)應(yīng)不低于國(guó)家二等水準(zhǔn)點(diǎn)。

基本水準(zhǔn)點(diǎn)與校準(zhǔn)水準(zhǔn)點(diǎn)啟用后每年應(yīng)復(fù)測(cè)一次，兩年后若沒(méi)有發(fā)現(xiàn)高程變動(dòng)，基本水準(zhǔn)點(diǎn)每隔四年復(fù)測(cè)一次，校準(zhǔn)水準(zhǔn)點(diǎn)每個(gè)二年復(fù)測(cè)一次。水尺零點(diǎn)與指針高程每隔半年復(fù)測(cè)一次[1]。

2 驗(yàn)潮站水準(zhǔn)測(cè)量實(shí)施

結(jié)合驗(yàn)潮站水準(zhǔn)復(fù)測(cè)工作，主要是針對(duì)基本水準(zhǔn)點(diǎn)及校準(zhǔn)水準(zhǔn)點(diǎn)的水準(zhǔn)測(cè)量，將驗(yàn)潮站水準(zhǔn)測(cè)量方案做簡(jiǎn)要介紹，具體內(nèi)容包括：設(shè)計(jì)書編制、資料收集和分析、已有控制點(diǎn)找尋、控制點(diǎn)選埋、儀器測(cè)試、外業(yè)施測(cè)、成果資料整理、質(zhì)量檢查、編寫總結(jié)和提交資料，各部分具體內(nèi)容如下。

1）編制水準(zhǔn)測(cè)量設(shè)計(jì)書，內(nèi)容需要包括項(xiàng)目情況說(shuō)明、作業(yè)區(qū)自然地理概況和已有資料情況、作業(yè)依據(jù)、設(shè)計(jì)方案、水準(zhǔn)測(cè)量、數(shù)據(jù)處理、上交資料內(nèi)容及質(zhì)量控制等。

2）資料收集和分析，主要資料包括：覆蓋測(cè)區(qū)的1:10000地形圖和交通圖；測(cè)區(qū)內(nèi)及周邊的控制點(diǎn)資料；上次施測(cè)的驗(yàn)潮站水準(zhǔn)數(shù)據(jù)、沿線水準(zhǔn)點(diǎn)和水準(zhǔn)路線資料。

3）已有控制點(diǎn)找尋。所有參與連測(cè)的控制點(diǎn)（包括驗(yàn)潮站設(shè)置的基本水準(zhǔn)點(diǎn)）應(yīng)進(jìn)行普查，確認(rèn)點(diǎn)位保存情況，以供設(shè)計(jì)和作業(yè)選用。需要普查的控制點(diǎn)根據(jù)驗(yàn)潮站水準(zhǔn)復(fù)測(cè)的線路進(jìn)行選取，其中引據(jù)控制點(diǎn)應(yīng)采用國(guó)家一等或二等水準(zhǔn)網(wǎng)內(nèi)具有最新測(cè)量成果的水準(zhǔn)點(diǎn)，引據(jù)點(diǎn)等級(jí)不低于國(guó)家二等水準(zhǔn)點(diǎn)[3]。

控制點(diǎn)找到后，還應(yīng)認(rèn)真核對(duì)標(biāo)石鑄字，查看標(biāo)石、標(biāo)志完好情況，查看標(biāo)石是否有錯(cuò)位現(xiàn)象，確定是否被動(dòng)過(guò)。須測(cè)定大地坐標(biāo)(WGS 84)兩次，兩次互差不大于0.5″，取中數(shù)采用，記錄取位到0.1″，并保留成果備查。按照規(guī)定將正確點(diǎn)位標(biāo)在相應(yīng)比例尺地圖上。

實(shí)地點(diǎn)位清理及記錄完成后，進(jìn)行拍照工作。照片應(yīng)拍兩張，一張為標(biāo)志全景照片，另一張為標(biāo)石面照片。根據(jù)測(cè)量標(biāo)志普查情況填繪點(diǎn)之記。

4）水準(zhǔn)點(diǎn)選埋。水準(zhǔn)點(diǎn)點(diǎn)位選擇遵循規(guī)范規(guī)定，根據(jù)實(shí)地情況進(jìn)行，路線水準(zhǔn)點(diǎn)之間距3～10km。選點(diǎn)原則如下：（1）有堅(jiān)固建筑物（房屋、紀(jì)念碑、塔、橋基等）和堅(jiān)固石崖處，可埋設(shè)墻腳水準(zhǔn)標(biāo)志；（2）水準(zhǔn)點(diǎn)宜選在路線附近的政府機(jī)關(guān)、學(xué)校、公園內(nèi)；（3）水準(zhǔn)路線經(jīng)過(guò)的若存在已有其它路線的各等級(jí)水準(zhǔn)標(biāo)石和平面控制點(diǎn)標(biāo)石在確認(rèn)穩(wěn)定牢固的，均可以利用。

但在下列地點(diǎn)，不適宜選埋水準(zhǔn)點(diǎn)：

（1）易受水淹或地下水位較高的地點(diǎn)；（2）易發(fā)生土崩、滑坡、沉陷、隆起等地面局部變形的地點(diǎn)；（3）路堤、河堤、沖積層河岸及地下水位變化較大的地點(diǎn)；（4）道路上填方的地段，距鐵路50m、距公路30m（普通水準(zhǔn)點(diǎn)除外）以內(nèi)或其它受劇烈震動(dòng)的地點(diǎn)；（5）不堅(jiān)固或準(zhǔn)備拆修的建筑物上；（6）短期內(nèi)將因修建而可能毀掉標(biāo)石或不便于觀測(cè)、使用的地點(diǎn)。

補(bǔ)埋和新埋設(shè)的水準(zhǔn)點(diǎn)按照普通水準(zhǔn)點(diǎn)標(biāo)石埋設(shè)。埋設(shè)原則如下：

（1）水準(zhǔn)點(diǎn)埋石前，應(yīng)對(duì)普查的水準(zhǔn)路線進(jìn)行認(rèn)真核對(duì)，確定需補(bǔ)埋設(shè)點(diǎn)的數(shù)量，點(diǎn)位應(yīng)能盡量接收GPS信號(hào)，以確定水準(zhǔn)點(diǎn)坐標(biāo)。（2）每個(gè)驗(yàn)潮站在驗(yàn)潮室外或棧橋上及周邊100m選定一處埋設(shè)水準(zhǔn)點(diǎn)；套合已有點(diǎn)位的，不超過(guò)驗(yàn)潮室200m；在500m內(nèi)在選定一處埋設(shè)水準(zhǔn)點(diǎn)，該兩個(gè)水準(zhǔn)點(diǎn)為基本水準(zhǔn)點(diǎn)。（3）每條路線埋石結(jié)束后，應(yīng)對(duì)水準(zhǔn)線路進(jìn)行整理，繪出完整的水準(zhǔn)線路圖。

5）儀器測(cè)試。用于水準(zhǔn)測(cè)量的數(shù)字水準(zhǔn)儀、電磁波測(cè)距儀、鋼卷尺必須送國(guó)家計(jì)量部門認(rèn)可的儀器檢定單位檢定，檢驗(yàn)合格后在有效期限內(nèi)使用。在使用過(guò)程中如發(fā)現(xiàn)儀器有異常情況，應(yīng)重新送檢。

用于水準(zhǔn)測(cè)量的數(shù)字水準(zhǔn)儀配套水準(zhǔn)標(biāo)尺，必須送國(guó)家計(jì)量部門認(rèn)可的儀器檢定單位檢定，檢驗(yàn)合格后在有效期限內(nèi)使用。在使用過(guò)程中如標(biāo)尺碰撞、變形或出現(xiàn)異常情況，應(yīng)重新送檢。觀測(cè)工作期間，應(yīng)經(jīng)常檢校標(biāo)尺上的圓水準(zhǔn)器。

6）外業(yè)施測(cè)。水準(zhǔn)觀測(cè)基本要求：（1）水準(zhǔn)標(biāo)石埋設(shè)后，為確保新埋標(biāo)石在觀測(cè)時(shí)的穩(wěn)定，所有水準(zhǔn)點(diǎn)應(yīng)經(jīng)過(guò)一個(gè)沉降期(不少于1個(gè)月)方能進(jìn)行觀測(cè)；（2）觀測(cè)前30min，應(yīng)將儀器置于露天陰影下，是儀器與外界氣溫趨于一致；設(shè)站是，應(yīng)用測(cè)傘遮蔽陽(yáng)光；遷站時(shí)，應(yīng)罩以儀器罩。使用數(shù)字水準(zhǔn)儀前，應(yīng)進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱不少于20次單次測(cè)量；（3）對(duì)氣泡式水準(zhǔn)儀，觀測(cè)前應(yīng)測(cè)出傾斜螺旋的置平零點(diǎn)，并作標(biāo)記，隨著氣溫變化，應(yīng)隨時(shí)調(diào)整零點(diǎn)位置；（4）在連續(xù)各測(cè)站上安置水準(zhǔn)儀的三腳架時(shí)，應(yīng)使其中兩腳與水準(zhǔn)線路的方向平行，而第三腳輪換置于路線方向的左側(cè)與右側(cè)；（5）除線路轉(zhuǎn)彎處，每一測(cè)站上儀器與前后視標(biāo)尺的三個(gè)位置，應(yīng)接近一條直線；（6）不應(yīng)為了增加讀數(shù)，而把尺樁(臺(tái))安置在壕坑中；（7）轉(zhuǎn)動(dòng)儀器的傾斜螺旋和測(cè)微鼓時(shí)，其最后旋轉(zhuǎn)方向，均應(yīng)為旋進(jìn)；（8）每一測(cè)段的往測(cè)與返測(cè)，其測(cè)站數(shù)均為偶數(shù)。由往測(cè)轉(zhuǎn)向返測(cè)時(shí)，兩根標(biāo)尺應(yīng)互換位置，并應(yīng)重新安置儀器；（9）在高差較大的地方，應(yīng)選用長(zhǎng)度穩(wěn)定、標(biāo)尺名義米長(zhǎng)偏差較小的水準(zhǔn)標(biāo)尺作業(yè)；（10）數(shù)字水準(zhǔn)儀應(yīng)避免望遠(yuǎn)鏡直接對(duì)向太陽(yáng)；盡量避免視線被遮擋，遮擋不要超過(guò)標(biāo)尺在望遠(yuǎn)鏡中截長(zhǎng)的20%；儀器只能在廠方規(guī)定的溫度范圍內(nèi)工作；確信震動(dòng)源造成的震動(dòng)消失后，才能啟動(dòng)測(cè)量鍵。

水準(zhǔn)觀測(cè)程序和步驟:

二等水準(zhǔn)觀測(cè)：往、返測(cè)時(shí)，奇數(shù)站照準(zhǔn)標(biāo)尺順序?yàn)椋骸昂蟆⑶?、前、后”；往、返測(cè)時(shí)偶數(shù)站照準(zhǔn)標(biāo)尺順序?yàn)椋骸扒啊⒑?、后、前”?/p>

三等水準(zhǔn)觀測(cè)：采用中絲讀數(shù)法進(jìn)行往返測(cè)。

7）成果資料整理。水準(zhǔn)觀測(cè)外業(yè)數(shù)據(jù)采集工作結(jié)束后，需對(duì)各種資料進(jìn)行整理。外業(yè)期間屬于手工記錄的原始資料，不得有連環(huán)涂改、就字改字、轉(zhuǎn)抄出現(xiàn)。

水準(zhǔn)觀測(cè)資料以路線為單位整理，內(nèi)容包括封面、質(zhì)量檢查驗(yàn)收登記表、目錄、重要問(wèn)題記載表、儀器登記表、儀器檢查資料、水準(zhǔn)路線觀測(cè)記錄表、水準(zhǔn)觀測(cè)路線圖、結(jié)點(diǎn)接測(cè)圖、檢測(cè)手簿、觀測(cè)手簿、下半段尺頂高程觀測(cè)手簿、參考站觀測(cè)墩丈量記錄、水準(zhǔn)測(cè)量野外高差及概略高程表、水準(zhǔn)外業(yè)觀測(cè)拼環(huán)計(jì)算及觀測(cè)精度統(tǒng)計(jì)、水準(zhǔn)點(diǎn)點(diǎn)位說(shuō)明、記事用紙。

8）質(zhì)量檢查：（1）觀測(cè)儀器設(shè)備按照設(shè)計(jì)書及相關(guān)規(guī)范要求進(jìn)行檢驗(yàn)檢定，各項(xiàng)指標(biāo)合格；（2）原始觀測(cè)數(shù)據(jù)；（3）觀測(cè)數(shù)據(jù)的觀測(cè)質(zhì)量等滿足設(shè)計(jì)書要求；（4）測(cè)量手簿按要求填寫，填寫正確；（5）按照設(shè)計(jì)書要求整理資料格式。

9）技術(shù)總結(jié)：技術(shù)總結(jié)是在水準(zhǔn)測(cè)量任務(wù)完成后，對(duì)技術(shù)設(shè)計(jì)書和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行情況、技術(shù)方案、作業(yè)方法、完成質(zhì)量及主要問(wèn)題的處理分析等進(jìn)行總結(jié)[4]。

10）提交資料。提交的水準(zhǔn)測(cè)量結(jié)果資料應(yīng)包括水準(zhǔn)路線圖、控制點(diǎn)點(diǎn)之記、點(diǎn)位說(shuō)明、控制點(diǎn)普查照片、水準(zhǔn)點(diǎn)標(biāo)石建造照片、水準(zhǔn)路線觀測(cè)原始數(shù)據(jù)、水準(zhǔn)觀測(cè)資料、平差計(jì)算報(bào)告、平差計(jì)算過(guò)程數(shù)據(jù)、成果表、專業(yè)技術(shù)設(shè)計(jì)書、工作報(bào)告(含技術(shù)總結(jié))、質(zhì)量檢查報(bào)告（或成果驗(yàn)收?qǐng)?bào)告）。

3 水準(zhǔn)測(cè)量在驗(yàn)潮站中的重要性

每個(gè)驗(yàn)潮站都要確定一個(gè)驗(yàn)潮站零點(diǎn)，作為本站各水尺或驗(yàn)潮儀的統(tǒng)一潮位假定起算零點(diǎn)，才能保證潮位資料的連續(xù)性和可對(duì)比性。為了確定水尺零點(diǎn)及驗(yàn)潮站超高基準(zhǔn)面，必須通過(guò)與基本及校核水準(zhǔn)點(diǎn)水準(zhǔn)測(cè)量才能確定，可見(jiàn)水準(zhǔn)測(cè)量對(duì)潮位站工作是至關(guān)重要的，同時(shí)要潮位資料的準(zhǔn)確性及可靠性必須按規(guī)范要求定期對(duì)驗(yàn)潮站水準(zhǔn)系統(tǒng)（包括水尺零點(diǎn)等）進(jìn)行復(fù)測(cè)，否則，將會(huì)對(duì)潮位資料的準(zhǔn)確性產(chǎn)生影響，

筆者就遇到兩件因水準(zhǔn)問(wèn)題，導(dǎo)致對(duì)潮位數(shù)據(jù)影響的情況，一件是所管理的驗(yàn)潮站年平均海平面高程與臨近其他部門驗(yàn)潮站同期年平均海平面出入較大問(wèn)題，經(jīng)對(duì)觀測(cè)的潮汐數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查也沒(méi)有問(wèn)題，最后判斷可能是水準(zhǔn)點(diǎn)的問(wèn)題。經(jīng)由測(cè)量資質(zhì)單位對(duì)這兩個(gè)鄰近站基本和校核水準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行復(fù)測(cè)，發(fā)現(xiàn)造成差異的原因?yàn)猷徑舅疁?zhǔn)點(diǎn)多年沒(méi)有復(fù)測(cè)，水準(zhǔn)數(shù)據(jù)有誤，將兩個(gè)站水準(zhǔn)點(diǎn)數(shù)據(jù)調(diào)整一致后，站點(diǎn)的同期年平均海平面就一致。另一件是通過(guò)定期水準(zhǔn)測(cè)量后發(fā)現(xiàn)所管的連江青嶼驗(yàn)潮站基本水準(zhǔn)點(diǎn)與校核水準(zhǔn)點(diǎn)高程均整體下降約2.5cm，經(jīng)對(duì)該對(duì)水準(zhǔn)測(cè)量過(guò)程進(jìn)行檢查判斷無(wú)誤后，初步判斷是臨近墾區(qū)大面積填海造成的，可見(jiàn)，驗(yàn)潮站水準(zhǔn)測(cè)量如果僅對(duì)校核水準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行定期復(fù)測(cè)，而基本水準(zhǔn)點(diǎn)等其他部分不進(jìn)行測(cè)量，也會(huì)對(duì)潮位資料準(zhǔn)確性產(chǎn)生影響，為此按規(guī)范定期水準(zhǔn)測(cè)量對(duì)驗(yàn)潮站至關(guān)重要。

4 結(jié)論

為保證驗(yàn)潮站資料可用性及準(zhǔn)確性，除了基本的水尺校核和設(shè)備保障外，按規(guī)范要求定期對(duì)驗(yàn)潮站水準(zhǔn)系統(tǒng)進(jìn)行水準(zhǔn)測(cè)量至關(guān)重要。

[1]國(guó)家海洋局.GB/T14914-2006，海濱觀測(cè)規(guī)范[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2006.

[2]朱志恩.驗(yàn)潮站的布設(shè)和潮位資料應(yīng)用中若干問(wèn)題的初步探討[J].東海海洋，1997，15（4）：12-18.

[3]國(guó)家海洋局.海洋站水準(zhǔn)連測(cè)技術(shù)規(guī)程.

[4]國(guó)家測(cè)繪局.GB 12897-2006，國(guó)家一、二等水準(zhǔn)測(cè)量規(guī)范[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社.