紅樹林宜林地灘面高程及潮水退干時間時長的測量方法

何碧蘭，馬士龍

(廣州蘢騰園林景觀設(shè)計有限公司，廣東 廣州 510520)

1 引言

紅樹林生態(tài)系統(tǒng)是生長在潮間帶的特有植物群落，具有防風(fēng)消浪、促淤護岸、固碳儲碳和維持生物多樣性等重要功能。20世紀(jì)，隨著人口增長和社會經(jīng)濟發(fā)展，沿海地區(qū)開展的圍墾造田、圍建鹽田、圍海養(yǎng)殖、填海造地等活動，造成我國紅樹林面積大幅萎縮，生態(tài)服務(wù)功能嚴(yán)重衰退。因此，加強紅樹林保護和修復(fù)是我國海洋生態(tài)文明建設(shè)和國土空間生態(tài)保護修復(fù)的重要內(nèi)容，自然資源部 國家林業(yè)和草原局[1]要求，到2025年，營造紅樹林9050 hm2。其中，廣東5500 hm2、海南2000 hm2、廣西1000 hm2、福建350 hm2、浙江200 hm2。然而，準(zhǔn)確掌握造林地海水鹽度、漲退潮的潮水流速、潮間帶所處位置、灘面高程及潮水退干時間、時長等，是紅樹林造林設(shè)計的必須內(nèi)容，尤其灘面高程及潮水退干時間、時長更是預(yù)測該立地能否造林的重要制約因素。

眾多研究表明[2～6]，凡高于平均海水面、月平均每天潮水退干時間在12 h以上的潮間帶灘涂均可視為紅樹林的宜林地。然而，目前對紅樹林擬造林地的立地灘面高程及潮水退干時間的測定，大多采用人工直接實測，或參照附近驗潮站的潮汐表進行估測，或按經(jīng)驗法以現(xiàn)林緣立地灘面為基準(zhǔn)點，凡低于20 cm以上的地方可視為紅樹林的宜林地。

然而，人工直接實測至少要持續(xù)1個月時間，費工費時，而且約有15 d潮水退干時間在夜間，對實測的技術(shù)人員存在著嚴(yán)重的安全隱患。參照附近驗潮站的潮汐表進行估測，因常用的RTK測量的高程為CGCS2000大地高程，無法準(zhǔn)確測量造林立地灘面的85高程，常常導(dǎo)致估測失誤等。按照經(jīng)驗法以現(xiàn)有紅樹林林緣立地灘面為基準(zhǔn)點，凡低于20 cm以上的地方可視為紅樹林宜林地的方法，估測得到的紅樹林宜林灘面高程是一種經(jīng)驗值，無法與其他科學(xué)數(shù)據(jù)進行比較，而且在沒有紅樹林的立地灘涂潮間帶無法使用。

針對已有技術(shù)的上述缺點，該技術(shù)方案通過對湛江紅樹林國際重要濕地保護修復(fù)項目(項目編號：GDYD220050)研究探索，并獲得了對擬營造紅樹林的立地灘面潮間帶85高程測定及潮水退干時間、時長估測的簡易方法。實例驗證表明，該技術(shù)方案能夠比較準(zhǔn)確地測量造林立地灘面的85高程，進而能夠較準(zhǔn)確地判斷該灘涂是否屬于紅樹林宜林地的好辦法，對指導(dǎo)生產(chǎn)具有較高的實用價值。

2 研究內(nèi)容與方法

2.1 擬造林地的平均海水面高程的獲取

(1)因驗潮站的高程系統(tǒng)均為85高程，所以，在網(wǎng)上查找擬造林地附近驗潮站的潮汐表信息，則可以直接獲得該驗潮站近年的平均海水面85高程。

(2)若在網(wǎng)上查找到的擬造林地附近驗潮站的潮汐表信息，沒有平均海水面高程信息，則可以應(yīng)用該潮汐表22 d時段的每小時潮位高程信息，計算獲得該時段的平均潮位高程，此高程即為該時段的平均海水面85高程[7,8]。

2.2 CGCS 2000大地高程與85高程的異常值的獲取

2.2.1 85高程與CGCS2000大地高程的概念

85高程：1985高程是我國現(xiàn)行的法定基準(zhǔn)高程(簡稱85高程)[9]，是采用青島驗潮站1952～1979年的驗潮資料建立的85國家高程基準(zhǔn)，并在觀象山上建立了永久水準(zhǔn)原點。該水準(zhǔn)原點高出黃海平均海水面72.2604 m，并依據(jù)“85國家高程基準(zhǔn)”推算國家水準(zhǔn)網(wǎng)中各水準(zhǔn)點的高程，作為全國統(tǒng)一的高程控制系統(tǒng)。85高程基準(zhǔn)與1956黃海高程基準(zhǔn)的換算：85高程=56黃海高程-0.029(m)。目前所有工程建設(shè)控制點的高程基準(zhǔn)，幾乎都采用85高程，因此通常稱85高程為正常高程。

CGCS2000大地高程：高程起算自CGCS 2000參考橢球表面[10]。使用RTK接CORS賬號測量，端口配置為8003，RTK測量的高程即為CGCS 2000大地高程。

85高程與CGCS 2000大地高程的區(qū)別：85高程是正常高程，CGCS2000大地高是橢圓球面高程[11]。如圖1所示，正常重力線HB為85高程，垂線hB為CGCS 2000大地高程。

85高程與CGCS 2000大地高程的異常值：高程異常值的計算公式為：高程異常值=85高程-CGCS 2000大地高程；或85高程=CGCS 2000大地高程+高程異常值?？稍O(shè)公式：

ζB=HB-hB或HB=hB+ζB

(1)

式(1)中：HB為85高程；hB為CGCS2000大地高程；ζB為高程異常值。

因此，如果有高程異常值，即可把CGCS 2000大地高程轉(zhuǎn)換為85高程，或?qū)?5高程轉(zhuǎn)換為CGCS 2000大地高程[9]。

必須注意：因橢圓球面位置不同，導(dǎo)致的高程異常值并不是一個固定值[12]，因此，在實際應(yīng)用時，必須采用RTK CORS測量CGCS2000大地坐標(biāo)及其高程信息與測區(qū)附近的85高程水準(zhǔn)點的高程信息進行轉(zhuǎn)換獲得。

2.2.2 尋找85高程水準(zhǔn)點及其坐標(biāo)和高程信息

通過當(dāng)?shù)販y繪部門找到擬營造紅樹林立地灘面(待測區(qū))附近的任意1～3個(點越多，可靠性越強)85高程水準(zhǔn)點及其坐標(biāo)和高程信息。

2.2.3 測量85高程水準(zhǔn)點的CGCS2000大地坐標(biāo)及其高程

在待測的任意1～3個85高程水準(zhǔn)點上，采用網(wǎng)絡(luò)RTK的CORS測量的CGCS2000大地坐標(biāo)和高程信息。

2.2.4 計算2000大地高程與85高程的異常值

把以上測量的CGCS2000大地高程信息與已知的85高程水準(zhǔn)點的高程信息進行比較，計算其差值的平均數(shù)則為該地的CGCS2000大地與85高程的異常值。

2.3 擬造林地的CGCS2000大地高程測量和宜林地界線確定

在獲取擬造林地的平均海水面85高程數(shù)據(jù)后，采用網(wǎng)絡(luò)RTK的CORS，或大疆經(jīng)緯M300RTK無人機，對擬造林地的CGCS2000大地高程和相對高程進行測量并找出擬造林地的平均海水面高程位置，同時以該位置為基準(zhǔn)點，按等高線測量繪制出該擬造林地的宜林地界線。換言之，該宜林地界線之上潮間帶灘涂均為適宜紅樹林的造林地。

3 結(jié)果應(yīng)用與分析

根據(jù)上述方法，通過當(dāng)?shù)販y繪部門可以找到擬造林地附近水準(zhǔn)點的85高程信息，并對該點進行測量，可以獲得該點的85高程(正常高)與2000大地高程的異常值。據(jù)筍克勤[7]和劉克修等[8]介紹，平均潮位高程就是平均海水面高程，因此，應(yīng)用附近驗潮站潮汐表的平均潮位高程對照擬造林地潮間帶灘面85高程，可以測量計算擬造林地灘面的平均海水面高程臨界線和潮水退干時間、時長及其日變化情況等，并以此來測量該地的宜林面積。

3.1 實例一

實例一的驗證地點位于硇洲島(北港)驗潮站附近的“湛江紅樹林國際重要濕地保護修復(fù)項目”地。

(1)獲取85高程與2000大地高程的異常值。 該驗證地附近水準(zhǔn)點的85高程(B85)為1.805 m。應(yīng)用上述方法，采用RTK接收CORS賬號測量獲得該點的CGCS2000大地高程(B2000)為-13.10 m。根據(jù)公式：ζB=HB-hB，計算獲得該點(B點)的85高程(正常高)與2000大地高程的異常值為14.905 m。

(2)平均海水面的潮水退干時間。查看距離最近的硇洲島(北港)驗潮站的潮汐表[13](圖1)計算可知，自2022年5月31日至6月21日的22 d，平均海水面的85高程為180.5 cm(若有對應(yīng)驗潮站的平均海水面高程則可直接引用)，該地在此高程以上平均每天潮水退干時間為13.0 h。

(3)平均海水面的潮水退干時長及其日變化情況。 查看硇洲島(北港)驗潮站實時潮汐表[13]，獲得該地每天在平均海水面高程以上的潮水退干時間、時長及其日變化情況(圖2)。

(4)平均海水面以上適宜營造紅樹林的面積。 應(yīng)用高程異常值14.905 m，采用大疆經(jīng)緯M300RTK無人機測量相對高程并換算為85高程后，繪圖計算獲得“湛江紅樹林國際重要濕地保護修復(fù)項目”中的一塊擬造林地在平均海水面85高程180.5 cm(適宜營造紅樹林界線)以上的潮間帶，其灘涂面積為8.5333 hm2。

3.2 實例二

實例二的驗證地點位于湛江港驗潮站附近的潮間帶濕地灘涂擬營造紅樹林的林地。

(1)獲取85高程與2000大地高程的異常值。 該驗證地附近水準(zhǔn)點的85高程(B85)為2.066 m。應(yīng)用上述方法，采用RTK接收CORS賬號測量獲得該點的CGCS 2000大地高程(B2000)為-13.06 m。根據(jù)公式：ζB=HB-hB，計算獲得該點(B點)的85高程(正常高)與2000大地高程的異常值為15.126 m。

(2)平均海水面的潮水退干時間。 查看距離最近的湛江港驗潮站的潮汐表[13](圖3)計算可知，自2022年5月15日至2022年6月5日的22 d，平均海水面高程為85高程207.6 cm，該地在此高程以上平均每天潮水退干時間為12.5 h。

(3)平均海水面的潮水退干時長及其日變化情況。 查看湛江港驗潮站實時潮汐表[13]，獲得該地塊每天在平均海水面高程以上的潮水退干時間、時長及其日變化情況(圖3)。

圖3 2022年5月20日湛江港潮汐表示意

(4)平均海水面以上適宜營造紅樹林的面積。 應(yīng)用高程異常值207.6 cm，采用大疆經(jīng)緯M300RTK無人機測量相對高程并換算為85高程后，通過繪圖計算獲得上述地塊擬造林地(適宜營造紅樹林界線以上)的潮間帶灘涂面積為5.5113 hm2。

3.2 兩個實例的應(yīng)用結(jié)果分析

(1)兩個實例的平均海水面高程差異較大及其原因。 雖然，硇洲島(北港)驗潮站與湛江港驗潮站直線相距僅60 km，但是，硇洲島(北港)驗潮站的平均海水面高程比湛江港驗潮站低了0.271 m。導(dǎo)致這一現(xiàn)象的原因，主要為硇洲島(北港)驗潮站位于相對比較開闊的洋面邊緣上，而湛江港驗潮站則位于相對比較狹窄的內(nèi)海灣邊緣上所造成的。這一結(jié)果明確提示，今后使用這一技術(shù)時，待測的擬造林地距離驗潮站越近，其結(jié)果越準(zhǔn)確，尤其在洋面狹長、寬度又窄的內(nèi)海灣與洋面較開闊短淺海灣的差距會更大。這一結(jié)果與韓志遠等[14]和章衛(wèi)勝等[15]的研究結(jié)果相似。

(2)經(jīng)測量轉(zhuǎn)換的海水面85高程與驗潮站的海水面高程差異不大。 海水面高程在正常氣象狀況下的海水面高程差異較小，在正常平穩(wěn)的天氣情況下，天文潮潮位與實測潮位相差并不明顯[16]，所以，該實測驗證工作均在正常氣象狀況下進行。

對實例一的實測驗證于2022年5月15日14:00～17:00進行，經(jīng)4次對林地海水面實測，其結(jié)果為林地的海水面85高程與驗潮站的海水面高程差異不大，達到了許永倫等測點高程準(zhǔn)確到0.1 m的要求[17]。對實例二的實測驗證于2022年6月10日12:00～15:00進行，經(jīng)4次對林地海水面的實測，也得到了類似的結(jié)果(表1)。

4 結(jié)論

4.1 與現(xiàn)有技術(shù)相比，該技術(shù)方案具有下列優(yōu)點

(1)與人工實測相比，該技術(shù)方案操作更簡便，工作效率更高，實用性更強，安全性更好。

(2)與直接參照附近驗潮站的潮汐表直接估測的結(jié)果相比，因該技術(shù)方案準(zhǔn)確測量了CGCS2000大地高程并換算成85高程，能夠更準(zhǔn)確應(yīng)用附近驗潮站的潮汐表查出平均海水面高程和潮水退干時間、時長及其日變化情況，因此對宜林地的界定更為準(zhǔn)確。

(3)與按經(jīng)驗法以現(xiàn)林緣立地灘面為基準(zhǔn)點，凡低于20 cm以上的地方可視為紅樹林宜林地的結(jié)果相比，科學(xué)性更強，而且可與其他科學(xué)數(shù)據(jù)進行比較，尤其能在沒有紅樹林的潮間帶立地灘涂上使用。

表1 林地實測海水面與驗潮站海水面的高程差異比較

4.2 實踐證明，該技術(shù)方案可在生產(chǎn)上參照應(yīng)用

經(jīng)2個實例的驗證，在風(fēng)速3.4～7.9 m/s、浪高0.3～0.5 m的條件下，應(yīng)用該技術(shù)方案測定的85高程與驗潮站的海水面高程誤差在0.1 m以下。但是，兩個實例驗潮站的平均海水面高程差異達0.271 m，究其因主要是由洋面狹長、寬度又窄的內(nèi)海灣(湛江港)與洋面較開闊短淺的海灣(硇洲島(北港))的區(qū)位所造成的。這一結(jié)果表明:今后使用這一技術(shù)時，待測的擬造林地距離驗潮站越近，其結(jié)果越準(zhǔn)確。盡管如此，綜合判斷認為該技術(shù)方案的科學(xué)性較強，可操作性較好，可以在生產(chǎn)上參照應(yīng)用。