红树林宜林地滩面高程及潮水退干时间时长的测量方法

何碧兰，马士龙

(广州茏腾园林景观设计有限公司，广东 广州 510520)

1 引言

红树林生态系统是生长在潮间带的特有植物群落，具有防风消浪、促淤护岸、固碳储碳和维持生物多样性等重要功能。20世纪，随着人口增长和社会经济发展，沿海地区开展的围垦造田、围建盐田、围海养殖、填海造地等活动，造成我国红树林面积大幅萎缩，生态服务功能严重衰退。因此，加强红树林保护和修复是我国海洋生态文明建设和国土空间生态保护修复的重要内容，自然资源部 国家林业和草原局[1]要求，到2025年，营造红树林9050 hm2。其中，广东5500 hm2、海南2000 hm2、广西1000 hm2、福建350 hm2、浙江200 hm2。然而，准确掌握造林地海水盐度、涨退潮的潮水流速、潮间带所处位置、滩面高程及潮水退干时间、时长等，是红树林造林设计的必须内容，尤其滩面高程及潮水退干时间、时长更是预测该立地能否造林的重要制约因素。

众多研究表明[2～6]，凡高于平均海水面、月平均每天潮水退干时间在12 h以上的潮间带滩涂均可视为红树林的宜林地。然而，目前对红树林拟造林地的立地滩面高程及潮水退干时间的测定，大多采用人工直接实测，或参照附近验潮站的潮汐表进行估测，或按经验法以现林缘立地滩面为基准点，凡低于20 cm以上的地方可视为红树林的宜林地。

然而，人工直接实测至少要持续1个月时间，费工费时，而且约有15 d潮水退干时间在夜间，对实测的技术人员存在着严重的安全隐患。参照附近验潮站的潮汐表进行估测，因常用的RTK测量的高程为CGCS2000大地高程，无法准确测量造林立地滩面的85高程，常常导致估测失误等。按照经验法以现有红树林林缘立地滩面为基准点，凡低于20 cm以上的地方可视为红树林宜林地的方法，估测得到的红树林宜林滩面高程是一种经验值，无法与其他科学数据进行比较，而且在没有红树林的立地滩涂潮间带无法使用。

针对已有技术的上述缺点，该技术方案通过对湛江红树林国际重要湿地保护修复项目(项目编号：GDYD220050)研究探索，并获得了对拟营造红树林的立地滩面潮间带85高程测定及潮水退干时间、时长估测的简易方法。实例验证表明，该技术方案能够比较准确地测量造林立地滩面的85高程，进而能够较准确地判断该滩涂是否属于红树林宜林地的好办法，对指导生产具有较高的实用价值。

2 研究内容与方法

2.1 拟造林地的平均海水面高程的获取

(1)因验潮站的高程系统均为85高程，所以，在网上查找拟造林地附近验潮站的潮汐表信息，则可以直接获得该验潮站近年的平均海水面85高程。

(2)若在网上查找到的拟造林地附近验潮站的潮汐表信息，没有平均海水面高程信息，则可以应用该潮汐表22 d时段的每小时潮位高程信息，计算获得该时段的平均潮位高程，此高程即为该时段的平均海水面85高程[7,8]。

2.2 CGCS 2000大地高程与85高程的异常值的获取

2.2.1 85高程与CGCS2000大地高程的概念

85高程：1985高程是我国现行的法定基准高程(简称85高程)[9]，是采用青岛验潮站1952～1979年的验潮资料建立的85国家高程基准，并在观象山上建立了永久水准原点。该水准原点高出黄海平均海水面72.2604 m，并依据“85国家高程基准”推算国家水准网中各水准点的高程，作为全国统一的高程控制系统。85高程基准与1956黄海高程基准的换算：85高程=56黄海高程-0.029(m)。目前所有工程建设控制点的高程基准，几乎都采用85高程，因此通常称85高程为正常高程。

CGCS2000大地高程：高程起算自CGCS 2000参考椭球表面[10]。使用RTK接CORS账号测量，端口配置为8003，RTK测量的高程即为CGCS 2000大地高程。

85高程与CGCS 2000大地高程的区别：85高程是正常高程，CGCS2000大地高是椭圆球面高程[11]。如图1所示，正常重力线HB为85高程，垂线hB为CGCS 2000大地高程。

85高程与CGCS 2000大地高程的异常值：高程异常值的计算公式为：高程异常值=85高程-CGCS 2000大地高程；或85高程=CGCS 2000大地高程+高程异常值。可设公式：

ζB=HB-hB或HB=hB+ζB

(1)

式(1)中：HB为85高程；hB为CGCS2000大地高程；ζB为高程异常值。

因此，如果有高程异常值，即可把CGCS 2000大地高程转换为85高程，或将85高程转换为CGCS 2000大地高程[9]。

必须注意：因椭圆球面位置不同，导致的高程异常值并不是一个固定值[12]，因此，在实际应用时，必须采用RTK CORS测量CGCS2000大地坐标及其高程信息与测区附近的85高程水准点的高程信息进行转换获得。

2.2.2 寻找85高程水准点及其坐标和高程信息

通过当地测绘部门找到拟营造红树林立地滩面(待测区)附近的任意1～3个(点越多，可靠性越强)85高程水准点及其坐标和高程信息。

2.2.3 测量85高程水准点的CGCS2000大地坐标及其高程

在待测的任意1～3个85高程水准点上，采用网络RTK的CORS测量的CGCS2000大地坐标和高程信息。

2.2.4 计算2000大地高程与85高程的异常值

把以上测量的CGCS2000大地高程信息与已知的85高程水准点的高程信息进行比较，计算其差值的平均数则为该地的CGCS2000大地与85高程的异常值。

2.3 拟造林地的CGCS2000大地高程测量和宜林地界线确定

在获取拟造林地的平均海水面85高程数据后，采用网络RTK的CORS，或大疆经纬M300RTK无人机，对拟造林地的CGCS2000大地高程和相对高程进行测量并找出拟造林地的平均海水面高程位置，同时以该位置为基准点，按等高线测量绘制出该拟造林地的宜林地界线。换言之，该宜林地界线之上潮间带滩涂均为适宜红树林的造林地。

3 结果应用与分析

根据上述方法，通过当地测绘部门可以找到拟造林地附近水准点的85高程信息，并对该点进行测量，可以获得该点的85高程(正常高)与2000大地高程的异常值。据笋克勤[7]和刘克修等[8]介绍，平均潮位高程就是平均海水面高程，因此，应用附近验潮站潮汐表的平均潮位高程对照拟造林地潮间带滩面85高程，可以测量计算拟造林地滩面的平均海水面高程临界线和潮水退干时间、时长及其日变化情况等，并以此来测量该地的宜林面积。

3.1 实例一

实例一的验证地点位于硇洲岛(北港)验潮站附近的“湛江红树林国际重要湿地保护修复项目”地。

(1)获取85高程与2000大地高程的异常值。 该验证地附近水准点的85高程(B85)为1.805 m。应用上述方法，采用RTK接收CORS账号测量获得该点的CGCS2000大地高程(B2000)为-13.10 m。根据公式：ζB=HB-hB，计算获得该点(B点)的85高程(正常高)与2000大地高程的异常值为14.905 m。

(2)平均海水面的潮水退干时间。查看距离最近的硇洲岛(北港)验潮站的潮汐表[13](图1)计算可知，自2022年5月31日至6月21日的22 d，平均海水面的85高程为180.5 cm(若有对应验潮站的平均海水面高程则可直接引用)，该地在此高程以上平均每天潮水退干时间为13.0 h。

(3)平均海水面的潮水退干时长及其日变化情况。 查看硇洲岛(北港)验潮站实时潮汐表[13]，获得该地每天在平均海水面高程以上的潮水退干时间、时长及其日变化情况(图2)。

(4)平均海水面以上适宜营造红树林的面积。 应用高程异常值14.905 m，采用大疆经纬M300RTK无人机测量相对高程并换算为85高程后，绘图计算获得“湛江红树林国际重要湿地保护修复项目”中的一块拟造林地在平均海水面85高程180.5 cm(适宜营造红树林界线)以上的潮间带，其滩涂面积为8.5333 hm2。

3.2 实例二

实例二的验证地点位于湛江港验潮站附近的潮间带湿地滩涂拟营造红树林的林地。

(1)获取85高程与2000大地高程的异常值。 该验证地附近水准点的85高程(B85)为2.066 m。应用上述方法，采用RTK接收CORS账号测量获得该点的CGCS 2000大地高程(B2000)为-13.06 m。根据公式：ζB=HB-hB，计算获得该点(B点)的85高程(正常高)与2000大地高程的异常值为15.126 m。

(2)平均海水面的潮水退干时间。 查看距离最近的湛江港验潮站的潮汐表[13](图3)计算可知，自2022年5月15日至2022年6月5日的22 d，平均海水面高程为85高程207.6 cm，该地在此高程以上平均每天潮水退干时间为12.5 h。

(3)平均海水面的潮水退干时长及其日变化情况。 查看湛江港验潮站实时潮汐表[13]，获得该地块每天在平均海水面高程以上的潮水退干时间、时长及其日变化情况(图3)。

图3 2022年5月20日湛江港潮汐表示意

(4)平均海水面以上适宜营造红树林的面积。 应用高程异常值207.6 cm，采用大疆经纬M300RTK无人机测量相对高程并换算为85高程后，通过绘图计算获得上述地块拟造林地(适宜营造红树林界线以上)的潮间带滩涂面积为5.5113 hm2。

3.2 两个实例的应用结果分析

(1)两个实例的平均海水面高程差异较大及其原因。 虽然，硇洲岛(北港)验潮站与湛江港验潮站直线相距仅60 km，但是，硇洲岛(北港)验潮站的平均海水面高程比湛江港验潮站低了0.271 m。导致这一现象的原因，主要为硇洲岛(北港)验潮站位于相对比较开阔的洋面边缘上，而湛江港验潮站则位于相对比较狭窄的内海湾边缘上所造成的。这一结果明确提示，今后使用这一技术时，待测的拟造林地距离验潮站越近，其结果越准确，尤其在洋面狭长、宽度又窄的内海湾与洋面较开阔短浅海湾的差距会更大。这一结果与韩志远等[14]和章卫胜等[15]的研究结果相似。

(2)经测量转换的海水面85高程与验潮站的海水面高程差异不大。 海水面高程在正常气象状况下的海水面高程差异较小，在正常平稳的天气情况下，天文潮潮位与实测潮位相差并不明显[16]，所以，该实测验证工作均在正常气象状况下进行。

对实例一的实测验证于2022年5月15日14:00～17:00进行，经4次对林地海水面实测，其结果为林地的海水面85高程与验潮站的海水面高程差异不大，达到了许永伦等测点高程准确到0.1 m的要求[17]。对实例二的实测验证于2022年6月10日12:00～15:00进行，经4次对林地海水面的实测，也得到了类似的结果(表1)。

4 结论

4.1 与现有技术相比，该技术方案具有下列优点

(1)与人工实测相比，该技术方案操作更简便，工作效率更高，实用性更强，安全性更好。

(2)与直接参照附近验潮站的潮汐表直接估测的结果相比，因该技术方案准确测量了CGCS2000大地高程并换算成85高程，能够更准确应用附近验潮站的潮汐表查出平均海水面高程和潮水退干时间、时长及其日变化情况，因此对宜林地的界定更为准确。

(3)与按经验法以现林缘立地滩面为基准点，凡低于20 cm以上的地方可视为红树林宜林地的结果相比，科学性更强，而且可与其他科学数据进行比较，尤其能在没有红树林的潮间带立地滩涂上使用。

表1 林地实测海水面与验潮站海水面的高程差异比较

4.2 实践证明，该技术方案可在生产上参照应用

经2个实例的验证，在风速3.4～7.9 m/s、浪高0.3～0.5 m的条件下，应用该技术方案测定的85高程与验潮站的海水面高程误差在0.1 m以下。但是，两个实例验潮站的平均海水面高程差异达0.271 m，究其因主要是由洋面狭长、宽度又窄的内海湾(湛江港)与洋面较开阔短浅的海湾(硇洲岛(北港))的区位所造成的。这一结果表明:今后使用这一技术时，待测的拟造林地距离验潮站越近，其结果越准确。尽管如此，综合判断认为该技术方案的科学性较强，可操作性较好，可以在生产上参照应用。