水准测量技术在验潮站中的应用

林 航

福建省海洋预报台，福建福州 350003

水准测量又名“几何水准测量”，是高程控制测量的主要方法，水准测量精度高，不受地形条件限制，作业简单易学，是高程测量的主要组成部分。水准测量是用水准仪和水准尺测定地面上两点间高差的方法。在地面两点间安置水准仪，观测竖立在两点上的水准标尺，按尺上读数推算两点间的高差。通常由水准原点或任一已知高程点出发，沿选定的水准路线逐站测定各点的高程。

验潮站又称潮位站，为了解当地海水潮汐变化的规律而设置的，能有效地监测着我国沿海的潮位变化， 在国防、经济建设、灾害预警和科学研究中发挥着巨大的作用。通过水准测量潮汐观测数据才能转换为国家标准高程，也只有通过定期水准测量，才能保证潮位数据的准确性与可用性，为此，水准测量在验潮站中至关重要。

笔者结合验潮的水准复测工作，介绍了水准测量在验潮站中的应用，并提出一些建议及注意事项。

1 验潮站的水准系统要求

验潮站水准系统由基本水准点、校核水准点、水尺零点及井内水尺指针这四部分构成，通过水准测量建立验潮站国家标准的高程关系。

《海滨观测规范》要求：验潮站应在适当位置设置一个基本水准点和一至两个校核水准点。基本水准点是潮位站永久性的高程控制点。校核水准点是用于引测和检查水尺零点、读数指针高程的水准点[1]。水准点设置必须按国家水准点设置要求所设立， 由验潮站长期保存、专用的水准点。考虑到基本水准点存在被破坏的可能，最好在站点附近设置二个基本水准点。

水尺零点是验潮站潮位升降的起算面， 它与该站的“测站基面”、“验潮零点”或“潮高基准面”往往是同义的。为了潮位资料的连续性和可对比性， 当水位零点确定后， 一般均不作改动。所以对长期站来说， 水位零点确定的合理与否，直接与平均海平面、工程基准面、风暴潮研究和海陆之间的相对高程的转换等有关[2]。

按《海洋站水准连测技术规程》要求：岸基验潮的基本水准点、校核水准点及水尺零点测量要求至少按二等水准测量要求与国家水准高程系统进行连测，其中水准测量的引据点等级应不低于国家二等水准点。

基本水准点与校准水准点启用后每年应复测一次，两年后若没有发现高程变动，基本水准点每隔四年复测一次，校准水准点每个二年复测一次。水尺零点与指针高程每隔半年复测一次[1]。

2 验潮站水准测量实施

结合验潮站水准复测工作，主要是针对基本水准点及校准水准点的水准测量，将验潮站水准测量方案做简要介绍，具体内容包括：设计书编制、资料收集和分析、已有控制点找寻、控制点选埋、仪器测试、外业施测、成果资料整理、质量检查、编写总结和提交资料，各部分具体内容如下。

1）编制水准测量设计书，内容需要包括项目情况说明、作业区自然地理概况和已有资料情况、作业依据、设计方案、水准测量、数据处理、上交资料内容及质量控制等。

2）资料收集和分析，主要资料包括：覆盖测区的1:10000地形图和交通图；测区内及周边的控制点资料；上次施测的验潮站水准数据、沿线水准点和水准路线资料。

3）已有控制点找寻。所有参与连测的控制点（包括验潮站设置的基本水准点）应进行普查，确认点位保存情况，以供设计和作业选用。需要普查的控制点根据验潮站水准复测的线路进行选取，其中引据控制点应采用国家一等或二等水准网内具有最新测量成果的水准点，引据点等级不低于国家二等水准点[3]。

控制点找到后，还应认真核对标石铸字，查看标石、标志完好情况，查看标石是否有错位现象，确定是否被动过。须测定大地坐标(WGS 84)两次，两次互差不大于0.5″，取中数采用，记录取位到0.1″，并保留成果备查。按照规定将正确点位标在相应比例尺地图上。

实地点位清理及记录完成后，进行拍照工作。照片应拍两张，一张为标志全景照片，另一张为标石面照片。根据测量标志普查情况填绘点之记。

4）水准点选埋。水准点点位选择遵循规范规定，根据实地情况进行，路线水准点之间距3～10km。选点原则如下：（1）有坚固建筑物（房屋、纪念碑、塔、桥基等）和坚固石崖处，可埋设墙脚水准标志；（2）水准点宜选在路线附近的政府机关、学校、公园内；（3）水准路线经过的若存在已有其它路线的各等级水准标石和平面控制点标石在确认稳定牢固的，均可以利用。

但在下列地点，不适宜选埋水准点：

（1）易受水淹或地下水位较高的地点；（2）易发生土崩、滑坡、沉陷、隆起等地面局部变形的地点；（3）路堤、河堤、冲积层河岸及地下水位变化较大的地点；（4）道路上填方的地段，距铁路50m、距公路30m（普通水准点除外）以内或其它受剧烈震动的地点；（5）不坚固或准备拆修的建筑物上；（6）短期内将因修建而可能毁掉标石或不便于观测、使用的地点。

补埋和新埋设的水准点按照普通水准点标石埋设。埋设原则如下：

（1）水准点埋石前，应对普查的水准路线进行认真核对，确定需补埋设点的数量，点位应能尽量接收GPS信号，以确定水准点坐标。（2）每个验潮站在验潮室外或栈桥上及周边100m选定一处埋设水准点；套合已有点位的，不超过验潮室200m；在500m内在选定一处埋设水准点，该两个水准点为基本水准点。（3）每条路线埋石结束后，应对水准线路进行整理，绘出完整的水准线路图。

5）仪器测试。用于水准测量的数字水准仪、电磁波测距仪、钢卷尺必须送国家计量部门认可的仪器检定单位检定，检验合格后在有效期限内使用。在使用过程中如发现仪器有异常情况，应重新送检。

用于水准测量的数字水准仪配套水准标尺，必须送国家计量部门认可的仪器检定单位检定，检验合格后在有效期限内使用。在使用过程中如标尺碰撞、变形或出现异常情况，应重新送检。观测工作期间，应经常检校标尺上的圆水准器。

6）外业施测。水准观测基本要求：（1）水准标石埋设后，为确保新埋标石在观测时的稳定，所有水准点应经过一个沉降期(不少于1个月)方能进行观测；（2）观测前30min，应将仪器置于露天阴影下，是仪器与外界气温趋于一致；设站是，应用测伞遮蔽阳光；迁站时，应罩以仪器罩。使用数字水准仪前，应进行预热，预热不少于20次单次测量；（3）对气泡式水准仪，观测前应测出倾斜螺旋的置平零点，并作标记，随着气温变化，应随时调整零点位置；（4）在连续各测站上安置水准仪的三脚架时，应使其中两脚与水准线路的方向平行，而第三脚轮换置于路线方向的左侧与右侧；（5）除线路转弯处，每一测站上仪器与前后视标尺的三个位置，应接近一条直线；（6）不应为了增加读数，而把尺桩(台)安置在壕坑中；（7）转动仪器的倾斜螺旋和测微鼓时，其最后旋转方向，均应为旋进；（8）每一测段的往测与返测，其测站数均为偶数。由往测转向返测时，两根标尺应互换位置，并应重新安置仪器；（9）在高差较大的地方，应选用长度稳定、标尺名义米长偏差较小的水准标尺作业；（10）数字水准仪应避免望远镜直接对向太阳；尽量避免视线被遮挡，遮挡不要超过标尺在望远镜中截长的20%；仪器只能在厂方规定的温度范围内工作；确信震动源造成的震动消失后，才能启动测量键。

水准观测程序和步骤:

二等水准观测：往、返测时，奇数站照准标尺顺序为：“后、前、前、后”；往、返测时偶数站照准标尺顺序为：“前、后、后、前”。

三等水准观测：采用中丝读数法进行往返测。

7）成果资料整理。水准观测外业数据采集工作结束后，需对各种资料进行整理。外业期间属于手工记录的原始资料，不得有连环涂改、就字改字、转抄出现。

水准观测资料以路线为单位整理，内容包括封面、质量检查验收登记表、目录、重要问题记载表、仪器登记表、仪器检查资料、水准路线观测记录表、水准观测路线图、结点接测图、检测手簿、观测手簿、下半段尺顶高程观测手簿、参考站观测墩丈量记录、水准测量野外高差及概略高程表、水准外业观测拼环计算及观测精度统计、水准点点位说明、记事用纸。

8）质量检查：（1）观测仪器设备按照设计书及相关规范要求进行检验检定，各项指标合格；（2）原始观测数据；（3）观测数据的观测质量等满足设计书要求；（4）测量手簿按要求填写，填写正确；（5）按照设计书要求整理资料格式。

9）技术总结：技术总结是在水准测量任务完成后，对技术设计书和技术标准执行情况、技术方案、作业方法、完成质量及主要问题的处理分析等进行总结[4]。

10）提交资料。提交的水准测量结果资料应包括水准路线图、控制点点之记、点位说明、控制点普查照片、水准点标石建造照片、水准路线观测原始数据、水准观测资料、平差计算报告、平差计算过程数据、成果表、专业技术设计书、工作报告(含技术总结)、质量检查报告（或成果验收报告）。

3 水准测量在验潮站中的重要性

每个验潮站都要确定一个验潮站零点，作为本站各水尺或验潮仪的统一潮位假定起算零点，才能保证潮位资料的连续性和可对比性。为了确定水尺零点及验潮站超高基准面，必须通过与基本及校核水准点水准测量才能确定，可见水准测量对潮位站工作是至关重要的，同时要潮位资料的准确性及可靠性必须按规范要求定期对验潮站水准系统（包括水尺零点等）进行复测，否则，将会对潮位资料的准确性产生影响，

笔者就遇到两件因水准问题，导致对潮位数据影响的情况，一件是所管理的验潮站年平均海平面高程与临近其他部门验潮站同期年平均海平面出入较大问题，经对观测的潮汐数据进行检查也没有问题，最后判断可能是水准点的问题。经由测量资质单位对这两个邻近站基本和校核水准点进行复测，发现造成差异的原因为邻近站水准点多年没有复测，水准数据有误，将两个站水准点数据调整一致后，站点的同期年平均海平面就一致。另一件是通过定期水准测量后发现所管的连江青屿验潮站基本水准点与校核水准点高程均整体下降约2.5cm，经对该对水准测量过程进行检查判断无误后，初步判断是临近垦区大面积填海造成的，可见，验潮站水准测量如果仅对校核水准点进行定期复测，而基本水准点等其他部分不进行测量，也会对潮位资料准确性产生影响，为此按规范定期水准测量对验潮站至关重要。

4 结论

为保证验潮站资料可用性及准确性，除了基本的水尺校核和设备保障外，按规范要求定期对验潮站水准系统进行水准测量至关重要。

[1]国家海洋局.GB/T14914-2006，海滨观测规范[S].北京：中国标准出版社，2006.

[2]朱志恩.验潮站的布设和潮位资料应用中若干问题的初步探讨[J].东海海洋，1997，15（4）：12-18.

[3]国家海洋局.海洋站水准连测技术规程.

[4]国家测绘局.GB 12897-2006，国家一、二等水准测量规范[S].北京：中国标准出版社.