喀什地区水文测站基本水准点校测与引测探讨

李志峰

(新疆喀什水文勘测局，新疆 喀什 844000)

水文测站最为重要的水准点为基本水准点，其他水准测量成果均需要以水文站基本水准点作为原始的引测点[1]。近些年来，水文测站基本水准点和引剧水准点由于人类活动影响被破坏的影响逐年增多，使得许多水文测站需要对引剧水准点进行更换和基本水准点的增加和布设[2]。而原有基本水准点的考证、校测以及新基本水准点重新布设高程采用等问题，亟待解决[3]。在这些问题中[4-6]，较为突出的两类问题分别为冻结基面和沉降影响的高程误差。水文测站沉降使得引剧点进行水准测量存在较为误差，主要表现为随着沉降值不断累积，若不进行水准点重新引测，将会使得断面测量水位出现虚高现象[7]。不均匀沉降使得不同水文站产生不同的水位失真度，水位出现虚高的同时还是得上下游水位出现相互矛盾的现象[8]。冻结基面是水文站第一次冻结的水准测量面，绝对基面与冻结基面之间的高程差称作为“冻结差”[9]。目前，喀什地区水文测站85国家基准高程作为绝对基面，而随着地面沉降的影响，“冻结差”有所增大，使得冻结基面失去了原有的价值，需要在“冻结差”允许范围内进行水位值修订，满足水文分析计算的需求[10]。近些年来，喀什地区一些水文站由于测验断面迁移和人类活动的影响，需要对水文测站基本水准点进行重新校测和引测，为此结合工作实际，以库鲁克栏杆水文测站基本水准点校测和引测中的相关问题进行探讨分析，为其他水文工作者提供借鉴。

1 水准点校测与引测误差控制分析

1.1 仪器误差

(1)在进行校测与引测前虽然对水准仪进行校准，但由于残余误差影响使得水准仪汽包居中，使得水准仪水准轴产生偏移，造成数据的读取误差。一般视距长度与观测误差成正比。通过前后视距相等和前后视距总和消除两种方法进行误差控制。在实际误差控制中采用前后视距相等方法的关键在于操作人员，通过立尺可以解决此类误差，且该方法简单易行，而前后视距总和消除方法操作较为繁琐，不建议使用。

(2)一般选用尺长和刻画误差较小的标尺作为基本水准点校测与引测的水准测量标尺，为标尺的零误差进行消除，可以在相同水准观测段内间两根水准尺进行交替使用，并把水文站水准观测段数目设置为偶数，相互抵消两个水尺的高程差。同时可降低标尺长度和误差刻画的影响。

1.2 观测误差

(1)水准汽包未居中误差使得水准仪望远镜视准轴产生倾斜，造成数据的读取误差，水准管灵敏度与数据观测误差具有较大的相关性，读数误差与水准管的划分值τ成正比相关，误差范围一般在±0.15τ，误差计算方程为：

mτ=±0.15τL/2ρ″

(1)

式中：m表示为水准管到水尺距离(m)；τ为水准管的划分刻度值，喀什地区一般取值为20″；L为水准器划分刻度值(mm)；ρ″表示为角度转换系数，取值为206265″。

水准管划分值和视线值通常为20″和75 m，ρ″=206 265″，因此mτ=0.5 mm。因此严格对中水准管汽包后，并限值视线长度就可有效消除此类观测误差。常规允许视线长度、前后视差以及水准仪重复次数见表1。

表1 允许视线长度、前后视差以及水准仪重复次数

视差影响。尺像当存在视差时不能重合十字丝平面，读数不同观测位置不同，使得读数出现误差，因此每次进行水准仪进行读数时，需要对物镜进行仔细对光，对时差进行消除。

水尺倾斜误差。水准尺若向左或向右有所倾斜，可通过水准镜进行视线误差的纠正，倾斜的角度越大，读数影响程度越高。因此在进行水准点校测与引测一定要完成立尺的准确布设工作，使得水尺保持铅直方立，采用摇尺方法使得圆水尺汽泡保持居中，在水尺底部进行读数，上部视线逐步相后移动，对水尺的最小读数进行读取，当测量地面坡度较高时，应将水尺注意扶直，并对最大读数进行限制，转点位置需要重点关注。

1.3 外部条件影响

仪器下沉。当观测前视和后视读数出现较大偏差时表明仪器出现下沉，前视读数减小使得高程的误差值增加。为降低仪器下沉的影响，可采用对仪器高差进行变更和双面水尺读数的方法，首先先对水尺后视读数进行读取后再对后视读数进行读取，其次对前视读数进行读取再对前视读数进行读取，对两次高差进行平均值计算就可对仪器下沉影响的水尺读数误差进行消除。

水准尺下沉。水准仪在迁移过程中转点发生下沉，使得水尺前后视读数加大，若采取重复观测方式，第一次观测高差增加，第二次高差减少，因此需要对两次的高差进行平均值的处理，可降低水准尺下沉对读数误差的影响。应用尺垫是最为有效的方式，放置尺垫在转点位置，并压实尺垫，可以避免观测过程中水准尺的下沉产生的读数误差影响。

2 精度评定方法

按照水文测量规范要求，对不同等级下水文站基本水准点校测与引测的水准仪观测精度进行分析，不同等级水准仪观测限制差见表2，并对往返测量高差不符合值、环线闭合差限值进行了要求，见表3。

表2 不同等级水准仪观测限制差

表3 往返测量高差不符合值、环线闭合差限值

在进行测量精度评定时，若观测水文站水准观测超过限值时，应进行重新测量。若水文站迁移后发现超过水准观测的限值后，则需要从基本水准点或者符合限差所设置的间歇点进行重新测量。在进行水文站基本水准点校测和引测市，需要每天对水准仪气泡进行校验。若水准仪在观测作业居中气泡较为稳定，则每隔15天进行校准一次即可。在进行水准观测时，对三角架宜使两脚与水准路线保持平行，在引测路线拐弯处，每个测点上仪器和前后视标尺的3个位置，应接近同一条直线。采用同一个水准仪进行测量时，进行三、四等水准测量时，不需要进行两次调焦，五等水准测量时不需要进行两次调焦，在转动水准仪倾斜螺旋和测微鼓时，其最后的旋转方向应为旋进。使用自动安平水准仪时，相邻仪器站应交替对准前后视调平仪器。每一段往返复测，其仪器站数应设置为偶数，由往测转向返测时，两标尺应互换前后站位置，并重新对仪器进行安置。工作间歇时，应选择两个坚实可靠的固定点作为间歇点，间歇后进行检测，检测精度需要符合表2中的指标要求。

3 实例分析

3.1 站点概况

库鲁克栏杆水文站位于叶尔羌河流域，为国家基本水文站，站点位于叶尔羌河上游干流，水文站以上集水面积为32 880 km2，水文站由于观测需要向下游迁移1.5 km建立新的观测断面，水位采用直立式钢板水尺进行观测，库鲁克栏杆水文站所在测验河道较为顺直，水面宽度约为150 m，大暴雨主要出现在7月中旬至8月上旬。水文站高程为2 000 m，最大年降水量出现在1998年为178 mm，最小降水量出现在1961年，为48.3 mm。区域暴雨洪水陡涨陡落，全年60%～80%的水量主要集中在夏季的6-8月份。

3.2 基准点校测与引测结果

由于水文站的迁移，需要重新进行基准点的校测与引测，库鲁克栏杆水文站基本水准点作为其他水准成果的原始引测点具有十分重要的作用，库鲁克栏杆水文站一般设置3个以上的基准点进行相互之间的联测，在进行库鲁克栏杆水文站基准点的增设和引测时一般需要保持其冻结基面的稳定性，而由于引剧水准点的布设原因，库鲁克栏杆水文站基本水准点和引剧水准点距离相对较远，设站时原有水准测量河基准点引测之间存在测量偶然误差，而此类误差只要在测量允许范围内测量成果就可以被采用，但由于不同测量误差使得新旧水准测量存在一定的差异，新的测量成果被直接采用会造成一定的系统误差，在进行库鲁克栏杆水文站基准点校测校核和连测时，测量允许误差由于距离较近会出现超过误差限制的情况，这就会使得新基准点无法使用的问题，本文以库鲁克栏杆水文站水准测量成果进行举例说明。

在表4中原始基准点位于基1和基2，本次引测从引剧水准点进行，原测高程和新测高程之间的差值均小于测量允许误差(见表3)，原测高程依旧采用水准点高程。新增基本水准点为基3，测量闭合误差低于误差允许值，表明库鲁克栏杆水文站水准测量成果满足精度要求，测量成果可以被采用，按照水文测量惯例，库鲁克栏杆水文站基准点高程宜采用2 000 m。当基准点3进行第一个点校测时，其校测高程与原始高程之间的差值低于20 m，第一个校测点具有变动的高程，同时采用基准点1进行校测，高程差低于5 m，通过对库鲁克栏杆水文站考证，采用新的原始基本水准点进行校测，得到两种测量结果，产生这种情况的原因在于基本水准点和引剧水准点在不同水准测量中存在误差，要减低此类误差的一种有效方式是进行基准点的多次测量，对测量结果进行平均值的计算。此外在进行新增水准点的高差平差时首选需要保持冻结基面的稳定不变，再将新增基准点和原始基准点进行平差处理，通过误差修正则为此采用的测量成果，水准点距离较近时可以直接进行平差改正的处理，提高测量成果的精度。

表4 库鲁克栏杆水文站基准点校测与引测结果

4 结语

(1)使用自动安平水准仪时，相邻仪器站应交替对准前后视调平仪器。每一段往返复测，其仪器站数应设置为偶数，由往测转向返测时，两标尺应互换前后站位置，并重新对仪器进行安置。

(2)在进行水文站新增基本水准点的高差平差时首选需要保持冻结基面的稳定不变，再将新增基准点和原始基准点进行平差处理，通过误差修正则为此采用的测量成果；

(3)库鲁克栏杆水文站基本水准点和引剧水准点距离相对较远，设站时原有水准测量河基准点引测之间存在测量偶然误差，而此类误差只要在测量允许范围内测量成果就可以被采用。