水位资料考证及水位订正方法浅析

赵邦栋 孟令鹏 邱福琼

（作者单位：1. 江苏省水文水资源勘测局泰州分局 225300 2. 江苏省水文水资源勘测局宿迁分局 223600）

在整编水位资料时，要对测站采用基面和水准点进行考证，以保证水位资料基础性作用不受影响。目前，水位资料考证问题还比较突出，考证方法离标准化要求还存在一定差距。为配合水文测站技术标准化工作，本文将通过系统归纳对分类考证技术进行总结，并对水位考证发现系统问题后开展水位订正作简要举例说明。

一、相关概念

1.绝对基面、冻结基面

基面是高程测量起始面，也是水位起算面。水文测站使用基面分绝对基面和冻结基面两种。绝对基面是以某濒海测站平均海面为基准并将其高程人为规定为零的水准面，一般根据验潮站潮位资料分析确定且由一水准原点绝对高程标定。在我国绝对基面比较多，其中“废黄河口”基面出现早，“56 黄海”基面是第一个全国统一使用的绝对基面，“85 基准”基面是更新后的全国统一绝对基面。绝对基面确定后位置不应再变，但远离水准原点地区的国家水准点高程是通过水准网联测、平差而定，当中许多因素影响确定水准点高程，综合因素具有随机性，会形成偶然误差。而冻结基面则是测站首次观测水位使用的基面，只是将其固定下来，供以后长期使用。冻结基面关键在冻结，主要强调稳定。

2.基面改正数、考证原则

冻结基面与绝对基面间的变换由基面改正数来实现。如测站附近有国家水准点，经过水准接测，可确定该站基本水准点绝对高程，它与基本点冻结高程关系是：

基面改正数指明了冻结基面与绝对基面之间的相对距离。绝对基面位置受到高程系统维护、更新影响，存在偶然误差，在每次国家高程系统复测平差后，通过水准接测，基面改正数也会基于偶然误差随着变动，以体现绝对基面位置精度的提高。

测站采用冻结基面与绝对基面计量水位，能够使得水位数据从不同角度满足资料统一性要求。单站水位观测记载要求体现水位序列的连续特征；而在某一区域范围内，各站水位相互对比时，绝对基面的应用必须保持一致。连续性与一致性，便是考证应当遵循的两个基本原则。

二、分类考证法

测站一般采用多个绝对基面，分类考证法要求绝对基面换算关系明确，据此方能对测站原有的基面改正数逐一进行验算进而重新计算。

1.绝对基面换算关系

老旧水准点所在高程系统一直未更新，现在引据点仅有“85 基准”高程，考察基本水准点高程变化，应设法找到新旧绝对基面间的换算关系。

“85 基准”与“56 黄海”这两种基面均标注在同一水准原点上，关系明了。而其他绝对基面与它们之间还缺乏统一联测，但从测绘部门公布的里下河地区部分三等水准成果中，可分析确实兴化站所在区域三种基面高程换算关系如下：

2.基面改正数检验

一个测站只有一个冻结基面，因有多个绝对基面，便有多个基面改正数。比较同一水准点不同绝对高程差值与对应基面换算值，可检验基面改正数。

经过比较，兴化各站“废黄河口”与“56 黄海”基面距离均在基面差0.143m 附近，且变幅小。但是与“85基准”基面改正数相比发现4 个站基面距离偏差较大，如唐子站，基面距离与换算值相差超过0.10m，难以用一般误差解释。

3.基面改正数分析

考证基面改正数，除采用最新且有效的水准成果计算基本水准点绝对高程外，主要是根据考证时所面临的实际情况分类确定冻结高程。为说明问题，可将基面改正数分解成“面差”和“误差”两项。“面差”表明绝对基面与冻结基面距离，解决建站初期使用假定基面合理性问题；“误差”则是高程系统在复测平差后绝对高程微调。

通过分项可以区分基本点自身变动与国家水准网更新所形成的不同影响。确定基本点冻结高程应无外乎四类情形：

情形一：测站基本点未变动且高程系统未更新。显然，基本水准点高程与基面改正数毋须变更。

情形二：仅有基本点自身变动。“面差”与“误差”均不受影响，基面改正数保持不变，用“新测绝对高程-基面改正数”重算基本点冻结高程。

情形三：仅是更新了高程系统。此时，“误差”应跟着微调，但“面差”不动，基本点冻结高程不变，采用“新测绝对高程-冻结高程”重算基面改正数。有些地区不做微调，忽略精度提高。如调整幅度较大，可能意味着基本点已经变动，基本点有无明显变动的判别标准宜以水准复测结果有无超限为准。

情形四：基本点发生变动，高程系统亦产生更新。应对比基本点变动幅度与复测平差误差，着重主导因素，忽略次要因素。如基本点变动幅度大于测量误差，归于二类；反之则归于三类。不提倡叠加处理。

表1 基本点绝对高程计算表

表2 基本点冻结高程计算表

表3 基面改正数计算表

三、水位考证举例

兴化站区位于苏北里下河，共有7 个基本站，因前期考证欠妥，水系上下游关系有些错乱。

1.考证面临问题

兴化各站考证面临的主要问题有：（1）地面不均匀沉降，基本点高程不同程度变小；（2）老旧引据点无新高程数据，下沉量一步难求；（3）部分站“85基准”基面改正数需重算。但已具备有效考证必要条件：引据点均有最新“85 基准”高程且水准成果可信。

2.绝对高程同步与冻结高程修正

兴化各站基本点随地面沉降已明显变动，高程系统已更新，基本点冻结高程计算对应第四类情形，水准点变动幅度大从而忽略复测平差精度提高。由水准成果求得基本点“85 基准”高程，再换算出旧基面高程，与原测高程同列于表1。用基本点同一基面原测高程减去新测高程可计算基本点下沉量，以此修正冻结高程如表2。

3.基面改正数计算

兴化各站基本点高程确定后，应用（1）式可重算基面改正数，如表3。对比新旧“85 基准”基面改正数，有4站相差0.020m以上，现已统一改用新值。

四、水位订正举例

基本水准点是测站水位观测的依据，水位考证后，应确定基本点错误高程影响范围，按照其高程变化特点，合理订正受影响的水位数据。

1.订正思路

经过考证，兴化各站基面改正数及基本点冻结高程均已修正。订正近期水位，常态水流下，上下游关系基本理顺。但为保证水位序列正确与连续，有必要对往年水位数据提出合理、可行的订正方案。

水位订正主要依赖基本水准点高程变化过程，在探求订正方案时，需要依据此过程的变化特征划分时间段，分别拟定水位订正方法。

不过在兴化境内，地面沉降现象发展过程大体一致，且地质结构差异不明显，方案可做些简化，所以兴化7 个测站可统一订正时间段的划分。

2.时段划分

经调查，兴化地下水开发利用主要出现在二十世纪八、九十年代。此后，规模逐步得到控制，至本世纪初，新增井很少，地面下沉趋于平稳。

对比部分国家水准点不同时期高程数据易发现：兴化境内地面沉降现象仅发生于二十世纪八、九十年代（代表时间节点为1991年）至本世纪初（2005年）这段时间，因此受影响的水位则可按以下时段订正：1991年以前，地下水未开采，地面未沉降；1991～2005年，随着地下水开发利用，地面缓慢沉降；2006年以后，地面稳定，不再沉降。

3.历年水位订正量计算

确定一测站某一年水位订正量，要计算该站基本点在这一年内高程变动（下沉量）均值，然后再加上前期高程累计变化量。

计算各站水位订正量依靠基本点下沉量，但有些站基本点不止1 个且下沉不一，在选用基本点时需明确要求：首先应保存完好且一直在用；其次是存续时间长，其跨度能包含地面下沉阶段。

按照地面沉降特征，对应三个时段，可拟出兴化各站历年水位订正方案：1991年前，因地面未沉降，故水位不订正；1991～2005 共15年，地面缓慢沉降，基本点高程随着地面沉降近似呈线性变化（缺乏细化依据，且过分细化无实际意义），首年即1991年水位订正量取基本点下沉量1/30，以体现该年份内沉降变化的平均水平（年中沉降量），1992年起订正量逐年增加1/15，直至2005年；2006年以后，地面稳定，取基本点下沉量作为每年水位订正量。

五、结语

水位资料考证时，只要理清概念，掌握原则，将工作重点放在分析、计算基面改正数上，仔细区分四类情形，考证工作就会取得较好成效。水位订正是一项必不可少的工作，要提高水位订正精度，还应从广泛收集资料、弄清楚影响因素、分析水位特殊变化过程等方面开展工作■