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浙江测绘 2 0 1 2年 第 4期 9 浅谈当地理论最低潮面与 8 5国家高程基准面之间关系的推算 陈正荣 陈浩 ( 宁波上航测绘有限公司， 宁波3 1 5 2 0 0 ) 摘 要 ： 通过 对区域 内多个潮位 站进行 潮位观 测， 计算理论深度基准面 。 从而推算 出-3地理论深度基 准面与 1 9 8 5国家高程基准 面之 间的关 系， 为工程 生产提供科 学依据 。 关键词 ： 海洋测绘 ； 理论最低潮 面； 1 9 8 5国家高程基准 ； 基准 面间关 系 1 前 言 宁波市域海洋测绘水下地形测量和深水调查试 生 产( 二标 段 )测 量项 目测 区位 于东 经 1 2 0 。 5 2 l 1 2 2 ” 一 1 2 1 。 3 4 1 5 5 6 ” 北 纬 3 0 。 1 O 3 7 7 0 ” 3 O 。 2 7 3 9 6 7 ” ，测 区往 大陆一侧测 至 1 9 8 5国家高程基准 ( 二期 ) O米处 ( 遇人工堤坝或岩石陡崖时则完整测 绘至人工堤坝或岩石陡崖) ，面积约 4 7 0平方公里 ， 测量及成图比例为 1 ： 2 5 0 0 0 。 该项 目具有测区覆盖面 积大、 东西跨度大、 潮汐落差大、 流速急等特点 ， 如按 规范要求布设临时验潮站对水下地形测量 的水位进 行控制会存在一定的困难 。为了确保本项 目水下地 形测量水位控制的精度及理论深度基准面测量成果 的可靠 本 文从工程实际出发 。 详细论述了在大区域 内小 比例尺水下地形测量项 目中如何科学合理地布 设临时验潮站。以及如何推算各临时验潮站点理论 深度基准面与 1 9 8 5国家高程基准面之间的关系， 所 述方法对工程的实施起到了指导作用。 2 潮位观 测 2 1 水 位控 制技 术 要求 在水下地形测量中 测点的高程等于测点观测时 的同步水位高程减去同步水深， 而水位资料的精度又 取决于水位站的合理布设、水位站基面准确联测 、 水 位的准确观测、 水位的合理分带计算等环节 。 因此 ， 水 位资料的精度直接影响到水下地形资料的精度。 测区内的水位资料通过设立水位站来获取 。水 位站分为长期水位站 、 短期水位站 、 临时水位站和海 上定点水位站等。长期水位站是测区水位控制的基 础 ， 主要用于计算平均海平面 ， 一般有 2年以上连续 观测的水位资料 ：短期水位站则用于补充长期水位 站的不足 ，与长期水位站共 同推算确定测区的深度 基准面 。一般有 3 0天以上连续观测的水位资料 ： 临 时水位站主要在水深测量时设立，与长期站或短期 站在大潮期间同步观测水位 7天，其作用是用于深 度测量 时进行水位改正 ； 海上定点水位站 。 在大潮期 间f 良好 13 期) 与相关 长期站或短期站同步观测一次 或三次 2 4小时或连续观测 l 5天水位资料 。用于推 算平均海平面 、 深度基准面以及预报瞬时水位。 按规范要求 。本工程潮位站布设的密度能控制 全测区的潮汐变化 ，相邻潮位站之间的距离满足最 大潮高差小于 l m， 最大潮时差小于 2 h ， 潮汐性质基 本相 同。 对于潮时差和潮高差变化较大的海区 ， 增设 临时水位站 ，水位站布置的控制范围能涵盖整个测 区范 围 。 2 2水位 站选 址原 则 水位站的合理布设和准确观测 ，是保证水下地 形测量精度的关键工序之一。 按规范要求 ， 水位站选 址按如下原则 ： ( 1 ) 水尺或 自记水位仪前方无沙滩阻隔， 海水可 自由流通 低潮不干出 能充分反映当地海区潮汐情 况 的变化 。 ( 2 ) 水尺或 自记 水位仪设立在牢 固 、 不易受风 浪 、 急流冲击和船只碰撞等影响较小的地方 。 ( 3 ) 在水位站附近埋设牢 固的工作水准点和主 要水 准点各一个 ， 工作水准点埋设在水位站附近 。 便 于对水尺或 自记水位仪进行比测 。主要水准点埋设 在高潮线 以上 、 地质 比较坚固稳定 、 能长期保存 、 易 于进行水准联测的地方 ， 并与国家水准点进行联测。 2 3 水位站布置 根据本测区海域地形的情况 。为推算测区当地 理论最低潮面与 1 9 8 5国家高程基准面的关系 ， 收集 长期验潮站信息同时， 在测区布设 6个潮位站( 见表 1 ) 。其中黄沙码头 由于压力式潮位计 l O月 7日 1 3 1 O 浙江测绘 2 0 1 2年第 4期 日压力传感器受泥沙堵塞 ， 工作不正常 ， 其他时间段 黄沙码头潮位数据仅供参考 ，黄沙码头潮位数据不 作基面推算用 。 相关测区潮位采用笔架山潮位数据 。 潮位站坐标见表 1 ， 位置分布示意图见 图 1 。 表 1潮 位 站坐 标 序号 潮位站名称 WG S 8 4 B ( ” ) WG S 8 4 L ( O f it ) l 上虞港 3 0 1 2 3 9 5 1 2 0 5 2 4 8 3 2 CX 0 2 3 0 1 5 4 7 8 1 21 O O 2 6 8 3 海天一洲平台 3 0 2 7 4 5 1 5 l 2 l O 7 3 0 3 5 4 王盘 山 3 0 3 0 0 9 - 3 1 2 1 2 O 2 5 5 笔架 山 3 O 1 5 4 3 2 1 2 1 3 l 1 8 6 黄沙码头 3 0 1 3 1 7 4 8 1 2 1 3 l 1 8 2 4 水 位观 测 各临时水位站采用 自记水位仪观测 。具体详见 图 1 潮位站分布示意图 表 2 。 水位观测时 ， 观测时间全部满足测点高程计算 的时间段。 需要计算理论最低潮面的水位站 ， 也满足 与相关长期站同步观测 7天( 规范要求 3天 ) 以上连 续观测资料的要求 。 表 2各验潮点水位观测方法及观测 时间 日期 站名 开始时间 结束时间 记 录间隔 测量方法 备注 上虞港 2 0 1 1 9 2 3 0时 0分 2 0 1 1 - 1 0 1 5 2 3时 5 5分 5分钟 省河海测绘 院提供 C X 0 2 2 0 1 1 - 9 2 3 1 5时 1 O分 2 0 1 1 - 1 0 5 2 3时 5 5分 5分钟 R B R 澉浦 2 0 1 1 - 9 2 3 0时 0分 2 0 1 l 一 1 0 5 2 3时 0分 1小时 长期水文站 平台 2 0 1 1 - 9 2 3 1 7时 5 0分 2 0 1 1 - l 0 2 1 2 3时 5 5分 5分钟 R B R 王盘 山 2 0 1 1 - 9 2 4 1 3时 1 0分 2 0 1 1 - 1 0 2 9 2 3时 5 5分 5分钟 R B R 乍浦 2 0 1 l 一 9 2 3 0时 0分 2 0 1 l 一 1 0 5 2 3时 0分 1 小时 长期水文站 笔架 山 2 0 1 1 9 2 3 1 1时 4 0分 2 0 1 1 1 0 1 9 2 3时 5 5 分 5分钟 遥报仪 2 5 自记水位计观测水位情况 本工程在无高等级国家控制点的 C X 0 2 、 杭州湾 海 中平 台 、王 盘 山验 潮 站附 近采用 自记 水位 计进 行 水位 观测 。 ( 1 ) 选择流速小 、 底质硬 、 海洋渔业活动不频繁 等相对安全的海区布放。 ( 2 ) C X 0 2 ， 抛设 自记水位计前加工重件式支架 ， 保护和固定 自记水位计 ，防止因仪器移动或陷入泥 沙影响观测精度。 ( 3 ) 本次观测水位读数精度为 l c m， 时间比对精 度为 1 ra i n ： 数据记录间隔设置为 5 m i n 。 ( 4 ) 自记水位计的计时与北京时间进行校准 ， 日 记允许走时误差 、 周计允许走时误差 、 双周计允许走 时误差和月计允许走时误差均较小 ，符合有关规范 要求。 3 各潮位站选择合理性分析 将各潮位站观测 的潮位数据 ， 统一转换到 1 9 8 5 国家高程基准面下 ， 生成潮位曲线图 ， 统计出相邻潮 位站的最大潮差和最大潮 时差。采用 2 0 1 1年 9月 2 5日各验潮站 的潮位数据生成潮位 曲线 图如图 2 所示 ，统计出其中相邻潮位站的最大潮差和最大潮 时 差表 如表 3所示 。 一 港 潮箍站潮 曲线罔 q u u C X 0 2 一 3 O 0 海 中 备 蓼 ， 2 O O 缴il 1 、 、 、 蠢l 0 0 笔架i I I 7 、 、 、 一一 爨O 。0 0 一一 l一 L 、 一 2 I h h ， It, I h h I h h h r h 、 、 I h h r “ ； h h 1 0 1 0 l 1 0 1 0 f l 0 l 1 H I 1 0 口 a 0 一 l O0 l- L h 鋈 薹 i -_ - 蕾 C - 0 l I a _1 1 0 _ I C i I 。 - h 1 I C I a 2 O 0 l I l w 图 2潮位 曲线示意图 结果表明 ： 各相邻潮位站 间高潮最大潮差 H= 0 6 5 m l m， 最大时 差 AT = I 5 0 h 2 h ， 各潮 位站选取 符合各项技术要求 。 浙江测绘 2 0 1 2年第 4期 表 3各潮位站高潮时差与高潮潮差统计 表 高潮时 高潮潮 高潮潮 潮 位站 高潮 时间 备 注 差 ( h ) 位 ( m) 差 ( m) 上虞港 1 1 ： 3 0 ： 0 0 3 6 8 省河 海测 绘 院提供 0 _ 3 3 0 1 4 CX0 2 1 1 ： 5 0 ： O 0 3 5 4 RBR 0 7 5 0 5 6 海中平台 l 2 ： 3 5 ： O 0 2 9 8 R B R 1 5 O O 6 5 王 盘 山 1 1 ： 0 5 ： 0 0 2 I 3 3 RBR 0 8 3 0 4 8 笔架 山 1 O ： l 5 ： 0 0 1 8 5 遥报仪 4 各临时验潮站1 9 8 5 高程基准面潮位 的推算 上虞港验潮站 2 0 1 1年 9月 2 3日 O 0 ： O 0 2 0 1 1 年 l 0月 1 5日 2 3 ： 5 5的 1 9 8 5国家高程水位资料 由 浙江省河海测绘院提供 ， 验潮 间隔 5分钟。 C X 0 2验 潮站 、 大桥平台验潮站 、 王盘山验潮站 、 笔架山验潮 站采用 自容式潮位计实时 记录水位 ， 附近无工作水 准 点 。且 其验 潮 零点 无 法通 过 水 准测 量得 到其 1 9 8 5国家高程基准的高程值 。澉浦 、 乍浦 、 镇海长 期 站整点验潮资料 由澉浦 、 乍浦水文 站 、 宁波海洋 环境监测 中心提供 ，验潮资料归算至 1 9 8 5国家高 程 基 准 。 根据 水运工程测量规范 ， 在 E l 潮不等现象 比 较显 著的海 区 ， 潮汐性质相 同的海域 ， 可采用 同步 期平均水面法传递高程 连续观测 的水位用于计算 平均水面及验潮零点差 。 从而求得待定点高程 。验 潮观测次数满足表 4的要求 。潮汐性质相 同， 要达 到高程 中误差在 1 0 c m 以内两站相距 3 0 k m以 内 至 少 应 观测 l 0昼 夜 ， 5 0 k m 以 内 观测 时 间应 不 少 于 l 5昼夜 ， 各潮位站观测情况如表 5所示。因此 ， 本工程 中 ， 4个未知 1 9 8 5高程基 面的临时验潮 站 采用临近 的已确定 1 9 8 5高程基准 的验潮站进行高 程传递 表 4各站 潮位数据观测情况 跨距 观测时间 每小时观测次数 ( k m) ( 昼夜 ) 水位变化 0 2 m以上 水位变化 0 2 m 以内 1 l 2- 6 l 1 5 3 2- 6 1 5 1 O 5 2 - 6 1 1 0 - 2 0 7 2 - 6 1 表 5验潮站资料一览表 国家 2 0 0 0坐标概 略位 置 站点 时 段 备 注 收集 的基面值 ( ) ( ” ) 2 01 1 9 2 3 O 0： O 0 上虞港 3 O 1 2 3 9 5 1 2 0 5 2 4 8 3 间隔 5 分钟 1 9 8 5基准 -201 1 -1 01 5 2 3： 55 2 01 1 - 9 2 3 1 3 ： O 0 C X 0 2 3 0 1 5 4 7 8 l 2 1 0 O 2 6 8 间隔 5分钟 水 尺零 2 0 1 1 1 0 0 5 1 7： O 0 2 0 1 1 9 2 3 l 7 ： 4 0 海 中平 台 3 O 2 7 4 5 1 5 1 2 1 0 7 3 0 3 5 间隔 5分钟 ， 水尺零 2 01 1 1 021 22： 1 0 2 01 1 - 9 2 4 l 3： l 0 王盘山 3 0 3 0 9 3 1 2 1 2 0 2 5 间隔 5分钟 。 水尺零 - 2 01 1 一 l 0 2 9 0 7： 5 0 2 0 1 1 9 2 3 1 】 ： 4 0 笔 架山 3 0 1 5 4 3 2 1 2 1 3 5 1 4 9 7 间隔 5分钟 水尺零 - 2 01 1 - 1 0 1 2 1 9： 3 5 2 0 1 1 - 9 2 3 O 0 ： O 0 乍浦 3 O 3 5 l 8 1 2 1 0 5 3 0 l 小时 3 5 0 m 2 0 1 1 - 1 0 2 3 2 3： O 0 2 0 1 1 - 9 2 3 O 0 ： O 0 澉浦 3 0 2 2 2 4 1 2 O 5 5 0 1 1 小时 4 1 4m 2 01 1 一l O 一23 23： O 0 2 0 1 1 9 2 3 O 0： O 0 镇 海 2 9 5 8 5 2 1 2 1 4 4 5 3 l 小时 1 9 6 m 2 0 1 1 -1 0 2 5 2 3： O 0 备注 ： 9月 2 3日即农 历八 月廿六、 9月 2 7日即农历 九月初一 、 1 0月 1 1日即农历九月十五 、 1 0月 2 0日即农历九月廿 四。 其 中 C X 0 2验潮站通过与其相距约 1 2 k m的上 虞 港验潮站进行高程传递 ：王盘 山验潮站 和大桥 平 台验潮 站通过 与其相 距约 2 2 k m的乍浦 潮位站 进行高程传递 ；笔架山验潮站通过与其相距约 3 6 k m的王盘山验潮站进行高程传递，高程传递结 果见表 6 。 1 2 浙 江测 绘 2 0 1 2年 第 4期 表 6 各验潮站零点高程 单位 ： m 站名 验潮零点 ( 1 9 8 5高程基准) 上虞港 - 0 0 0 0 C X0 2 - 3 7 5 7 海 中平 台 - 4 2 4 8 王 盘 山 一 2 7 71 笔架山 - 2 5 0 8 乍浦 3 3 1 0 ( 收集) 澉浦 3 6 5 2 ( 收集 ) 镇海 1 9 6 ( 收集 ) 5 理论基准面的计算 根据收集的资料计算 。镇海站的 F值为 0 5 6 ， 为不规则半 日潮 ，澉 浦站 、乍浦站 的 F值分别为 0 2 2 、 0 2 5 为规则半 日潮 。 自架设潮位站 F值均小 于 0 5 ， 为规则半 日潮 ， 因此本次计算没有采用镇海 站的数据。 5 1潮差 比法 2 0 1 1 年 9月 2 7日至 2 0 1 1年 l 0月 1日为农历 2 0 1 1 年九月初一至九月初五 ， 时值大潮汛期 。本工 程 中理论基面的计算采用潮差 比法进行推算。为提 高推算精度 ， 分别选取乍浦潮位站、 澉浦潮位站作为 长期站分别 选取 2 0 1 1年 9月 2 7日至 9月 2 9日、 2 0 1 1 年 9月 2 8日至 9月 3 0日、 2 0 1 1年 9月 2 9日 至 l 0月 1日的三天的验潮数据进行其它各站理论 基面的推算 。 按 水运工程测量规范 规定 ， 当临时水位站附 近只有一个长期或短期水位站时 ，应同步观测两种 水位2 3天， 计算同步期平均海面。当两站潮差差值 大于0 1 m时 ， 临时水位站深度基准面与同步期平均 海面的高差应按下式计算： T X=T $ PX P 式 中： I 一长期水位站深度 基面与 同步期平 均海面的高差( m) ； P X 临时水位站同步期的平均半潮差( m) ； 长期或短期水位站同步期的平均半潮差 ( m) 。 5 2调 和分 析法 为验证潮差 比法理论最低潮面推算 的可靠性 ， 采用调和分析法对本次测量过程中收集、采集的具 有 3 0天及 以上验潮数据 的王盘山 、 澉浦 、 乍浦验潮 站进行理论最低潮面推算 。 王盘山验潮站选取 2 0 1 1年 9月 2 6日至 1 0月 2 6日共 3 0天数据进行调和分析 ， ，用 l 1 个分潮调 和常数 ， 通过弗拉基米尔法求得王盘 山 L ( 1 9 8 5高 程下) = 2 7 3 5 m。该值与采用乍浦潮位站潮差比法推 算 出的 L值差值为 4 4 e m，与采用澉浦潮位站通过 潮差比法推算出的 L值差值为 2 2 6 c m。 乍浦潮位站选取 2 0 1 1 年 9月 2 3日至 l 0月 2 3 日共 3 0天数据进行调和分析 ，利用 l l主分潮调和 常 数 计 算 得 乍 浦 潮 位 站 L值( 1 9 8 5高 程 下 ) = 3 3 2 8 m。 与 收集 的该 站 L值( 3 3 1 m)差值 仅 为 1 8 c m。而澉浦潮位站选取 2 0 1 1年 9月 2 3日至 l 0 月 2 3日共 3 O天数据进行调和分析 ， 利用 l 1 主分潮 调和常数计算得澉浦潮位站 L值 ( 1 9 8 5高程下 ) = 3 7 8 1 m。 与 收 集 的 该 站 L值( 3 9 9 4 m)差 值 为 2 1 3 c m。 略微偏高 。 通过不同的计算分析方法在一定 程度上验证了潮差 比法的计算结果 ，因此最终选取 乍浦长期验潮站作为传递理论深度基准面的基准。 6 基面关系推算结果 ( 1 ) 根据 同步期平均水面法 以及潮差 比法推算 出各验潮站零点 1 9 8 5国家高程 以及理论最低潮面 L值 ， 成果见表 7 。 表 7各验潮站改正数 国家 2 0 0