孟令鵬 趙邦棟 王書(shū)亮

長(zhǎng)期以來(lái)，主要包括基面考證和水準(zhǔn)點(diǎn)高程考證在內(nèi)的測(cè)站考證一直是水文資料整編時(shí)關(guān)注的焦點(diǎn)，為理清考證思路，擬從其所涉及的凍結(jié)基面、絕對(duì)基面及基面改正數(shù)等基本概念出發(fā)，展開(kāi)相關(guān)討論，并對(duì)測(cè)站考證應(yīng)該遵循的原則及注意事項(xiàng)作出必要的說(shuō)明。

一、凍結(jié)基面

水文測(cè)站在記錄基本水準(zhǔn)點(diǎn)高程、校核水準(zhǔn)點(diǎn)高程和水位時(shí)都是按照國(guó)家規(guī)范要求采用凍結(jié)基面。

按照定義，基面就是測(cè)量地面點(diǎn)位高程的基準(zhǔn)，而高程基準(zhǔn)定義了陸地上高程測(cè)量的起始面。通俗地講，水文行業(yè)所用到的基面就是指計(jì)量點(diǎn)位高程和水位的起始面。

凍結(jié)基面則是指水文測(cè)站將本站第一次觀測(cè)所使用的基面固定下來(lái)作為以后觀測(cè)長(zhǎng)期使用的基面。在制訂我國(guó)第一部《水文測(cè)站規(guī)范》前，水利部水文局就專門討論過(guò)水文測(cè)站水位觀測(cè)的高程表達(dá)方法與國(guó)家水準(zhǔn)基面統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用問(wèn)題，規(guī)定了測(cè)站一經(jīng)設(shè)置，使用的任何基面均須凍結(jié)，以維持實(shí)測(cè)水位值前后一致，另在水位表上加注“絕對(duì)基面”與“凍結(jié)基面”間的差值。

以凍結(jié)基面為起始面表示的點(diǎn)位高程即為凍結(jié)高程，水尺零高和平時(shí)觀測(cè)的水位數(shù)據(jù)均屬凍結(jié)高程范疇。

測(cè)站使用的基面一經(jīng)凍結(jié)，不論地面有無(wú)下沉還是上升或者標(biāo)載凍結(jié)高程的基本水準(zhǔn)點(diǎn)有無(wú)變動(dòng)，也不論經(jīng)由哪條水準(zhǔn)路線或采用哪一個(gè)引據(jù)水準(zhǔn)點(diǎn)接測(cè)，其位置是不應(yīng)該再有變化的。簡(jiǎn)而言之，凍結(jié)基面位置是固定不變的。除合理的誤差以外，如有變動(dòng)，基本上可以認(rèn)為是違背使用凍結(jié)基面初衷而采取的錯(cuò)誤技術(shù)路線所致，這就枉用了“凍結(jié)”二字。

測(cè)站由于自身特點(diǎn)，設(shè)站時(shí)所確定的凍結(jié)基面是唯一的、非關(guān)聯(lián)性的，并因站而異。一個(gè)測(cè)站有且僅有一個(gè)凍結(jié)基面才屬于正常現(xiàn)象，否則應(yīng)查找原因并分析處理，將后來(lái)出現(xiàn)的所謂“凍結(jié)基面”歸結(jié)到起初使用的凍結(jié)基面上來(lái)。

二、絕對(duì)基面

在地形圖測(cè)繪、防汛抗旱的指揮調(diào)度等非單站或非局部點(diǎn)位高程應(yīng)用方面都必須使用同一基面。為了統(tǒng)一表示區(qū)域或流域乃至全國(guó)的點(diǎn)位高程，絕對(duì)基面便應(yīng)運(yùn)而生。

絕對(duì)基面指的是以某一海濱地點(diǎn)平均海水面為準(zhǔn)并將其高程規(guī)定為零的水準(zhǔn)基面。絕對(duì)基面一般由瀕海驗(yàn)潮站根據(jù)一定時(shí)期的潮位觀測(cè)資料分析確定，通常通過(guò)驗(yàn)潮站附近一水準(zhǔn)原點(diǎn)的絕對(duì)高程來(lái)標(biāo)定其具體位置。

不同的海濱地點(diǎn)所確定的絕對(duì)基面位置是不一樣的。因地域差異，我國(guó)沿用的主要有大連、大沽、黃海、廢黃河口、吳淞、珠江等絕對(duì)基面。其中廢黃河口基面出現(xiàn)歷史較早，蘇北里下河地區(qū)一些水文站在建站時(shí)均以此作為凍結(jié)基面使用，當(dāng)?shù)胤姥床块T在防汛抗旱工作中也一直使用該基面的水位。而黃海基面實(shí)際上應(yīng)該區(qū)分為56黃?；婧?5基準(zhǔn)基面。56黃?；媸菄?guó)家依據(jù)青島驗(yàn)潮站1950～1956年的潮位觀測(cè)資料建立的作為第一個(gè)國(guó)家高程系統(tǒng)的全國(guó)統(tǒng)一的絕對(duì)基面，一些站每年的逐日平均水位表上標(biāo)注的基面換算關(guān)系中所謂“黃?；妗敝傅木褪沁@一基面。85基準(zhǔn)基面是國(guó)家為了提高統(tǒng)一基面的精度，根據(jù)青島驗(yàn)潮站1952～1979年的潮位觀測(cè)資料建立的全國(guó)統(tǒng)一的絕對(duì)基面，以替代56黃?；?，其換算關(guān)系為：56黃?；娓叱蹋?5黃海基面高程+0.029m。此基面于1987年5月正式公布使用。

水準(zhǔn)測(cè)量所引用的國(guó)家水準(zhǔn)點(diǎn)高程均是基于各種絕對(duì)基面的數(shù)據(jù)，即絕對(duì)高程。

絕對(duì)基面一經(jīng)確定，其位置應(yīng)是固定不變的，但這只能針對(duì)水準(zhǔn)原點(diǎn)所在地而言，而其他地區(qū)特別是遠(yuǎn)離水準(zhǔn)原點(diǎn)地區(qū)的水準(zhǔn)點(diǎn)高程數(shù)據(jù)均是通過(guò)布設(shè)各種水準(zhǔn)路線形成一個(gè)大范圍的水準(zhǔn)網(wǎng)來(lái)進(jìn)行水準(zhǔn)聯(lián)測(cè)、平差而確定的。這樣，水準(zhǔn)路線的走向、水準(zhǔn)網(wǎng)的疏密、測(cè)量與數(shù)據(jù)處理技術(shù)甚至相關(guān)技術(shù)人員的能力等因素均會(huì)對(duì)某一地點(diǎn)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生影響，進(jìn)而影響水準(zhǔn)點(diǎn)高程的確定。各種影響因素綜合起來(lái)的主要表現(xiàn)是隨機(jī)的，其形成的誤差應(yīng)該視為偶然誤差，誤差值一般在0附近擺動(dòng)，且符合正態(tài)分布規(guī)律。

從測(cè)站角度來(lái)看，其附近國(guó)家水準(zhǔn)點(diǎn)的絕對(duì)高程或者說(shuō)由此而確定的絕對(duì)基面位置受制于測(cè)量與平差技術(shù)等因素影響。確定之初，高程數(shù)據(jù)或基面位置就存在偶然誤差，再次測(cè)量平差后，仍會(huì)因新的誤差而產(chǎn)生變動(dòng)，這就說(shuō)明絕對(duì)基面位置不是唯一的，與外界有關(guān)聯(lián)，且站群之間誤差大小具有相似性，這與凍結(jié)基面的獨(dú)立性具有明顯區(qū)別。隨著絕對(duì)基面高程系統(tǒng)的維護(hù)與更新，即便是位置絲毫沒(méi)有變動(dòng)的國(guó)家水準(zhǔn)點(diǎn)其絕對(duì)高程還是會(huì)跟著變化的。如果測(cè)站一直采用絕對(duì)高程表示水位，水位序列就會(huì)因引用一次系統(tǒng)更新而產(chǎn)生一次折變，多次更新多次折變。采用凍結(jié)高程表示水位就能規(guī)避這種情形對(duì)水位序列的干擾。

三、基面改正數(shù)

從單站水位記錄到測(cè)站間水位比較就要牽涉到從凍結(jié)基面到絕對(duì)基面的變換問(wèn)題。其實(shí)，這種基面變換也很簡(jiǎn)單。如果測(cè)站附近有穩(wěn)定的國(guó)家水準(zhǔn)點(diǎn)且有準(zhǔn)確的高程數(shù)據(jù)，那么以此國(guó)家水準(zhǔn)點(diǎn)為引據(jù)點(diǎn)，經(jīng)過(guò)至少三等的水準(zhǔn)測(cè)量可以得到測(cè)站基本水準(zhǔn)點(diǎn)絕對(duì)高程，將基本水準(zhǔn)點(diǎn)的絕對(duì)高程減去其已有的凍結(jié)高程得一差值，這一差值就是測(cè)站考證時(shí)需要明確的基面改正數(shù)，俗稱“凍結(jié)差”，又稱“國(guó)凍差”。通過(guò)在凍結(jié)基面上的水位加上基面改正數(shù)后，就可以輕松實(shí)現(xiàn)水位從凍結(jié)基面到絕對(duì)基面的換算。在每年的各站“逐日平均水位表”右上角都標(biāo)有這樣的換算關(guān)系：“表內(nèi)水位（凍結(jié)基面以上米數(shù)）+*.???m＝××基面以上米數(shù)”，此即基面關(guān)系式，式中“*.???”為精度與高程一致的基面改正數(shù)，“××基面”指的是某一絕對(duì)基面。

對(duì)于一個(gè)測(cè)站，一個(gè)絕對(duì)基面對(duì)應(yīng)一個(gè)基面改正數(shù)，如果一個(gè)測(cè)站同時(shí)使用幾個(gè)絕對(duì)基面，那就擁有幾個(gè)基面改正數(shù)。絕對(duì)基面變更，基面改正數(shù)也必須隨著變更。

基面改正數(shù)雖然是通過(guò)測(cè)站基本水準(zhǔn)點(diǎn)絕對(duì)高程和凍結(jié)高程計(jì)算得來(lái)的，但一經(jīng)確定后，將不再隨基本水準(zhǔn)點(diǎn)的高程而變化，基面改正數(shù)客觀上反映的是凍結(jié)基面與絕對(duì)基面間的距離，不會(huì)隨哪個(gè)水準(zhǔn)點(diǎn)的變化而改變。不過(guò)，由于絕對(duì)基面位置受到高程系統(tǒng)維護(hù)、更新的影響，存在偶然誤差，所以，在每次國(guó)家高程系統(tǒng)復(fù)測(cè)平差后，通過(guò)水準(zhǔn)接測(cè)，基面改正數(shù)也會(huì)基于偶然誤差跟著發(fā)生變動(dòng)，反過(guò)來(lái)講，也正是通過(guò)基面改正數(shù)的變化來(lái)間接體現(xiàn)絕對(duì)基面位置的調(diào)整或精度提高。

但是，基面改正數(shù)在確定時(shí)畢竟是采用基本水準(zhǔn)點(diǎn)的絕對(duì)高程和凍結(jié)高程來(lái)計(jì)算的，其中絕對(duì)高程是通過(guò)引測(cè)國(guó)家水準(zhǔn)點(diǎn)獲得的，當(dāng)初從國(guó)家點(diǎn)到基本點(diǎn)的水準(zhǔn)測(cè)量精度及國(guó)家點(diǎn)本身絕對(duì)高程精度都是左右基面改正數(shù)的關(guān)鍵因素，如果再出現(xiàn)基本水準(zhǔn)點(diǎn)發(fā)生變動(dòng)并伴有國(guó)家水準(zhǔn)網(wǎng)高程控制系統(tǒng)產(chǎn)生更新等綜合情況，那么在考證時(shí)針對(duì)基面改正數(shù)的驗(yàn)證或重算便會(huì)出現(xiàn)麻煩，所以圍繞基面改正數(shù)的復(fù)核計(jì)算便成為考證工作的重點(diǎn)內(nèi)容，由于其復(fù)雜性，往往也是技術(shù)難點(diǎn)之所在。

四、考證應(yīng)遵循的兩個(gè)基本原則

一般情況下，為了有效地進(jìn)行資料分析比較，便于實(shí)際綜合應(yīng)用，通常要求所用資料具有統(tǒng)一性。而測(cè)站采用凍結(jié)基面與絕對(duì)基面來(lái)計(jì)量水位，正是使水位數(shù)據(jù)從不同角度滿足了這方面的要求。

以時(shí)間為橫坐標(biāo)、凍結(jié)高程為縱坐標(biāo)的單站水位資料序列要求體現(xiàn)連續(xù)性，它強(qiáng)調(diào)的是時(shí)間概念上的數(shù)據(jù)趨同。

以站別為橫坐標(biāo)、絕對(duì)高程為縱坐標(biāo)的區(qū)域測(cè)站水位對(duì)比要求體現(xiàn)一致性，強(qiáng)調(diào)的是空間概念上的數(shù)據(jù)趨同。

所以在測(cè)站考證時(shí)，既要縱向比較單站水位序列是否連續(xù)，又要橫向比較測(cè)站間是否準(zhǔn)確采用了相同的絕對(duì)基面。充分考慮單站水位資料序列的連續(xù)性和正確采用絕對(duì)基面以保證絕對(duì)高程基準(zhǔn)的一致性，便是測(cè)站考證應(yīng)當(dāng)遵循的兩個(gè)基本原則，連續(xù)性與一致性缺一不可，二者不可偏廢。

單站考證時(shí)，連續(xù)性重點(diǎn)應(yīng)放在基本水準(zhǔn)點(diǎn)的高程變化有無(wú)影響到凍結(jié)基面的位置穩(wěn)定；一致性重點(diǎn)應(yīng)放在考證基本水準(zhǔn)點(diǎn)絕對(duì)高程或基面改正數(shù)是否正確。

五、考證注意事項(xiàng)

如何正確使用凍結(jié)基面是測(cè)站考證首要面對(duì)的問(wèn)題，在考證時(shí)，往往由于凍結(jié)基面概念不清或混淆，可能會(huì)產(chǎn)生許多不應(yīng)該出現(xiàn)的不當(dāng)關(guān)聯(lián)，以致測(cè)站考證出現(xiàn)偏差甚至錯(cuò)誤，因而有必要圍繞凍結(jié)基面分清以下幾點(diǎn)：

（1）基面凍結(jié)不是地面凍結(jié)。地面上升或沉降是受到人為和自然綜合因素影響而產(chǎn)生的，它不可能帶動(dòng)凍結(jié)基面位置上下變動(dòng)。就一些存在地面沉降現(xiàn)象的測(cè)站而言，不論當(dāng)前已經(jīng)發(fā)生的地面沉降是均勻沉降還是非均勻沉降，它改變的僅僅是地面自身及其附著物包括各種水準(zhǔn)點(diǎn)的高程，絕對(duì)不應(yīng)該也不可能影響到凍結(jié)基面的位置。所以，在基本水準(zhǔn)點(diǎn)同樣有下沉跡象且其凍結(jié)高程還無(wú)從重新確定的情況下，利用屬于引用下沉后的國(guó)家水準(zhǔn)點(diǎn)新高程的水準(zhǔn)接測(cè)成果配合基本水準(zhǔn)點(diǎn)舊的凍結(jié)高程來(lái)重新計(jì)算基面改正數(shù)就會(huì)影響到凍結(jié)基面的位置穩(wěn)定，這種計(jì)算方法等于是重新“凍結(jié)”了一次測(cè)站原用的凍結(jié)基面，改變了凍結(jié)基面的位置，明顯屬于錯(cuò)誤，是不可取的。用絕對(duì)基面間的理論基面差作為控制，發(fā)現(xiàn)有些測(cè)站在首次使用85基準(zhǔn)基面時(shí)計(jì)算的基面改正數(shù)與其他站分析比較后存在明顯異常，可能就是這種原因造成的，應(yīng)該予以糾正。

（2）凍結(jié)基面位置盡管采用基本水準(zhǔn)點(diǎn)凍結(jié)高程來(lái)標(biāo)定，但凍結(jié)基面決不代表基本水準(zhǔn)點(diǎn)高程被凍結(jié)。基本水準(zhǔn)點(diǎn)如發(fā)生位置變動(dòng)或滅失，不會(huì)引起凍結(jié)基面位置的任何變化，充其量在重新找回凍結(jié)基面的準(zhǔn)確位置即確定新的基本水準(zhǔn)點(diǎn)的凍結(jié)高程時(shí)會(huì)出現(xiàn)一些麻煩。

（3）基面凍結(jié)不是基面改正數(shù)一成不變?；娓恼龜?shù)是隨著絕對(duì)基面變化而變化的。絕對(duì)基面變化包括兩種情況，一種是絕對(duì)基面間的變換，從采用一個(gè)絕對(duì)基面到采用另一個(gè)絕對(duì)基面來(lái)表示基本水準(zhǔn)點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)高程時(shí)，基面改正數(shù)是要隨著變換的；另一種是同一絕對(duì)基面的高程系統(tǒng)重新復(fù)測(cè)平差，高程數(shù)據(jù)有所更新，水準(zhǔn)接測(cè)后就要重新計(jì)算基面改正數(shù)。

值得注意的是，單純地重新計(jì)算基面改正數(shù)的前提應(yīng)是國(guó)家水準(zhǔn)點(diǎn)和基本水準(zhǔn)點(diǎn)的位置均未發(fā)生變化，否則直接重新計(jì)算出來(lái)的基面改正數(shù)就包含了基本水準(zhǔn)點(diǎn)高程的變化量，其后果就會(huì)影響到凍結(jié)基面的穩(wěn)定，同時(shí)舊引據(jù)水準(zhǔn)點(diǎn)高程的變化量也會(huì)掩蓋水準(zhǔn)網(wǎng)精度的提高，使得重新計(jì)算基面改正數(shù)失去應(yīng)有的價(jià)值。

如何在地面下沉引起舊引據(jù)水準(zhǔn)點(diǎn)和基本水準(zhǔn)點(diǎn)的位置均產(chǎn)生變化的情況下，應(yīng)用最新的國(guó)家水準(zhǔn)點(diǎn)高程數(shù)據(jù)及最新的水準(zhǔn)測(cè)量成果來(lái)計(jì)算或復(fù)核基面改正數(shù)，這便屬于在充分了解與測(cè)站考證相關(guān)聯(lián)的基本概念以后，在實(shí)際工作中所要面臨，進(jìn)而需要探討、解決的核心問(wèn)題即考證技術(shù)問(wèn)題