劉亞文 冉四清 朱振華 周佳華

（江蘇省水文水資源勘測局連云港分局 連云港 222004）

1 凍結(jié)基面的由來

1955年修訂水位觀測規(guī)范時，采取了將首次測量的水準(zhǔn)點高程數(shù)據(jù)所對應(yīng)的基面加以凍結(jié)的辦法，每次重復(fù)測量和平差后，只記載并刊布與首次數(shù)據(jù)間的差值，不再需要更動已往的數(shù)據(jù)。1959年修訂規(guī)范時，確定其名稱為凍結(jié)基面，即將基本水準(zhǔn)點首次高程數(shù)據(jù)所對應(yīng)的基面固定下來。實為測站所獨有的基面，與絕對基面接近，但其差值每站不同。

2 凍結(jié)基面的作用和意義

通過凍結(jié)測站第一次使用的高程起算面，并保持其連續(xù)性，從而避免頻繁更換基面以及同一基面重復(fù)測量和平差等對測站高程系統(tǒng)的動態(tài)影響。在測站存續(xù)期間，水位系列數(shù)據(jù)基面一致，是單站資料可比較分析的基石。

創(chuàng)設(shè)凍結(jié)基面，為保持單站基面一致性和連續(xù)性提供了理論基礎(chǔ)，且在水文考證實踐中具備可操作性，是20世紀(jì)50年代末中國水文學(xué)界對單站水位基面一致性理論研究的重大突破、重大貢獻。

3 凍結(jié)基面的概念

理論上凍結(jié)基面的概念是：水文測站將第一次使用的高程起算面凍結(jié)下來，作為凍結(jié)基面。具體應(yīng)用時，凍結(jié)基面總是與具體的測站相聯(lián)系。水準(zhǔn)考證具體工作中所涉及的凍結(jié)基面一般都是指“本站凍結(jié)基面”。

水文行業(yè)規(guī)范條款的凍結(jié)基面的概念是：測站應(yīng)將第一次使用的基面凍結(jié)下來，作為凍結(jié)基面，見《水位觀測標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T50138-2010，3.1.1）。

第一次使用的基面隱含著點、高程和基面三個要素，三位一體。點是指初測時的基本水準(zhǔn)點，其核心含義是初測時的基本水準(zhǔn)點的物理位置；高程是指初測時引測水準(zhǔn)點后計算而得的本站基本水準(zhǔn)點高程值，該高程值與理論真值之間存在一個差值，就是初次測量的真誤差；該高程值對應(yīng)的起算面就是本站第一次使用的基面；將第一次使用的基面凍結(jié)下來，阻止其流動或變動，稱為本站凍結(jié)基面。

4 凍結(jié)基面的基本原理

在測站存續(xù)期間，凍結(jié)基面不變，作為測站高程坐標(biāo)的零軸線，始終與本站第一次使用的高程起算面重合，保障測站高程基面的一致性和連續(xù)性。

凍結(jié)基面是看不見摸不著的客觀存在的高程起算面，它依賴于初測時基本水準(zhǔn)點的物理位置及其高程數(shù)值標(biāo)定位置，在基本水準(zhǔn)點位置、高程和基面三者之間，基面是被凍結(jié)的，其他二者可以隨著時間進程在一定外力條件下發(fā)生改變。

凍結(jié)基面的基本原理也可用圖示法表示。絕大多數(shù)測站的基本水準(zhǔn)點都是穩(wěn)定的，在測站存續(xù)期間其高程是無變動的，見圖1；個別測站的基本水準(zhǔn)點不穩(wěn)定，在測站存續(xù)期間其高程是變化的，見圖2。

5 凍結(jié)基面的特點

5.1 行業(yè)專用及強制性使用特點

凍結(jié)基面是水文行業(yè)的專用基面，對行業(yè)內(nèi)具有約束力。在水文行業(yè)內(nèi)，所有已設(shè)測站均應(yīng)該使用專用基面。

5.2 獨有性特點

用引據(jù)水準(zhǔn)點引測測站基本水準(zhǔn)點，測量成果總是與理論真值之間存在一定誤差，雖然從海濱零點布網(wǎng)后的各等級水準(zhǔn)測量及水文測量均符合規(guī)范要求，且初設(shè)測站凍結(jié)基面與絕對基面之間改正數(shù)顯示為0.000m，但其實它隱含了初次測量的真誤差，特殊情況下，還可能隱含了初次測量的測算錯誤。每個測站都獨立擁有本站的凍結(jié)基面。

5.3 唯一性特點

測站第一次使用的高程起算面被凍結(jié)以后，在測站存續(xù)期間應(yīng)是被持續(xù)凍結(jié)，永不解凍。

每個測站的凍結(jié)基面都是唯一的。同一個測站，在存續(xù)期間只擁有一個凍結(jié)基面。如果測站凍結(jié)基面改變了，則從其改變時起必須更名成為新的測站。

6 凍結(jié)基面的傳承

所謂凍結(jié)基面的傳承，是指凍結(jié)基面的傳遞和繼承，就是在本測站范圍內(nèi)接測凍結(jié)基面以上高程時的站內(nèi)測量，應(yīng)該以哪個點為引據(jù)的問題。

圖1 基本水準(zhǔn)點穩(wěn)定情況下凍結(jié)基面原理圖

凍結(jié)基面是測站的高程起算面，每個測站都是獨有的、唯一的，測站內(nèi)所有基本水準(zhǔn)點、校核水準(zhǔn)點、水尺零點、固定點等組成本站高程設(shè)施體系，并用它們相應(yīng)的高程數(shù)值標(biāo)定本站凍結(jié)基面所在。凍結(jié)基面一經(jīng)設(shè)立，為保持本站凍結(jié)基面高程系統(tǒng)的穩(wěn)定性，只要測站高程體系設(shè)施一點尚存，則補充建設(shè)水準(zhǔn)點的高程引測、恢復(fù)建設(shè)高程體系中的滅失點的高程引測以及改動個別點高程數(shù)值等等，必須使用測站高程設(shè)施體系中的確認(rèn)穩(wěn)固的尚存點作為引據(jù)點。即凍結(jié)基面只在本測站內(nèi)傳承，一般與站外高等級國家水準(zhǔn)點無關(guān)。

凍結(jié)基面的傳承點一般從高等次到低等次排序，大致如下：

①在測站基本水準(zhǔn)點都完好穩(wěn)定的情況下，由基本水準(zhǔn)點（使用點）傳遞凍結(jié)基面。

②當(dāng)基本水準(zhǔn)點（使用點）滅失，由基本水準(zhǔn)點（參證點）選定一個并升格為新的基本水準(zhǔn)點（使用點）繼承和傳遞凍結(jié)基面。

③當(dāng)基本水準(zhǔn)點全部滅失，由校核水準(zhǔn)點（使用點）繼承和傳遞凍結(jié)基面。

④當(dāng)校核水準(zhǔn)點（使用點）也滅失，由其他校核點選定一個繼承和傳遞凍結(jié)基面。

⑤當(dāng)所有水準(zhǔn)點全部滅失，則本站水尺零點、固定點、固定樁等也可依序繼承和傳遞本站凍結(jié)基面。

出現(xiàn)以上③、④、⑤項情況時，宜重設(shè)基本水準(zhǔn)點，待其穩(wěn)定后，從傳承點引測（與平時引測方向相反）至新設(shè)基本水準(zhǔn)點，引測時應(yīng)該提高測量等次和精度要求。引測后，選定一個基本水準(zhǔn)點，作為本站基本水準(zhǔn)點（使用點），繼承和傳遞凍結(jié)基面。

⑥例外的情況是，當(dāng)測站附近地區(qū)因地下水超采等原因?qū)е聟^(qū)域地面下陷，本站所有水準(zhǔn)點、固定點等高程均發(fā)生均勻或不均勻沉降，則可以用距離本站較近的穩(wěn)固的引據(jù)水準(zhǔn)點（影響區(qū)內(nèi)、外經(jīng)確認(rèn)穩(wěn)固的比如嵌入基巖的引據(jù)水準(zhǔn)點，最好是曾用點）引測測站基本水準(zhǔn)點，確認(rèn)本站凍結(jié)基面所在。在此情況下，當(dāng)引測距離較遠時，引測結(jié)果實際上對本測站來說只是近似凍結(jié)基面，因此應(yīng)該通過控制允差限制引測距離。

圖2 基本水準(zhǔn)點不穩(wěn)定情況下凍結(jié)基面原理圖

客觀地看，體系化、高標(biāo)準(zhǔn)設(shè)立測站基本水準(zhǔn)點極其重要。

⑦當(dāng)無法確認(rèn)本站凍結(jié)基面所在，測站凍結(jié)基面無法傳承時，而又需要在此處繼續(xù)觀測，則測站應(yīng)該更名，表示與原測站的區(qū)別。更名后，新測站將設(shè)立屬于本站的凍結(jié)基面。

7 凍結(jié)基面的維護

7.1 建設(shè)高標(biāo)準(zhǔn)基本水準(zhǔn)點并加以保護

測站基本水準(zhǔn)點穩(wěn)定了，就能保證測站凍結(jié)基面的穩(wěn)定。建設(shè)高標(biāo)準(zhǔn)基本水準(zhǔn)點尤其是嵌入基巖的水準(zhǔn)點，對維護凍結(jié)基面具有重要意義。

基本水準(zhǔn)點應(yīng)形成自校系統(tǒng)，即具備3個點以上。

基本水準(zhǔn)點、校核水準(zhǔn)點以及其他高程設(shè)施，都要采取保護措施，防止人為破壞。

7.2 注重水準(zhǔn)測量和考證工作的科學(xué)性

7.2.1 水準(zhǔn)考證工作的重要性

水準(zhǔn)測量和考證是測站工作中的重要環(huán)節(jié)，科學(xué)的水準(zhǔn)測量和考證工作也是維護凍結(jié)基面的重要手段。

測站凍結(jié)基面一經(jīng)設(shè)立，就形成了本站獨立的自定義高程系統(tǒng)。維護凍結(jié)基面不變，是測站水準(zhǔn)考證工作的終極目標(biāo)。

有條件的測站，應(yīng)該將測站凍結(jié)基面與絕對基面相聯(lián)測，獲得正確的基面改正數(shù)，以便于測站資料在更廣泛區(qū)域的應(yīng)用。

7.2.2 站外測量及考證

站外測量及考證通常在以下幾種情況下開展：

①已設(shè)站當(dāng)引測條件具備情況下，初次引測國家基面（或者其他絕對基面）確定初始基面改正數(shù)。

②新設(shè)站時引測本站基本水準(zhǔn)點并賦予其初始使用高程值及確定初始基面改正數(shù)（0.000m）。

③絕對基面水準(zhǔn)網(wǎng)復(fù)測和平差后，無法直接換算為本站基面改正數(shù)時，需重新引測確定基面改正數(shù)。

④變換絕對基面需重新確定基面改正數(shù)。

⑤規(guī)范規(guī)定的逢0或逢5年份復(fù)核基面改正數(shù)。

站外測量的起始點是國家基面（或者其他絕對基面）引據(jù)點，終端點是測站基本水準(zhǔn)點（使用點），不應(yīng)越級向下測量。這對保持凍結(jié)基面穩(wěn)定至關(guān)重要。

當(dāng)站外測量復(fù)測基面差值不理想時，應(yīng)圍繞以下五個可能的邏輯選項開展考證工作：

①原引據(jù)點在被引測時高程是否已變動。

②原引測測算是否錯誤。

③復(fù)測時引據(jù)點高程是否有變動。

④復(fù)測測算是否有錯誤。

⑤基本水準(zhǔn)點高程是否因測站附近區(qū)域地面變動而發(fā)生變動。

也有可能是上述五個因素中兩個以上的復(fù)合原因造成的，需逐條考證清楚，并必須給出結(jié)論，不應(yīng)將明顯的不合理基面改正數(shù)（屬于水準(zhǔn)考證工作未完成狀態(tài)）付印于年鑒中。

7.2.3 站內(nèi)測量及考證

測站設(shè)立以后，在測站內(nèi)所有的測量都稱為站內(nèi)測量，其最高引據(jù)點為本站基本水準(zhǔn)點（使用點），且在測量中均使用凍結(jié)基面（或測站基面），而非絕對基面。站內(nèi)測量和考證的工作目標(biāo)是保證所有站內(nèi)水準(zhǔn)設(shè)施高程正確，以維護本站凍結(jié)基面穩(wěn)定。站內(nèi)測量以引據(jù)點分類大約分為兩類：

①以基本水準(zhǔn)點（使用點）為引據(jù)點引測基本點（參證點）高程、基本點自校測量、基本水準(zhǔn)點（使用點）引測校核點和校測校核點。

②以校核點為引據(jù)點引測和校測水尺零點高程及大斷面測量等。

在自校和校測測量時，如發(fā)現(xiàn)包括基本水準(zhǔn)點（使用點）在內(nèi)的水準(zhǔn)點個別點有變動跡象，應(yīng)查明水準(zhǔn)點高程變動的原因。

水準(zhǔn)點高程變動的原因分為人為和自然原因兩種：

①人為原因：挖移、機械性碾壓、地下采礦引起塌方、地下水超采引起地面沉降、附著于水利、交通、航運等主體工程之上的水準(zhǔn)點因所附著主體工程的地基沉降而沉降等。

②自然原因：凍土層上拔、地震、洪水、泥石流、巖體崩塌、巖溶地區(qū)局部地面坍塌等。

這里所說的原因是客觀的、真實存在和發(fā)生過的外力因素，不是僅僅根據(jù)測量成果臆測的“上升”或者“沉降”。在水準(zhǔn)考證時，不得將“上升”“沉降”等定性詞語填入“水準(zhǔn)點變動原因”一欄?！吧仙薄俺两怠辈皇撬疁?zhǔn)點變動外力因素，而是外力因素導(dǎo)致水準(zhǔn)點變動的結(jié)果?；煜蚬菀缀鲆晫Ρ举|(zhì)原因的調(diào)查，嚴(yán)重的可能產(chǎn)生邏輯誤判，導(dǎo)致水準(zhǔn)點高程無因變動，使凍結(jié)基面被人為解凍。

8 建議

測站基本水準(zhǔn)點是極為重要的水文測驗基礎(chǔ)設(shè)施，應(yīng)該滿足凍結(jié)基面不變的基本原理要求。從基面一致性方面考慮，其重要性應(yīng)不低于測流纜道、水位計臺等測驗設(shè)施。

基于測站基本水準(zhǔn)點設(shè)施的重要性，建議其建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)提高：①測站基本水準(zhǔn)點應(yīng)形成自校體系，即必須具備3個點以上，形成同等級基本水準(zhǔn)點自校體系，通過自校測量，實現(xiàn)維護凍結(jié)基面的目的。②測站基本水準(zhǔn)點的基礎(chǔ)應(yīng)力求穩(wěn)固，測站應(yīng)把基本水準(zhǔn)點的基礎(chǔ)嵌入穩(wěn)固基巖或建設(shè)在深厚堅硬持力層上。測站基巖埋深較淺，應(yīng)將測站基本水準(zhǔn)點基礎(chǔ)嵌入穩(wěn)固基巖；如果測站基巖埋深太深，也應(yīng)將基本水準(zhǔn)點的基礎(chǔ)建設(shè)于可能受地下水降落漏斗影響深度范圍之下的深厚堅硬持力層上■