何碧蘭，馬士龍

(廣州蘢騰園林景觀設(shè)計(jì)有限公司，廣東 廣州 510520)

1 引言

紅樹(shù)林生態(tài)系統(tǒng)是生長(zhǎng)在潮間帶的特有植物群落，具有防風(fēng)消浪、促淤護(hù)岸、固碳儲(chǔ)碳和維持生物多樣性等重要功能。20世紀(jì)，隨著人口增長(zhǎng)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，沿海地區(qū)開(kāi)展的圍墾造田、圍建鹽田、圍海養(yǎng)殖、填海造地等活動(dòng)，造成我國(guó)紅樹(shù)林面積大幅萎縮，生態(tài)服務(wù)功能?chē)?yán)重衰退。因此，加強(qiáng)紅樹(shù)林保護(hù)和修復(fù)是我國(guó)海洋生態(tài)文明建設(shè)和國(guó)土空間生態(tài)保護(hù)修復(fù)的重要內(nèi)容，自然資源部 國(guó)家林業(yè)和草原局[1]要求，到2025年，營(yíng)造紅樹(shù)林9050 hm2。其中，廣東5500 hm2、海南2000 hm2、廣西1000 hm2、福建350 hm2、浙江200 hm2。然而，準(zhǔn)確掌握造林地海水鹽度、漲退潮的潮水流速、潮間帶所處位置、灘面高程及潮水退干時(shí)間、時(shí)長(zhǎng)等，是紅樹(shù)林造林設(shè)計(jì)的必須內(nèi)容，尤其灘面高程及潮水退干時(shí)間、時(shí)長(zhǎng)更是預(yù)測(cè)該立地能否造林的重要制約因素。

眾多研究表明[2～6]，凡高于平均海水面、月平均每天潮水退干時(shí)間在12 h以上的潮間帶灘涂均可視為紅樹(shù)林的宜林地。然而，目前對(duì)紅樹(shù)林?jǐn)M造林地的立地灘面高程及潮水退干時(shí)間的測(cè)定，大多采用人工直接實(shí)測(cè)，或參照附近驗(yàn)潮站的潮汐表進(jìn)行估測(cè)，或按經(jīng)驗(yàn)法以現(xiàn)林緣立地灘面為基準(zhǔn)點(diǎn)，凡低于20 cm以上的地方可視為紅樹(shù)林的宜林地。

然而，人工直接實(shí)測(cè)至少要持續(xù)1個(gè)月時(shí)間，費(fèi)工費(fèi)時(shí)，而且約有15 d潮水退干時(shí)間在夜間，對(duì)實(shí)測(cè)的技術(shù)人員存在著嚴(yán)重的安全隱患。參照附近驗(yàn)潮站的潮汐表進(jìn)行估測(cè)，因常用的RTK測(cè)量的高程為CGCS2000大地高程，無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)量造林立地灘面的85高程，常常導(dǎo)致估測(cè)失誤等。按照經(jīng)驗(yàn)法以現(xiàn)有紅樹(shù)林林緣立地灘面為基準(zhǔn)點(diǎn)，凡低于20 cm以上的地方可視為紅樹(shù)林宜林地的方法，估測(cè)得到的紅樹(shù)林宜林灘面高程是一種經(jīng)驗(yàn)值，無(wú)法與其他科學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，而且在沒(méi)有紅樹(shù)林的立地灘涂潮間帶無(wú)法使用。

針對(duì)已有技術(shù)的上述缺點(diǎn)，該技術(shù)方案通過(guò)對(duì)湛江紅樹(shù)林國(guó)際重要濕地保護(hù)修復(fù)項(xiàng)目(項(xiàng)目編號(hào)：GDYD220050)研究探索，并獲得了對(duì)擬營(yíng)造紅樹(shù)林的立地灘面潮間帶85高程測(cè)定及潮水退干時(shí)間、時(shí)長(zhǎng)估測(cè)的簡(jiǎn)易方法。實(shí)例驗(yàn)證表明，該技術(shù)方案能夠比較準(zhǔn)確地測(cè)量造林立地灘面的85高程，進(jìn)而能夠較準(zhǔn)確地判斷該灘涂是否屬于紅樹(shù)林宜林地的好辦法，對(duì)指導(dǎo)生產(chǎn)具有較高的實(shí)用價(jià)值。

2 研究?jī)?nèi)容與方法

2.1 擬造林地的平均海水面高程的獲取

(1)因驗(yàn)潮站的高程系統(tǒng)均為85高程，所以，在網(wǎng)上查找擬造林地附近驗(yàn)潮站的潮汐表信息，則可以直接獲得該驗(yàn)潮站近年的平均海水面85高程。

(2)若在網(wǎng)上查找到的擬造林地附近驗(yàn)潮站的潮汐表信息，沒(méi)有平均海水面高程信息，則可以應(yīng)用該潮汐表22 d時(shí)段的每小時(shí)潮位高程信息，計(jì)算獲得該時(shí)段的平均潮位高程，此高程即為該時(shí)段的平均海水面85高程[7,8]。

2.2 CGCS 2000大地高程與85高程的異常值的獲取

2.2.1 85高程與CGCS2000大地高程的概念

85高程：1985高程是我國(guó)現(xiàn)行的法定基準(zhǔn)高程(簡(jiǎn)稱(chēng)85高程)[9]，是采用青島驗(yàn)潮站1952～1979年的驗(yàn)潮資料建立的85國(guó)家高程基準(zhǔn)，并在觀象山上建立了永久水準(zhǔn)原點(diǎn)。該水準(zhǔn)原點(diǎn)高出黃海平均海水面72.2604 m，并依據(jù)“85國(guó)家高程基準(zhǔn)”推算國(guó)家水準(zhǔn)網(wǎng)中各水準(zhǔn)點(diǎn)的高程，作為全國(guó)統(tǒng)一的高程控制系統(tǒng)。85高程基準(zhǔn)與1956黃海高程基準(zhǔn)的換算：85高程=56黃海高程-0.029(m)。目前所有工程建設(shè)控制點(diǎn)的高程基準(zhǔn)，幾乎都采用85高程，因此通常稱(chēng)85高程為正常高程。

CGCS2000大地高程：高程起算自CGCS 2000參考橢球表面[10]。使用RTK接CORS賬號(hào)測(cè)量，端口配置為8003，RTK測(cè)量的高程即為CGCS 2000大地高程。

85高程與CGCS 2000大地高程的區(qū)別：85高程是正常高程，CGCS2000大地高是橢圓球面高程[11]。如圖1所示，正常重力線HB為85高程，垂線hB為CGCS 2000大地高程。

85高程與CGCS 2000大地高程的異常值：高程異常值的計(jì)算公式為：高程異常值=85高程-CGCS 2000大地高程；或85高程=CGCS 2000大地高程+高程異常值。可設(shè)公式：

ζB=HB-hB或HB=hB+ζB

(1)

式(1)中：HB為85高程；hB為CGCS2000大地高程；ζB為高程異常值。

因此，如果有高程異常值，即可把CGCS 2000大地高程轉(zhuǎn)換為85高程，或?qū)?5高程轉(zhuǎn)換為CGCS 2000大地高程[9]。

必須注意：因橢圓球面位置不同，導(dǎo)致的高程異常值并不是一個(gè)固定值[12]，因此，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，必須采用RTK CORS測(cè)量CGCS2000大地坐標(biāo)及其高程信息與測(cè)區(qū)附近的85高程水準(zhǔn)點(diǎn)的高程信息進(jìn)行轉(zhuǎn)換獲得。

2.2.2 尋找85高程水準(zhǔn)點(diǎn)及其坐標(biāo)和高程信息

通過(guò)當(dāng)?shù)販y(cè)繪部門(mén)找到擬營(yíng)造紅樹(shù)林立地灘面(待測(cè)區(qū))附近的任意1～3個(gè)(點(diǎn)越多，可靠性越強(qiáng))85高程水準(zhǔn)點(diǎn)及其坐標(biāo)和高程信息。

2.2.3 測(cè)量85高程水準(zhǔn)點(diǎn)的CGCS2000大地坐標(biāo)及其高程

在待測(cè)的任意1～3個(gè)85高程水準(zhǔn)點(diǎn)上，采用網(wǎng)絡(luò)RTK的CORS測(cè)量的CGCS2000大地坐標(biāo)和高程信息。

2.2.4 計(jì)算2000大地高程與85高程的異常值

把以上測(cè)量的CGCS2000大地高程信息與已知的85高程水準(zhǔn)點(diǎn)的高程信息進(jìn)行比較，計(jì)算其差值的平均數(shù)則為該地的CGCS2000大地與85高程的異常值。

2.3 擬造林地的CGCS2000大地高程測(cè)量和宜林地界線確定

在獲取擬造林地的平均海水面85高程數(shù)據(jù)后，采用網(wǎng)絡(luò)RTK的CORS，或大疆經(jīng)緯M300RTK無(wú)人機(jī)，對(duì)擬造林地的CGCS2000大地高程和相對(duì)高程進(jìn)行測(cè)量并找出擬造林地的平均海水面高程位置，同時(shí)以該位置為基準(zhǔn)點(diǎn)，按等高線測(cè)量繪制出該擬造林地的宜林地界線。換言之，該宜林地界線之上潮間帶灘涂均為適宜紅樹(shù)林的造林地。

3 結(jié)果應(yīng)用與分析

根據(jù)上述方法，通過(guò)當(dāng)?shù)販y(cè)繪部門(mén)可以找到擬造林地附近水準(zhǔn)點(diǎn)的85高程信息，并對(duì)該點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，可以獲得該點(diǎn)的85高程(正常高)與2000大地高程的異常值。據(jù)筍克勤[7]和劉克修等[8]介紹，平均潮位高程就是平均海水面高程，因此，應(yīng)用附近驗(yàn)潮站潮汐表的平均潮位高程對(duì)照擬造林地潮間帶灘面85高程，可以測(cè)量計(jì)算擬造林地灘面的平均海水面高程臨界線和潮水退干時(shí)間、時(shí)長(zhǎng)及其日變化情況等，并以此來(lái)測(cè)量該地的宜林面積。

3.1 實(shí)例一

實(shí)例一的驗(yàn)證地點(diǎn)位于硇洲島(北港)驗(yàn)潮站附近的“湛江紅樹(shù)林國(guó)際重要濕地保護(hù)修復(fù)項(xiàng)目”地。

(1)獲取85高程與2000大地高程的異常值。 該驗(yàn)證地附近水準(zhǔn)點(diǎn)的85高程(B85)為1.805 m。應(yīng)用上述方法，采用RTK接收CORS賬號(hào)測(cè)量獲得該點(diǎn)的CGCS2000大地高程(B2000)為-13.10 m。根據(jù)公式：ζB=HB-hB，計(jì)算獲得該點(diǎn)(B點(diǎn))的85高程(正常高)與2000大地高程的異常值為14.905 m。

(2)平均海水面的潮水退干時(shí)間。查看距離最近的硇洲島(北港)驗(yàn)潮站的潮汐表[13](圖1)計(jì)算可知，自2022年5月31日至6月21日的22 d，平均海水面的85高程為180.5 cm(若有對(duì)應(yīng)驗(yàn)潮站的平均海水面高程則可直接引用)，該地在此高程以上平均每天潮水退干時(shí)間為13.0 h。

(3)平均海水面的潮水退干時(shí)長(zhǎng)及其日變化情況。 查看硇洲島(北港)驗(yàn)潮站實(shí)時(shí)潮汐表[13]，獲得該地每天在平均海水面高程以上的潮水退干時(shí)間、時(shí)長(zhǎng)及其日變化情況(圖2)。

(4)平均海水面以上適宜營(yíng)造紅樹(shù)林的面積。 應(yīng)用高程異常值14.905 m，采用大疆經(jīng)緯M300RTK無(wú)人機(jī)測(cè)量相對(duì)高程并換算為85高程后，繪圖計(jì)算獲得“湛江紅樹(shù)林國(guó)際重要濕地保護(hù)修復(fù)項(xiàng)目”中的一塊擬造林地在平均海水面85高程180.5 cm(適宜營(yíng)造紅樹(shù)林界線)以上的潮間帶，其灘涂面積為8.5333 hm2。

3.2 實(shí)例二

實(shí)例二的驗(yàn)證地點(diǎn)位于湛江港驗(yàn)潮站附近的潮間帶濕地灘涂擬營(yíng)造紅樹(shù)林的林地。

(1)獲取85高程與2000大地高程的異常值。 該驗(yàn)證地附近水準(zhǔn)點(diǎn)的85高程(B85)為2.066 m。應(yīng)用上述方法，采用RTK接收CORS賬號(hào)測(cè)量獲得該點(diǎn)的CGCS 2000大地高程(B2000)為-13.06 m。根據(jù)公式：ζB=HB-hB，計(jì)算獲得該點(diǎn)(B點(diǎn))的85高程(正常高)與2000大地高程的異常值為15.126 m。

(2)平均海水面的潮水退干時(shí)間。 查看距離最近的湛江港驗(yàn)潮站的潮汐表[13](圖3)計(jì)算可知，自2022年5月15日至2022年6月5日的22 d，平均海水面高程為85高程207.6 cm，該地在此高程以上平均每天潮水退干時(shí)間為12.5 h。

(3)平均海水面的潮水退干時(shí)長(zhǎng)及其日變化情況。 查看湛江港驗(yàn)潮站實(shí)時(shí)潮汐表[13]，獲得該地塊每天在平均海水面高程以上的潮水退干時(shí)間、時(shí)長(zhǎng)及其日變化情況(圖3)。

圖3 2022年5月20日湛江港潮汐表示意

(4)平均海水面以上適宜營(yíng)造紅樹(shù)林的面積。 應(yīng)用高程異常值207.6 cm，采用大疆經(jīng)緯M300RTK無(wú)人機(jī)測(cè)量相對(duì)高程并換算為85高程后，通過(guò)繪圖計(jì)算獲得上述地塊擬造林地(適宜營(yíng)造紅樹(shù)林界線以上)的潮間帶灘涂面積為5.5113 hm2。

3.2 兩個(gè)實(shí)例的應(yīng)用結(jié)果分析

(1)兩個(gè)實(shí)例的平均海水面高程差異較大及其原因。 雖然，硇洲島(北港)驗(yàn)潮站與湛江港驗(yàn)潮站直線相距僅60 km，但是，硇洲島(北港)驗(yàn)潮站的平均海水面高程比湛江港驗(yàn)潮站低了0.271 m。導(dǎo)致這一現(xiàn)象的原因，主要為硇洲島(北港)驗(yàn)潮站位于相對(duì)比較開(kāi)闊的洋面邊緣上，而湛江港驗(yàn)潮站則位于相對(duì)比較狹窄的內(nèi)海灣邊緣上所造成的。這一結(jié)果明確提示，今后使用這一技術(shù)時(shí)，待測(cè)的擬造林地距離驗(yàn)潮站越近，其結(jié)果越準(zhǔn)確，尤其在洋面狹長(zhǎng)、寬度又窄的內(nèi)海灣與洋面較開(kāi)闊短淺海灣的差距會(huì)更大。這一結(jié)果與韓志遠(yuǎn)等[14]和章衛(wèi)勝等[15]的研究結(jié)果相似。

(2)經(jīng)測(cè)量轉(zhuǎn)換的海水面85高程與驗(yàn)潮站的海水面高程差異不大。 海水面高程在正常氣象狀況下的海水面高程差異較小，在正常平穩(wěn)的天氣情況下，天文潮潮位與實(shí)測(cè)潮位相差并不明顯[16]，所以，該實(shí)測(cè)驗(yàn)證工作均在正常氣象狀況下進(jìn)行。

對(duì)實(shí)例一的實(shí)測(cè)驗(yàn)證于2022年5月15日14:00～17:00進(jìn)行，經(jīng)4次對(duì)林地海水面實(shí)測(cè)，其結(jié)果為林地的海水面85高程與驗(yàn)潮站的海水面高程差異不大，達(dá)到了許永倫等測(cè)點(diǎn)高程準(zhǔn)確到0.1 m的要求[17]。對(duì)實(shí)例二的實(shí)測(cè)驗(yàn)證于2022年6月10日12:00～15:00進(jìn)行，經(jīng)4次對(duì)林地海水面的實(shí)測(cè)，也得到了類(lèi)似的結(jié)果(表1)。

4 結(jié)論

4.1 與現(xiàn)有技術(shù)相比，該技術(shù)方案具有下列優(yōu)點(diǎn)

(1)與人工實(shí)測(cè)相比，該技術(shù)方案操作更簡(jiǎn)便，工作效率更高，實(shí)用性更強(qiáng)，安全性更好。

(2)與直接參照附近驗(yàn)潮站的潮汐表直接估測(cè)的結(jié)果相比，因該技術(shù)方案準(zhǔn)確測(cè)量了CGCS2000大地高程并換算成85高程，能夠更準(zhǔn)確應(yīng)用附近驗(yàn)潮站的潮汐表查出平均海水面高程和潮水退干時(shí)間、時(shí)長(zhǎng)及其日變化情況，因此對(duì)宜林地的界定更為準(zhǔn)確。

(3)與按經(jīng)驗(yàn)法以現(xiàn)林緣立地灘面為基準(zhǔn)點(diǎn)，凡低于20 cm以上的地方可視為紅樹(shù)林宜林地的結(jié)果相比，科學(xué)性更強(qiáng)，而且可與其他科學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，尤其能在沒(méi)有紅樹(shù)林的潮間帶立地灘涂上使用。

表1 林地實(shí)測(cè)海水面與驗(yàn)潮站海水面的高程差異比較

4.2 實(shí)踐證明，該技術(shù)方案可在生產(chǎn)上參照應(yīng)用

經(jīng)2個(gè)實(shí)例的驗(yàn)證，在風(fēng)速3.4～7.9 m/s、浪高0.3～0.5 m的條件下，應(yīng)用該技術(shù)方案測(cè)定的85高程與驗(yàn)潮站的海水面高程誤差在0.1 m以下。但是，兩個(gè)實(shí)例驗(yàn)潮站的平均海水面高程差異達(dá)0.271 m，究其因主要是由洋面狹長(zhǎng)、寬度又窄的內(nèi)海灣(湛江港)與洋面較開(kāi)闊短淺的海灣(硇洲島(北港))的區(qū)位所造成的。這一結(jié)果表明:今后使用這一技術(shù)時(shí)，待測(cè)的擬造林地距離驗(yàn)潮站越近，其結(jié)果越準(zhǔn)確。盡管如此，綜合判斷認(rèn)為該技術(shù)方案的科學(xué)性較強(qiáng)，可操作性較好，可以在生產(chǎn)上參照應(yīng)用。