时间：2013-11-29 分类：水力
摘要：从天津地区施测的水文资料出发，阐述水文测站常用的测站、冻结、假定和绝对基面的定义、使用规定和方法及其优缺点，保证水位资料的一致性和连续性，使有关单位正确、方便地使用水文资料。
关键词：绝对基面、冻结基面、测站基面、水准点高程、基面关系式
1问题提出
水位的观测是水文测站最基本的工作，通过水位与流量建立的关系，用水位资料推求出流量和径流量。进而应用这些资料，研究水面曲线﹑水面比降，进行水文予报等。同时，在水利建设﹑防汛抗旱﹑航运﹑给水﹑灌溉﹑排涝﹑桥梁码头﹑水库等建筑物的设计，都离不开水位资料。水位资料是最基础也是重要的水文要素，可以说没有水位资料，以上的这些工作都无法进行。
随着地质自然变化，特别是改革开放以来，由于各项工程建设等人类活动的影响，地下水超量开采造成不同地区的地面不均匀沉降，部分水准点的毁坏，给水位资料的连续性、一致性带来破坏性的影响。水文部门在进行水文勘测和提供水准资料成果过程中，往往提供冻结基面的水位和水准高程以及冻结基面与绝对基面的关系式。而对于防汛、工程设计规划和施工等部门来说，可能不习惯甚至造成误会。本文针对目前水位观测和应用中存在的问题，系统的阐述了水文(位)站怎样正确的设立和使用基面和水准点。提出各基面之间的换算关系，使不同用户更方便地使用水位资料。
2基面定义及常用基面
水文测站观测的水位和水准点的高程数值，必须以一个假设的或某一体系的水准面为起算面。标准定义为：计算水位和高程的起始面。水文测验工作中使用的基面有：绝对基面、假定基面、冻结基面、测站基面。分述如下：
绝对基面：将某一海滨地点特征海水面为准，并把此面高程定为零的水准基面。我国沿用的主要有黄海、大连、吴淞、珠江、大沽等绝对基面。天津地区广泛使用的基面，是大沽基面和黄海基面。为统一我国的水准基面，国家测绘局在1987年5月规定\"1985国家高程基准\"作为我国统一的绝对基面。
假定基面：为观测水位或高程而假定的水准基面。由于测站所处地理位置的客观原因使其水准点无法与国家水准点联测，不能确定其水准点的绝对基面高程，只能暂时自行假定一个水准基面，作为本站水位或高程的起算基面，这个水准基面称为假定基面。如山区的罗庄子水文站，其水准点因当时无法与流域水准网联测，只能暂时假定其基准水准点高程为20.000m，则该站的假定基面就在水准点顶端垂直向下20.000m处的水准面上。但使用假定基面的测站必须尽快 与国家水准网连接。
冻结基面：水文测站专用的一种固定基面，一是将该站第一次使用的基面冻结下来，作为冻结基面。测站设立时，无论测站水准点是以国家水准网点为引据测算其绝对基面高程或者是假定其高程，在本站的水准点群高程确定后，即把第一次使用高程的起算面冻结，作为水位及高程起算的冻结基面。原则上永久使用，尽量不要改变。
测站基面：水文测站选在略低于历年最低水位或河床最低点的一种专用假定的固定基面。测站基面一经选定，应保持不变。一切水位、高程数值均以此基面表示。
3水文测站水准点
与测站使用基面密切相关的是测站水准点，水文测站的水准点分为基本水准点和校核水准点。根据相关规范要求，测站应设置3个基本点组成本站的水准自校系统。基本水准点高程应从国家二、三等水准点，用于不低于三等水准引测，每5年与国家水准点校测一次;校核水准点高程从基本水准点用三等水准引测，每年应与基本点校测一次。用于测定基本点高程所引用的国家或流域水准点，在使用前，应与其相邻的其它国家或流域水准点进行联测，考证其高程是否变动，方可引据。天津地区所设的水文(位)站的水准点均按上述原则设置及校测，并以沿用的国家或流域水准网点作引据。
4使用冻结基面的原因及优点
根据国家有关水文观测规范的规定要求，水文测站必须使用冻结基面，确定基本水准点和校核水准点高程。为了避免与国家水准网点(即使没有产生升沉)在不同时期因水准网扩展或提高精度等级等原因，使同一个水准点在不同时期有不同的高程值(即如果测站 各水准点亦同步调整其高程值，将导致不同时期的水位处于不同水位系列)的弊端，采用冻结基面表示高程能把引据的国家水准点高程值变化，在无升沉条件下放到两种基面的换算关系式里面去，故相关规范规定水文测站必须使用冻结基面。例如：某站基本点，首次测量高程为大沽基面以上h1m;以后复测，由于国家水准网网线调整后重新平差，使引据的流域点在无升沉条件下高程值发生了变动，尽管复测后基本水准点也没有升沉，但高程变为大沽基面以上h2m。之后，又由于工作原因，变换绝对基面，把大沽基面变换为1985国家高程基准，基本水准点同样在无升沉情况下其高程为1985国家高程基准以上h3m。如果此测站的水位成果记载都以绝对基面表示，则在不同时期形成3个不同的水位系列，这在使用统计上，造成很大的不便和容易混乱。为了解决这个问题，可将首次测量高程h1相应的绝对基面冻结下来，作为该站的冻结基面，并列示其与绝对基面的换算关系，把各次引据点高程改变放到换算关系式中，则该站的水位在不同时期均以同一冻结基面高程表示，即：#p#分页标题#e#
首次测量：冻结基面以上米数+0.000m=大沽基面以上米数;
复 测：冻结基面以上米数+(h2-h1)m=大沽基面以上米数;
变换绝对基面：冻结基面以上米数+(h3-h1)m=1985国家高程基准。
如上所述，采用冻结基面可把高程误差放到两种基面之间的换算关系式中，这样就避免了直接用绝对基面表示水位所引起的问题，即所有时段的水位都以一个冻结基面系列表示，这是使用冻结基面的原因。其优点是使历年的水位资料连续性不会受破坏。
与冻结基面作用相同的另一基面测站基面，其实质和作用是一样的。测站基面可视为特殊条件下设置的冻结基面，只是名称不同而已。用测站基面高程表示水位数值的优点是数字较简单(一般不超过10m)。
5冻结基面的设置及其与绝对基面关系式的确定
国家水利部门在1795年、1988年及2000年实施的水文测验规范条文中，对冻结基面的具体设置方法并无明确规定。由于我国地域宽广、各水文测站所处的地理位置相对国家水准网点各有不同，故只在原则上规定应尽早、尽可能与绝对基面相连接，以确定两种基面之间的换算关系式。总结我市多年建立测站的工作实践，在确定水准点群的高程和冻结基面时，主要采用过下面两种方法：
a)把测站的水准点群与国家或流域水准网点联测，测得各水准点的绝对基面高程数值，则把高程的起算面冻结，作为冻结基面。例如某站水准点基1的绝对基面高程是2.246m，则其冻结基面高程亦是2.246m，这样该站的冻结基面与绝对基面是重合的，两种基面的换算关系式为：冻结基面以上米数+0.000m=绝对基面以上米数。
b)有的站由于与流域水准点相距较远或者测量条件复杂，设站之初一时无法联测国家或流域水准点，故首先假定测站的基本水准点高程为某一数值(例如罗庄子站为20.000m)，并将此假定高程的起算面冻结，则基本水准点的冻结基面高程为20.000m。等到联测条件成熟，对该站基本水准点与国家或流域水准网点联测。假如测得其绝对基面高程为168.600m，则两种基面表示的高程差值为148.600m，亦即冻结基面在绝对基面以上148.600m处。那么，该站两种基面的换算关系式为：冻结基面以上米数+148.600m=绝对基面以上米数。
6使用冻结基面及其与绝对基面关系式的正确方法
从个别水文测站历年使用基面及关系式的考证工作中，曾发现有水准基面使用不当之处，主要表现有：
其一，设站时使用邻站水准点的冻结基面高程冻结本站基面，关系式为：冻结基面以上米数+h米=绝对基面以上米数。若干年后，不再用设站时邻站水准点，而使用以绝对基面表示高程的流域或国家水准点引测本站水准点高程时，又直接列式为\"冻结基面以上米数+0.000m=绝对基面以上米数\"，亦即把测站基面再次冻结。而且在以后的水文观测中，用不同的水准点引测，因使用了不同的基面的关系式而造成了系列的混乱。
其二，测站第一次冻结的基面关系式为：冻结基面以上米数+0.000m=绝对基面以上米数。此后，虽然所引据的流域或国家水准点高程未变，但是由于本站基本水准点因环境原因导致升沉造成高程的变动，不是分析变动的性质和变动的日期对基本点使用高程进行改正，而是就把关系式改为\"冻结基面以上米数+h米=绝对基面以上米数\"。当本站水准点高程逐年都有变动时，就不断改变高差h值。于是造成了在不同时期使用不同的冻结基面，而得出不同系列的水位高程数值。
以上两种处理方法都是不正确的。正确的处理办法是：根据有关规范要求，从设站之初，测站的基面一经冻结，就不能变动，冻结基面与绝对基面之间的换算关系式也不应变动。因此，上述的第一种情况应该使用同一固定的基面换算关系式，不能因使用不同基面的水准点高程引测就得出不同的基面换算关系式。第二种情况的基面换算关系式也不能改变，只能按不同的高程去订正观测的水位数值，不能简单地修改基面换算关系式。
只有在下述情况下关系式才会改变。(1)流域水准网提高等级，复测或平差引起变动;(2)更换绝对基面;(3)引据的国家或流域水准点在引测到测站水准点前沉陷变动，经局部复测后使用新的正确的高程。如流域水准点，因上述3种情况高程发生变动时，但测站的水准点高程没变动，则表明冻结基面高程不变。因流域水准点高程变动，故该水准点的绝对基面高程要根据流域水准点的新高程作相应改变，基面关系式中的差值亦要改变，新差值为该水准点变动后的绝对基面高程值减去冻结基面的高程值。新的关系式表示的水位与历史水位资料仍保持同一冻结基面系列。
7国家85高程基准与主要绝对基面之间的关系
\"1985国家高程基准\"经国务院批准，由国家测绘局于1987年5月公布使用，作为我国统一的标准绝对基面。该基准是采用青岛验潮站1592年～1979年验潮资料计算确定的，依此推算的青岛国家水准点高程为此基准以上72.260m，与原国家基准(1956黄海基面)推算的本水准点高程72.289m 相差0.029m。目前，天津地区水文测站作为绝对基面使用的主要有大沽基面、56年黄海基面。由于先后测量的水准网线不一样的原因，各个水准点，绝对基面间高程的差值往往是不一致的，在实际工作中一定要加以特别注意。另外，为方便有关部门在实际使用时作各种绝对基面之间换算，现将85国家高程基准及各绝对基面之间的换算关系列出：.#p#分页标题#e#
国家85=72大沽-1.668
国家85=黄海56-0.029
黄海56=72大沽-1.639
8结语
水文测站使用冻结基面对进行水位观测、资料整编和提供水位成果的各工作环节，具有许多方便之处。因此，防汛、工程规划、设计和施工等部门在使用水位资料成果时，若熟悉掌握冻结基面与绝对基面的关系，及各种绝对基面之间的高程换算关系，就可以更自如地应用水文资料成果于各项工作中，发挥水文资料的重要作用。
参考文献
1、《水文普通测量规范》【SL 58 – 93】
2、中华人民共和国水利部SL247—1999《水文资料整编规范》2000
