海洋论坛▏我国沿岸当地平均海面的高程研究

在海洋测绘中，沿岸的平均海面是一个标准的起算基准面，在其上关系到陆地测量高度的高程基准，在其下决定着海洋水深的深度基准，进而由深度基准决定着海岸线基准和灯高基准。确定平均海面本身的高程依赖于对沿岸的潮汐观测，求取当地平均海面的85高程的方法主要是采用水准联测法、固定点位法、潮信资料法以及平均海面传递技术等。在沿岸测量特别是滩涂和礁石测量中，都会碰到△H（即当地平均海面的高程值到1985国家高程基准的高程值之间的差值）值的改正问题，黄、渤海海区的平均海面和1985国家高程基准面基本一致，因此就不存在这个问题；东海、南海海区的△H值明显，实际工作中要解决海岸地形图（采用1985国家高程基准）和水深图（采用当地平均海面）的高度衔接问题。本文就来研究和探讨这个问题。

一、我国沿岸平均海面的85高程在研究我国沿岸平均海面的1985高程之前，有必要了解“1956年黄海平均海水面”，这是因为我国在长达35年的时间里，采用这个中国统一的高程基准面测量了近50000多个一、二等三角点和65000km的水准路线以及各类数据量达450万条，并已广泛应用于测绘及相关领域。1956年，由总参测绘局与水利部联合组成中国东南部地区精密水准网平差委员会，选定青岛1950～1956年七年的平均海面作为全国的统一高程基准面。命名为“黄海平均海水面”，又称“一九五六年黄海高程系”。于1959年经国务院批准试行。自该平均海面建立以来，一直沿用到1990年，在国防建设、经济建设和科学研究等方面起到了重要作用。经国务院批准，国家测绘局于1987年5月26日发布启用“1985国家高程基准”、国家水准原点的新高程值以及“国家一等水准网成果”；从1988年1月1日起，全国开始启用“1985国家高程基准”。1985国家高程基准的确定，是根据平均海面的定义，采用MO（中数法）、XO（杜德逊 Doodson,A.T.）、ZO（鲁斯特Rossiter,J.R.）、NO(陈宗镛1960)、GO（戈丁Godin, G）五种低通滤波公式，对青岛验潮站1952～1979年的潮汐资料进行计算，分别得出了10组18.61年和19年的平均海面值，经分析，最后选取10组19年的平均海面值再取平均值，即为“1985国家高程基准”。国家技术监督局于1990年12月1日发布实施。实际上两个基准面相差甚微，只有0.029m。其换算公式为：“1985国家高程基准”的高程值＝“1956年黄海平均海面”的高程值－0.029m。在海洋测量工作中，我们经常使用的是平均海面的中数法定义。就是将一天24小时整点潮高的算术平均值称为日平均海面；30天日平均海面的算术平均值称为月平均海面；12个月平均海面的算术平均值称为年平均海面；多年年平均海面的算术平均值称为多年平均海面。当地多年年平均海面的算术平均值称为当地多年平均海面。我国沿岸各地的平均海面的85高程是不同的，沿岸各长期验潮站的多年平均海面经过几何水准联测证实了这一点。就是说每一个当地多年平均海面即有本身的平均海面值，又有85高程值，两者的差值就是大地水准面起伏，在沿岸岛屿和滩涂测量中应根据测量要求进行改正，以达到陆地测量和海洋测量成果资料的衔接与统一。下图是我国沿岸部分长期验潮站分布情况示意图。我国沿岸部分长期验潮站分布情况

下表是根据已有资料统计的我国沿岸当地平均海面的高程值到1985国家高程基准的高程值之间的差值（△H值）表。

我国沿海部分验潮站当地平均海面的85高程（单位:cm）

从上表的表列中可知：黄、渤海海区（江苏吕泗至鸭绿江口）平均海面与1985国家高程基准面基本一致，个别地区的平均海面的85高程约1cm±3cm；东海海区（东山至吕泗）平均海面的85高程约23cm±3cm；华南沿海海区（北仑河口至东山）平均海面的85高程约34cm±3cm。下图采用图标方式表达了我国沿海平均海面的85高程变化特征。我国沿海平均海面的85高程示意图通过对我国沿岸平均海面研究，我们可以增加对平均海面形状的认识。平均海面的高低不平，已为沿岸测量、潮汐观测和大地测量所证明。精密的大地水准测量将更为直观的反映沿岸平均海面的变化趋势和大地水准面图。据有关资料分析表明，中国的平均海面高于黄海平均海水面，且离青岛越远平均海面越高。最高达65cm。平均海面的高度每百公里约高1cm。这是一个很有意义的推断，对研究和分析我国平均海面的高程精度及其变化规律具有一定的参考价值，同时对确定远离大陆的岛礁地区的△H值提供依据。经研究得到以下认识三个认识：首先我国平均海面的85高程自北向南逐渐增加，也就是说沿岸大地水准面自南向北倾斜；二是在整个倾斜过程中呈现三个阶梯形的变化，其转折点分别是福建的东山和江苏的吕泗，在每个阶梯面上，各海区的平均海面存在着微小的起伏；从对浙江沿岸平均海面的85高程变化也证明了这一点；四是沿岸平均海面经与1985国家高程基准的水准点联测后发现，黄、渤海海区平均海面与1985国家高程基准面基本一致。

二、浙江沿海平均海面的85高程下图是我国浙江地区长期验潮站分布情况示意图。浙江沿岸部分长期验潮站分布情况

下表是浙江沿海部分长期验潮站平均海面的85高程情况。

浙江沿海部分验潮站当地平均海面的85高程（单位:cm）

注:表中※备注为已联测水准求得的差值。

从表中可以看出：在浙江沿海36个验潮站中，各平均海面的85高程有92％在20±3cm，这是近年来各验潮站新测资料丰富、联测水准点多的结果，这应该是一个比较可靠的研究成果。大于25cm的只有3个，只占8％，分别是：西泽（25.3cm）、西沪港（26.2cm）、石浦（30.0cm），而且均在象山港附近，属于喇叭形河口海区，另外里钓山（23.9cm）、乐清（23.8cm）也属于这一类型，因此其平均海面的85高程略微偏高。河口海区尤其是喇叭形河口海区，那里的平均海面受径流和地形的影响普遍偏高，可达十几厘米至几十厘米。如杭州湾、甬江口、象山港、乐清湾、温州港等，其平均海面的85高程明显高于沿岸及其岛屿平均海面的85高程。

总体而言，浙江沿岸的平均海面的85高程呈现出北低南高的趋势，但自北向南增加的趋势较为平缓，这与我国沿岸整体的海平面走向完全一致。从东西向的分布来看，一般岛屿地区短期验潮站（或临时验潮站）的平均海面略低于大陆沿岸验潮站的平均海面，也就是说，岛屿地区平均海面的85高程略低于大陆沿岸的平均海面的85高程。如：花鸟、浪岗、岱山、头门岛、一江山、下大陈、洞头、南麂等浙江沿岸岛屿，各平均海面的85高程在17cm～18cm之间，仅相差1cm，而且南北变化甚微，从花鸟到南麂也只有1厘米左右；在东西向上，西部沿岸平均海面的85高程一般略高于东部岛屿平均海面的85高程约4cm。如果单纯用联测原黄海高程改正0.029m来求取当地平均海面的85高程，经实践证明，是不合理的也是不可靠的，而且用联测原黄海高程的量值分析其海平面走向也很不明显。因此，如果能直接联测1985国家高程基准的高等水准点高程，应尽量与验潮站的主要点进行联测，求得更为精确的当地平均海面的85高程，以满足我国大地水准面的深层次研究和沿岸测量中的高程衔接之需要。

三、沿岸当地平均海面85高程的求取方法沿岸当地平均海面的85高程不单是为研究大地水准面起伏所用，也是为沿岸测量中的地形图和水深图的高度衔接所使用。东海海区如果不考虑△H值的问题，两图就有20cm左右的高程基准的衔接误差，在南海海区就有35cm左右的高程基准的衔接误差，所以要研究并解决这个问题。这里介绍几种沿岸当地平均海面的85高程的求取方法，以供参考。1水准联测法采用几何水准测量的方法，按照国家三（四）等水准测量要求，直接联测1985国家高程基准的国家水准点到验潮站主要水准点（或工作水准点）的高差，求得该站平均海面的85高程。这是最直接、最可靠、最方便的方法。2固定点位法就是在以当地平均海面为高程基准面的海图（或陆图）上，和以1985国家高程基准为高程基准面的同一海区的现行的海图（或陆图）上找到共同的陆上固定点。该固定点在采用不同高程基准面的两幅图上的高程差，就是当地平均海面的85高程（或黄海高程）。为提高精度和可靠性，在两幅图上，应选择一定数量的固定点分别计算，对计算结果进行相互校核和印证，然后选择其中最可靠的取平均值以作为当地平均海面的85高程（或黄海高程）。另外，有时还要碰到1956黄海高程系的高程基准问题，因为有时要用到近代历史沿用海图和陆图，此类海图和陆图的高程基准大多采用黄海平均海面为高程基准，所以在采用该方法时，要顾及到这一点，就是说在求得平均海面的黄海高程同时也就求得了平均海面的85高程。3潮信资料法以当地平均海面为高程的海图上记载的某一验潮站的大潮升（或高高潮的平均潮高）减去平均海面值即得到当地平均海面起算得平均大潮高潮面得高度；然后再将1985国家高程基准为高程基准面的同一海区现行海图上记载的同一验潮站的大潮升（或高高潮的平均潮高）减去平均海面值，即得到1985国家高程基准起算的平均大潮高潮面的高度。这两个平均大潮高潮面的高度之差即为该站当地平均海面的85高程。利用潮信资料法求取平均海面的85高程时，还要注意分析海图的历史，出版年月，认真核对海图所采用的的高程基准；当海图上记载有几个或多个验潮站的潮信资料时，要分别计算，将计算结果进行比较校核，取其可靠的平均值作为当地平均海面的85高程。

四、中国沿海的三个基准面⒈ 平均海面1990年以前采用黄海平均海面，也叫“1956年黄海高程系”；1987年5月26日开始启用“1985国家高程基准”。在海洋测量中，我们经常使用的是中数法定义的平均海面：就是将一天24小时整点潮高的算术平均值称为日平均海面；30天日平均海面的算术平均值称为月平均海面；12个月平均海面的算术平均值称为年平均海面；多年年平均海面的算术平均值称为多年平均海面。当地多年年平均海面的算术平均值称为当地多年平均海面。当地平均海面：某一海区采用固定法、潮汐资料法、同步验潮法传递求得的平均海面。在东海海区，当地平均海面的85高程一般在23±3cm。由长期验潮站经多年观测求得的平均海面为当地多年平均海面。控制点高程基准采用1985国家高程基准。⒉ 理论深度基准面理论深度基准面是由前苏联弗拉基米尔提出的。我国自1956年以后采用弗拉基米尔法计算理论最低潮面，并以此作为理论深度基准面。深度基准面一般应有95％以上的保证率。所谓保证率就是指全年水位变化的情况，出现高于所采用深度基准面的次数与低潮总次数之百分比，即：保证率＝高于深度基准面的低潮次数÷低潮总次数×100％。理论深度基准面的保证率均在95％以上，目前我国采用此面作为法定的深度基准面。深度基准面从当地平均海面起算。通常在当地平均海面下，一般用L表示，L称为深度基准面值。深度基准面是海图图载水深及其相关要素的起算面，也称海图基准面。现在看来，该面是比较保守的一个基准面，对舰船航行安全有可靠保障，其保证率在95％以上，但是该面对我国沿海港口的开发、航道的疏浚、码头建设等在一定程度上受到制约。⒊ 平均大潮高潮面深度基准面至平均大潮高潮面的高度，一般称为平均大潮高潮面，也叫做平均大潮升，又称理论最高潮面。对正规半日潮港：平均大潮升＝L＋1/2×Sg式中：L为平均海面到深度基准面的高度；Sg为平均大潮差，即大潮平均高潮高与大潮平均低潮高的差值。灯桩、灯塔的灯光中心以及过江电线凹点的高度均从平均大潮高潮面起算。下图很好地反映了以上三个基面的关系，及各类高程（深度）的起算面。中国沿海的三个基面关系示意图

总之，沿岸平均海面的高程问题既是一个敏感问题，也是一个现实问题。有研究资料表明，从实际应用的角度考虑，对于100～200公里范围内的海区来说，平均海面的85高程变化量仅几厘米，因此可以将100～200公里范围内平均海面的85高程视为一个常量，我们可以这样认为，在该海区范围内的某一长期验潮站的平均海面的85高程(即：△H值)即可代表该海区范围内各平均海面的85高程。研究沿岸平均海面的85高程，一方面是观察和探索我国大地水准面的变化及其规律；另一方面，主要是为解决海洋测绘生产实践中存在的海岸地形图和水深图基准的衔接问题，以达到海洋测绘成果图件的完整与统一。当然，运用现代技术和先进的仪器装备，建立实用的数学模型，进行我国沿岸一定密度的验潮站潮汐观测和水准联测，以求得更为精确的沿岸平均海面的85高程，对进一步精化我国大地水准面、监测海岸带变化和沉降等都是很有意义的。

垂直基准中各基面关系位置图

■作者简介：许家琨，山东莒县人，1979年毕业于海军大连舰艇学院海测系，高级工程师，国际海道测量师，国家注册测绘师，海军大连舰艇学院客座教授。浙江省测绘与地理信息学会常务理事，宁波市测绘与地理信息学会常务理事、副秘书长。

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