垂直基准▏我国深度基准面不统一所带来的问题与对策

【摘要】本文简述了深度基准面的概念，分析了海图深度基准面不统一造成的误差及其形成原因。针对海图深度基准面的使用现状，探讨了深度基准面不统一对海洋测绘成果应用的影响，提出了统一海图深度基准面的方案和建议。

一、深度基准面的概念

受潮汐的影响，海面无时不在变化，为了描述海底地形，必须选择一个参考面，计算此面至海底的深度，这个参考面即为海图深度基准面。海图深度基准面以上部分为潮高，以下部分为图载水深。在海洋测量工作中，通过测深仪测得的水深必须进行潮汐水位改正，才能得到从规定的深度基准面起算的深度。·无论选择什么样的水位改正方法，都必须首先确定深度基准面的位置。不同国家和地区选择海图基准面的方法各有不同，我国使用理论最低潮面，它由若干年潮位观测资料推算而得，保证在一定概率水平下,考虑到天文、气象等各种因素的综合影响，水位均不会低于此基准面，以确保航行安全。在20世纪50年代中期规定以理论深度基准面作为海图深度起算面，其算法依据弗拉基米尔斯基法确定,即由M₂、S₂、N₂、K₂、K₁、O₁、P₁、Q₁这8个分潮计算相对于平均海面可能出现的最低水位，并附加考虑浅海分潮M₄、MS₄、M₆及长周期分潮S_a和S_sa的贡献。《海道测量规范》( GB 12327-1998)对浅水分潮和长周期分潮改正进行了改进，一律采用13分潮模型计算，取消了3个浅水分潮振幅之和大于20cm进行浅水改正的条件，从而使深度基准面保持了其算法和意义的一致性。

二、海图深度基准面不统一的问题与原因分析

《海道测量规范》规定深度基准面一经确定且在正规水深测量中已被采用者，一般不得变动。而且，一般说来，海图深度基准面就是潮汐表的潮高起算面，也称潮高基准面。但是，现实的情况是，种种原因，在海图深度基准面的确定选用和海道测量的水深改算中，不同测量时段选用了不同的深度基准面数值，造成了海图图幅或不同图幅之间水深的基准面不统一问题；同时，海图深度基准面与潮高基准面也出现不一致甚至差别较大的情况，具体数据见表1。表1 部分潮港深度基准面统计表

站 名	潮汐表	海图潮信表	水深测量蓝图
普兰店港	130	127	127
鲅鱼圈	190	194	194
唐山港	130	130	118
套尔河口	166	186	186
日照港	270	270	274
佘山岛	229	229	237
乍浦港	356	356	350
健跳港	350	346	346
大门岛	360	363	363
瑞安港	310	314	314
黄岐	369	369	383
三江口	430	427	427
泉州港	360	366	366
甲子港	90	70	70
盐田港	127	127	120
黄埔港	155	151	155
涠洲岛	240	250	250
莺歌海	70	73	74

⒈ 深度基准面的确定方法及算法不一我国1956年以前采用略最低低潮面确定深度基准面，由于不符合我国海区的实际情况，保证率不高，1956年以后，采用弗拉基米尔提出的理论深度基准面作为深度基准面，共考虑了8个分潮组合可能出现的最低水位，即M₂、S₂、N₂、K₂、K₁、O₁、P₁、Q₁分潮叠加，计算相对于平均海面位置可能出现的最低水位，并附加考虑浅海分潮M₄、MS₄和M₆及长周期分潮S_a、S_sa的贡献。1998年版《海道测量规范》中对浅水分潮和长周期分潮改正作了适当改进，即一律采用13分潮模型计算，而取消了当3个浅水分潮振幅之和超过20cm进行浅水改正的条件，但是在算法的数学表示和计算的可操作性方面并没有明确解释。深度基准面的这种确定方法及算法上的不统一，必然影响同一验潮站的深度基准面数值的稳定性与一致性。⒉ 潮汐调和常数的分离有差别现行的潮汐调和分析理论虽然已十分成熟，但是数学模型的差别，将导致同一潮汐观测时段潮位的差异，以及潮汐分析程序求解的调和常数的不同。至于不同潮汐观测时段的潮位，使用同一潮汐分析程序求解的调和常数的也会得到不同的结果。因此同一个验潮站因观测资料的不同或者分析程序的不同，会产生数值不同的分潮组调和常数。这样验潮站潮汐调和常数分离的差别将导致据此计算的深度基准面的数值不一致。⒊ 观测方式和仪器的更新引起的变化潮汐观测就是测量海洋某固定点的水位随时间的变化过程，潮汐观测的手段很多，主要有水尺验潮、浮子式验潮仪、引压钟式验潮仪、声学式验潮仪、压力式验潮仪以及近年刚刚开展的GPS验潮、潮汐遥感测量等技术。随着科学技术的发展，新型潮汐观测仪器不断涌现，各种验潮仪器都有各自的特点和性能指标，验潮站仪器的更新换代也会或多或少地影响潮位观测资料的一致性，进而影响到深度基准面数值的改变。⒋ 海岸地形变化影响深度基准面近年来，随着我国改革开放的深入发展，沿海港口建设、航道疏浚、海岸工程掀起了新一轮建设高潮，尤其是在河口型的浅水海域，大规模的开发建设极大地改变了海岸地理形态，同时也改变了验潮站的潮汐性质。例如：厦门港石码港区受九龙江西溪桥闸的兴建及桥闸下游河口区无计划采沙的影响,九龙江河口区河床呈逐年下降趋势，最低潮位不断降低，该地区使用的绘图潮位及理论最低潮位值与目前实际低潮位有较大出入。为重新推算该水域的深度基准面，福建港航勘察设计院根据石码水文站提供的2005年5月1日至2006年5月5日计370天的逐时潮位观测资料，推算石码理论最低潮面L值在当地平均海面下330cm，比原先确定的L值增大40cm。由此可见，海岸地形的变化将直接影响深度基准面数值。⒌ 深度基准面数值的精度未经验证深度基准面在当地平均海面以下的数值L 取决于所采用潮汐资料的准确性和最低潮面算法的一致性。由于各地潮汐性质的不同，用于分析计算的验潮资料长短各异。另外，《海道测量规范》关于深度基准面算法进行了改进，造成了同一验潮站深度基准面数值的差异，在这种情况下，如果基准面数值的精度未经有关专家验证，就无法形成统一的海图深度基准面值，这样必然导致海图深度基准面使用上的混乱，直接影响测深数据水位改正的可靠性。⒍ 深度基准面没有统一核准由于验潮站的深度基准面没有一级权威部门的核准认定，有关部门根据各自的需要，自行设站观测潮汐，确定深度基准面，其结果是各不相同，直接导致了深度基准面不统一的问题，致使测绘成果不能共享，造成了资源的浪费。

三、深度基准面不统一对海洋测绘成果应用的影响

海图深度基准面不统一的问题，将直接影响海道测量工作中测深数据改算的精度以及海图图载水深配合潮汐表求算实际水深的误差，对利用潮位变化进出港口的舰船航行安全造成严重影响。在海图生产阶段，这一问题的存在，使得海图图幅采用不同基面测量蓝图水深要素进行制图处理变得复杂。海区同一水域不同深度基准面的使用令测绘成果不能共享，造成资源浪费。再者，这一问题使得陆地高程和海洋深度的转换变得更加困难，给海岸地形测量、海岸滩涂的开发利用带来更大麻烦。本文根据多年来制图编绘方面有关问题的处理经验，主要探讨在海图编制中不同水深测量资料制图处理、图幅拼接等方面的影响。众所周知，海图上各要素的深度主要从深度基准面起算。海底及各种水下障碍物的深度，从深度基准面向下起算，干出滩(礁)的高度是从深度基准面向上起算。不同水深测量资料深度基准面不一致的问题将使某些要素产生变化。如果知道不同水深测量资料的基准面关系，或者其各自基准面在当地平均海面下的数值，即可求得相对于现采用基准面的改正数值$h，按该改正数逐个改正水深和干出滩(礁)的高度(具体改正方法略)，订正后的这些要素必须重新进行合理的分析综合，使得制图资料的处理工作变得极其繁琐。⒈ 等深线尤其在水深变化复杂的浅海水域，加上水深改正数以后，由于水深注记的改变，必须重新勾绘等深线及干出线。⒉ 干出滩干出滩是海岸线与零米等深线之间的潮浸地带，不同的深度基准面就会得到不一样的干出滩形状轮廓和范围，给制图综合取舍带来麻烦。⒊ 礁石由于水深订正的原因，原来的暗礁可能变为干出礁，干出礁也可能变为暗礁，将直接影响相应符号的表示。⒋ 水深注记实测点位的水深数值、干出礁的高度、干出滩的底质表示符号也会因为水深的订正发生变化等。

四、建议与对策

⒈ 加强我国沿海各验潮站资料的收集和统一处理工作我国沿海各验潮站分别隶属于国家相关涉海部门，在管理、资料处理、标准等方面相对独立，这种管理机制上的弊端不便于验潮资料的互通与共享。为此，应加强各部门的协调工作，为验潮资料的完整收集和统一处理做好准备。目前，国家有关部门正着手开展基准潮位核定工作，这项工作的开展，将促进海洋站潮汐观测的规范化、标准化，为深度基准面的核定、海平面分析预测提供基础信息支撑。⒉ 加快基准面的统一推算和核准工作1985年，海司航保部组织完成了《全国沿海验潮站潮汐成果资料》整理汇编工作，编绘出了中国海区潮港性质图、潮波图、验潮站分布图等，在海洋测绘、海洋开发、海岸工程等学科领域发挥着不可或缺的支撑作用。但是，随着潮汐理论、技术装备的发展，沿岸地理环境的变化，加之，《海道测量规范》在深度基准面算法方面进行了改进，早期的资料已经不能满足需要，部分成果与现实的深度基准面相差甚大。因此，该套成果急需重新计算和审定。目前，测量部门已经积累了大量的沿岸验潮站资料和海上测深同步验潮资料，应组织力量对这些资料进行集中整理、分别录入、校对审查，形成规范化的海洋潮汐观测记录，然后建立海洋潮汐数据库,统一推算理论最低潮面及潮汐特征值，组织海测专家鉴定并进行深度基准面的核定工作，最后形成新的成果，以此作为测量和制图部门一段时期内各验潮站深度基准面的基准。⒊ 抓紧确定新的海洋测深基准以理论最低潮面为深度基准面的水深测量理论和方法虽然已相当成熟，但是，在实用阶段所暴露的问题还是显而易见的。如本文所探讨的不统一问题、以点代面的合理程度问题、测量成果的统一与拼接等。因此，新的测绘基准的确定应提到议事日程上来，建立以平均海面为基础、与陆地高程基准面相统一的海洋大地水准面势在必行，该项目是目前海洋测绘工作亟待解决的基础性课题。

【作者简介】本文作者吴俊彦 韩范畴 成俊 孙国勇，第一作者吴俊彦，1965年出身，男，河北鹿泉人，高级工程师，主要从事海洋测绘及海洋潮汐的应用研究。文章来自《海洋测绘》（2008年第4期），参考文献略，版权归《海洋测绘》所有，其他平台转载请备注作者与出处。

相关阅读推荐：

投稿邮箱：[e-mail]，请您在留言中标注为投稿，并提供个人简介及联系方式，谢谢！