同步期平均海面法高程传递的工程应用

邬,伟

摘要:在近海水深测量中，我们可以采用水准联测法、GPS法传递高程。但在距岸较远、范围较大的跨海测量，高程的传递难以实施。文章通过对同步期平均海面法原理的介绍，同时结合工程实例，采取该方法可解决中短距离高程传递的问题。

关键词：跨海测量，高程传递，同步期平均海面

引言

在海洋测量中，经常会出现测区距离陆域较远、周围没有岛礁或无法接收到岸边基站信号的情况，这就导致水深测量过程中潮位难以控制的问题。随着我国沿岸及岛屿水位站数量的增多和水位资料的积累，以及海洋潮汐分析技术的发展，已具备以较高精度推算中国近海水位的条件。由于工程测量项目工期紧、成本有限，难以方便建立和利用海上定点水位站的数据。同步期平均海面法的应用，可避免海上定点水位站的设立，节省水深测量投资，降低海上作业难度。

1.同步期平均海平面传递原理

平均海平面一般是指多年的，每小时潮位观测记录的平均值，而用来计算海平面高度的数据是日平均、月平均或者年平均等海平面高度。我们参与的项目一般周期性短，且难以收集到多年潮汐数据，因此文章采用日平均海平面数据来分析。

《水运工程测量规范》5.5.6.1节规定：开阔海域利用海水面传递高程，可采用高低潮法或同步期平均海面法。其中采用高低潮法应以各组高低平潮平均值推算高差的平均值作为传递高差值，该方法只适用于5km内的作业范围，在外海测绘中适用性较低；同步期平均海平面法是以同步期平均海面推算高程作为传递高程值，作业距离最大可达50km，以50km范围内任意处平均海平面相同作为传递条件。同步期平均海面应用在潮汐性质相似的海区，可以使用同步期平均海平面传递高程法，若潮汐性质不同，是不能用此方法的。在潮汐性质相同的两地设立临时验潮站，同步连续记录两地潮位数据，然后根据一地的已知高程资料，通过海平面传递至另一地，从而完成跨海高程传递。

2.工程实例

锦州港某航道改扩建工程项目，航道总长度约50km，采用多波束测量手段进行水深测量。项目位于渤海湾内，是典型的半日潮。潮汐性质基本一致，测区航道总长度不超过50km，符合同步期平均海面传递法的适用条件。同步期平均海平面法外业采用瑞士Keller水位计自动记录潮位数据，通过改正将潮位数值归算至当地理论最低潮面。同时在部分时段内，采用人工潮位校核水位计数据。

陆域布设3个潮位站及人工验潮检校，海域布设2个潮位站。分别于陆域岸边及外海测量范围内，安置压力式水位计，水位计应保证其传感器稳固，低潮时不干出且高潮时水位应在其量程之内。

2.1作业过程概述

采用四等水准施测方法，对陆域三个潮位站（C1、C2、C3）主要水准点、工作水准点进行联测，并量测绑扎水位计的绳长，将高程传递到水位计零刻度处。对水位计记录的数据改正，即为该站瞬时的潮位。统计开始观测至观测结束的连续潮位数据，计算得到平均海面的高程值Hp1、Hp2、Hp3。理论来讲，Hp1=Hp2=Hp3。如相差不大，取两者平均作为该区域的平均海面高程值Hp。

针对C4、C5两个离岸水位站高程基面传递，方法是与C1、C2、C3同步观测潮位。观测时间自实施前开始计算，向后推不少于7天时间，设置自动记录间隔为10分钟。首先分别求出同步观测期间两潮位站水位计探头至海面平均水深值L4、L5，然后根据陆域传递的平均海面高程值Hp，解算出潮位改正常数ΔC4、ΔC5（ΔC4=L4-Hp,ΔC5同理）。最后C4、C5站某时水位计的水深数据Ha减去潮位改正常数ΔC，即为该站当时瞬时潮位。

2.2水位计设置注意事项

（1）关于海上临时水位站的布设，应能控制全测区的水位变化。另外也应考虑水位计的方便回收和不受破坏，其站址应选择在海底平坦、泥沙底质、风浪和海流较小的地方，可选在航道槽外，不宜选在较深的航道基槽内；抛设水位计时，建议设置暗漂，防止被过往船只拾获，并定位出抛设的位置。

（2）水位计投放前，保持电量充足，要准确对时，设置好采样参数及入水前气压修正值。使用自容式水位计时，应每天等间隔观测岸边及液面上大气压、温度等气象数据,记录海水密度，对相应的水位计进行气压、温度改正。

2.3数据汇总分析

将各验潮站每日潮位数据求取平均值，制表统计如下：

表1 各验潮站每日潮位平均值单位：m

站号 时间	C1站	C2站	C3站	C4站	C5站
第1天	1.34	1.31	1.36	1.36	1.39
第2天	1.82	1.79	1.82	1.81	1.80
第3天	1.69	1.65	1.71	1.69	1.68
第4天	1.75	1.69	1.75	1.72	1.70
第5天	1.77	1.77	1.78	1.75	1.73
第6天	1.84	1.86	1.86	1.83	1.80
第7天	1.70	1.73	1.71	1.67	1.72
第8天	1.68	1.71	1.69	1.67	1.65
第9天	1.81	1.84	1.81	1.79	1.76
各站平均值	1.71	1.71	1.72	1.70	1.69

由表可知，一天中各潮位站的平均潮位高差最大为0.08m，整个观测周期内的平均值在1.70m左右（当地理论最低潮面，下同），数据分布较集中。在表1中，C1-C5各验潮站平均海面的高程在1.69m至1.72m间。通过收集的资料获得，葫芦岛1963-1982年（共20年）资料统计出的多年平均海面为1.60m。由于项目是9天短期观测数据统计，仅与长期观测数据相差0.1m，满足《水运工程测量规范》中平均海面测量精度0.1m的要求。若同步观测时间更长，短期数据会更接近于长期结果。有研究表明，利用一天观测资料计算的平均海面相对波动较大，连续观测3天的同步数值能够保持一定精度的传递。在考虑较远海域时，为保证传递高程的准确性，需要有连续7天的同步观测数值，这样高程传递精度也可满足四等水准的要求。

3.结束语

平均海平面法实现高程传递的方法，已经成熟应用于长距离航道测量、岛礁测量、海上风电测量等项目中，该方法在海洋工程中的应用较简单，可以很好地解决外海高程传递的问题。根据国际标准要求和有关研究可以得出，平均海平面的传递精度随着同步验潮时长的增大会明显提高，15d-30d的同步验潮数据得到的平均海面最大误差范围大约为1cm-2cm。本文以锦州港航道多波束扫海测量项目的海上高程传递为例，梳理了实测数据的处理过程，对今后类似不大于50km的外海水深测量项目高程传递问题具有指导意义。

参考文献:

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