淮河流域高程系統換算關系研究

（中水淮河規劃設計研究有限公司 合肥 230601）

淮河流域地處中國東部，西起桐柏縣、伏牛山，東臨黃海，南以大別山和皖山余脈、通揚運河、如泰運河與長江流域相毗鄰，北以黃河南堤和沂蒙山脈為界，流域跨豫、鄂、皖、蘇、魯五省，總面積約27 萬km2。

淮河流域洪澇災害頻繁，1950年10月，政務院發布了《關于治理淮河的決定》，成立治淮委員會，拉開了淮河治理的序幕。為建立統一的高程系統，淮河流域先后進行了多次大規模的水準測量。由于歷史原因，淮河流域先后使用的多個高程系統，包括廢黃河零點高程系統、1956年黃海高程系統以及1985年國家高程基準。各個時期的水文資料、地形圖資料，都采用了當時的高程基準，因此造成了高程值不統一，在實際的應用過程中出現了較大的問題。為解決各個高程系統之間的轉換問題，進行淮河流域高程系統換算關系研究十分必要。

1 淮河流域主要的高程系統

1.1 廢黃河零點高程系統

江淮水利測量局以民國元年（1912年）廢黃河口的潮水位為零，作為起算高程，稱“廢黃河口零點高程”。后該局又用多年潮位觀測的平均潮水位確定新零點，其大多數高程測量均以新零點起算。“廢黃河口零點”高程系的原點，已湮沒無存，原點處新舊零點的高差和換用時間尚無資料查考。在“廢黃河口零點”系統內，存在“江淮水利局惠濟閘留點”和“蔣壩船塢西江淮水利局水準標”兩個并列引據水準點。

1952—1954年，因淮河流域大規模治理的需要，原治淮委員會測量總隊在淮河流域內布設了19條水準干線，累計長度6938km，1900 組水準標石，同時布了8 條水準支線，并聯測了當時流域內各水文站的水準基點，其施測精度相當于目前的國家二等水準測量精度。初算成果以民國時期導淮委員會江淮水利測量局設在淮陰馬頭鎮的BM11（高程為16.967m）為原點，將全流域的高程均納入這一系統，稱為“廢黃河零點高程系”。

1.2 1956年黃海高程系統

1956年黃海高程系是以青島驗潮站1950—1956年驗潮資料算得的黃海平均海水面為零的高程系統，原點設在青島市觀象山，高程為72.289m。

1956年水利部、國家測繪總局聯合對東經103°以東、北緯41°以南及北緯22°以北范圍內的水準網進行統一平差計算，淮河流域水準網被納入國家東南部水準網進行統一平差，并改算為“1956年黃海高程系”。

1.3 1985年國家高程基準一期

在1956年黃海高程系的基礎上，以青島驗潮站1952—1979年的驗潮資料計算的黃海平均海水面作為高程零點，測得水準原點高程為72.2604m，該高程稱為“1985年國家高程基準”。

1986—1991年，國家測繪局在全國重新布設一、二等水準線路，淮河流域共涉及國家一等環7 個，共15 條水準線路；二等環55，計77 條水準線路。1988年由淮委規劃設計院以國家一、二等水準網為基準，進行了淮河流域水準網改造，淮河流域原有水準網的基礎上加密布設二、三等水準網，聯測了原有水準點，將淮河流域水準網全部歸算至“1985國家高程基準”。

1.4 1985年國家高程基準二期

經歷20 余年的長期使用，由于社會發展及各類工程項目的建設，淮河流域水準網的改造成果遭到了大面積的破壞，水準點的數量和密度大大降低，已經無法滿足淮河流域工程建設和治理的需要，成為制約各類工程建設的重要因素。2010—2015年，由中水淮河規劃設計研究有限公司實施完成了“淮河流域統一高程系統”項目，將淮河流域以及膠東半島的水準網絡進行了恢復，共埋設標石3632 座，恢復標石2258 座。二等水準線路觀測約1129km，三等水準觀測約21166km。此次高程系統統一平差使用的已知點均為國家二期水準成果，共收集使用國家一等水準點約1083 座，二等水準點約912 點。淮河流域水準成果全部更新至“1985 國家高程基準二期”。

2 淮河流域高程系統換算的必要性

2.1 換算原因

1950年11月成立治淮委員會后，國家開始開展大規模的治淮工程建設，早期淮河流域包括沂沭泗河水系的泗河水系，在流域規劃、水文、勘測、規劃、設計以及工程建設、管理等方面，統一采用“廢黃河零點高程系”；沂沭河水系則采用“1956年黃海高程系”。

1996年3月，為推進全國高程基準的統一，水利部同意在淮河流域啟用“1985 國家高程基準”，批復文號水科技〔1996〕70 號。淮河水利委員會于1996年6月已發文（淮委規計〔1996〕68 號），要求從1997年7月起，凡報送淮委和水利部審查、審批的水利規劃、工程設計、防汛調度、工程管理等各種文件中的高程系統，均采用“1985 國家高程基準”。

為了使原有資料滿足國家的現行要求，與現行的資料平順銜接，迫切需要將原有資料的高程轉換至現行的高程系統。

2.2 主要問題

由于觀測儀器、觀測方法、觀測精度和觀測線路的不同，導致同一水準點在不同時期的平差成果和精度不同，加上標石的自然沉降、區域性地表沉陷等諸多影響因素，導致廢黃河零點高程系統、1956年黃海高程系統與1985 國家高程基準在不同區域、不同線路及不同點位的系統差值不一。

高程系統在換算時，最大的差值可達0.13m，采用不同的差值進行換算時，成果差異顯著。淮河流域大部分屬于平原河流，水面平緩，落差較小，不同的轉換差值會造成上下游水面矛盾，甚至出現“逆流”的極端情況。高程基準值的不協調也給洪水調度、水利工程建設帶了很大的風險，不利于規劃設計以及防洪決策。各系統之間的換算關系必須協調、科學。

表1 各高程系統重合點數量表

2.3 換算目的

主要目的：（1）解決水利工程規劃設計、工程建設、工程管理等工作中高程系統換算產生的矛盾；（2）為淮河流域水文資料、地形圖等新舊高程資料的轉換提供依據；（3）為淮河流域各區域、各部門提供科學合理、協調一致的換算數據。

3 換算關系計算

3.1 使用數據

3.1.1 廢黃河零點高程系統數據

采用1952—1954年原治淮委員會測量總隊布設的水準線路，該水準線路共埋設約1900 組水準標石，每組大部分都設有明標、地上暗標和地下暗標3 座標石。2012—2015年淮河流域進行了高程系統統一，經普查，該批標石還存有約900 余座。

高程系統換算采用的廢黃河零點高程成果均來自于這900 余座標石。

3.1.2 1956年黃海高程系統數據

采用1956年水利部、國家測繪局聯合組成的水準網平差委員統一平差計算后出版的《中國東南部地區精密水準成果表》，其中第四冊為淮河流域水準成果。高程系統換算采用的1956年黃海高程系統成果來源于此。

3.1.3 1985年國家高程基準數據

1985年國家高程基準一期數據采用1988—1992年由淮河水利委員會組織實施完成淮河流域水準網改造改造成果，共有標石約4906 座。

1985年國家高程基準二期數據采用2010—2015年淮河流域高程系統統一成果，共有標石約5890 座。

3.2 換算方法

3.2.1 基本原則

為系統、科學、合理地解決高程換算關系，將淮河流域的換算參數按點、線、面進行區分和計算，建立起面、線、點協調一致、精度可靠的轉換關系。點表示水準點，線表示淮河重要的干流、支流，面主要是地理位置相近、地形地貌基本一致的區域，各區域面積相當，包含的水系應完整。水準點的轉換參數優先度最高，線其次，面最后。

3.2.2 數據處理

計算1985 國家高程基準二期、1985 國家高程基準一期、1956年黃河高程系統以及廢黃河零點高程系統的相互之間的換算關系。

數據采用分步處理的方式：（1）挑選具有兩期高程數據的水準點，計算各點兩期高差，統計中誤差，并剔除粗差，循環計算直至所有中誤差均符合要求；（2）將符合要求的水準點按線和面進行劃區，計算中誤差并剔除粗差，循環計算至所有水準點均符合要求，將符合要求的水準點按線、面計算高程轉換值。各高程系統重合點數量見表1。

除了按點、線、面計算換算關系外，為了快速、準確地提供全淮河流域的換算數據，將所有水準點的概略坐標換算為投影坐標，繪制全淮河流域的換算關系等值線圖，在轉換地形圖時，可根據地形圖的位置，內插換算數據。

4 換算的成果

（1）制作了水準點高程關系對照表。

（2）制作了21 條主干河流以及重要的一級支流的換算關系表；21 條河段或支流主要為淮河干流洪河口以上河段、淮河干流洪河口至浮山河段、淮河干流浮山至洪澤湖入口河段、入江水道、洪汝河、沙潁河、渦河、奎濉河、新汴河、入海水道、蘇北灌溉總渠、史灌河、淠河、大運河、沂河、沭河、新沭河、茨淮新河、懷洪新河、汾泉河、黑茨河、包澮河。

（3）制作了11 個區域的換算關系表，片區的劃分原則為：大小基本相當，具有相同或相近的地理特征和地質特定，不同片區的水系盡可能不交叉。淮河流域的11 個片區分別為淮河上游片（包括洪汝河、白露河）、淮南片（白露河和池河之間的淮河以南地區）、沙潁河片區、奎濉河片、洪澤湖及周邊、里下河片、新沂河片、沂沭河片、泗運河片、南四湖湖區及膠東半島。

（4）制作了淮河流域高程系統換算關系等值線圖。

5 結語

淮河是我國重要的大江大河之一，淮河流域高程系統是淮河流域治理最為重要的高程依據。由于歷史發展原因，淮河流域存在了多個高程系統，各系統之間的換算關系牽涉到基準變化、高程觀測誤差、平差方法、標石沉降、地面沉陷等諸多因素，簡單、完美、精準地計算各系統之間的換算關系難度較大。通過淮河流域換算關系研究，在一定精度上系統地解決了以往資料的銜接利用問題，解決了長期以來存在的換算數據來源不明確、上下游換算矛盾、換算數據不明確等問題，為淮河流域的治理提供了科學的支撐■