（中水淮河規(guī)劃設(shè)計(jì)研究有限公司 合肥 230601）

淮河流域地處中國(guó)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(yáng)運(yùn)河、如泰運(yùn)河與長(zhǎng)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(wàn)km2。

淮河流域洪澇災(zāi)害頻繁，1950年10月，政務(wù)院發(fā)布了《關(guān)于治理淮河的決定》，成立治淮委員會(huì)，拉開(kāi)了淮河治理的序幕。為建立統(tǒng)一的高程系統(tǒng)，淮河流域先后進(jìn)行了多次大規(guī)模的水準(zhǔn)測(cè)量。由于歷史原因，淮河流域先后使用的多個(gè)高程系統(tǒng)，包括廢黃河零點(diǎn)高程系統(tǒng)、1956年黃海高程系統(tǒng)以及1985年國(guó)家高程基準(zhǔn)。各個(gè)時(shí)期的水文資料、地形圖資料，都采用了當(dāng)時(shí)的高程基準(zhǔn)，因此造成了高程值不統(tǒng)一，在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中出現(xiàn)了較大的問(wèn)題。為解決各個(gè)高程系統(tǒng)之間的轉(zhuǎn)換問(wèn)題，進(jìn)行淮河流域高程系統(tǒng)換算關(guān)系研究十分必要。

1 淮河流域主要的高程系統(tǒng)

1.1 廢黃河零點(diǎn)高程系統(tǒng)

江淮水利測(cè)量局以民國(guó)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(diǎn)高程”。后該局又用多年潮位觀測(cè)的平均潮水位確定新零點(diǎn)，其大多數(shù)高程測(cè)量均以新零點(diǎn)起算。“廢黃河口零點(diǎn)”高程系的原點(diǎn)，已湮沒(méi)無(wú)存，原點(diǎn)處新舊零點(diǎn)的高差和換用時(shí)間尚無(wú)資料查考。在“廢黃河口零點(diǎn)”系統(tǒng)內(nèi)，存在“江淮水利局惠濟(jì)閘留點(diǎn)”和“蔣壩船塢西江淮水利局水準(zhǔn)標(biāo)”兩個(gè)并列引據(jù)水準(zhǔn)點(diǎn)。

1952—1954年，因淮河流域大規(guī)模治理的需要，原治淮委員會(huì)測(cè)量總隊(duì)在淮河流域內(nèi)布設(shè)了19條水準(zhǔn)干線，累計(jì)長(zhǎng)度6938km，1900 組水準(zhǔn)標(biāo)石，同時(shí)布了8 條水準(zhǔn)支線，并聯(lián)測(cè)了當(dāng)時(shí)流域內(nèi)各水文站的水準(zhǔn)基點(diǎn)，其施測(cè)精度相當(dāng)于目前的國(guó)家二等水準(zhǔn)測(cè)量精度。初算成果以民國(guó)時(shí)期導(dǎo)淮委員會(huì)江淮水利測(cè)量局設(shè)在淮陰馬頭鎮(zhèn)的BM11（高程為16.967m）為原點(diǎn)，將全流域的高程均納入這一系統(tǒng)，稱為“廢黃河零點(diǎn)高程系”。

1.2 1956年黃海高程系統(tǒng)

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

1956年水利部、國(guó)家測(cè)繪總局聯(lián)合對(duì)東經(jīng)103°以東、北緯41°以南及北緯22°以北范圍內(nèi)的水準(zhǔn)網(wǎng)進(jìn)行統(tǒng)一平差計(jì)算，淮河流域水準(zhǔn)網(wǎng)被納入國(guó)家東南部水準(zhǔn)網(wǎng)進(jìn)行統(tǒng)一平差，并改算為“1956年黃海高程系”。

1.3 1985年國(guó)家高程基準(zhǔn)一期

在1956年黃海高程系的基礎(chǔ)上，以青島驗(yàn)潮站1952—1979年的驗(yàn)潮資料計(jì)算的黃海平均海水面作為高程零點(diǎn)，測(cè)得水準(zhǔn)原點(diǎn)高程為72.2604m，該高程稱為“1985年國(guó)家高程基準(zhǔn)”。

1986—1991年，國(guó)家測(cè)繪局在全國(guó)重新布設(shè)一、二等水準(zhǔn)線路，淮河流域共涉及國(guó)家一等環(huán)7 個(gè)，共15 條水準(zhǔn)線路；二等環(huán)55，計(jì)77 條水準(zhǔn)線路。1988年由淮委規(guī)劃設(shè)計(jì)院以國(guó)家一、二等水準(zhǔn)網(wǎng)為基準(zhǔn)，進(jìn)行了淮河流域水準(zhǔn)網(wǎng)改造，淮河流域原有水準(zhǔn)網(wǎng)的基礎(chǔ)上加密布設(shè)二、三等水準(zhǔn)網(wǎng)，聯(lián)測(cè)了原有水準(zhǔn)點(diǎn)，將淮河流域水準(zhǔn)網(wǎng)全部歸算至“1985國(guó)家高程基準(zhǔn)”。

1.4 1985年國(guó)家高程基準(zhǔn)二期

經(jīng)歷20 余年的長(zhǎng)期使用，由于社會(huì)發(fā)展及各類工程項(xiàng)目的建設(shè)，淮河流域水準(zhǔn)網(wǎng)的改造成果遭到了大面積的破壞，水準(zhǔn)點(diǎn)的數(shù)量和密度大大降低，已經(jīng)無(wú)法滿足淮河流域工程建設(shè)和治理的需要，成為制約各類工程建設(shè)的重要因素。2010—2015年，由中水淮河規(guī)劃設(shè)計(jì)研究有限公司實(shí)施完成了“淮河流域統(tǒng)一高程系統(tǒng)”項(xiàng)目，將淮河流域以及膠東半島的水準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了恢復(fù)，共埋設(shè)標(biāo)石3632 座，恢復(fù)標(biāo)石2258 座。二等水準(zhǔn)線路觀測(cè)約1129km，三等水準(zhǔn)觀測(cè)約21166km。此次高程系統(tǒng)統(tǒng)一平差使用的已知點(diǎn)均為國(guó)家二期水準(zhǔn)成果，共收集使用國(guó)家一等水準(zhǔn)點(diǎn)約1083 座，二等水準(zhǔn)點(diǎn)約912 點(diǎn)?；春恿饔蛩疁?zhǔn)成果全部更新至“1985 國(guó)家高程基準(zhǔn)二期”。

2 淮河流域高程系統(tǒng)換算的必要性

2.1 換算原因

1950年11月成立治淮委員會(huì)后，國(guó)家開(kāi)始開(kāi)展大規(guī)模的治淮工程建設(shè)，早期淮河流域包括沂沭泗河水系的泗河水系，在流域規(guī)劃、水文、勘測(cè)、規(guī)劃、設(shè)計(jì)以及工程建設(shè)、管理等方面，統(tǒng)一采用“廢黃河零點(diǎn)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(jìn)全國(guó)高程基準(zhǔn)的統(tǒng)一，水利部同意在淮河流域啟用“1985 國(guó)家高程基準(zhǔn)”，批復(fù)文號(hào)水科技〔1996〕70 號(hào)?；春铀瘑T會(huì)于1996年6月已發(fā)文（淮委規(guī)計(jì)〔1996〕68 號(hào)），要求從1997年7月起，凡報(bào)送淮委和水利部審查、審批的水利規(guī)劃、工程設(shè)計(jì)、防汛調(diào)度、工程管理等各種文件中的高程系統(tǒng)，均采用“1985 國(guó)家高程基準(zhǔn)”。

為了使原有資料滿足國(guó)家的現(xiàn)行要求，與現(xiàn)行的資料平順銜接，迫切需要將原有資料的高程轉(zhuǎn)換至現(xiàn)行的高程系統(tǒng)。

2.2 主要問(wèn)題

由于觀測(cè)儀器、觀測(cè)方法、觀測(cè)精度和觀測(cè)線路的不同，導(dǎo)致同一水準(zhǔn)點(diǎn)在不同時(shí)期的平差成果和精度不同，加上標(biāo)石的自然沉降、區(qū)域性地表沉陷等諸多影響因素，導(dǎo)致廢黃河零點(diǎn)高程系統(tǒng)、1956年黃海高程系統(tǒng)與1985 國(guó)家高程基準(zhǔn)在不同區(qū)域、不同線路及不同點(diǎn)位的系統(tǒng)差值不一。

高程系統(tǒng)在換算時(shí)，最大的差值可達(dá)0.13m，采用不同的差值進(jìn)行換算時(shí)，成果差異顯著?；春恿饔虼蟛糠謱儆谄皆恿鳎嫫骄?，落差較小，不同的轉(zhuǎn)換差值會(huì)造成上下游水面矛盾，甚至出現(xiàn)“逆流”的極端情況。高程基準(zhǔn)值的不協(xié)調(diào)也給洪水調(diào)度、水利工程建設(shè)帶了很大的風(fēng)險(xiǎn)，不利于規(guī)劃設(shè)計(jì)以及防洪決策。各系統(tǒng)之間的換算關(guān)系必須協(xié)調(diào)、科學(xué)。

表1 各高程系統(tǒng)重合點(diǎn)數(shù)量表

2.3 換算目的

主要目的：（1）解決水利工程規(guī)劃設(shè)計(jì)、工程建設(shè)、工程管理等工作中高程系統(tǒng)換算產(chǎn)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(zhuǎn)換提供依據(jù)；（3）為淮河流域各區(qū)域、各部門提供科學(xué)合理、協(xié)調(diào)一致的換算數(shù)據(jù)。

3 換算關(guān)系計(jì)算

3.1 使用數(shù)據(jù)

3.1.1 廢黃河零點(diǎn)高程系統(tǒng)數(shù)據(jù)

采用1952—1954年原治淮委員會(huì)測(cè)量總隊(duì)布設(shè)的水準(zhǔn)線路，該水準(zhǔn)線路共埋設(shè)約1900 組水準(zhǔn)標(biāo)石，每組大部分都設(shè)有明標(biāo)、地上暗標(biāo)和地下暗標(biāo)3 座標(biāo)石。2012—2015年淮河流域進(jìn)行了高程系統(tǒng)統(tǒng)一，經(jīng)普查，該批標(biāo)石還存有約900 余座。

高程系統(tǒng)換算采用的廢黃河零點(diǎn)高程成果均來(lái)自于這900 余座標(biāo)石。

3.1.2 1956年黃海高程系統(tǒng)數(shù)據(jù)

采用1956年水利部、國(guó)家測(cè)繪局聯(lián)合組成的水準(zhǔn)網(wǎng)平差委員統(tǒng)一平差計(jì)算后出版的《中國(guó)東南部地區(qū)精密水準(zhǔn)成果表》，其中第四冊(cè)為淮河流域水準(zhǔn)成果。高程系統(tǒng)換算采用的1956年黃海高程系統(tǒng)成果來(lái)源于此。

3.1.3 1985年國(guó)家高程基準(zhǔn)數(shù)據(jù)

1985年國(guó)家高程基準(zhǔn)一期數(shù)據(jù)采用1988—1992年由淮河水利委員會(huì)組織實(shí)施完成淮河流域水準(zhǔn)網(wǎng)改造改造成果，共有標(biāo)石約4906 座。

1985年國(guó)家高程基準(zhǔn)二期數(shù)據(jù)采用2010—2015年淮河流域高程系統(tǒng)統(tǒng)一成果，共有標(biāo)石約5890 座。

3.2 換算方法

3.2.1 基本原則

為系統(tǒng)、科學(xué)、合理地解決高程換算關(guān)系，將淮河流域的換算參數(shù)按點(diǎn)、線、面進(jìn)行區(qū)分和計(jì)算，建立起面、線、點(diǎn)協(xié)調(diào)一致、精度可靠的轉(zhuǎn)換關(guān)系。點(diǎn)表示水準(zhǔn)點(diǎn)，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(qū)域，各區(qū)域面積相當(dāng)，包含的水系應(yīng)完整。水準(zhǔn)點(diǎn)的轉(zhuǎn)換參數(shù)優(yōu)先度最高，線其次，面最后。

3.2.2 數(shù)據(jù)處理

計(jì)算1985 國(guó)家高程基準(zhǔn)二期、1985 國(guó)家高程基準(zhǔn)一期、1956年黃河高程系統(tǒng)以及廢黃河零點(diǎn)高程系統(tǒng)的相互之間的換算關(guān)系。

數(shù)據(jù)采用分步處理的方式：（1）挑選具有兩期高程數(shù)據(jù)的水準(zhǔn)點(diǎn)，計(jì)算各點(diǎn)兩期高差，統(tǒng)計(jì)中誤差，并剔除粗差，循環(huán)計(jì)算直至所有中誤差均符合要求；（2）將符合要求的水準(zhǔn)點(diǎn)按線和面進(jìn)行劃區(qū)，計(jì)算中誤差并剔除粗差，循環(huán)計(jì)算至所有水準(zhǔn)點(diǎn)均符合要求，將符合要求的水準(zhǔn)點(diǎn)按線、面計(jì)算高程轉(zhuǎn)換值。各高程系統(tǒng)重合點(diǎn)數(shù)量見(jiàn)表1。

除了按點(diǎn)、線、面計(jì)算換算關(guān)系外，為了快速、準(zhǔn)確地提供全淮河流域的換算數(shù)據(jù)，將所有水準(zhǔn)點(diǎn)的概略坐標(biāo)換算為投影坐標(biāo)，繪制全淮河流域的換算關(guān)系等值線圖，在轉(zhuǎn)換地形圖時(shí)，可根據(jù)地形圖的位置，內(nèi)插換算數(shù)據(jù)。

4 換算的成果

（1）制作了水準(zhǔn)點(diǎn)高程關(guān)系對(duì)照表。

（2）制作了21 條主干河流以及重要的一級(jí)支流的換算關(guān)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(yùn)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(gè)區(qū)域的換算關(guān)系表，片區(qū)的劃分原則為：大小基本相當(dāng)，具有相同或相近的地理特征和地質(zhì)特定，不同片區(qū)的水系盡可能不交叉?；春恿饔虻?1 個(gè)片區(qū)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(qū)）、沙潁河片區(qū)、奎濉河片、洪澤湖及周邊、里下河片、新沂河片、沂沭河片、泗運(yùn)河片、南四湖湖區(qū)及膠東半島。

（4）制作了淮河流域高程系統(tǒng)換算關(guān)系等值線圖。

5 結(jié)語(yǔ)

淮河是我國(guó)重要的大江大河之一，淮河流域高程系統(tǒng)是淮河流域治理最為重要的高程依據(jù)。由于歷史發(fā)展原因，淮河流域存在了多個(gè)高程系統(tǒng)，各系統(tǒng)之間的換算關(guān)系牽涉到基準(zhǔn)變化、高程觀測(cè)誤差、平差方法、標(biāo)石沉降、地面沉陷等諸多因素，簡(jiǎn)單、完美、精準(zhǔn)地計(jì)算各系統(tǒng)之間的換算關(guān)系難度較大。通過(guò)淮河流域換算關(guān)系研究，在一定精度上系統(tǒng)地解決了以往資料的銜接利用問(wèn)題，解決了長(zhǎng)期以來(lái)存在的換算數(shù)據(jù)來(lái)源不明確、上下游換算矛盾、換算數(shù)據(jù)不明確等問(wèn)題，為淮河流域的治理提供了科學(xué)的支撐■