第九章 潮位观测
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10
三、海平面与基准面
1. 海平面 验潮站站址选定后，通过大量观测资料可 确定该区域海平面 测量陆地上人工建筑物和自然物高程的 一个起算面，也叫基准面，通过大地测量 水准网相对固定 又称绝对基准面
解放前我国没有统一高程起算零点
1957年起，以青岛验潮站多年的平均海 平面作为全国高程系统的基准面 其他国家也有其各自的高程起算面
•海涂围垦、潮汐发电
•确定平均海平面和深度基准面、潮汐表制作
•海上作战指挥、海底电缆的敷设……
潮高观测以厘米为单位，取整 数，潮时观测精确到1分钟
3
潮汐发电
4
5
9.1 潮位观测的基本概念
6
一、潮汐的基本要素
潮汐的涨落现象以 一定时间重复出现 全日潮 半日潮 混合半日潮
7
状态：高潮、低潮 过程：涨潮、落潮 状态：平潮、高潮 时、高潮水位 状态：停潮、低潮 时、低潮水位
27
一、水尺设置
验潮站设置主要涉及到水尺、 水准点和验潮井
水尺是验潮站观测的基本设备
28
水尺零点是记录海面高度的起算面, 其上为正, 下为负
29
直立式 倾斜式 矮桩式 悬锤式
30
1. 直立式水尺安装
开敞式水域安装方法 •海底底质为泥沙等，将水尺钉在木桩上， 再打入海底约1米，在四周拉上铅丝固定 •海底底质坚硬地区，可在大石块中间打 一孔插入水尺，或用水泥、沙、石浇成水 泥沉石，将木桩浇在中间，再将水尺固定 在木桩上，放入海中，同时用铅丝加固
34
35
3. 矮桩式水尺安装
适用于有严重流冰或漂浮物以及有频繁航运的地 方，但不宜用于易淤地区
由若干根牢固地打入海中的矮桩组成，矮桩群的 连线应垂直于海岸线 矮桩露出地面的高度一般为5~20 cm，并用水准 仪测出每根矮桩顶之间的高度差 观测水位时，可将活动水尺放在矮桩顶的圆头钉 上，读取铁钉以上水尺水位，再经过矮桩顶上水 尺之间的换算，即得水位在水尺上的高程
40
三、验潮井的设置
短期验潮站只需设立水尺和水准点，而长期验 潮站则要设置验潮井 验潮井是为安装验潮仪而专设的建筑物，按其 建筑结构可分为岛式和岸式
41
1. 岛式验潮井
由海面上的支架 、引桥、仪器室和 测井组成 测井：为消除海 面波动对浮筒影响 ，安装消波器 一般在海岸坡度 较缓、水较浅的地 方使用
潮位是以海面到固定基面的高程表示的
选定观测站后，要确定该测站潮位观测的起算面 （测站基面） 绝对基面、假定基面、冻结基面、海图深度基面 水准点：国家高程网的控制点
13
为什么要起算面？
170 cm 190 cm 180 cm 180 cm
14
1. 绝对基面
一般以某一测站的多年平均海平面作为高程零点 青岛零点(基面)、吴淞零点(基面)、 大沽零点(基面) 、珠江零点(基面)、 废黄河口零点(基面) 、 坎门零点(基面) 、罗星塔零点(基面)
黄海高程基准：青岛大港1950~1956年验 潮资料平均海平面，也称56基面，已废止 1985国家高程基准：青岛大港1952~1979 年验潮资料平均海平面，也称85基面
15
我国高程基准面间关系
16
绝对基面：多年平均海平面
问题：平均海平面怎么来的？ 某测站测得任意时段的每小时的潮高取 其平均值，称为某测站的、在某一段时 间的平均海平面 潮高？？？ 测站基面到自由水面的垂直距离 测站基面！！！
测站基面
潮高：测站基面到自由水面的垂直距离 半日潮：高高潮高、低高潮高、低低潮高、 高低潮高
8
涨潮时、落潮时、潮周期
涨潮潮差、落潮潮差、潮差
9
二、验潮站站址的选择
验潮站的潮汐情况在本海区必须具有代表性 •选择验潮站的主要条件 风浪较小、来往船只较少的地方，能提高观测 准确度，避免水尺被风浪刮倒、船只撞倒 选择海滩坡度大的地方，便于岸上观测水尺位 置：坡度小，潮位升降不易观测 应尽量利用现有码头、防波堤、栈桥等海上建 筑物作为观测点，且应避开冲刷、淤积、崩坍 等使海岸变形迅速的地方
第九章 潮位观测
主要内容
潮位观测的基本概念 测站的设置 水准联测 利用水尺进行潮位观测
1
概述
水体的自由表面距离固定基面的高度统称水位
海洋中的水位又称潮位
天体引潮力导致的周期性垂直涨落 风、气压、大陆径流等因素引起的非周期变化
2
潮位观测的重要性
•船舶进出港口、海洋和海岸工程设计
•海军水雷布设深度、风暴潮和潮汐预报
潮高=H-△H
46
9.3 水准联测
47
要进行验潮，首先要解决水尺零点的高程问题 如果水尺零点不与国家水准网(基准面)联测，不求 出水尺零点相对于国家标准高程网中的高度，那么 这个零点就没有任何意义，观测的资料很难使用
48
为什么要起算面？
170 cm 190 cm 180 cm 180 cm
17
2. 假定基面 某测站附近没有国家水准点，测站的高程无法与 国家某一水准点联接时，可自行假定一个测站基面， 称为假定基面
3. 冻结基面 原测站基面变动，不再使用，将其冻结，称为~ 可保持历史资料的连续性
18
4. 验潮零点
验潮站水位起算面
验潮零点所在面称为潮高基准面，通常相当于当 地的最低低潮面
53
前视标尺 后视标尺
H (ai bi )
i 1
n
B对A的高差： C对B的高差： C对A的高差：
h1 H B H A a1 b1 h2 HC H B a2 b2
h HC H A (H B H A ) (HC H B ) (a1 b1 ) (a2 b2 )
24
中华人民共和国水准原点
这座小石屋全部由崂山花岗岩砌成，顶部中央及四角各竖一石柱，雕凿精细，玲珑别致， 室内墙壁上镶一块刻有“中华人民共和国水准原点”的黑色大理石碑，室中有一约2米深 25 的旱井，水袋玛瑙位于旱井底中。小石屋建筑面积8平方米，俄式建筑风格，1954年建成。
26
9.2 测站的设置
11
2. 平均海平面及其变化
某测站测得任意时段的每小时的潮高取其平均值， 称为某测站的、在某一段时间的平均海平面
日平均海平面、月平均海平面、年平均海平面 平均海平面是变化的 •随季节变化
•随地点变化
地理条件、气象因素、海水密度不同导致
全球变暖使得海平面整体呈上升趋势
12
四、基准面和水准点与各种潮位的关系
49
来源：上海市水务局网站-实时水位
50
水准联测目的：求出水尺零点、水尺旁边临时水 准点、岸上固定水准点与国家标准基准面之间的 高度关系，以保证获得统一的水位观测资料 水准联测：用水准测量的方法，测出水尺零点 相对国家标准基准面中的高程，从而固定了水位 零点、平均海面及深度基准面的相对关系，也保 证了潮位资料的统一性 水准测量：用水准仪和水准标尺测量两点 之间的高程差的方法
39
二、水准点的设置
从水尺零点起算，读取海面的高度
一旦水尺被撞倒，所有资料将失去依据
需在岸上设立固定水准点，并求出水尺零点和水 准点之间的相对高度 水准点是长期保存的 设置固定水准点之后，应与国家水准网进行联测， 求出水尺零点在国家水准网中的绝对高程 为了方便，有时在水尺附近设立临时校准水准点
31
有依托物的安装方法 •若设站地点有码头、堤坝、栈桥、平台、 灯塔等海上建筑物，则可依照具体地形、 地势，将水尺固定在这些人造物的边壁上
对于海滩坡度小而潮差大的地方，需设立 多根水尺，每相邻两根水尺间需重合0.5 m左右，保证潮汐的连续观测
32
33
2. 倾斜式水尺安装
在设置直立水尺有困难的地区 由上而下每隔一定距离，用混凝土做成稳定基 础或打下木桩，再用粗木条固定在基础或木桩上， 然后固定上水尺 用水准仪测量每米水位标记线的位置，再把相 邻两条水位标记线中间的斜距离等分为10或100份
58
59
9.5 利用验潮仪进行潮位观测
60
61
验潮零点是确定所有基准面的基础！！！ （最原始的测站基面）
19
Baidu Nhomakorabea
5. 深度基准面
海图水深的起算面 一般确定在最低低潮面附近 各国不同
•英国：最低天文潮面 •美国、瑞典、荷兰：平均低潮面 •中国、俄罗斯：理论深度基准面 •日本：略低低潮面
验潮零点也在最 低低潮面附近
20
潮高（m） 大潮高潮 大潮高潮面 小潮高潮面高 小潮高潮高 小潮潮差 大潮高潮高
42
连云港海洋站岛式验潮井
43
井外水尺
44
2. 岸式验潮井
验潮井的测井、仪器室是在岸上的，有连通海面 的输水管与测井连接
45
四、井内外水尺的设置
岛式和岸式验潮井，在建井同时 ，应设立井外校核水尺和井内参证 水尺，以便经常检验验潮仪记录的 准确性 井外水尺：设立方法与直立式水 尺相同，通过水准测量确定水尺零 点相对水准点的距离 井内水尺：以带尺量取高度为已 知的某固定点到水面的距离来测得 潮高
36
37
4. 悬锤式水尺安装
适用于水很深、石质底、岸壁 陡峭地区 将水尺固定在横木上，绳索绕 过滑轮，上端伸向水尺板并装有 拉环作为指标，下端吊有重锤， 直抵水面 安装时应估计最低水位，以决 定绳索长度
38
观测水位时，先把重锤放下，当锤和水面接触 时，再看指标拉环在水尺板上的读数，即为潮位
23
青岛为稳定的花岗岩地质结构，海军一号码头验 潮站，验潮时间长，资料连续，通过复杂的科学 计算出可靠的多年平均海平面—黄海平均海平面
同时，还在青岛观象山上设置了水准原点，高出 黄海平均海平面72.260米，用特殊材料做成，极为 稳定，在青岛市区建立若干副点，组成水准原点 网，中国的高程测量起算零点就这样建立起来了
小潮高潮
小潮低潮 大潮低潮高
大潮潮差
平均海面
小潮低潮面 大潮低潮面
大潮低潮
小潮低潮高
潮高基准面（海图基准面） 时间（h）
海图水深
21
选定观测站后，要确定该测站潮位观测的起算面 （测站基面） 海图深度基面（验潮零点）
水位
绝对基面
水位
可统一到1985国家高程基面
22
水准点、水准原点
黄海高程基准面(56基面)和1985国家高程基面
51
一、水准仪的主要结构
主要由望远镜、水准器、脚架等构成 水准器：使望远镜处于水平视线上进行准确读数 脚架：固定水准仪，并能调整其高度
52
二、测量基本原理和方法
原理 地面上A点高程为A 点与黄海平均海面的垂 直距离
欲测出B点对于A点的高差，则需在A、B两点 上竖立水准标尺，并在其中间安置水准仪 当视线水平时，读出两标尺上的读数，差值即 为A、B两点的高差
54
9.4 利用水尺进行潮位观测
55
临时观测站和没有自记验潮仪的观测站 一、观测与记录 水位观测一般于整点每小时观测一次 高、低潮前后半小时内，每隔10分钟观测一次 •水位变化不正常时，继续10分钟间隔观测直至 正常为止 读取水尺读数时视线应尽可能接近水面 有波浪时，抓紧时机，在小浪时连续读取三个波 峰和三个波谷通过水尺时的读数，取平均作为水尺 读数
56
进行水尺组观测时，必须掌握时机，选择两支相邻 水尺同时进行观测，每次观测的水位应为两支水尺 观测结果的平均值 水面偶尔落到水尺零点以下时，读数为负值 水尺设立后，即对水尺进行编号 •若观测水尺由于船只碰撞或被大风刮倒，需另设 水尺、水尺零点位置有变动时也需重新编号
57
2. 水位换算
不同水尺的观测资料必须换算至同一水位零点上 水位零点一般取离岸最远的水尺零点下1 m左右
三、海平面与基准面
1. 海平面 验潮站站址选定后，通过大量观测资料可 确定该区域海平面 测量陆地上人工建筑物和自然物高程的 一个起算面，也叫基准面，通过大地测量 水准网相对固定 又称绝对基准面
解放前我国没有统一高程起算零点
1957年起，以青岛验潮站多年的平均海 平面作为全国高程系统的基准面 其他国家也有其各自的高程起算面
•海涂围垦、潮汐发电
•确定平均海平面和深度基准面、潮汐表制作
•海上作战指挥、海底电缆的敷设……
潮高观测以厘米为单位，取整 数，潮时观测精确到1分钟
3
潮汐发电
4
5
9.1 潮位观测的基本概念
6
一、潮汐的基本要素
潮汐的涨落现象以 一定时间重复出现 全日潮 半日潮 混合半日潮
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状态：高潮、低潮 过程：涨潮、落潮 状态：平潮、高潮 时、高潮水位 状态：停潮、低潮 时、低潮水位
27
一、水尺设置
验潮站设置主要涉及到水尺、 水准点和验潮井
水尺是验潮站观测的基本设备
28
水尺零点是记录海面高度的起算面, 其上为正, 下为负
29
直立式 倾斜式 矮桩式 悬锤式
30
1. 直立式水尺安装
开敞式水域安装方法 •海底底质为泥沙等，将水尺钉在木桩上， 再打入海底约1米，在四周拉上铅丝固定 •海底底质坚硬地区，可在大石块中间打 一孔插入水尺，或用水泥、沙、石浇成水 泥沉石，将木桩浇在中间，再将水尺固定 在木桩上，放入海中，同时用铅丝加固
34
35
3. 矮桩式水尺安装
适用于有严重流冰或漂浮物以及有频繁航运的地 方，但不宜用于易淤地区
由若干根牢固地打入海中的矮桩组成，矮桩群的 连线应垂直于海岸线 矮桩露出地面的高度一般为5~20 cm，并用水准 仪测出每根矮桩顶之间的高度差 观测水位时，可将活动水尺放在矮桩顶的圆头钉 上，读取铁钉以上水尺水位，再经过矮桩顶上水 尺之间的换算，即得水位在水尺上的高程
40
三、验潮井的设置
短期验潮站只需设立水尺和水准点，而长期验 潮站则要设置验潮井 验潮井是为安装验潮仪而专设的建筑物，按其 建筑结构可分为岛式和岸式
41
1. 岛式验潮井
由海面上的支架 、引桥、仪器室和 测井组成 测井：为消除海 面波动对浮筒影响 ，安装消波器 一般在海岸坡度 较缓、水较浅的地 方使用
潮位是以海面到固定基面的高程表示的
选定观测站后，要确定该测站潮位观测的起算面 （测站基面） 绝对基面、假定基面、冻结基面、海图深度基面 水准点：国家高程网的控制点
13
为什么要起算面？
170 cm 190 cm 180 cm 180 cm
14
1. 绝对基面
一般以某一测站的多年平均海平面作为高程零点 青岛零点(基面)、吴淞零点(基面)、 大沽零点(基面) 、珠江零点(基面)、 废黄河口零点(基面) 、 坎门零点(基面) 、罗星塔零点(基面)
黄海高程基准：青岛大港1950~1956年验 潮资料平均海平面，也称56基面，已废止 1985国家高程基准：青岛大港1952~1979 年验潮资料平均海平面，也称85基面
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我国高程基准面间关系
16
绝对基面：多年平均海平面
问题：平均海平面怎么来的？ 某测站测得任意时段的每小时的潮高取 其平均值，称为某测站的、在某一段时 间的平均海平面 潮高？？？ 测站基面到自由水面的垂直距离 测站基面！！！
测站基面
潮高：测站基面到自由水面的垂直距离 半日潮：高高潮高、低高潮高、低低潮高、 高低潮高
8
涨潮时、落潮时、潮周期
涨潮潮差、落潮潮差、潮差
9
二、验潮站站址的选择
验潮站的潮汐情况在本海区必须具有代表性 •选择验潮站的主要条件 风浪较小、来往船只较少的地方，能提高观测 准确度，避免水尺被风浪刮倒、船只撞倒 选择海滩坡度大的地方，便于岸上观测水尺位 置：坡度小，潮位升降不易观测 应尽量利用现有码头、防波堤、栈桥等海上建 筑物作为观测点，且应避开冲刷、淤积、崩坍 等使海岸变形迅速的地方
第九章 潮位观测
主要内容
潮位观测的基本概念 测站的设置 水准联测 利用水尺进行潮位观测
1
概述
水体的自由表面距离固定基面的高度统称水位
海洋中的水位又称潮位
天体引潮力导致的周期性垂直涨落 风、气压、大陆径流等因素引起的非周期变化
2
潮位观测的重要性
•船舶进出港口、海洋和海岸工程设计
•海军水雷布设深度、风暴潮和潮汐预报
潮高=H-△H
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9.3 水准联测
47
要进行验潮，首先要解决水尺零点的高程问题 如果水尺零点不与国家水准网(基准面)联测，不求 出水尺零点相对于国家标准高程网中的高度，那么 这个零点就没有任何意义，观测的资料很难使用
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为什么要起算面？
170 cm 190 cm 180 cm 180 cm
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2. 假定基面 某测站附近没有国家水准点，测站的高程无法与 国家某一水准点联接时，可自行假定一个测站基面， 称为假定基面
3. 冻结基面 原测站基面变动，不再使用，将其冻结，称为~ 可保持历史资料的连续性
18
4. 验潮零点
验潮站水位起算面
验潮零点所在面称为潮高基准面，通常相当于当 地的最低低潮面
53
前视标尺 后视标尺
H (ai bi )
i 1
n
B对A的高差： C对B的高差： C对A的高差：
h1 H B H A a1 b1 h2 HC H B a2 b2
h HC H A (H B H A ) (HC H B ) (a1 b1 ) (a2 b2 )
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中华人民共和国水准原点
这座小石屋全部由崂山花岗岩砌成，顶部中央及四角各竖一石柱，雕凿精细，玲珑别致， 室内墙壁上镶一块刻有“中华人民共和国水准原点”的黑色大理石碑，室中有一约2米深 25 的旱井，水袋玛瑙位于旱井底中。小石屋建筑面积8平方米，俄式建筑风格，1954年建成。
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9.2 测站的设置
11
2. 平均海平面及其变化
某测站测得任意时段的每小时的潮高取其平均值， 称为某测站的、在某一段时间的平均海平面
日平均海平面、月平均海平面、年平均海平面 平均海平面是变化的 •随季节变化
•随地点变化
地理条件、气象因素、海水密度不同导致
全球变暖使得海平面整体呈上升趋势
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四、基准面和水准点与各种潮位的关系
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来源：上海市水务局网站-实时水位
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水准联测目的：求出水尺零点、水尺旁边临时水 准点、岸上固定水准点与国家标准基准面之间的 高度关系，以保证获得统一的水位观测资料 水准联测：用水准测量的方法，测出水尺零点 相对国家标准基准面中的高程，从而固定了水位 零点、平均海面及深度基准面的相对关系，也保 证了潮位资料的统一性 水准测量：用水准仪和水准标尺测量两点 之间的高程差的方法
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二、水准点的设置
从水尺零点起算，读取海面的高度
一旦水尺被撞倒，所有资料将失去依据
需在岸上设立固定水准点，并求出水尺零点和水 准点之间的相对高度 水准点是长期保存的 设置固定水准点之后，应与国家水准网进行联测， 求出水尺零点在国家水准网中的绝对高程 为了方便，有时在水尺附近设立临时校准水准点
31
有依托物的安装方法 •若设站地点有码头、堤坝、栈桥、平台、 灯塔等海上建筑物，则可依照具体地形、 地势，将水尺固定在这些人造物的边壁上
对于海滩坡度小而潮差大的地方，需设立 多根水尺，每相邻两根水尺间需重合0.5 m左右，保证潮汐的连续观测
32
33
2. 倾斜式水尺安装
在设置直立水尺有困难的地区 由上而下每隔一定距离，用混凝土做成稳定基 础或打下木桩，再用粗木条固定在基础或木桩上， 然后固定上水尺 用水准仪测量每米水位标记线的位置，再把相 邻两条水位标记线中间的斜距离等分为10或100份
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9.5 利用验潮仪进行潮位观测
60
61
验潮零点是确定所有基准面的基础！！！ （最原始的测站基面）
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Baidu Nhomakorabea
5. 深度基准面
海图水深的起算面 一般确定在最低低潮面附近 各国不同
•英国：最低天文潮面 •美国、瑞典、荷兰：平均低潮面 •中国、俄罗斯：理论深度基准面 •日本：略低低潮面
验潮零点也在最 低低潮面附近
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潮高（m） 大潮高潮 大潮高潮面 小潮高潮面高 小潮高潮高 小潮潮差 大潮高潮高
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连云港海洋站岛式验潮井
43
井外水尺
44
2. 岸式验潮井
验潮井的测井、仪器室是在岸上的，有连通海面 的输水管与测井连接
45
四、井内外水尺的设置
岛式和岸式验潮井，在建井同时 ，应设立井外校核水尺和井内参证 水尺，以便经常检验验潮仪记录的 准确性 井外水尺：设立方法与直立式水 尺相同，通过水准测量确定水尺零 点相对水准点的距离 井内水尺：以带尺量取高度为已 知的某固定点到水面的距离来测得 潮高
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37
4. 悬锤式水尺安装
适用于水很深、石质底、岸壁 陡峭地区 将水尺固定在横木上，绳索绕 过滑轮，上端伸向水尺板并装有 拉环作为指标，下端吊有重锤， 直抵水面 安装时应估计最低水位，以决 定绳索长度
38
观测水位时，先把重锤放下，当锤和水面接触 时，再看指标拉环在水尺板上的读数，即为潮位
23
青岛为稳定的花岗岩地质结构，海军一号码头验 潮站，验潮时间长，资料连续，通过复杂的科学 计算出可靠的多年平均海平面—黄海平均海平面
同时，还在青岛观象山上设置了水准原点，高出 黄海平均海平面72.260米，用特殊材料做成，极为 稳定，在青岛市区建立若干副点，组成水准原点 网，中国的高程测量起算零点就这样建立起来了
小潮高潮
小潮低潮 大潮低潮高
大潮潮差
平均海面
小潮低潮面 大潮低潮面
大潮低潮
小潮低潮高
潮高基准面（海图基准面） 时间（h）
海图水深
21
选定观测站后，要确定该测站潮位观测的起算面 （测站基面） 海图深度基面（验潮零点）
水位
绝对基面
水位
可统一到1985国家高程基面
22
水准点、水准原点
黄海高程基准面(56基面)和1985国家高程基面
51
一、水准仪的主要结构
主要由望远镜、水准器、脚架等构成 水准器：使望远镜处于水平视线上进行准确读数 脚架：固定水准仪，并能调整其高度
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二、测量基本原理和方法
原理 地面上A点高程为A 点与黄海平均海面的垂 直距离
欲测出B点对于A点的高差，则需在A、B两点 上竖立水准标尺，并在其中间安置水准仪 当视线水平时，读出两标尺上的读数，差值即 为A、B两点的高差
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9.4 利用水尺进行潮位观测
55
临时观测站和没有自记验潮仪的观测站 一、观测与记录 水位观测一般于整点每小时观测一次 高、低潮前后半小时内，每隔10分钟观测一次 •水位变化不正常时，继续10分钟间隔观测直至 正常为止 读取水尺读数时视线应尽可能接近水面 有波浪时，抓紧时机，在小浪时连续读取三个波 峰和三个波谷通过水尺时的读数，取平均作为水尺 读数
56
进行水尺组观测时，必须掌握时机，选择两支相邻 水尺同时进行观测，每次观测的水位应为两支水尺 观测结果的平均值 水面偶尔落到水尺零点以下时，读数为负值 水尺设立后，即对水尺进行编号 •若观测水尺由于船只碰撞或被大风刮倒，需另设 水尺、水尺零点位置有变动时也需重新编号
57
2. 水位换算
不同水尺的观测资料必须换算至同一水位零点上 水位零点一般取离岸最远的水尺零点下1 m左右