第九章 潮位观测
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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 习题
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 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 •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 2
22
三、验潮井的设置与维护 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
23
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
24
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
25
四、井内外水尺的设置 不论是岛式还是岸式验潮井 ，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，其水尺零点在水 准点下的距离通过水准测量为 已知 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
13
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
14
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
小潮高潮
小潮低潮 大潮低潮高
28
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 HA 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
29
前视标尺 后视标尺
H (ai bi )
31
9.4 利用水尺进行潮位观测
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
21
二、水准点的设置 水尺设置后，即可从水尺上读取海面的高度 此高度从水尺零点起算，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，应与国家水准网的水准点 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
•选择验潮站的主要条件
选择风浪较小、来往船只较少的地方，有利于提 高观测准确度，也能避免水尺被风浪刮倒、船只 撞倒，给工作带来不便 选择在海滩坡度大的地方，使水尺位置便于由岸 上观测
•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
9.1 潮位观测的基本概念
一、潮汐的基本要素 潮汐的涨落现象以一定 时间重复出现
半日潮、全日潮 高潮、低潮 涨潮、落潮 平潮、高潮时、高潮水位 停潮、低潮时、低潮水位 潮高、高高潮高、低高潮高、低低潮高、高低潮高 涨潮时、落潮时、潮周期 涨潮潮差、落潮潮差、潮差
3
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
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
15
9.2 测站的设置
一、水尺设置及其维护 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， 按形式分为直立式、倾斜式、矮 桩式、悬锤式 采用坚硬的木材制成，厚为5~10 cm，宽为10~15 cm，尺面涂有白 色油漆，其上有米、分米、厘米 等黑色分划
19
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木桩组成，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，可将活动水尺放在每矮桩顶的圆头 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
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 27 的方法
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
170 cm 190 cm
180 cm
180 cm
??
7
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 1. 绝对基面 一般是以某一测站的多年平均海平面作为高程的 零点，如青岛零点(基面)、吴淞零点(基面)等 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) 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)
34
习题
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 潮汐要素概念 海平面、基准面 水尺类型 水准点含义 验潮井类型 水准联测重要性、定义 水准测量定义、原理 水位换算方法 潮位观测意义
35
16Leabharlann Baidu
1. 直立式水尺安装 开敞式水域安装方法 •根据不同海底底质、码头等建筑物而定 •对于海底底质是泥沙等较软物质地区，先将水 尺钉在木桩上，再打入海底约1米，并在四周拉 上铅丝加以固定 •对于海底底质坚硬地区，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，然 后放入海中，同时用铅丝加固
5
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
6
四、基准面和水准点与各种潮位的关系 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
潮高=
H H
26
9.3 水准联测
要进行验潮，首先要解决水尺零点的高程问题
如果水尺零点不予国家水准网(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 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
4
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 海平面基准面又称绝对基准面 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
20
4. 悬锤式水尺安装 适用于水很深、石质底、岸壁陡峭地区或江河封 冻无法设立木桩式水尺时 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 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
在黄海平均海平面确定的同时，还在青岛观象山上设 置了水准原点，这个水准原点高出黄海平均海平面 72.289米，是用特殊材料做成的，因此，极为稳定，在 青岛市区建立若干副点，组成水准圆点网，中国的高 程测量起算零点就这样建立起来了。
10
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 11 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。
我国高程基准面间关系
12
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~ 4. 验潮零点 一般来讲，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 水尺零点是记录潮高的起算面, 其上为正, 下为负
8
黄海高程基准面(56基面)和1985国家高程基面 56基面已废止
9
青岛地处我国纬度的中段，地质结构比较稳定，为花 岗岩地区，海军一号码头验潮站，验潮时间长，资料 连续而丰富，因此，通过科学的方法计算出日平均海 平面、月平均海平面、多年平均海平面，是相对稳定 可靠的，当然这个测算过程是比较复杂的。 经过国家权威部门的确认，我国高程起算零点黄海平 均海平面在1954年就确定下来，并投入使用。
17
1. 直立式水尺安装 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
18
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， 然后钉上木刻水尺 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
32
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
33
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
i 1
n
B对A的高差：h1 H B H A a1 b1 C对B的高差： h2 HC H B a2 b2 C对A的高差： h HC H A ( H B H A ) ( HC H B )
(a1 b1 ) (a2 b2 )
30
方法 将水准标尺放在水准点上或尺垫上，水准仪放在 两标尺的中间位置，整理仪器水平 照准后视标尺黑面，调整气泡严格居中，按上、 下丝和中丝读数，估读至毫米 照准前视标尺，与后视标尺相同，进行读数 前视标尺转红面，中丝读数 后视标尺转红面，中丝读数 观测顺序为后－前－前－后 第一测站完毕后，后视标尺移至水准仪前方作为 下一测站的前视标尺 全程往返观测两次求其高差的平均值为最终结果
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 习题
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 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 •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 2
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三、验潮井的设置与维护 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
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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
24
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
25
四、井内外水尺的设置 不论是岛式还是岸式验潮井 ，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，其水尺零点在水 准点下的距离通过水准测量为 已知 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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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
14
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
小潮高潮
小潮低潮 大潮低潮高
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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 HA 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
29
前视标尺 后视标尺
H (ai bi )
31
9.4 利用水尺进行潮位观测
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
21
二、水准点的设置 水尺设置后，即可从水尺上读取海面的高度 此高度从水尺零点起算，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，应与国家水准网的水准点 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
•选择验潮站的主要条件
选择风浪较小、来往船只较少的地方，有利于提 高观测准确度，也能避免水尺被风浪刮倒、船只 撞倒，给工作带来不便 选择在海滩坡度大的地方，使水尺位置便于由岸 上观测
•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
9.1 潮位观测的基本概念
一、潮汐的基本要素 潮汐的涨落现象以一定 时间重复出现
半日潮、全日潮 高潮、低潮 涨潮、落潮 平潮、高潮时、高潮水位 停潮、低潮时、低潮水位 潮高、高高潮高、低高潮高、低低潮高、高低潮高 涨潮时、落潮时、潮周期 涨潮潮差、落潮潮差、潮差
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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
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
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9.2 测站的设置
一、水尺设置及其维护 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， 按形式分为直立式、倾斜式、矮 桩式、悬锤式 采用坚硬的木材制成，厚为5~10 cm，宽为10~15 cm，尺面涂有白 色油漆，其上有米、分米、厘米 等黑色分划
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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木桩组成，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，可将活动水尺放在每矮桩顶的圆头 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
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 27 的方法
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
170 cm 190 cm
180 cm
180 cm
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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 1. 绝对基面 一般是以某一测站的多年平均海平面作为高程的 零点，如青岛零点(基面)、吴淞零点(基面)等 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) 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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习题
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 潮汐要素概念 海平面、基准面 水尺类型 水准点含义 验潮井类型 水准联测重要性、定义 水准测量定义、原理 水位换算方法 潮位观测意义
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16Leabharlann Baidu
1. 直立式水尺安装 开敞式水域安装方法 •根据不同海底底质、码头等建筑物而定 •对于海底底质是泥沙等较软物质地区，先将水 尺钉在木桩上，再打入海底约1米，并在四周拉 上铅丝加以固定 •对于海底底质坚硬地区，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，然 后放入海中，同时用铅丝加固
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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 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
潮高=
H H
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9.3 水准联测
要进行验潮，首先要解决水尺零点的高程问题
如果水尺零点不予国家水准网(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 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
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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 海平面基准面又称绝对基准面 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
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4. 悬锤式水尺安装 适用于水很深、石质底、岸壁陡峭地区或江河封 冻无法设立木桩式水尺时 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 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
在黄海平均海平面确定的同时，还在青岛观象山上设 置了水准原点，这个水准原点高出黄海平均海平面 72.289米，是用特殊材料做成的，因此，极为稳定，在 青岛市区建立若干副点，组成水准圆点网，中国的高 程测量起算零点就这样建立起来了。
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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 11 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。
我国高程基准面间关系
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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~ 4. 验潮零点 一般来讲，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 水尺零点是记录潮高的起算面, 其上为正, 下为负
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黄海高程基准面(56基面)和1985国家高程基面 56基面已废止
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青岛地处我国纬度的中段，地质结构比较稳定，为花 岗岩地区，海军一号码头验潮站，验潮时间长，资料 连续而丰富，因此，通过科学的方法计算出日平均海 平面、月平均海平面、多年平均海平面，是相对稳定 可靠的，当然这个测算过程是比较复杂的。 经过国家权威部门的确认，我国高程起算零点黄海平 均海平面在1954年就确定下来，并投入使用。
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1. 直立式水尺安装 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
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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， 然后钉上木刻水尺 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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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
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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
i 1
n
B对A的高差：h1 H B H A a1 b1 C对B的高差： h2 HC H B a2 b2 C对A的高差： h HC H A ( H B H A ) ( HC H B )
(a1 b1 ) (a2 b2 )
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方法 将水准标尺放在水准点上或尺垫上，水准仪放在 两标尺的中间位置，整理仪器水平 照准后视标尺黑面，调整气泡严格居中，按上、 下丝和中丝读数，估读至毫米 照准前视标尺，与后视标尺相同，进行读数 前视标尺转红面，中丝读数 后视标尺转红面，中丝读数 观测顺序为后－前－前－后 第一测站完毕后，后视标尺移至水准仪前方作为 下一测站的前视标尺 全程往返观测两次求其高差的平均值为最终结果