《以文化的名义说海洋》35说:中国人设计建造的第一个验潮所
作者:李明春 来源:海洋文化教育研究中心 访问:418 日期: 2021-09-03

潮汐观测,是世界海洋岸滨观测最主要的观测项目之一,潮汐观测又称潮位测量,也称验潮。


我国的潮汐观测最早始于1900年,青岛大港一号码头验潮井由德占时期德国人修建并开始观测,从此开创了我国潮汐科学观测的历史。之后,厦门鼓浪屿潮汐观测站于1903年由英国人修建,主要服务于厦鼓海峡航运和厦门港船舶作业。以上两个验潮站即是百年老站,该两站均为外国人为了各自利益和目的在我国修建。此外,还有另一个验潮站(所)与此两个百年老站齐名。


笔者深谙青岛大港验潮井的历史,也深入了解并记录了鼓浪屿观测站的历史。


2021年4月15日,笔者终于有机会来到了座落于浙江省玉环市坎门镇的坎门验潮所。


坎门验潮所(又称坎门验潮站)是由中国人自己修建的第一座验潮站。该站历经八十余年的风吹浪打,如今依然伫立在浙江玉环坎门前台鲳鱼岙海岸上,验潮站占地面积约2000平方米。

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坎门高程在国内外具有相当高的知名度。该站为国际潮位资料交换站,初始称坎门验潮所,1965年4月由气象部门移交国家海洋局,并隶属原国家海洋局东海分局后更名为坎门海洋环境监测站。


坎门验潮所又名坎门验潮站,该站利用天然防波堤于1929年修建在位于玉环市坎门镇的一处海岸岬角。


据现自然资源部温州海洋环境监测中心史料记载:坎门验潮所在我国海洋潮汐科学观测发展史上具有特殊的地位,站址的地理条件与选择价值对潮汐观测做出了极为特殊的科学贡献,充分体现出了中国人尊重自然和利用自然条件的聪明智慧,当年的站址由中国天文与测地界的宿老曹谟先生于1928年5月选址。


1929年6月11日,该验潮站由国民政府陆地测量总局始建,并于1933年在验潮室附近基岩上设立一等水准点(即252号验潮基准点)。


根据该站1930年5月-1934年10月潮位资料计算所得平均海平面,被称为“坎门高程”基准面。1959年我国首次向世界公布了“坎门高程”的精确数据。


新中国成立前,自1840年鸦片战争后,由于清朝政府的无能,导致英、德、俄、法、美等帝国主义列强的军队和兵舰首先从沿海的重要港口大举侵入,使中国沦入半封建、半殖民地的社会中。帝国主义列强为了各自侵略目的,在沿海要塞地段首先设立验潮站,确定高程基准面。其目的一是为军事航海服务;二是为所侵占的地域测绘军事地图提供依据;三是进而为大规模在我国领土版图上掠夺资源和欺压残杀中国人。在那灾难深I重的年代,列强在中国自北向南先后建立了"青岛高程零点"、“大连高程零点”、“大沽高程零点”等六个验潮站。帝国主义列强为瓜分中国、掠夺资源,利用各自建立的高程测量基准面,测绘了我国大半领土和领海的军用地图,此举激起我国科学界和许多爱国志士的极大义愤。


辛亥革命后,为了建立中国人自己的高程测量基准面。1927年初国民政府着手建立验潮机构,设立了陆地测量总局筹建验潮所,欲建立自己的测量基准点。选设验潮站,必须具有特殊的自然地理环境和较为理想的海区。经长期选址,终于在1928年5月,在进行综合考察、全面分析、反复比较玉环周边海域优势、地理环境、海岸变迁、渔村的风俗习惯和社会状况后,国民政府陆地测量总局认为玉环县海域和坎门前台鲳鱼岙符合建站和验取海平面的基本条件,可作为“海拔零点”的验取点,并开始筹建坎门验潮所。


在我国著名的天文与测地界的专家曹谟主持下,于1929年1月国民政府陆地测量总局决定在有着独特地理环境的海崖冲沟和地质构造稳定的坎门前台鲳鱼岙建设验潮所,求取陆地测绘高程基准。


1929年,我国历史上第一座由中国人自己设计建造的验潮所——坎门验潮所基本建成。

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在民国政府定都南京后的1929年10月,时任国民政府参谋本部陆地测量总局局长的黄慕松(广东梅州市梅县区人,曾任国民政府陆军大学校长和国民革命军第三师师长,率部参加过北伐战争)主持召开全国测量会议,制定《全国陆地测量十年计划》,计划中进一步提出建立统一国家测量基准点的重要性和紧迫性,明确加快浙江坎门验潮所的建设步伐。以尽早建成验潮所验取平均海平面,设定坎门零点,统一全国海拔高度起算点。1929年10月,国民政府耗资1900多银元,在坎门验潮所基本建成验潮井,并派专人安装一台英制自动验潮仪,于1930年5月坎门验潮所正式开始验取潮汐资料。但仅运行16个月,原用洋松板构成的验潮井,因受海水侵袭而朽蠹,只好中止验潮工作进行修理。


1932年3月,修复好后的验潮井外贴墙竖一水尺(高度8米),装有记录时钟的自动验潮仪,该仪器安装在方形验潮房内一定高度位置的台面上,用钢丝下垂,连接井内水面浮子,似滚筒随潮汐涨落升降而自由滑动,昼夜旋转一周,自画自记潮位曲线点144次(10分钟自行记录一次)。每天定时更换记录纸,由此连续记录的资料可推算出,时、日、月、年的高低潮位和平均高潮位。依此经过分析1930-1934年共48个月潮汐观测资料算得的坎门平均海平面(位于水尺零点以上3.880米处)为“零”,作为高程起算面。通过精密水准测量,把“零点”起算数据引测刻在基岩上的验潮基准点上,0其高程为6.959米。


1934年10月,通过对1930-1934年间的潮位观测数据,综合统计分析得出了著名的坎门平均海平面,也被称为“坎门高程”基准面,确定了“坎门零点”,并将零点起算数据引测到基岩上,定为252号验潮基准点(即国家一等水准点)。    


1936年1月开始,参谋本部陆地测量总局正式启用“坎门零点”,并引测到浙江、江苏、江西、福建、河南、陕西、四川、贵州、广西和北京等全国17个省市应用于军事测图。


1939年6月,日本侵略者侵犯坎门,坎门验潮所被荒废。


1948年8月,国民政府国防部曾准备将“坎门零点”作为全国大地测量的法定起算面未果。国民党败逃台湾时,带走了坎门验潮所1930-1947年的珍贵资料以及重要设备,仅留存的建国前出版的浙江陆军地形图上还标有坎门高程的起算数据。


1949年,新中国解放后,总参谋部测绘局引用“坎门零点”测绘我国东南沿海第一代1∶2.5万、1∶5万军用地图以及海军航保部测绘东部沿海的局部港湾地形图。


1957年,海军东海舰队海测处对验潮井进行了重建。


1958年,著名地图学家曾世英编绘的中华人民共和国全图的附图中,引用“坎门零点”的起算数据。直至今天我国台湾省的有关测绘部门仍称大陆有关图件高程从“坎门零点”起算。


1958年,坎门验潮所改名为坎门海洋站,隶属于中央气象局系统。1964年7月,国家海洋局在北京成立后,坎门海洋站同当时中央气象局系统的海洋站一起同时移交国家海洋局,隶属东海分局后更名坎门海洋环境监测站。坎门站数十年长期连续、完整、准确地做到以厘米级为单位对海平面进行潮位观测,为国家及国外研究机构提供大量的潮汐、海平面和风暴潮等有关海洋、天文、气象、水文等科学资料。也为很多涉及海洋灾害研究的专家和科研单位提供了大量准确的观测数据,为全球气候变化提供有力的证据。


1959年,我国首次向世界公布了“坎门高程”的精确数据。

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2001年6月,原国家海洋局对该站进行了全面改造维修。进一步充实了一批海洋科技工作人员,基本上实现了海洋、潮汐、风暴潮等观测自动化。监测项目也从原来单一要素向综合性的多要素拓展,使高新技术在岸滨观测方面的应用得到了加强和提高,为政府防灾减灾、海洋与渔业行政管理等提供了科学依据,取得了明显的社会效益和经济效益。


2010年6月3日,浙江省海洋与渔业局浙海渔办[2010]28号文件,正式命名坎门海洋环境监测站(坎门验潮所)为首批“浙江省海洋科普教育基地”。为普及我国海洋科技与岸滨观测知识,传播海洋文化,提高全民族海洋意识,认识海洋,关爱海洋,保护海洋环境等发挥了积极的示范作用。


随着全球气候变暖,环境变化己引起了全世界的极大关注,也引起了我国政府的极大重视。坎门海洋环境监测站是直接承担国家海平面变化观测的主要监测站之一,担负着越来越重要的责任。


坎门站站址地理条件十分优越,因受西太平洋海洋动力条件直接影响,东海潮波分支中段直抵玉环海域。玉环岛外海海面宽阔,海底平坦,水域较深,无密集岛屿阻挡,潮汐变化周期较为稳定。玉环岛地质构造较为稳定,属非烈震区,不受大江大河径流注入影响。被选中的鲳鱼岙,冲沟、礁岩等海蚀地貌十分典型。两条呈东北至西南向长约100米,宽约12米的海蚀冲沟,沟壁直立,连接外海。验潮井跨西北测5米宽的冲沟,自下向上拔地而起,高约11米。最为巧妙的是验潮房东南向最外侧斜横着一条隆起的山脊,其高度为黄海标高8米~10米,恰恰挡住台风期强大的东南向风浪袭击,并且隔着一条冲沟,消除正面波浪对验潮房的破坏。因此有人业内人士说,坎门验潮所是“一条按100年一遇设计的天然防波堤”。

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本文强调中国人设计建造的第一个验潮所,是因为坎门验潮所选址位置天然地理条件的科学价值,在国内甚至国际上是极其罕见的,主要体现:


1.地质构造稳定。鲳鱼岙所在的玉环岛地质构造稳定,属非地震带区;


2.地理位置适中。我国南北海岸线的跨度基本在北纬18度至40度之间,坎门的纬度位于北纬28度,在我国漫长的海岸线上处在一个比较居中的位置,在这个纬度上建造的验潮所,有利于兼顾南北因素,有利于水准线路向内陆辐射;


3.附近没有大江大河,潮位不受径流注入的影响,外侧无密集岛屿阻挡,水域深坦,东海潮波分支中段直抵玉环海域,潮汐变化周期较为稳定,能充分反映测区的潮汐情况;


4.有两条天然独特的海蚀冲沟,沟宽约5米,长约100米,深约11米,沟壁直立,连接外海,在这里依势建造验潮井和挡浪墙,不仅消波性能良好,而且大大降低验潮所建设工程的难度、费用和工期;


5.验潮井外侧一条自东北至西南方向延伸至海中的山体余脉,称鲳鱼岙。高度为黄海标高(与85国家高程基准相差几厘米)8-10米,山脊似一条天然防波堤,在夏秋台风季节期间阻挡着强大的东南向风浪对西北侧验潮井的袭击。在台风大浪期间,人仍可沿着弯曲小道下到海边去观测特高潮位,使潮汐观测资料连续不中断。


6.它是我国历史上由中国人自己建在海滨特殊位置的第一座验潮所。

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坎门验潮所(现称自然资源部东海局坎门海洋环境监测站)一直是我国沿海最重要的海洋科学岸滨观测站点,承担着许多重要任务,如国家开展大范围的地震预报,发展国防空间与大地测量技术,研究地壳运动、地球重力场变化、海平面变化及开展海洋资源调查、港口设计等都会应用岸滨观测资料。如为了确定新的国家高程基准(85国家高程基准),总参测绘局第三测绘大队复测坎门验潮站及全国沿海42个基本验潮站,把坎门零点与青岛零点等一起参与论证;1988年国家自然科学基金会拨专款对坎门-厦门两个验潮站基准点进行复测,发现自长江口吴淞验潮站以南200公里至浙江坎门验潮站为一片地面沉降区,其中坎门站基准点(252号,即原点)的沉降速率为2.3毫米/年;2001年11月25日-12月2日,国家地震局为进一步监测东亚板块运动以及台湾海峡的地震活动,专门在我国的台湾省、香港地区、浙江坎门进行高精度GPS观测。中国测绘科学研究院冯浩鉴研究员的研究报告《海平面上升对我国沿海地区经济发展和生态环境的影响及其对策》一文中指出:玉环沿海海平面正以1.5毫米/年在上升,至2030年浙江省坎门地区海平面相对上升值为18-27厘米。


“十五”期间实施的国家空间数据基础框架工程中,2003年5月,国家测绘局利用坎门验潮站的优势,为精化我国大地水准面等研究,在该站专门布设了高精度的框架基准点GPS-A级点。2004年2月-4月,国家测绘局第二大地测量队GPS观测队、精密水准测量队携带最先进的仪器,来该站进行观测,观测过程中也发现玉环县局部地面由于城市化的发展,出现大面积地面沉降。老一辈科学家施雅凤、苏纪兰、陈俊勇、张宗佑、任美锷等在许多关于海平面变迁的研究成果中,大量引用坎门站的数据进行综合分析提出对策措施。


在几次台风中过程中,玉环海面波涛汹涌、直冲海岸线,该站连续三次观测到超过五十年一遇的特高潮位。特别是第23号强台风“菲特”的巨大波浪连续冲击坎门渔港,严重破坏了海岸线上的构筑物,但位于风口浪尖上的坎门站,却没有受到影响,仍旧把观测数据源源不断地送往国家海洋预报中心,印证了85年前选址的科学远见,为防灾减灾作出重要历史性贡献。