Как определить форму рельефа с помощью горизонталей. Выбор высоты сечения рельефа
Определение понятия высоты сечения рельефа следует начать с того, что такое горизонталь. Этим термином называют замкнутую кривую линию, посредством которой отображается контур точек поверхности, находящихся на одинаковом уровне относительно моря.
Впервые отображать рельеф при помощи горизонталей стали картографы Франции и России в начале XVIII века. Это представляется следующим образом:
- рельеф пересекается плоскостями, каждая из которых параллельна горизонтали;
- расстояния между горизонталями (высоты сечений) одинаковы;
- точки пересечения рельефа с горизонталями проецируются на плоскость и наносятся на план описываемой территории.
Также называется линией равных уровней относительно моря, так как она объединяет точки, лежащие на одном уровне относительно моря.
Основные термины
Высота сечения рельефа определяется как расстояние между соседними плоскостями, образующими горизонтали (разность уровней смежных плоскостей). Исходя из отображения этих линий определяется следующий термин, описывающий особенности поверхности местности - заложение. Оно определяется как расстояние между нанесенными на схему смежными горизонталями.
Определить направление ската в заложении можно, представив перпендикуляр к горизонтали, которая лежит в его основании. Величина наклона (угол ската) обратно пропорциональна заложению. Здесь скат является гипотенузой прямоугольного треугольника, катеты которого равны заложению и высоте сечения. Соответственно скат всегда больше, чем заложение.
На картах одинакового масштаба принято отображать одинаковую величину сечения. При увеличении масштаба она растет, а угол ската уменьшается. Для карт равнин и предгорий этот показатель вдвое меньше, чем для горной местности (см. таблицу 1).
Таблица 1. Величина высоты сечения в зависимости от масштаба карты.
| масштаб | высота сечения, м | |
| на равнине, в предгорье | в горах | |
| 1:10000 | 2,5 | 5 |
| 1:25000 | 5 | 10 |
| 1:50000 | 10 | 20 |
| 1:10000 | 20 | 40 |
Если карта (план) составлена по материалам более крупномасштабной съемки, высота сечения принимается в соответствии с данными исходных материалов.
На планах, предназначенных для инженерно-гидрологических работ, высоту сечения рельефа дна закладывают аналогично показателю для суши на карте аналогичного масштаба.
Если же необходима карта с подробным и специальным промером, ее составляют исходя из таких величин:
- 0,5 метров для глубин до 10 метров (обычный промер);
- 0,5 метров для глубин до 5 метров (рекогносцировочный и облегченный промеры);
- 1 метр для глубин свыше 5 метров (рекогносцировочный и облегченный промеры).
При составлении карт местности с очень крутыми склонами высота сечения может быть увеличена. Это делается, чтобы изображение не засорялось слишком большим количеством линий, расположенных близко друг к другу.
Передать форму рельефа, используя только горизонтали, не всегда возможно. Для отображения особенностей местности могут использоваться дополнительные схемы, отображающие перегибы, скаты, седловины и прочие особенности земной поверхности в разрезе.
§ 11. ИЗОБРАЖЕНИЕ РЕЛЬЕФА НА КАРТАХ
Отчетливое и цельное восприятие изображения местности по карте основывается прежде всего на умении свободно и осмысленно читать на ней изображение рельефа земной поверхности:
уяснять общий характер (тип) и структурные особенности рельефа и его отдельных объектов; определять формы рельефа - их конфигурацию, относительные размеры и взаимное положение, а также абсолютные высоты и взаимные превышения любых точек местности.
1. Типы и элементарные формы рельефа
Рельеф - это совокупность неровностей земной поверхности, слагающихся из разнообразных элементарных форм различного порядка.
Различают крупные, структурные формы рельефа, образующие поверхность сравнительно обширных географических районов (горы, равнины, нагорья), и менее значительные по размерам элементарные формы неровностей, составляющие поверхность этих объектов рельефа.
Сочетания однородных форм, сходных по своему облику, строению и величине и закономерно повторяющихся на определенной территории, образуют различные типы и разновидности рельефа.
По возвышению над уровнем моря и степени расчлененности земной поверхности различают два основных типа рельефа - горный и равнинный. Их классификация по высоте над уровнем моря указана в табл. 8.
Таблица 8
|
Горный рельеф |
Высота над уровнем моря, м |
Равнинный рельеф |
Высота над уровнем моря, м |
|
Низкие горы (низкогорье) Средневысотные горы (среднегорье) Высокие горы (высокогорье) |
500-1000 1000-2000 Свыше 2000 |
Низменности Возвышенные равнины(возвышенности) Плоскогорья |
Ниже 200 200-500 Свыше 500 |
Горный рельеф слагается главным образом из линейно вытянутых, простирающихся на большие расстояния горных цепей и хребтов с их отрогами, разделенных продольными долинами и другими межгорными понижениями. В местах их пересечения поднимаются горные узлы, которые, как и места ответвлений отрогов от главного хребта, обычно отличаются своей высотой и наибольшей труднодоступностью. Глубина расчленения достигает: в низких горах - до 500 м, в средних - до 1000 м, в высоких - более - 1000 м.
Равнинный рельеф (равнины) характеризуется формами поверхности с малыми (в пределах 200 м) колебаниями высот.Чем выше над уровнем моря, тем сильнее может быть расчленена поверхность.
По общему характеру поверхности различают равнины горизонтальные, наклонные, выпуклые и вогнутые.
Холмистый рельеф является одной из разновидностей равнинного рельефа. По форме и строению неровностей различают также плоскоравнинный, волнистый, ступенчатый, овражно-балочный и другие разновидности равнинного рельефа.
Все многообразие неровностей, из которых слагается рельеф земной поверхности, можно в основном свести к следующим пяти элементарным формам:
1) Гора - значительное куполообразное или коническое возвышение с более или менее явно выраженным основанием - подошвой. Небольшая горка округлой или овальной формы с пологими (менее 30°) скатами и с относительной высотой не более 200 м называется холмом, а искусственный холм - курганом.
2) Котловина - замкнутая чашеобразная впадина обычно с пологими скатами. В некоторых котловинах дно заболочено или занято озером.
3) Хребет - линейно вытянутое возвышение, постепенно понижающееся к одному или обоим своим концам. Линия, соединяющая противоположные скаты хребта, называется водораздельной линией, или водоразделом. Ее часто называют также топографическим (географическим) гребнем , или просто гребнем.
Горный хребет - цепь гор, простирающаяся в одном направлении. В продольном разрезе гребень горного хребта представляет собой волнообразную линию. Его выступающие части образуют вершины. В плановом начертании хребет обычно имеет весьма извилистый и ветвистый вид, который придают ему отходящие в стороны горные отроги и их более мелкие ответвления.
Вытянутые возвышения с очень пологими скатами, незаметно переходящими в равнину, называются увалами.
4) Лощина - вытянутое углубление, понижающееся в одном направлении; имеет скаты с четко выраженным верхним перегибом - бровкой. Линию по дну, к которой направлены скаты лощины, называют водосливом, или тальвегом; иногда она является ложем ручья. Лощины обычно хорошо задернованы, часто бывают заросшими кустарником или лесом; дно иногда заболочено.
Большие и широкие лощины с пологими скатами и слабо наклонным дном называются долинами. В горной местности встречаются узкие и глубокие лощины с почти отвесными, обрывистыми скатами; они называются ущельями.
К разновидностям лощин относятся также овраги и балки. Овраги - это большие глубокие промоины с крутыми незадернованными скатами, образованные временными водостоками. Их длина может достигать 5 - 10 км, глубина - 30 м, ширина - 50 м и более. Овраги имеют широкое распространение и встречаются в самых разнообразных условиях-на равнинной и холмистой местности, на склонах гор и долин. Они образуются и из года в год увеличиваются под действием талой и дождевой воды в рыхлых и легкоразмываемых грунтах (лёсс, глина, суглинок). С течением времени овраг, достигнув водоупорного слоя, перестает расти в глубину, скаты его выполаживаются, зарастают травой; овраг превращается вб а л к у.
В предгорьях и на возвышенных каменистых равнинах иногда встречаются узкие, глубоко прорезанные реками расщелины с почти отвесными или ступенчатыми щеками - это каньоны. Их глубина может достигать нескольких десятков, а иногда и сотен метров. Дно каньона обычно бывает целиком занято руслом реки.
5) Седловина - понижение на гребне хребта между двумя смежными вершинами; к ней с двух противоположных направлений, поперечных к хребту, подходят своими верховьями лощины. В горах дороги и тропы через хребты проходят по седловинам, которые называются перевалами.
2. Сущность изображения рельефа горизонталями
На топографических картах рельеф изображается горизонталями, т. е. кривыми замкнутыми линиями, каждая из которых представляет собой изображение на карте горизонтального контура неровности, все точки которого на местности расположены на одной и той же высоте над уровнем моря.
Чтобы лучше уяснить сущность изображения рельефа горизонталями, представим себе остров в виде горы, постепенно затопляемой водой. Допустим при этом, что уровень воды последовательно останавливается через одинаковые промежутки по высоте, равные h метров (рис. 34).
Каждому уровню воды, начиная с исходного (линия АВ), будет, очевидно, соответствовать своя береговая линия (CD , KL , MN , RS ) в виде замкнутой кривой, все точки которой имеют одну и ту же высоту.
Эти линии можно рассматривать и как следы сечения неровностей местности уровенными поверхностями, параллельными уровенной поверхности моря, от которой ведется счет высот. Исходя из этого расстояние h по высоте между смежными секущими поверхностями называется высотой сечения.
Если все эти линии равных высот спроектировать на поверхность земного эллипсоида и изобразить в заданном масштабе на карте, то получим на ней изображение горы в плане в виде системы замкнутых кривых линий ab , cd , kl , тп и rs . Это и будут горизонтали.
Из рассмотрения сущности горизонталей можно сделать следующее заключение:
а) каждая горизонталь на карте представляет собой горизонтальную проекцию линии равных высот на местности, изображающую плановое очертание неровностей земной поверхности. Таким образом, по рисунку и взаимному положению горизонталей можно воспринимать формы, взаимное положение и взаимосвязь неровностей;
б) так как горизонтали на карте проводятся через равные промежутки по высоте, то по числу горизонталей на скатах можно определять высоту скатов и взаимные превышения точек земной поверхности: чем больше горизонталей на скате, тем он выше;
в) заложения горизонталей, т. е. расстояния в плане между смежными горизонталями, зависят от крутизны ската: чем скат круче, тем меньше заложение. Следовательно, по величине заложения можно судить о крутизне ската.
3. Виды горизонталей
Высота сечения рельефа на карте зависит от масштаба карты и характера рельефа. Обычно она бывает равна 0,02 величины масштаба карты (например, на картах масштабов 1:50000 и 1:100000 нормальная высота сечения соответственно равна 10 и 20 м). На картах же высокогорных районов, чтобы изображение рельефа не затемнялось из-за излишней густоты горизонталей и лучше бы читалось, высоту сечения принимают в два раза больше нормальной (на карте масштаба 1:25000 - 10 м, 1:50000 - 20 м, 1:100000 - 40 м, 1:200000 - 80 м). На картах плоскоравнинных районов масштабов 1:25000 и 1:200000 высоту сечения принимают в два раза меньше нормальной, т. е. соответственно 2,5 и 20 м.
Горизонтали на карте, соответствующие установленной для нее высоте сечения, проводятся сплошными линиями и называются основными, или сплошными, горизонталями (рис. 35).
Нередко бывает, что важные подробности рельефа не выражаются на карте основными горизонталями. В этих случаях помимо основных горизонталей применяют половинные (полугоризонтали), которые проводятся на карте через половину основной высоты сечения. В отличие от основных половинные горизонтали вычерчивают прерывистыми линиями.
В отдельных местах, где нужные подробности рельефа не выражаются основными и половинными горизонталями, проводятся между ними еще вспомогательные горизонтали - примерно через четверть высоты сечения. Их вычерчивают также прерывистыми линиями, но с более короткими звеньями.
Для облегчения счета горизонталей при определении высот точек по карте все сплошные горизонтали, соответствующие пятикратной высоте сечения, вычерчиваются утолщенно (утолщенныегоризонтали ).
Основная высота сечения указана на каждом листе карты - под южной стороной его рамки. Например, надпись «Сплошные горизонтали проведены через 10 м» означает, что на данном листе все горизонтали, показанные сплошными линиями, кратны 10 м, а утолщенные - кратны 50 м.
4. Изображение горизонталями элементарных форм рельефа
На рис. 36 раздельно изображены горизонталями элементарные формы рельефа. На рисунке видно, что небольшая гора (холм) и котловина выглядят в общем одинаково - в виде системы замкнутых опоясывающих друг друга горизонталей. Схожи между собой и изображения хребта и лощины. Отличить их можно лишь по направлению скатов.
Указателями направления скатов, или бергштрихами, служат короткие черточки, расставленные на горизонталях (перпендикулярно к ним) по направлению покатостей. Они помещаются на изгибах горизонталей в наиболее характерных местах, преимущественно у вершин, седловин или на дне котловин, а также на пологих скатах - в местах, затруднительных для чтения.
 |
Определять направления скатов помогают также высотные отметки на картах:
Отметкигоризонталей, т. е. цифровые подписи на некоторых горизонталях, указывающие в метрах
их высоту над уровнем моря. Верх этих цифр всегда обращен в сторону повышения ската;
Отметки высот отдельных, наиболее характерных точек местности - вершин гор и холмов, высшихточек водоразделов, наиболее низких точек долин и оврагов, уровней (урезов) воды в реках и других
водоемах и т. п.
На картах масштаба 1:100000 и крупнее отметки высот точек над уровнем моря подписываются с точностью до 0,1 м, а на картах 1:200 000 и мельче - до целых метров. Это надо иметь в виду, чтобы не перепутать точки при указании и отождествлении их отметок по картам различных масштабов.
5. Особенности изображения горизонталями равнинного и горного рельефа (см. приложения VI -1, VI -2 и VII -2) .
Наиболее наглядно представляются горизонталями неровности с крупными, четко выраженными и плавными формами. Изображение же плоскоравнинного рельефа получается менее выразительным, так как горизонтали здесь проходят на значительном расстоянии одна от другой и не выражают многих подробностей, заключающихся между горизонталями основного сечения. Поэтому на картах равнинных районов наряду с основными (сплошными) горизонталями широко применяются полугоризонтали. Это улучшает читаемость и подробность изображения равнинного рельефа. Изучая такой рельеф и определяя по карте его числовые характеристики, надо особенно внимательно следить за тем, чтобы не спутать половинные и вспомогательные горизонтали с основными.
При изучении по карте горного и сильнопересеченного рельефа, наоборот, приходится иметь дело с очень густым расположением горизонталей. При большой крутизне скатов заложения местами бывают настолько малы, что провести здесь раздельно все горизонтали не представляется возможным.
Поэтому при изображении на картах скатов, крутизна которых больше предельной, горизонтали вычерчивают слитно одну с другой или же пунктиром, оставляя между утолщенными горизонталями вместо четырех только две или три промежуточные горизонтали (см. приложение VII-2). В таких местах при определении по карте высот точек или крутизны скатов следует пользоваться утолщенными горизонталями.
6. Условные знаки элементов рельефа, не выражающихся горизонталями
Объекты и детали рельефа, которые невозможно изобразить горизонталями, показываются на картах специальными условными знаками (см. приложение VII-2).
К таким объектам относятся обрывы, скалы, осыпи, овраги, промоины, валы, дорожные насыпи и выемки, курганы, ямы, карстовые воронки. Цифры, сопровождающие условные знаки этих объектов, указывают их относительные высоты (глубины) в метрах.
Условные знаки естественных образований рельефа и относящиеся к ним подписи характеристик, так же как и горизонтали, печатаются коричневой краской, а искусственных (насыпи, выемки, курганы и т. п.) - черной.
Особыми условными знаками черного цвета изображаются:
скалы - останцы , крупные отдельно лежащие камни и скопления камней, являющиесяориентирами, с указанием их относительных высот; пещеры, гроты и подземные выработки с их числовой характеристикой (в числителе - средний диаметр входа, в знаменателе - длина или глубина в метрах); туннели с указанием в числителе их высоты и ширины, а в знаменателе - длины. На дорогах и тропах, пересекающих горные хребты, обозначаются перевалы с указанием их высоты над уровнем моря и времени действия.
В приложении VII -2 (нижний рисунок) изображен участок высокогорного рельефа с его своеобразными формами. Здесь показаны в сочетании с горизонталями условные знаки наиболее типичных объектов такого рельефа.
Рельеф вечных снегов (фирновых полей) и ледников изображается также горизонталями, но синего цвета. Таким же цветом показываются все относящиеся к нему условные знаки (ледяные обрывы, ледяные трещины, наледи) и числовые отметки высот и горизонталей.
7. Особенности изображения рельефа на картах масштабов 1: 500 000 и 1:1 000 000
Рельеф на мелкомасштабных топографических картах, как и на картах более крупных масштабов, изображается горизонталями и условными знаками, но более обобщенно. На них отображается лишь общий характер рельефа - его структура, основные формы, степень вертикальной и горизонтальной его расчлененности.
Высота основного сечения при изображении равнинных районов на обеих картах установлена 50 м, а горных - 100 м. На карте масштаба 1:1000000 применяется, кроме того, высота сечения 200 м - для изображения районов, расположенных выше 1000 м над уровнем моря.
Объекты рельефа, не выражающиеся горизонталями, показываются лишь те, которые необходимы для характеристики местности или являются важными ориентирами. Они обозначаются в основном теми же условными знаками, что и на других картах, но меньшего размера.
Основная особенность заключается в изображении горного рельефа. Для большей наглядности его изображение горизонталями дополняется так называемой отмывкой и послойной раскраской по ступеням высот (см. приложения V -5 и V -6).
Отмывка, т. е. оттенение склонов важнейших форм горного рельефа, делает изображение более выразительным и пластичным, позволяя зрительно ощущать его объемные формы. Оттенение делается серо-коричневой краской по принципу - чем значительнее, выше и круче склон, тем сильнее тон отмывки.
Благодаря отмывке хорошо выделяются основные горные хребты и массивы, их важнейшие отроги и вершины, перевалы, уступы нагорий, глубокие долины и каньоны. Отчетливо воспринимаются направление и сравнительная крутизна склонов, форма гребней (острая, округлая и т. п.) и отличие по высоте главнейших горных хребтов.
Послойная раскраска по ступеням высот наглядно отображает высотную характеристику горного рельефа и усиливает пластический эффект его изображения. Выполняется она оранжевой краской различного тона по принципу - чем выше, тем темнее. Изображение рельефа при этом как бы разбивается на отдельные высотные слои (ступени), по тону окраски которых легко различаются их абсолютные высоты и взаимные превышения. Тон окраски слоев усиливается через 400, 600 или 1000 м в зависимости от их абсолютных высот. Шкала ступеней высот, принятая на карте, указывается на каждом листе, под южной стороной его рамки.
Рельефом местности называется совокупность неровностей физической поверхности Земли. В зависимости от характера рельефа местность делят на горную (рис.31), холмистую (рис. 32) и равнинную (рис. 33).
К горной местности относят районы, лежащие выше 500 м над уровнем моря и состоящие из прямолинейных либо дугообразных горных цепей, разделяющихся продольными и поперечными долинами.
Холмистая местность характеризуется непрерывным чередованием относительно небольших по высоте, но ясно различаемых повышений и понижений физической поверхности Земли.
Равнинная местность отличается почти полным отсутствием заметно выраженных неровностей.
Все многообразие форм рельефа местности обычно сводят к следующим пяти основным (типовым) формам (рис. 34).
1. Гора (холм, высота, сопка) -куполообразная или коническая возвышенность. Основание горы называется подошвой, а самая высокая часть ее - вершиной. От вершины идут понижающиеся во все стороны скаты или склоны. Вершина в виде площадки называется плато, а остроконечная вершина - пиком.
2. Котловина - углубление в виде чаши. В котловине различают дно, от которого во все стороны идет подъем, и окраину - границу перехода-котловины в окружающую форму рельефа. Озера представляют собою заполненные водой котловины.
3. Хребет - вытянутая возвышенность большого протяжения, ограниченная не менее чем с двух сторон глубокими лощинами. Самая высокая линия хребта называется водораздельной или просто водоразделом. Иногда ее называют топографическим гребнем.
4. Лощина - вытянутое углубление местности, понижающееся в одном направлении. Самая низкая линия лощины называется тальвегом или водосливной линией. Тальвег часто является ложем водотока. Боковые склоны лощины иногда называют щеками.
Широкие лощины с небольшими скатами называются долинами. Узкие и глубокие лощины в горных районах носят название ущелий.
Разновидностью ущелья является каньон, представляющий собою глубокую узкую долину с крутыми склонами, размытую рекой.
На склонах возвышенностей под действием стекающей воды образуются узкие углубления,называемые промоинами. Разросшаяся промоина превращается в глубокий овраг с почти отвесными склонами. Заросшие овраги, прекратившие свой рост, называются балками. Расположенные иногда по склонам лощин площадки, имеющие вид уступа или ступени с более или менее горизонтальной поверхностью, называются террасами. Особенно часто встречаются террасы по берегам рек
5. Седловина -пониженная часть местности между двумя вершинами. Здесь местность в две стороны повышается и в две стороны понижается. Седловина в горах называется перевалом.
Вершина горы, дно котловины и самая низкая точка седловины являются характерными точками рельефа.
Водораздел и тальвег представляют собою характерные линии рельефа.
Характерные точки, и линии рельефа облегчают распознавание отдельных форм его на местности и изображение их на карте и плане.
Способ изображения рельефа на картах и планах должен давать возможность судить о направлении и крутизне скатов, а также позволять определять на карте отметки точек. Вместе с тем он должен быть наглядным.
Известны такие способы изображения рельефа на картах: перспективное изображение, штриховка, отмывка, подписи отметок точек, горизонтали, послойная окраска и др.
На некоторых русских картах XIX века рельеф изображен штрихами (гашюрами), причем толщина штрихов и расстояния между ними находятся в определенной зависимости от крутизны скатов.
Обладая наглядностью, способ штрихов не давал возможности решать на карте такие задачи, как точное определение крутизны ската, определение отметки точки и т. п. Поэтому уже со второй половины прошлого века способ штрихов был вытеснен более совершенным способом изображения рельефа местности на карте - способом горизонталей.
Сущность способа горизонталей состоит в следующем.
Представим себе гору, омываемую водой (рис. 35). Если счет высот ведется от уровня воды, то береговая линия характеризуется тем, что высота каждой ее точки равна нулю.
Линия, соединяющая точки с одинаковыми высотами (линия равных высот), называется горизонталью (или изо-гипсой).
Спроектировав береговую линию на горизонтальную плоскость, получим изображение нулевой горизонтали с высотой, равной нулю (рис. 35).
Для изображения горизонталями всей горы вообразим, что она рассечена, например, двумя равноотстоящими горизонтальными плоскостями. Отвесное расстояние hceч между соседними секущими плоскостями называется в ы с о т о й сечения рельефа. Линии пересечения плоскостей с поверхностью горы представляют собою горизонтали с отметками, равными hсеч и 2 hсеч соответственно. Уменьшенные горизонтальные проекции их являются горизонталями на плане.
Как видим на рис. 35, каждая горизонталь - это замкнутая кривая линия. Таково первое свойство всякой горизонтали.
Так как горизонтали получаются в результате пересечения физической поверхности Земли горизонтальными плоскостями,находящимися на разных высотах над исходным уровнем, то горизонтали не могут пересекаться. Это второе свойство горизонталей.
Горизонтальная проекция а, линии наибольшего ската местности между точками U и Т (рис. 35) называется заложением ската. Линия наибольшего ската является нормалью горизонталей: горизонтали идут не вдоль, а поперек ската.
Вертикальный угол v1 (т.е. угол, лежащий в вертикальной плоскости) между горизонтом точки U и линией местности называется углом наклона линии UT.
Выясним зависимость между заложением ската, высотой сечения рельефа и углом наклона линии ската.
Из прямоугольного треугольника Ut"T (рис. 35) получаем
Тангенс угла наклона линии местности называется ее уклоном. Уклоны обычно выражаются в тысячных долях либо в процентах.
Проанализируем выражение (2.20).
Пусть высота сечения рельефа hсеч, сохраняет постоянное значение, а угол наклона v изменяется. Очевидно, что при этом условии заложение ската а будет уменьшаться при уве-личоппн угла наклона v и увеличиваться при уменьшении последнего. Это -третье свойство горизонталей, очень важное для правильного суждения по плану или карте с горизонталями о крутизне скатов: чем меньше расстояние (заложение ската) между горизонталями на карте или плане, тем круче скат.
Если угол наклона v остается постоянным, а изменяется высота сечения рельефа Лсеч, то, как видно из выражения (2. 20), заложение ската изменяется прямо пропорционально изменению высоты сечения рельефа. Это - четвертое свойство горизонталей.
Изображение горизонталями основных форм рельефа местности показано на рис. 34.
Недостатком способа горизонталей является малая наглядность изображения рельефа по сравнению с перспективным изображением его или изображением штрихами (рис. 36). Для облегчении чтения рельефа, изображенного горизонталями, у некоторых ИЗ них проводят короткие черточки в направления понижении скатов. Эти черточки называются бергштрихами. Распознаванию понижения скатов помогают также подписи Отметок горизонталей: основания цифр всегда направлены, и сторону понижения местности.
3.2. Рельеф. Основные формы рельефа
Рельеф – форма физической поверхности Земли, рассматриваемая по отношению к её уровенной поверхности.
Рельефом называется совокупность неровностей суши, дна океанов и морей, разнообразных по очертаниям, размерам, происхождению, возрасту и истории развития. При проектировании и строительстве железных, автомобильных и других сетей необходимо учитывать характер рельефа – горный, холмистый, равнинный и др.
Рельеф земной поверхности весьма разнообразен, но все многообразие форм рельефа для упрощения его анализа типизировано на небольшое количество основных форм (рис. 28).
Рисунок 28 - Формы рельефа:
1 - лощина; 2 - хребет; 3, 7, 11 - гора; 4 - водораздел; 5, 9 - седловина; 6 - тальвег; 8 - река; 10 - обрыв; 12 - терраса
К основным формам рельефа относятся:
Гора – это возвышающаяся над окружающей местностью конусообразная форма рельефа. Наивысшая точка её называется вершиной. Вершина может быть острой – пик, или в виде площадки – плато. Боковая поверхность состоит из скатов. Линия слияния скатов с окружающей местностью называется подошвой или основанием горы.
Котловина – форма рельефа, противоположная горе, представляющая собой замкнутое углубление. Самая низкая точка её – дно. Боковая поверхность состоит из скатов; линия их слияния с окружающей местностью называется бровкой.
Хребет – это возвышенность, вытянутая и постоянно понижающаяся в каком – либо направлении. У хребта два склона; в верхней части хребта они сливаются, образуя водораздельную линию, или водораздел .
Лощина – форма рельефа, противоположная хребту и представляющая вытянутое в каком – либо направлении и открытое с одного конца постоянно понижающееся углубление. Два ската лощины; сливаясь между собой в самой низкой части её образуют водосливную линию или тальвег , по которой стекает вода, попадающая на скаты. Разновидностями лощины являются долина и овраг: первая является широкой лощиной с пологими задернованными скатами, вторая – узкая лощина с крутыми обнаженными скатами. Долина часто бывает ложем реки или ручья.
Седловина – это место, которое образуется при слиянии скатов двух соседних гор. Иногда седловина является местом слияния водоразделов двух хребтов. От седловины берут начало две лощины, распространяющиеся в противоположных направлениях. В горной местности через седловины обычно пролегают дороги или пешеходные тропы; поэтому седловины в горах называют перевалами.
3.3. Изображение рельефа на планах и картах
Для решения инженерных задач изображение рельефа должно обеспечивать: во-первых, быстрое определение с требуемой точностью высот точек местности, направления крутизны скатов и уклонов линий; во-вторых, наглядное отображение действительного ландшафта местности.
Рельеф местности на планах и картах изображают различными способами (штриховкой, пунктиром, цветной пластикой), но чаще всего с помощью горизонталей (изогипсов), числовых отметок и условных знаков.
Горизонталь на местности можно представить как след, образованный пересечением уровенной поверхности с физической поверхностью Земли. Например, если представить холм, окружённый неподвижной водой, то береговая линия воды и есть горизонталь (рис. 29). Лежащие на ней точки имеют одинаковую высоту.
Допустим, что высота уровня воды относительно уровенной поверхности 110 м (рис. 29). Предположим теперь, что уровень воды упал на 5 м и часть холма обнажилась. Кривая линия пересечения поверхностей воды и холма будет соответствовать горизонтали с высотой 105 м. Если последовательно снижать уровень воды по 5 м и проектировать кривые линии, образованные пересечением поверхности воды с земной поверхностью, на горизонтальную плоскость в уменьшенном виде, то получим изображение рельефа местности горизонталями на плоскости.
Таким образом кривая линия, соединяющая все точки местности с равными отметками, называется горизонталью .
Рисунок 29 - Способ изображения рельефа горизонталями
При решении ряда инженерных задач необходимо знать свойства горизонталей:
1. Все точки местности, лежащие на горизонтали, имеют равные отметки.
2. Горизонтали не могут пересекаться на плане, поскольку они лежат на разных высотах. Исключения возможны в горных районах, когда горизонталями изображают нависший утес.
3. Горизонтали являются непрерывными линиями. Горизонтали, прерванные у рамки плана, замыкаются за пределами плана.
4. Разность высот смежных горизонталей называется высотой сечения рельефа и обозначается буквой h .
Высота сечения рельефа в пределах плана или карты строго постоянна. Её выбор зависит от характера рельефа, масштаба и назначения карты или плана. Для определения высоты сечения рельефа иногда пользуются формулой
h = 0,2 мм · М,
где М – знаменатель масштаба.
Такая высота сечения рельефа называется нормальной.
5. Расстояние между соседними горизонталями на плане или карте называется заложением ската или склона . Заложение есть любое расстояние между соседними горизонталями (см. рис. 29), оно характеризует крутизну ската местности и обозначается d .
Вертикальный угол, образованный направлением ската с плоскостью горизонта и выраженный в угловой мере, называется углом наклона ската ν (рис. 30). Чем больше угол наклона, тем круче скат.
Рисунок 30 - Определение уклона и угла наклона ската
Другой характеристикой крутизны служит уклон i . Уклоном линии местности называют отношение превышения к горизонтальному проложению. Из формулы следует (рис. 30), что уклон безразмерная величина. Его выражают в сотых долях (%) или тысячных долях – промиллях (‰).
Если угол наклона ската до 45°, то он изображается горизонталями, если его крутизна более 45°, то рельеф обозначают специальными знаками. Например, обрыв показывается на планах и картах соответствующим условным знаком (рис. 31).
Изображение основных форм рельефа горизонталями приведено на рис. 31.
Рисунок 31 - Изображение форм рельефа горизонталями
Для изображения рельефа горизонталями выполняют топографическую съемку участка местности. По результатам съемки определяют координаты (две плановые и высоту) для характерных точек рельефа и наносят их на план (рис. 32). В зависимости от характера рельефа, масштаба и назначения плана выбирают высоту сечения рельефа h .
Рисунок 32 - Изображение рельефа горизонталями
Для инженерного проектирования обычно h = 1 м. Отметки горизонталей в этом случае будут кратны одному метру.
Положение горизонталей на плане или карте определяется с помощью интерполирования. На рис. 33 приведено построение горизонталей с отметками 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57 м. Горизонтали кратные 5 или 10 м проводят на чертеже утолщенными и подписывают. Подписи наносят таким образом, чтобы верх цифр указывал сторону повышения рельефа. На рис. 33 подписана горизонталь с отметкой 55 м.
Там, где заложения больше, наносят штриховые линии (полугоризонтали ). Иногда, чтобы сделать чертеж более наглядным, горизонтали сопровождают небольшими черточками, которые ставятся перпендикулярно горизонталям, по направлению ската (в сторону стока воды). Эти черточки называются бергштрихи .
По схеме «Уточненная схема районирования территории СССР по высотам сечения рельефа на топографических картах» о. Сахалин лежит на территории равнин и горных территорий, сечение рельефа для масштаба 1:25000 будет равно 2,5 метрам.
При выборе высоты сечения рельефа необходимо учитывать очень многие факторы и требования, предъявляемые к изображению рельефа на топографических картах и планах. Является обеспечение необходимой точности положения горизонталей при использовании различных методов съемок, и одновременно одинаковая наглядность рисунка горизонталей на картах одних и тех же масштабов и при одном и том же сечение рельефа.
При изображении рельефа на картах необходимо четко выделять все горизонтали, даже при небольших заложениях. При изображении крутых ненарушенных склонов небольшой протяженности сначала проводят все утолщенные горизонтали, а между ними – такое количество горизонталей, которое позволяет избежать их слияния. На основе учета природных закономерностей ландшафта, изображение на картах рельефа должно быть увязано с изображением других компонентов ландшафта.
Практически в работах по созданию топографических карт предельно малым расстоянием между горизонталями (заложением) считается 0,2 мм.
Формула по которой определяется заложение рельефа следующая:
Где h- высота сечения рельефа; a - угол наклона поверхности.
Поэтому при выборе сечения рельефа необходимо учитывать преобладающие углы наклона поверхности.
Рельеф поверхности территории России характеризуется большим разнообразием типов исложностью своего строения. Это определяет необходимость регионального подхода к выбору высоты сечения рельефа на топографических картах всего масштабного ряда, что установлено в
общеобязательном документе: «Основные положения по созданию топографических карт масштаба 1:10000, 1:25000 , 1:50000 , 1: 100000», к которому прилагается схема районирования территории страны по высотам сечения рельефа на топографических картах. На этой схеме выделено несколько групп районов, отличающихся своими морфологическими характеристиками. Учитывая что, территория о. Сахалина характеризуется равнинными и горными районами с преобладающими склонами до 3 *. То по таблице «Высоты сечения рельефа на топографических картах», приведенной в « Полевой картографии» (Т.В. Верещака, Н.С. Подобелов), определяем, что оптимальной высотой сечения рельефа рассматриваемой территории является 2 метра.
Но рельеф данной местности неоднороден. Поэтому есть вероятность, что придется использовать полугоризонтали. Но прибегать к
использованию разных высот сечения рельефа в разных районах нет необходимости, так как это заметно усложнит чтение карты и проведение по ней морфометрических работ, кроме того, это не обусловлено морфометрическими характеристиками рельефа. В случае, когда на одном листе карты изображаются, например, горные и равнинные участки, сечение рельефа в пределах каждого соответствующего листа карты оставляется единым с проведением дополнительных горизонталей или же с проведением не всех горизонталей основного сечения между утолщенными горизонталями. Таким образом, выбор оптимального варианта высоты сечения рельефа на топографических картах должен опираться на широкое использование сведений о
геоморфологических особенностях рельефа каждого конкретного участка картографируемой территории.
Метод картографирования
В настоящее время топографические карты и планы масштабов 1:500- 1:25000 создаются преимущественно на основе использования аэрофототопографической съемки, а в отдельных случаях – наземной фототеодолитной съемкой. Топографические карты более мелких масштабов
получают путем камерального составления по имеющимся картам более крупного масштаба.
Аэрофототопографическая съемка - вид топографической съемки, которая выполняется по аэрофотоснимкам и другим материалам аэрофотосъемки при помощи фотограмметрических приборов. Он производится комбинированием и стереотопографическими методами.
На основе точек полевой плановой привязки аэрофотоснимков и планового сгущения опорной сети способами фототриангуляции изготавливают мозаичные фотопланы из предварительно трансформированных аэрофотоснимков. С мозаичных фотопланов изготавливают светокопии
(репродукции), фотоизображение которых дешифрируют в полевых условиях для получения изображения контуров. На этих же репродукциях производят рисовку рельефа методом наземной топографической съемки. В результате получают полевой составительский оригинал топографической карты.
Комбинированный метод используется при картографировании главным образом заселенных равнинных районов и также всхолмленной местности.
Стереотопографический метод отличается большой дифференциальностью.
Основными процессами которого являются:
Маркировка опознаков и создание планово-высотного обоснования съемки;
Производство аэрофотосъемочных работ;
Полевое и камеральное дешифрирование аэрофотоснимков;
Рисовка рельефа на стереообрабатывающих приборах;
Увязка результатов дешифрирования и рисовки рельефа на фотопланах, графических планах или других основах составительского оригинала.
Этот метод создания топографических карт отличается от комбинированного сведением к минимуму полевых работ, поэтому он является самым рентабельным.
Фототеодолитная съемка – метод создания топографических планов и карт, основанный на использовании фотоснимков, полученных фотографированием с точек земной поверхности.
Фотографирование производится фототеодолитом. Составление оригиналов топографических карт и планов при этом методе съемки осуществляется по фотоснимкам с использованием фотограмметрических приборов.
Комплекс работ слагается из следующих основных процессов:
Выбор базисов и контрольных точек на местности;
Выполнение полевых и камеральных работ по определению координат станций, контрольных
точек и длин базисов;
Фотографирование фототеодолитом местности с выбранных станций и выполнение фотолабораторных работ;
Фотограмметрическая обработка стереоскопических пар наземных снимков на стереокомпараторах или стереоавтографах для получения топографической карты соответствующего масштаба.
Фототеодолитная съемка используется главным образом для создания крупномасштабных топографических планов при выполнении различных инженерных изысканий на небольших участках территории. Эта съемка выполняется редко, как правило в горных и высокогорных районах.
Полевое дешифрирование выполняют непосредственно на местности путем сопоставления аэроснимков с натурой. Это надежный метод дешифрирования, обеспечивающий большую достоверность получаемых результатов, но и наиболее трудоемкий
Камеральное дешифрирование предусматривает изучение объектов по фотоснимкам в лабораторных условиях. Этот метод экономичен, менее трудоемок, обеспечивает изучение объектов с помощью стационарных приборов, но он не может обеспечить исчерпывающую полноту, достоверность полученной информации и регистрацию изменений.
Комбинированное дешифрирование заключается в совместном использовании полевого и камерального дешифрирования в различных вариантах и соотношениях, в зависимости от конкретных условий.
И полевое, и камеральное дешифрирование может проводиться визуально и
инструментально. При выборе наиболее рациональной организации проведения работ по топографическому дешифрированию исходят из анализа и учета следующих условий:
1. Назначение и масштаб создаваемой (обновляемой) карты.
Метод создания.
2. Географические особенности района. Решающее значение имеют: тип
ландшафта, степень хозяйственной освоенности территории, плотность и
значимость объектов антропогенного характера, проходимость,
удаленность местности.
3. Топографо-геодезическая изученность объекта дешифрирования.
Наличие и кондиционность съемок прежних лет.
4. Обеспеченность материалами аэросъемки, их качество,
современность. Параметры, условия и время фотографирования.
5. Соотношение масштаба создаваемой (обновляемой) карты
и масштаба аэрофотосъемки.
6. Обеспеченность материалами картографического значения
других ведомств и справочными данными.
7. Технические средства, которые могут быть использованы
при создании (обновлении) карт.
8. Виды геодезических и топографических работ, проектируемые на
объекте картографирования. Они имеют значение для организации
сбора сведений о местности и для постановки самого дешифрирования.
9. Отчетные материалы, предусмотренные техническим проектом. Они
могут отличаться от обычных, установленных инструкциями, при
постановке съемок для создания специализированных карт, фотокарт и
других топографических карт нового типа.
При выборе технологии дешифрирования необходим анализ и учет всех перечисленных факторов вместе. Они определяют приемы и способы дешифрирования, соотношение полевых и камеральных работ, очередность полевого и камерального дешифрирования в каждом конкретном случае.
Приступая к дешифрированию следует уяснить, какие объекты могут встретиться на территории картографирования, как они изображаются на аэроснимках и как их показать условными знаками.
Основным материалом дешифрирования являются аэрофотоснимки. Любой вид дешифрирования должен быть обеспечен полным комплектом аэрофотоснимков с перекрытиями, необходимым для их стереоскопического изучения. Помимо аэроснимков используют фотосхемы и фотопланы. Они служат основой для фиксации результатов дешифрирования.
В зависимости от характера и изученности района, метода съемки и технологии топографических работ применяют различные варианты полевого и камерального дешифрирования: сплошное полевое; маршрутное полевое; сплошное камеральное; камеральное в сочетании с полевым.
Наиболее рациональной методикой при создании и обновлении топографических карт является сочетание полевого и камерального дешифрирования в виде последовательно чередующихся этапов. Оно предполагает два основных варианта.
1. Полевое дешифрирование по маршрутам с последующим
камеральным дешифрированием.
2. Предварительное камеральное дешифрирование с последующей
полевой доработкой.
Для территории о. Сахалин наиболее подходящим является второй вариант,
т.к. природные условия района и история ее картографирования не предопределяют сложности при создании карты; район картографирования достаточно изучен в топографическом отношении и обеспечен материалами;
В этом случае, как правило, работу строят по схеме: 1) изучение района, предварительная рекогносцировка с составлением эталонов, анализ имеющихся материалов указаний редактора; 2) предварительное камеральное дешифрирование; 3) составление проекта полевого обследования; 4)полевая доработка дешифрирования и выборочный полевой контроль камерального дешифрирования; 5) полевая приемка работ.
В первую очередь составляют проект наземных маршрутов.
Тщательно продумывают организацию работ, дифференцируют маршруты
пешеходные, лодочные по рекам, автомобильные. Избегают дублирования и холостых ходов.
Редактор следит за размещением маршрутов на смежных листах.
По окончании проектирования наземных маршрутов при необходимости намечают аэровизуальные маршруты так, чтобы образовалась единая сеть обследования участка, где наземные и аэровизуальные маршруты дополняют друг друга.
Наземное маршрутное дешифрированиеследует выполнять в полосе шириной около 250 м, Впрочем, ширина полосы обследования
может корректироваться в зависимости от характера конкретного участка местности иразмещения объектов на нем. Маршруты прокладывают с таким расчетом, чтобы данные
полевых наблюдений обеспечили камеральное дешифрирование межмаршрутных пространств.
На о. Сахалин маршруты целесообразно прокладывать вдоль железных дорог, и рек так как передвижение по другим транспортным путям может быть сильно затруднено, а кроме того все важные объекты, дешифрирование которых требует особой тщательности, приурочены именно к этим транспортным путям. На охватываемой маршрутом территории выполняют
распознавание объектов при сличении с местностью, определение их характеристик, нанесение неизобразившихся объектов, сбор сведений и названий, фотографирование, составление абрисов. Особое внимание обращают на установление дешифровочных признаков
