Чтобы сохранить сведения о рельефе той или иной местности, человечество пользуется топографическими картами. Передать всю полноту информации позволят горизонтали - замкнутые кривые линии, характеризующиеся равной высотой над уровнем моря. Разъяснению подобных тонкостей способствуют следующие определения:
1. Горизонталь - линия равных абсолютных высот земной поверхности. Определиться со связью и формой неровностей территории позволяет рисунок и расположение горизонталей относительно друг друга. В качестве характеристик такого понятия, как горизонтали, называют высоту сечения и заложение.
2.Высотой сечения считается расстояние, отделяющее смежные секущие поверхности. Здесь важно учитывать соответствие характеру местности и масштабу конкретной карты. Для лучшего понимания, данная информация в текстовой форме содержится на каждом листе карты, занесённая в рамочку с южной стороны.
3. Заложением называют расстояние от одной до другой смежной горизонтали, нанесённой на карту. Кардинальную роль в понимании карты играет высота сечения конкретного рельефа, как и степень крутизны склона. А точнее, чем больше угол наклона, тем меньше заложение.
Горизонтали: разделение на виды
Для нанесения на карту используют такие виды горизонталей:
- основные (сплошные), нанесённые посредством сплошных линий (соответственно высоте сечения);
- отображающие важные подробности полугоризонтали (половинные), имеющие вид прерывистых линий (через 1/2 высоты сечения);
- проясняющие информацию о деталях рельефа, вспомогательные горизонтали, наносимые через 1/4 высоты сечения в виде коротких прерывистых линий;
- горизонтали утолщенного вида, отвечающие пятикратной высоте сечения, способствуют облегчению прочтения карт.
Надпись внизу карты, указывающая на сплошные горизонтали, проведённые через 100м, означает, что сплошные тонкие горизонтали повторяются каждые 100м, а утолщённые аналоги – через 500м.
Как выбрать высоту сечения
В выборе высоты сечения учитывается тип местности и масштаб карты. Как для территории равнинного, так и холмистого типа, расчёт высоты сечения предусматривает 0.02 от величины масштаба. Относительно высокогорных местностей, налицо двукратное увеличение высоты сечения (0.04 масштаба). Нанесение на карту плоско-равнинных мест, характеризуется двукратным уменьшением высоты сечения (0.01 масштаба).
Равнинная местность Московской области нанесена на карту соответственно масштабу 1:100 000. В этом случае, сплошные вычерчены каждые 20м. Для высокогорного Непала, где масштаб карты – 1:100 000, горизонтали нанесены через 40м. При таком же масштабе карты некого плоско-равнинного района, повторение горизонталей наблюдается каждые 10м.
Вывод: масштаб карты равнинных территорий предусматривает нанесение горизонталей через 2 метра, для высокогорных местностей – через 4 метра, для плоско-равнинных поверхностей - каждый метр.
Направления склонов: особенности определения
С помощью горизонталей удаётся получить сведения по поводу расположения объектов и их высоты. Поскольку нанесение посредством горизонталей, как хребта, так и лощины, практически не отличается, то приходится пользоваться не только замкнутыми линиями. Здесь в ход идут такие дополнения к горизонталям, как бергштрихи, позволяющие различить помимо направления скатов, ещё и максимально сложные формы рельефа.
4. Под понятием бергштриха подразумевают короткую чёрточку, стоящую (в месте изгиба) перпендикулярно к горизонтали. Именно так даётся указание на падение склона. Понимание относительно направления склонов обеспечат бергштрихи, а также высотные отметки разных видов:
- Отметки горизонталей, имеющие вид цифровых подписей, нанесённых вдоль горизонталей и дающих представление о высоте над уровнем моря. Притом, верхняя часть цифр находится в районе, где высота склона самая большая.
- Отметками высот называются цифровые подписи на водоразделах, урезах, вершинах холмов, наиболее низких местах долин.
Точность подобных подписей зависит от выбранного масштаба:
- 1: 100 000 и выше – до 0.1м;
- 1: 200 000и менее – до 1м.
Элементы рельефа, переданные через условные знаки
Для нанесения на карту конкретных деталей рельефа используются условные обозначения специального вида. В этом плане стоит упомянуть осыпи, обрывы, скалы, промоины, овраги, валы, выемки, курганы, ямы, воронки карстового типа и т.д. Притом, знаки таких образований дополняются подписями по поводу высоты или глубины. Что ещё важно: предметы естественного происхождения изображаются коричневой краской, а искусственного – чёрным цветом. Ко второму варианту стоит отнести: образования из камней, гроты, тоннели, скалы-останцы и т.д. Кроме того, на картах горных районов отображаются перевалы, дополненные показателями высоты и указанием времени на месте. Для нанесения фирновых полей, ледников и дополнительных знаков, используется синяя краска.
Характерные особенности рельефа на мелкомасштабной карте
Нанесение рельефа на карты, масштаб которых равен 1:500 00 и 1:1 000 000, производится посредством горизонталей и условных знаков. Правда, здесь имеет место обобщённый характер нанесения, когда показана только структура, уровень расчленённости, основные формы.
Частота сечения горизонталей различается соответственно типу поверхности:
- для равнин – 50м;
- для горных районов – 100м.
А если высота над уровнем моря превышает 1000м, то при масштабе 1: 1 000 000, акцент делается на высоте сечения в 200м.
Объём нанесения условных обозначений для тех или иных объектов регулируется соответственно необходимости ориентирования на местности. Притом, выбор делается в пользу уменьшенных вариантов знаков.
При нанесении на карту с мелким масштабом рельефа горной местности, ступени высоты и отмывки показаны с помощью послойного нанесения краски. По мере увеличения высоты рельефа, наблюдается переход от оранжевого разных оттенков – до коричневого цвета переменной интенсивности. Изменения тона имеют место через каждые 400, 600, 1000м (соответственно абсолютной отметке высоты данной территории). Для нанесения интересующей шкалы ориентируются тем же образом, что и в случае с сечением горизонталей, обозначенных на карте с южной стороны (под рамкой).
Объёмное восприятие рельефа обеспечивается с помощью добавления теней на склонах горных рельефов. Относительно крутизны и высоты склона, судят по тону отмывки, что обеспечит наглядное представление относительно долин, каньонов, горных хребтов и т.д.
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. 30). Лежащие на ней точки имеют одинаковую высоту.
Допустим, что высота уровня воды относительно уровенной поверхности 110 м (рис. 30). 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 .
Рис. 30.
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. 30), 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 н (рис. 31). Чем больше угол наклона, тем круче скат.
Рис. 31.
Другой характеристикой крутизны служит уклон i . Уклоном линии местности называют отношение превышения к горизонтальномупроложению. Из формулы следует (рис. 31), 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. 32).
Изображение основных форм рельефа горизонталями приведено на рис. 32.
Рис. 32.
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. 33). В зависимости от характера рельефа, масштаба и назначения плана выбирают высоту сечения рельефа h .
Рис. 33.
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 .
Задачи, решаемые на планах и картах
Определение отметок точек местности по горизонталям
- а) Точка лежит на горизонтали . В этом случае отметка точки равна отметке горизонтали (см. рис. 35): HА = 75 м ; НС = 55 м .
- б) Точка лежит на скате между горизонталями . Если точка лежит между горизонталями, то через нее проводят кратчайшее заложение, масштабной линейкой измеряют длину отрезков а и b (см. рис. 35, точка В ) и подставляют в выражение
где h - высота сечения рельефа. Если точка лежит между горизонталью и полугоризонталью, то вместо h в формулу подставляют 0,5h .
Рис. 35.
Определение крутизны ската
Крутизна ската по направлению заложения определяется двумя показателями - уклоном и углом наклона по формуле
Следовательно, тангенс угла наклона линии к горизонту называется её уклоном. Уклон выражают в тысячных - промиллях (‰) или в процентах (%). Например: i = 0,020 = 20‰ = 2%.
Для графического определения углов наклона по заданному значению заложения d , масштабу М и высоте сечения рельефа h строят график заложений (см. рис. 36).
Вдоль прямой линии основания графика намечают точки, соответствующие значениям углов наклона. От этих точек перпендикулярно к основанию графика откладывают в масштабе карты отрезки, равные соответствующим заложениям, а именно
Концы этих отрезков соединяют плавной кривой (см. рис. 36).
Заложение линии, угол наклона которой надо определить, снимают с карты при помощи измерителя, а затем, укладывая на графике между основанием и кривой измеренный отрезок, находят соответствующее ему значение угла наклона.
Рис. 36.
Аналогично строят и пользуются графиком заложений для уклонов (рис. 37).
Рис. 37. График заложений для уклонов
Рельефом называется совокупность пространственных форм (неровностей) земной поверхности. Рельеф - один из важнейших элементов географической среды. Он оказывает существенное влияние на перераспределение тепла и влаги, характер миграции химических элементов и, следовательно, на свойства почв и растительности, определяя таким образом ландшафтные особенности территории. С другой стороны, размещение населенных пунктов, путей сообщения, промышленных и энергетических сооружений, а также условия сельскохозяйственного производства (экспозиция склонов, смыв почв, возможность механической обработки земли и др.) во многих случаях обусловливаются характером рельефа земной поверхности. При боевых действиях учет особенностей рельефа необходим для определения возможностей открытого передвижения, маскировки, условий проходимости и т. п.
Способ изображения рельефа на карте . Задача отображения рельефа на картах весьма сложна, поскольку на плоском листе бумаги должны быть показаны объемные, выпуклые и вогнутые формы, их высоты, размеры, крутизна склонов. Изображение рельефа должно быть измеримым.
На топографических картах рельеф изображают с помощью горизонталей, которые дополняются указанием высот характерных точек местности и условными знаками отдельных элементов и форм рельефа.
Горизонталь - это воображаемая линия на физической поверхности Земли, все точки которой имеют одинаковую высоту над уровнем моря, т.е. абсолютная высота вдоль каждой горизонтали постоянна. Если рассечь какую-то форму рельефа горизонтальными плоскостями, как показано на рисунке 30, А, каждая линия сечения будет иметь постоянную высоту; она таким образом является горизонталью.
Рис. 30. Принцип образования горизонталей
Секущие плоскости строят через равные промежутки по высоте, и полученные линии сечения проектируют отвесными лучами на общую плоскость (карту). Так на карте получают изображение рельефа системой горизонталей в виде замкнутых кривых линий (рис. 30, Б). Очертания горизонталей, очевидно, обусловлены внешним обликом форм рельефа, а их количество на данной карте - наибольшей разностью высот на картографируемой территории.
Рис. 31. Элементы ската (А). Отражение элементов ската с помощью горизонталей на карте (Б)
Разность высот двух соседних основных горизонталей называется высотой сечения рельефа . На рисунке 31, А показан разрез участка земной поверхности вертикальной плоскостью. Секущие горизонтальные поверхности проведены через 10 м по высоте и имеют отметки 90, 100, 110, 120 и 130 м. Высота сечения h равна 10 м. Линии сечения земной поверхности горизонтальными плоскостями затем спроектированы на общую горизонтальную поверхность (рис. 31, Б), т.е. карту. Промежутки на карте между двумя соседними горизонталями называются заложением d. Заложение всегда меньше, чем расстояние S между теми же точками на склоне (скате).
Крутизна ската выражается через угол наклона α. При постоянной высоте сечения h изменение крутизны ската влечет изменение заложения: чем больше угол наклона, тем меньше заложение на карте. Связь между элементами ската выражается математически: d = S·cosα ; h = S·sinα ; h = d·tgα ; d = h·tgα.
Величина наклона земной поверхности (крутизна ската) часто характеризуется не через угол α, а уклоном i. Уклон - это отношение величины превышения местности к тому горизонтальному протяжению, на каком оно наблюдается: i =h/d= tgα. Уклон выражается обычно десятичной дробью в тысячных долях (или в процентах). Так, при уклоне дороги, равном 0,015, на отрезке в 1000 м подъем составит 15 м. Уклон железнодорожного полотна на сложных участках показан на специальных табличках, установленных на столбах около дороги.
От высоты сечения зависит детальность изображения рельефа на карте. При редких секущих плоскостях, т.е. при большой высоте сечения ряд особенностей форм земной поверхности не будет отражен. Например, в нижней части склона, показанного на рисунке 31, А, имеются повышения и понижения, которые не изобразились на карте. Поэтому на детальных картах высота сечения берется меньшей, а с уменьшением масштаба высота сечения увеличивается.
На советских топографических картах применяют стандартные высоты сечения рельефа. Например, при картографировании равнинных и всхолмленных территорий приняты следующие высоты сечения: на карте масштаба 1:25 000 - 5 м, 1:50 000 - 10 м, 1:100 000 - 20 м. Горизонтали, имеющие стандартную разность высот, называются основными. Горизонтали проводят сплошными тонкими коричневыми линиями.
Указание о принятой на данной карте высоте сечения дается под линейным масштабом карты в виде фразы «Сплошные горизонтали проведены через…».
Абсолютные высоты отдельных горизонталей, т.е. их отметки, подписываются в специальных разрывах горизонталей. При этом верх цифр направлен в сторону повышения ската. На картах для большей наглядности утолщается каждая пятая горизонталь, высота которой всегда соответствует упятеренной высоте сечения рельефа на данной карте.
На пологих склонах иногда расположены важные детали рельефа (западины, возвышения, уступы), которые при стандартной высоте сечения не отразятся на карте. Пример тому - нижний участок склона между горизонтальными 90 и 100 м на рисунке 31, Л. В этих случаях между основными секущими плоскостями вводят дополнительные и образующиеся при этом горизонтали показывают на карте прерывистыми линиями. Обычно дополнительные сечения проводят посередине между основными и полученные горизонтали называют полугоризонталями. Если и их недостаточно для выявления особенностей рельефа, проводят вспомогательные горизонтали (примерно через четверть высоты сечения), обозначаемые еще более короткими штрихами.
Рис. 32. Изображение рельефа горизонталями: основными (90, 100, 110 м), дополнительной (95 м), вспомогательной (98 м)
Участок склона между основными горизонталями 90 и 100 м на рисунке 31, Б выглядит длинным и пологим, хотя в действительности он осложнен повышением. На увеличенном рисунке того же участка (рис. 32) построены дополнительные секущие плоскости и проведены полугоризонталь 95 м и вспомогательная горизонталь 98 м, которые и отобразили на карте более детально строение ската.
Высотными отметками называются подписи абсолютных высот в метрах высших точек вершин, низших точек впадин, точек на перегибах склонов. Нередко отметки даются для ориентиров (перекрестки дорог, отдельные здания и др.). Абсолютная высота зеркала воды в реке или озере называется урезом воды , ее значение проставляется на береговой линии водных объектов.
Для показа на картах ряда форм рельефа, не выражающихся горизонталями в масштабе карты, применяют условные обозначения. Таковы изображения курганов, скал-останцев, отдельно лежащих камней, оползней, осыпей из песка, камней или щебня, а также оврагов, карстовых воронок, промоин, крутых обрывов и задернованных уступов. Кроме того, знаками синего цвета характеризуются фирновые поля, ледники, ледяные обрывы и другие проявления современного оледенения.
Некоторые из этих знаков сопровождаются количественными показателями. Например, даются высота обрывов, ширина и глубина оврагов в метрах. Искусственные формы рельефа (насыпи, выемки, и др.) показывают на картах знаками черного цвета, изображение природного рельефа дается коричневым цветом.
Основные элементы и формы рельефа . Рельеф земной поверхности слагается скатами (склонами) различной формы и крутизны; схематически выделяют склоны прямые и изогнутые в плане, а также склоны прямые (ровные) и изогнутые в профиле. Их изображения на карте отличаются формой горизонталей и характером чередования заложений разной величины (рис. 33).
Рис. 33. Схематическое изображение горизонталями основных форм склонов
При встрече двух скатов возникают линии перегиба рельефа: водораздельная и водосборная линии, бровка и подошва ската. Водораздельная линия образуется на выпуклой форме рельефа при встрече двух склонов противоположного направления; на ней происходит переход от подъема к спуску. Водосборная линия , или тальвег ,- линия перегиба склонов противоположного направления на вогнутой форме рельефа; на ней происходит переход от спуска к подъему. Бровка - это линия стыка горизонтальной площадки или пологого ската с более крутым скатом. Подошва - это линия перехода от более крутого склона к менее крутому или к горизонтальной площадке. На бровке и подошве изменяется крутизна, а не направление ската. Линии перегиба рельефа в природе обычно бывают изогнутые и наклонные.
Несложные сочетания скатов образуют простые формы рельефа . К ним относятся положительные формы, возвышающиеся над окружающей местностью,- гора (холм), простой хребет (увал), уступ и отрицательные, вогнутые формы - впадина, долина (лощина, балка), прогиб склона.
Гора - куполообразное поднятие с более или менее крутыми склонами, в нижней части окаймляемыми подошвой - линией перехода скатов горы к окружающей местности. Гора, так же как и меньшая форма рельефа - холм, изображается замкнутыми горизонталями с бергштрихами, направленными наружу от них (рис. 34). Впадина образуется более или менее крутыми замкнутыми склонами, идущими вниз от бровки, и заканчивается дном с самой низкой точкой впадины. Небольшие неглубокие впадины называют часто блюдцами, а конусообразные углубления - воронками. Впадина, как и гора, изображается на карте замкнутыми горизонталями, но бергштрихи от горизонталей направлены внутрь впадины (см. рис. 34).
Рис. 34. Изображение форм рельефа участка местности с помощью горизонталей, высотных отметок и условных знаков
Простой хребет образован двумя склонами, идущими вверх от подошвы и смыкающимися по водораздельной линии. На карте хребты изображаются системой вытянутых V-образных горизонталей, выпуклости которых обращены вниз по склону. Долина, так же как лощина и балка, ограничена двумя склонами, идущими вниз от бровок и дающими при смыкании линию тальвега. Это вытянутая, понижающаяся в одном направлении вогнутая форма. По дну долины течет постоянный водоток. Долина (как и лощина) изображается на карте системой V-образных горизонталей, обращенных выпуклостью вверх по склону.
На рисунке 35 представлено перспективное изображение участка речной долины с обозначением ее частей, поперечный разрез долины, а ниже - схематическое изображение горизонталями полосы речной долины вдоль линии профиля. Редкие горизонтали на поверхности террасы сменяются сгущением горизонталей на участке 6-5-4. Склон и горизонтальная площадка, например пойма, образуют перегиб склона (участок 5-4-3); в этом случае после сгущения горизонталей следует их заметное разрежение.
Рис. 35. Участок речной долины
Рассмотренные выше формы не встречаются в природе изолированно, обычно они сочетаются, переходят одна в другую и образуют более сложные комплексы форм. Например, когда в хребет или увал с противоположных сторон врезаются две долины или лощины, на водоразделе образуется прогиб, называемый седловиной, наиболее пониженная точка которой является перевалом.
Итак, изображение рельефа горизонталями позволяет распознать по карте формы и элементы рельефа, а также получить целый ряд его количественных характеристик. С уменьшением масштаба карт уменьшается подробность изображения рельефа, так как увеличиваются высоты сечения, с карты снимаются изображения более мелких форм, рисунок горизонталей все более обобщается (сглаживается) . Для ряда форм рельефа применяют внемасштабные условные знаки. Так происходит обобщение, т.е. генерализация изображения рельефа.
Изображение рельефа на топографических картах дает полное и достаточно подробное представление о неровностях, земной поверхности, их форме и взаимном расположении, превышениях и абсолютных высотах точек местности, преобладающей крутизне и протяженности скатов (рисунок 86).
Рисунок 86 – Формы скатов: 1 – ровный; 2 –выпуклый; 3 – вогнутый; 4 – волнистый.
На современных топографических картах рельеф изображается горизонталями в сочетании с условными знаками обрывов, скал, оврагов, промоин, осыпей, оползней и т. д. Изображение рельефа дополняется подписями абсолютных высот характерных точек местности, горизонталей, размеров отдельных форм рельефа и указателями направления скатов. Сущность изображения рельефа горизонталями. Горизонталь – это замкнутая линия, изображающая на карте горизонтальный контур неровностей, все точки которого на местности расположены на одной высоте над уровнем моря. Горизонтали можно представить как линии, полученные в результате сечения местности уровенными поверхностями, то есть поверхностями, параллельными уровню воды в океанах.
Рассмотрим сущность изображения рельефа горизонталями. На рисунке 87 изображен остров с вершинами А и В и береговой линией DЕF. Замкнутая кривая def представляет собой изображение береговой линии в плане. Поскольку береговая линия является сечением острова уровенной поверхности океана, изображение этой линии на карте представляет собой нулевую горизонталь, все точки которой имеют высоту, равную нулю.
Допустим, что уровень океана поднялся на высоту h, тогда образуется новое сечение острова воображаемой секущей плоскостью h – h. Проектируя это сечение с помощью отвесных линий, получим на карте изображение первой горизонтали, все точки которой имеют высоту h. Точно так же можно получить на; карте изображение и других сечений, выполненных на высотах 2h,3h, 4hи т.; д. В результате на карте будет иметь место изображение рельефа острова горизонталями. При этом рельеф острова изображается тремя горизонталями, охватывающими остров целиком, и двумя горизонталями, охватывающими отдельно каждую из вершин. Вершина А несколько выше 4h, а вершина Внесколько выше 3h относительно уровня океана. Скаты возвышенности А круче, чем скаты возвышенности В,поэтому в первом случае горизонтали на карте расположены ближе друг к другу, чем во втором.
Рисунок 87 – Сущность изображения рельефа горизонталями.
Из рисунка видно, что способ изображения, рельефа, горизонталями позволяет правильно не только, отображать формы рельефа, но и определять высоты отдельных точек земной поверхности по высоте сечения рельефа и крутизне скатов.
Высота сечения рельефа – это разность высот двух смежных секущих поверхностей. На карте она выражается разностью высот двух смежных горизонталей. В пределах листа карты высота сечения рельефа, как правило, является постоянной.
На рисунке 88 показан вертикальный разрез (профиль) ската. Через точки М, N, О проведены уровенные поверхности на расстоянии друг от друга, равном высоте сечения h. Пересекая поверхность ската, они образуют кривые линии, ортогональные проекции которых в виде трех горизонталей показаны в нижней части рисунка.
Расстояния mn и no между горизонталями являются проекциями отрезков MN и N0 ската. Эти проекции называются заложениями горизонталей. Из рисунка видно, что заложение всегда короче наклонного отрезка ската. На карте заложение можно определить как расстояние между двумя смежными по скату горизонталями. При данной высоте сечения чем больше горизонталей на скате, тем он выше, чем ближе горизонтали одна к другой, тем скат круче. Следовательно, по числу горизонталей можно определять превышение одних точек местности над другими, а по расстоянию между горизонталями, то есть по величине заложения, судить о крутизне ската.
Рисунок 88 – Профиль ската: h – высота сечения рельефа, а – заложение горизонталей, α – крутизна ската.
Величина заложения (при определенной высоте сечения рельефа) зависит от крутизны ската и от направления по отношению к горизонталям. На рисунке 89 в перспективе показан участок ската между горизонталями АА 1 и ВВ 1 .
Рисунок 89 – Изменение заложения.
Из любой точки на скате, например из точки О , можно провести по скату ряд линий в разных направлениях По скату проведены прямые линии ОМ, ОМ 1 и ОМ 2 их ортогональные проекции О 1 М, O 1 М 1 , O 1 M 2 являются заложениями. Из рисунка видно, что при одинаковой высоте сечения рельефа в зависимости от изменения крутизны ската меняется и величина заложения.
Линии ОМ, OM 1 и ОМ 2 наклонены под разными углами (α,α 1 ,α 2) к горизонтальной плоскости. Угол наклона линии ОA 1 равен нулю, так как она является горизонталью. Наибольший угол наклона будет в том случае, когда направление перпендикулярно горизонтали (на рисунке ОМ перпендикулярно АА1). Это направление соответствует наибольшей крутизне ската и называется направлением ската.
Угол, составленный направлением ската с горизонтальной плоскостью в данной точке, называется крутизной ската.
Детальность изображения рельефа горизонталями зависит от высоты сечения рельефа. Для данного масштаба карты, которая связана с заложением, и крутизной ската формулой h=аrctgα (рисунок 88). Из формулы, видно, чем подробнее требуется изобразить рельеф горизонталями, тем меньшую надо брать высоту сечения и тем меньшими будут заложения при постоянной крутизне скатов. Однако излишне малая высота сечения ведет к чрезмерной детализации изображения рельефа, в результате чего изображение теряет наглядность. На наших топографических картах за основную принята высота сечения, обеспечивающая раздельное изображение горизонталями скатов крутизной 45 о.
Установленная для каждого масштаба карты высота сечения рельефа обеспечивает наглядность изображения рельефа и сравнимость крутизны скатов, что важно при оценке проходимости и защитных свойств местности.
Для того чтобы не забивать карту слишком большой густотой горизонталей, высота сечения рельефа для карт горных районов иногда увеличивается. Для карт равнинной местности с целью более детального изображения подробностей рельефа высота сечения уменьшается. Высота сечения изменяется также в зависимости от масштаба карты. Чем мельче масштаб карты, тем больше высота сечения, и наоборот.
Высота сечения рельефа для топографических карт различных масштабов в зависимости от характера местности дана в таблице. 35.
Таблица 35 – Зависимость сечения рельефа от масштаба и характера местности
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.
