База знаний
§11. ИЗОБРАЖЕНИЕ РЕЛЬЕФА
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.
Источник
Способы изображения рельефа
Основные формы рельефа. Несмотря на большое разнообразие неровностей земной поверхности, можно выделить основные формы рельефа: гора, котловина, хребет, лощина, седловина.
Гора (или холм) — это возвышенность конусообразной формы. Она имеет характерную точку — вершину, боковые скаты (или склоны) и характерную линию — линию подошвы. Линия подошвы — это линия слияния боковых скатов с окружающей местностью . На скатах горы иногда бывают горизонтальные площадки, называемые уступами.
Котловина — это углубление конусообразной формы. Котловина имеет характерную точку — дно, боковые скаты (или склоны) и характерную линию — линию бровки. Линия бровки — это линия слияния боковых скатов с окружающей местностью.
Хребет — это вытянутая и постепенно понижающаяся в одном направлении возвышенность. Он имеет характерные линии: одну линию водораздела, образуемую боковыми скатами при их слиянии вверху, и две линии подошвы.
Лощина — это вытянутое и открытое с одного конца постепенно понижающееся углубление. Лощина имеет характерные линии: одну линию водослива (или линию тальвега), образуемую боковыми скатами при их слиянии внизу, и две линии бровки.
Седловина — это небольшое понижение между двумя соседними горами; как правило, седловина является началом двух лощин, понижающихся в противоположных направлениях. Седловина имеет одну характерную точку — точку седловины, располагающуюся в самом низком месте седловины.
Существуют разновидности перечисленных основных форм, например, разновидности лощины: долина, овраг, каньон, промоина, балка и т.д. Иногда разновидности основных форм характеризуют особенности рельефа конкретного участка местности, например, в горах бывают пики — остроконечные вершины гор, ущелья, теснины, щеки, плато, перевалы и т.д.
Вершина горы, дно котловины, точка седловины являются характерными точками рельефа; линия водораздела хребта , линия водослива лощины, линия подошвы горы или хребта, линия бровки котловины или лощины являются характерными линиями рельефа.
Способы изображения рельефа. Способ изображения рельефа должен обеспечивать хорошее пространственное представление о рельефе местности, надежное определение направлений и крутизны скатов и отметок отдельных точек, решение различных инженерных задач.
За время существования геодезии было разработано несколько способов изображения рельефа на топографических картах. Перечислим некоторые из них.
Способ отмывки. Этот способ применяется на мелкомасштабных картах. Поверхность Земли показывается коричневым цветом: чем больше отметки, тем гуще цвет. Глубины моря показывают голубым или зеленым цветом: чем больше глубина, тем гуще цвет.
Способ отметок. При этом способе на карте подписывают отметки отдельных точек местности.
В настоящее время на топографических картах применяют способ горизонталей в сочетании со способом отметок, причем на одном квадратном дециметре карты подписывают, как правило, не менее пяти отметок точек.
Способ горизонталей. Сущность способа горизонталей можно понять из рис.5.6.
Мысленно рассечем участок местности горизонтальной плоскостью на высоте H. Линия пересечения этой плоскости с поверхностью Земли называется горизонталью. Горизонталь на местности — это замкнутая кривая линия, все точки которой имеют одинаковые отметки. Уменьшенное изображение на карте горизонтальной проекции горизонтали местности также называют горизонталью.
Для того, чтобы изобразить горизонталями рельеф участка местности, нужно рассечь его не одной, а несколькими горизонтальными плоскостями, расположенными на одинаковом расстоянии по высоте одна от другой. Это расстояние называется высотой сечения рельефа и обозначается буквой h. На местности горизонтали не пересекаются, так как они лежат в разных параллельных плоскостях; на карте они тоже как правило не пересекаются.
Все основные формы рельефа имеют свой рисунок горизонталей; при этом и гора и котловина изображаются системами замкнутых горизонталей (рис.5.7). Чтобы различить эти формы рельефа, а также для некоторых других целей на карте принято показывать направление скатов вниз; для этого применяются бергштрихи — короткие штрихи, перпендикулярные горизонталям и направленные по скату вниз.
Основные горизонтали имеют отметки, кратные высоте сечения рельефа h, начиная от нуля счета высот. Для выражения характерных особенностей рельефа рекомендуется проводить полугоризонтали и четвертьгоризонтали; они проводятся штриховыми линиями через половину и четверть сечения рельефа на отдельных участках карты (где расстояние между основными горизонталями слишком большое).
Каждая пятая основная горизонталь при h = 1, 2, 5, 10 м и каждая четвертая при h = 0.5 и 2.5 м утолщаются. Отметки некоторых горизонталей на карте подписывают, ориентируя основания цифр вниз по склону.
Крутизна и направление скатов. На рис.5.6 видно, что расстояние a между горизонталями на горизонтальной проекции участка зависит от крутизны ската. При одинаковой высоте сечения рельефа расстояние между горизонталями тем меньше, чем круче скат. Крутизна ската характеризуется углом наклона ν:
Тангенс угла наклона называется уклоном и обозначается буквой i; уклон обычно выражают в процентах или промилле (промилле — это тысячная часть целого).
Рассечем скат горы горизонтальными плоскостями при высоте сечения h (рис.5.8); на участке BC скат имеет угол наклона ν 1, на участке CD — угол наклона ν2. Расстояние a1 — это горизонтальное проложение линии ската BC; оно называется заложением.
Заложение, перпендикулярное к горизонталям, называется заложением ската, то-есть, заложение ската — это горизонтальная проекция линии наибольшей крутизны ската в данной точке; оно принимается за направление ската. Измерив на карте отрезок a и зная высоту сечения рельефа h, по формуле (5.4) можно вычислить тангенс угла наклона, а затем и сам угол наклона ν.
График заложений. Для быстрого определения угла наклона по карте пользуются специальным графиком, который называется графиком заложений. Он строится следующим образом (рис.5.9):
вычисляют заложение ската по заданной высоте сечения рельефа для разных углов наклона 0.5o, 1o, 2o и т.д.,
проводят прямую линию и откладывают на ней равные отрезки длины, которые подписывают в градусах угла наклона,
перпендикулярно этой линии откладывают в масштабе карты заложения ската, вычисленные для каждого значения угла наклона,
соединяют полученные точки плавной кривой.
Если теперь требуется определить угол наклона для конкретного заложения ската a, раствором циркуля, равным a, находят соответствующее место на графике и считывают угол наклона (на рис.4.9 ν = 4o 30′).
Аналогично можно построить график заложения для уклонов i.
График заложения помещается внизу листа карты справа.
Расчет высоты сечения рельефа. При проектировании работ по созданию карты или плана высоту сечения рельефа h выбирают в зависимости от масштаба карты, характера рельефа и назначения карты или плана. При этом условились изображать горизонталями скаты до 45o; скаты большей крутизны изображают специальным условным знаком обрыва. С другой стороны, расстояние между горизонталями на карте нельзя уменьшать до бесконечности, иначе они сольются. Считается, что наименьшее расстояние между горизонталями может быть 0.2 мм. При amin = 0.2 мм и νmax = 45o высоту сечения рельефа для конкретного масштаба можно подсчитать по формуле:
h = amin ∙ M ∙ tg(νmax). (5.5)
Например, для масштаба 1:M = 1:5 000 получим h = 1 м.
По формуле (5.5) находят так называемую расчетную высоту сечения рельефа. В зависимости от характера рельефа Инструкция [14] рекомендует для планов масштаба 1:5000 несколько значений высоты сечения рельефа:
для плоскоравнинной местности h = 0.5 м или h = 1 м,
для равнинной и всхолмленной местности h = 1 м или h = 2 м,
для горной местности h = 5 м.
Правильный выбор высоты сечения рельефа очень важен с экономической точки зрения, так как при уменьшении высоты сечения возрастает объем работ и расходы на производство съемки.
Проведение горизонталей по отметкам точек. Чтобы провести на карте (или плане) горизонтали, необходимо иметь точки с известными отметками, которые назовем пикетами. Пусть даны пикеты 1, 2, 3, 4 (рис.5.10), и предполагается, что вдоль линий 1-2, 1-3, 1-4, 2-3 и 3-4 местность имеет равномерный уклон. Требуется провести горизонтали внутри участка, ограниченного линиями 1-2, 2-3, 3-4, 4-5; высота сечения рельефа h= 1 м.
Процесс нахождения на линии, соединяющей два пикета, точек, через которые пройдут горизонтали, называется интерполированием горизонталей. Известны три способа интерполирования: аналитический, графический и на глаз.
Рассмотрим аналитический способ, являющийся основой для двух остальных способов. На рис.5.11 проведем линию местности, например, 4-1, и ее горизонтальную проекцию и затем покажем секущие плоскости, проходящие через 1 м по высоте. Обозначим точки линии 4-1 буквами A, F, E, D, C, B. Спроектируем эти точки пересечения секущих плоскостей с линией 4-1 на ее горизонтальную проекцию, получим точки a, f, e, d, c, b. Задача заключается в вычислении расстояний af, ae, ad, ac.
Из подобия треугольников FAf’ и BAb’ имеем:
af = Af’ = Ab’∙(HF — H1)/(H4 — H1).
Обозначим Ab’ через s и запишем окончательно:
(5.6)
Если рис.5.11 построить в масштабе карты (плана), то отрезок s можно взять прямо с карты; отметки пикетов 1 и 4 известны, отметка точки F равна отметке первой секущей плоскости выше точки A.
Аналогично можно вычислить остальные отрезки. Отложив их на линии 4-1, получим на ней искомые точки.
На отрезках 1-2, 2-3 и других таким же образом найдем точки их пересечения с горизонталями. Затем плавными линиями соединим точки с одинаковыми отметками и получим рисунок горизонталей.
Аналитический способ применяют довольно редко ввиду его большой трудоемкости. Гораздо чаще применяют графический способ, при котором используется палетка (лист прозрачной бумаги или пластика), на котором проведены параллельные или расходящиеся прямые линии. Интерполирование на глаз применяют при небольших расстояниях между пикетами и при малых разностях отметок пикетов.
Источник
