Изображение рельефа горизонталями

Рельефом называется совокупность неровностей земной поверхности. При строительстве и эксплуатации различных объектов рельеф часто имеет решающее значение.

Для изображения рельефа предложены различные способы (отмывка, штриховка и т. д.). На современных топографических картах и планах, применяемых для решения инженерных задач, рельеф изображается горизонталями.

Существо метода заключается в следующем. Прежде всего определяется высота характерных точек над уровенной поверхностью (рис. 1.19). Численное значение высоты точки называется отметкой. Имея отметки характерных точек, по определенным правилам строят горизонтали.

Рис. 1.19. Определение отметок точек земной поверхности

При проведении практических съемок часто оказывается целесообразным определять отметки не относительно основной, а относительно условно принятой уровенной поверхности. Тогда отметки в первом случае называются абсолютными, во втором – условными (H_A, Н_В – абсолютные отметки; H_D, Н_C – условные).

В Российской Федерации основная (исходная) уровенная поверхность зафиксирована кронштадтским футштоком. По многолетним наблюдениям за уровнем моря в Кронштадте был установлен средний уровень. В гранитном устое моста через канал закреплена медная пластина, на ней чертой зафиксирован средний уровень. Эту черту именуют нулем кронштадтского футштока. Относительно уровенной поверхности, проходящей через нуль кронштадтского футштока, и определяются абсолютные отметки на всей территории страны.

Условные поверхности (и соответственно условные отметки) применяются для различных участков местности независимо.

Точки физической поверхности Земли характеризуются различными отметками. Но если известны отметки двух точек, то можно вычислить превышение одной точки над другой (относительную высоту). Так, превышение точки В над точкой А (рис. 1.19) составит: h = Н_В – Н_А. Метод горизонталей позволяет определить отметки любых точек топографической карты или плана. Построение горизонталей осуществляется исходя из следующего.

Пусть имеется некоторая возвышенность (рис. 1.20, а), которую пересекает поверхность, параллельная уровенной и расположенная от нее на высоте H₁. Линия пересечения физической поверхности Земли будет замкнутой кривой, и, будучи спроектированной на горизонтальную плоскость, эта линия, называемая горизонталью, характеризует данную возвышенность на отметке H₁.

Если для той же возвышенности секущую поверхность примем на высоте H₂ (рис. 1.20, б), то получим другую горизонталь, характеризующую возвышенность на этой высоте.

Рис. 1.20. Построение горизонталей

Для того чтобы получить достаточно детальную характеристику данной формы рельефа, следует задать необходимое количество секущих поверхностей через равные промежутки по высоте h_c. (рис. 1.21).Каждая поверхность и соответственно каждая горизонталь характеризуется определенной отметкой. Отсюда определение: горизонтали – линии, соединяющие точки земной поверхности с одинаковыми отметками.

Рис. 1.21. Изображение физической поверхности Земли
с помощью горизонталей

Расстояние между секущими поверхностями по высоте, т.е. разность отметок двух последовательных горизонталей h_c называется высотой сечения рельефа. В зависимости от масштаба, вида рельефа и назначения плана или карты применяют h_c = 0,25; 0,5; 1; 2; 2,5; 5 м и др. Чем меньше высота сечения рельефа, тем точнее должны быть выполнены работы по съемке рельефа.

Для изображения отдельных деталей рельефа применяют полугоризонтали в том случае, если это не удается сделать при помощи основных горизонталей. Их проводят через h_c/2, вычерчивают прерывистыми линиями (см. рис. 1.21).

Горизонтали всегда проводят кратными принятой высоте сечения рельефа. Так, если h_c = 0,5 м, то возможны следующие отметки горизонталей: 16,5; 17; 17,5 м и т.п. Если h_c = 2м, то, соответственно, 24; 26; 28 м ...

Для лучшего чтения рельефа часть горизонталей вычерчивают утолщенной линией: при h_c = 0,25; 0,5; 2,5 м обычно утолщается каждая четвертая горизонталь (соответственно кратные 1; 2; 10 м); при h_c = 1; 2; 5; 10 м утолщается каждая пятая или десятая (соответственно кратная 5; 10; 25; 50 м). У утолщенных горизонталей выписывают их отметки, располагая цифры в разрывах горизонталей так, чтобы их верх был направлен в сторону возвышения. Дополнительно направления скатов указывают берг-штрихами (рис. 1.22).

Рис. 1.22. Оцифровка горизонталей

Расстояние между горизонталями в плане d называется заложением горизонталей (см. рис. 1.22).

Свойства горизонталей

1. Горизонтали – замкнутые линии (могут выходить за рамку данного плана и замыкаться за его пределами).

2. Горизонтали не пересекаются. Исключение – нависающие (обратные) скаты.

3. Чем меньше заложение горизонталей d при одинаковом h_c,тем круче скат. Линия, образованная наименьшими d, соответствует направлению наибольшей крутизны.

Рельеф в общем случае разделяют на три вида: равнинный – превышения до 30 м; холмистый – превышения до 200 м; горный – превышения более 200 м.

В каждом виде рельефа выделяют пять основных форм: возвышенность, котловину, хребет, лощину и седловину (рис. 1.23).

1. Возвышенность (гора – высота более 200 м, холм – менее 200 м). Элементы данной формы рельефа: вершина, скаты, подошва.

2. Котловина – замкнутое углубление. Элементы – дно, скаты, бровка.

3. Хребет – вытянутая возвышенность. Элементы – скаты, гребень хребта. Линия, идущая по гребню, называется водоразделом.

4. Лощина – вытянутое углубление. Элементы – скаты, водосливная линия (тальвег, водоток); широкая лощина называется долиной, узкая – ущельем или оврагом.

5. Седловина (перевал) – пониженная часть местности между двумя соседними возвышенностями с расходящимися в противоположные стороны лощинами.

Все формы рельефа образуются из сочетания наклонных поверхностей – скатов. Крутизна ската оценивается или углом наклона (в градусной мере), или величиной уклона i.Уклоном линии называется тангенс угла наклона линии к горизонту: i = tg n = h/d (рис. 1.24), где h – превышение; d – горизонтальное проложение линии. Угол наклона линии и уклон линии могут быть положительными (+n; +i) или отрицательными (–n; –i).

Для построения горизонталей существуют различные способы. Но при использовании любого из них следуют единому принципу: на участке между двумя соседними характерными точками А и В (рис. 1.25) линия реальной физической поверхности 1 заменяется условным прямолинейным отрезком 2. После такой замены становится возможным применение линейной интерполяции при определении на плане точек, принадлежащих конкретной горизонтали.

Рис. 1.23. Формы рельефа

Замена реальной линии 1 условной 2 должна осуществляться таким образом, чтобы обеспечивалась необходимая точность изображения рельефа при заданной высоте сечения h_c. Требуемая точность Dh во всех случаях задается как часть h_c, например: Dh = ¹/₂h_c. Это означает, что во всех случаях замена (при построении горизонталей) линии 1 линией 2 должна обеспечить заданную точность Dh. Пусть, например, h_c = 5 м, тогда Dh = 2,5 м и точки А и В (см. рис. 1.25) выбраны так, что заданная точность гарантируется. Если для этого участка местности принять h_c = 1 м (т.е. Dh = 0,5 м), то для обеспечения такой более высокой точности потребуются дополнительные точки С, D, E.

Рис. 1.26. Схема интерполирования при построении горизонталей

При съемке рельефа характерные точки (А, В или ACD и т.д.) выбирают там, где уклон ската меняет величину или направление. Чем меньше h_c (чем крупнее масштаб), тем больше требуется принимать характерных точек рельефа. После нанесения характерных точек с известными отметками на лист бумаги отыскание местоположения точек, принадлежащих определенной горизонтали, производят интерполированием: аналитически, графически или на глаз. При любом способе интерполирования необходимо определить величину трех различных отрезков (рис. 1.26): Dd_A; d; Dd_B. Пусть имеем на плане две соседние точки А и В. Их отметки таковы, что при данной h_c между этими точками пройдут три горизонтали с отметками H₁, H₂, H₃.

Отрезки Dd_A; d; Dd_B определяются интерполированием.