Изображение рельефа на топографических картах

Местность очень редко представляет собой плоские участки земной поверхности, чаще она состоит из многих выпуклых или вогнутых неровностей, различных по форме и размерам. Эти неровности принято называть рельефом местности.

Рельеф наряду с другими природными условиями существенно влияет на почвообразовательные процессы, климат, растительность, а также на характер и степень хозяйственного освоения и инженерного оборудования местности. Он в значительной степени определяет характер и размещение местных предметов – гидрографии, дорожной сети, населенных пунктов и т. п.

Являясь одним из важнейших топографических элементов, оказывающих наиболее существенное влияние на боевое использование местности, рельеф усиливает или ослабляет тактическое значение местных предметов.

Отсюда ясно, какое важное значение, особенно в военном деле, имеют всестороннее изучение и учет особенностей рельефа при решении различных вопросов, связанных с оборудованием и использованием местности и отдельных местных предметов.

Исходя из этого, одно из основных требований, предъявляемых к топографическим картам всех масштабов, заключается в том, чтобы они с максимальной подробностью и точностью изображали не только местные предметы, но и рельеф местности. Без этого даже самый подробный план не даст цельного и наглядного представления о местности и ее тактических свойствах.

Для изображения рельефа на картах и планах применяются особые способы – специальные условные знаки. Таких способов, различных по своей наглядности и измерительным качествам, существует несколько. На современных топографических картах применяется наиболее точный способ, позволяющий показывать не только плановое положение, как это делается в отношении местных предметов, но также пространственные формы и размеры неровностей местности. Таким образом, современная топографическая карта дает трехмерное представление о земной поверхности, позволяя производить по ней не только измерения в горизонтальной плоскости, но и определять положение различных местных предметов по высоте.

Основное требование к изображению рельефа состоит в том, чтобы оно давало возможность легко и достаточно точно определять по карте;

вид неровностей земной поверхности, их взаимное положение и связь между собой;

взаимное превышение и высоты точек местности над уровнем моря;

направление, форму, крутизну и протяженность скатов.

Чтобы лучше понять сущность способов изображения рельефа на картах, рассмотрим кратко историю этого вопроса.

Наиболее ранним был перспективный, или картинный, способ изображения рельефа. В самом примитивном виде он применялся уже в глубокой древности, например, на египетских картах – за 1400 лет до нашей эры. Этот способ, господствовавший в XV-XVIII веках, заключался в том, что отдельные выдающиеся вершины или горы изображались рисунками в перспективе, в виде разрозненных холмов, а горные хребты – цепочкой холмов или зигзагообразными полосами. Для такого изображения не нужно было знать ни высоту гор, ни крутизну скатов. Этих сведений тогда особенно не требовалось, а главное – не умели их получать.

Перспективный способ изображения рельефа широко применялся и на русских картах до второй половины XVIII века, когда он был значительно усовершенствован русскими картографами, создавшими одно из крупнейших по тому времени картографических произведений, известное под названием Столистовой карты Российской империи (рис.11) масштаба 20 верст в дюйме (1:840 000). На этой карте, изданной в 1801-1804 гг., впервые были применены взамен произвольных рисунков, по которым невозможно было судить о высоте гор, перспективные условные знаки, своими размерами показывающие различие гор по высоте (высокие, средние и низкие горы).

К достоинствам перспективного способа относится сравнительная наглядность «картинного» изображения рельефа, которое напоминает обычные, легко читаемые рисунки. Недостатком этого способа является невозможность производить по такой карте какие-либо измерения и расчеты, связанные с рельефом местности. На современных картах этот способ не применяется, однако он широко используется на художественных плакатах и схемах с географическим содержанием.

На рубеже XVIII и XIXвеков, в связи с развитием военного искусства и усовершенствованием стрелкового оружия, от командиров и военачальников требовалось при подготовке и ведении боевых действий более тщательное изучение местности и ее рельефа. В этих новых условиях картинный (перспективный) способ изображения рельефа уже не мог их удовлетворить. Им необходимы были более точные данные о формах рельефа, их взаимном расположении, крутизне и протяженности скатов, чтобы можно было более точно и подробно судить о проходимости местности и степени ее влияния на боевые действия войск.

Рис. 11. Часть листа Столистовой карты России (1801 – 1804 гг.)

Практические потребности и дальнейшее развитие измерительной, съемочной и картоиздательской техники вызвали в начале XIX века необходимость научной разработки и широкого применения новых способов изображения рельефа, более совершенных по наглядности, точности и своим измерительным качествам. Так появились способы изображения рельефа штрихами и отмывкой. Оба эти способа принципиально схожи между собой и заключаются в изображении неровностей местности оттенением их скатов. Такое оттенение достигалось посредством штриховки скатов или отмывки их красками, причем более крутые скаты покрывались более густой тенью, которая постепенно ослаблялась при переходе к менее крутым скатам.

По сравнению с отмывкой способ штриховки является более точным. В XIX веке он стал основным способом изображения рельефа на картах и планах во всех странах.

В развитии и применении этого способа русским топографам и картографам принадлежит передовая роль. Ими были разработаны научно обоснованные шкалы штрихов и изданы на основе их выдающиеся по своим высоким техническим и художественным качествам карты. К числу таких карт следует, прежде всего, отнести известную трехверстную карту (1:126 000) Европейской России (рис.12) на 517 листах, к изготовлению которой русские военные топографы приступили в 1845 г. Эта карта справедливо относится к числу классических произведений русской и мировой картографии.

Изображение рельефа штрихами на русских картах отличалось большой выразительностью и наглядностью. По нему можно было с достаточной точностью определять направление, форму, крутизну и протяженность скатов, положение и действительное начертание водоразделов и водосливов, а также общий вид, расположение и взаимную связь неровностей местности.

Рис. 12. Часть листа трехверстной карты Европейской части России

Недостатком этого способа изображения рельефа является его чрезвычайная трудоемкость в исполнении, а, кроме того, по штриховому рисунку невозможно определять высоту и превышение точек. Ко всему этому сплошная штриховка перегружает карту, забивая собой все остальное содержание, и затрудняет чтение, особенно одноцветной карты.

Отмывка более проста в исполнении, чем штриховка. Изображение рельефа отмывкой получается достаточно наглядным, но непригодно для каких-либо измерений и расчетов: по такой карте нельзя определить точно ни направление, ни крутизну скатов. В настоящее время отмывка применяется на наших топографических картах масштабов 1:500 000 и 1:1 000 000 в сочетании, с горизонталями как вспомогательное средство, улучшающее наглядность изображения рельефа. Как основной способ отмывка применяется на многих географических мелкомасштабных картах.

Во второй половине XIX века в связи с новыми требованиями к картам, возникшими в результате дальнейшего оснащения армий стрелково-артиллерийским вооружением, на смену штриховке приходит более совершенный способ изображения рельефа – горизонталями.

Применение способа горизонталей, основанного на точных измерениях высот и превышений точек земной поверхности, окончательно определило роль и значение топографической карты как точного измерительного документа о местности. Благодаря своим высоким измерительным качествам, не свойственным другим известным способам, он сохранился и поныне как основной для изображения рельефа на современных топографических картах.

Формы рельефа

Формы рельефа могут быть положительными или выпуклыми (горы, горные хребты, холмы и др.) и отрицательными или вогнутыми (впадины, котловины, речные долины и др.).

Каждая форма рельефа образуется поверхностями – склонами (скатами) различной длины, крутизны, высоты и ориентировки. Пересекаясь между собой под разными углами и в различных направлениях, склоны образуют различные элементарные формы рельефа, которые можно свести к следующим пяти типовым формам:

1. Гора – участок земной поверхности, значительно поднятый над окружающей местностью (500 м и более над уровнем моря). Наиболее высокая часть горы называется горной вершиной. Она может быть пикообразной, платообразной и другой формы. Верхняя точка горной вершины называется вершиной, нижняя часть горы (основание) – подошвой, а склон от вершины к подошве – скатом.

Возвышенность обычно округлой или овальной формы с пологими склонами и иногда слабо выраженным подножием, относительной высотой до 200 м называется холмом или высотой. Искусственно созданные холмы называются курганами.

Возвышенность (гора, высота), господствующая над окружающей местностью, называется командной высотой.

2. Горный хребет – крупная, линейно вытянутая положительная форма рельефа с четко выраженными склонами, пересекающимися в верхней части.

Линия, разделяющая сток атмосферных вод по двум склонам, направленным в разные стороны, называется водоразделом.

Резко выраженная вершинная часть горного хребта называется гребнем. Он обычно имеет острую зубчатую форму, перевальными седловинами расчленен на отдельные вершины. В продольном разрезе гребень горного хребта представляет собой волнообразную линию, его выступающие части соответствуют вершинам. Горный хребет в плановом начертании имеет извилистую форму с отходящими в стороны горными отрогами и их более мелкими ответвлениями.

Вытянутая возвышенность с пологими скатами, постепенно переходящими в равнину, и не резко выраженной подошвой называется увалом. Небольшая вытянутая возвышенность с хорошо выраженной подошвой называется грядой.

3. Котловина – понижение, как правило, чашеобразной формы. Она может быть замкнутой со всех сторон или открытой в одном либо двух направлениях. Нижняя часть ее называется дном. Иногда дно котловины бывает заболоченным или занятым озером. Небольшая котловина, имеющая незначительную глубину и плоское дно, носит название блюдца или западины. Котловина очень малых размеров называется ямой.

4. Лощина – вытянутое углубление, понижающееся в одном направлении и имеющее пологие, обычно задернованные склоны. Скат лощины с четко выраженным верхним перегибом называется бровкой, а линия по дну, к которой направлены скаты и которая соединяет низшие точки, самые глубокие части дна,– тальвегом. Лощины часто бывают заросшими кустарником или лесом. Дно их иногда заболочено.

Лощины, большие по своим размерам, имеющие обычно пологие скаты и слабый уклон дна, называются долинами. По дну большей части долин протекают реки.

Глубокие крутосклонные размывы, образованные временными водотоками, называются оврагами. Они возникают на возвышенных равнинах, скатах холмов или лощин, сложенных рыхлыми, легко размываемыми породами. Их длина может достигать 5–10 км, ширина – до 50 м, а глубина –
30 м и более. Крутизна скатов оврагов зависит от состава грунтов и нередко достигает 45–50° и более. Под постоянным действием талой и дождевой воды они быстро увеличиваются. Со временем, после достижения водоупорного слоя, овраг перестает расти в глубину, скаты его становятся более пологими, зарастают травой и он превращается в балку. Балка – это сухая или с временным водотоком долина. Дно ее пологовогнутое, скаты выпуклые. Длина балки от сотен метров до 20-30 км, ширина по верху обычно 100-250 м, по дну 15–30 м, глубина колеблется от 20 до 50 м. Крутизна скатов балок достигает 10–25°. Скаты и дно, как правило, задернованы и часто покрыты древесной растительностью.

Большая балка с широким плоским дном и пологими склонами – разновидность сухой долины, заполняемая эпизодически весной или в паводок водами, называется суходолом.

Небольшие размывы (первая стадия развития оврагов) с крутыми обнаженными стенками и узким, иногда извилистым дном называются промоинами.

Горизонтальные или слабонаклонные площадки различного происхождения на склонах гор, речных долин и на побережьях озер и морей, ограниченные уступами, называются террасами. Они бывают одиночными или располагаются в виде ступеней одна над другой. Наиболее распространены речные террасы, развитые на склонах большинства речных долин и являющиеся остатками от прежнего дна.

Глубокие речные долины с очень крутыми, нередко отвесными склонами и узким дном, обычно полностью занятым руслом реки, называются каньонами. Глубина их может достигать нескольких десятков, а иногда и сотен метров.

Узкие и глубокие горные лощины с крутыми, местами отвесными скалистыми склонами и узким извилистым дном называются ущельями. В отличие от каньона дно ущелья несколько шире и не полностью занято руслом реки.

Глубокие и узкие лощины в горах, с отвесными или местами нависшими скатами, сложенными целиком из коренной породы, называются теснинами. Ширина их незначительна, а дно полностью занято руслом реки, обычно имеющей большую скорость течения.

5. Седловина – понижение между вершинами горного хребта. Она почти всегда является местом начала двух лощин, расходящихся в противоположных направлениях.

Наиболее низкое и доступное место в гребне горного хребта или массива называется перевалом. Как правило, перевал находится в седловинах, реже на наклонных частях гребней. Высота перевалов зависит от высоты горных хребтов.

Глубоко врезанные и низко расположенные седловины по обоим склонам одного хребта или между двумя горными хребтами называются горными проходами.

Изображение основных форм рельефа горизонталями приведено на рис.13.

Рис. 13. Изображение на карте горизонталями типовых форм рельефа

Изображение рельефа горизонталями дополняется подписями абсолютных высот, характерных точек местности, некоторых горизонталей, а также числовых характеристик деталей рельефа – высоты или глубины, ширины (приложение 4).

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.

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.

Сущность изображения рельефа горизонталями на топографических картах рассмотрим на следующем примере. Предположим, что модель горы (рис. 14) рассечена тремя параллельными горизонтальными плоскостями 1, 2 и 3 таким образом, что плоскость совпадает с уровенной поверхностью. Все плоскости расположены друг от друга на одинаковом расстоянии, называемом высотой сечения. В данном случае высота сечения равна 10.

Каждая плоскость будет иметь определенную высоту над уровенной поверхностью: Н₁ = 0, Н₂=10, Н₃=20. Пересечение поверхности моде-

Рис. 14. Сущность изображения рельефа горизонталями:

1, 2, 3 – плоскости сечения рельефа

ли с плоскостью образует кривую замкнутую линию, соединяющую точки модели, находящиеся на одинаковой высоте: кривая, расположенная в плоскости 1, соединяет точки, высота которых равна нулю; кривая, полученная в результате сечения поверхности плоскостью 2, соединяет точки модели, имеющие высоту 10; все точки поверхности модели, расположенные на кривой, являющейся следом сечения поверхности плоскостью 3, будут иметь высоту 20. Проекция полученных кривых на плоскости даст изображение горы горизонталями. Таким образом, горизонтали можно рассматривать как следы сечения рельефа местности воображаемыми горизонтальными плоскостями.

Для того чтобы отличить выпуклую форму рельефа (гору, хребет) от вогнутой (котловины, лощины), а также быстро определить направление ската, на горизонталях ставятся штрихи – указатели скатов, которые своими свободными концами направлены в сторону понижения ската.

Крутизна ската – угол, составленный направлением ската с горизонтальной плоскостью и характеризуется на карте расстоянием между двумя соседними горизонталями, называемым заложением.

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.

При одинаковой высоте сечения рельефа в зависимости от изменения крутизны ската меняется и значение заложения. Заложение 3₁ (рис. 15), которому соответствует крутизна ската KC₁= 10°, в два раза больше заложения 3₂, которому соответствует крутизна ската КС₂ = 20°. Отсюда следует, чем круче скат, тем меньше заложение, и наоборот, чем положе скат, тем заложение больше. Поэтому при изображении крутых скатов горизонтали на карте располагаются чаще, а пологих – реже.

Рис. 15. Зависимость между крутизной ската и значением заложения

при одинаковой высоте сечения

Свойство горизонталей передавать крутизну ската позволяет отобразить на карте его форму. По своей форме скат может быть ровным, выпуклым, вогнутым и волнистым.

У ровного ската горизонтали располагаются на равных расстояниях одна от другой, у вогнутого, выпуклого и волнистого скатов расстояния между горизонталями увеличиваются или уменьшаются в зависимости от изменения крутизны отдельных участков между перегибами ската.

Для каждого масштаба карт и типа местности высота сечения рельефа регламентированная. В таблице 1 приведены высоты сечения, принятые на топографических картах Республики Беларусь.

Высота основного сечения подписывается на каждом листе карты под линейным масштабом, например: «Сплошные горизонтали проведены через
5 метров».

Виды горизонталей. Условные знаки деталей рельефа. Горизонтали, которые соответствуют основному сечению рельефа, называются основными (рис. 16). Они вычерчиваются на карте тонкими сплошными линиями, для удобства счета каждая пятая горизонталь утолщается. Для отображения отдельных вершин, котловин и седловин, которые не могут быть выражены на карте основными горизонталями, применяются дополнительные (через половину высоты основного сечения) и вспомогательные (примерно через четверть основного сечения) горизонтали. Они вычерчиваются на картах прерывистыми линиями, причем длина звеньев у вспомогательных горизонталей примерно в два раза меньше, чем у дополнительных.

Таблица 1