§ 4.4 Изображение рельефа горизонталями

Главное достоинство горизонталей - возможность непосредственного определения по карте абсолютных высот, относительных превышений, направления и крутизны скатов. Вместе с тем горизонтали создают зрительное представление о формах и расчленении рельефа, отражающих его происхождение и развитие. Горизонтали удобны для цифрования, автоматизированной обработки и построения.

История горизонталей ведет начало с конца XVI в. В 1584 г. голландский землемер Питер Брюэнс показал при помощи изобат глубины ложа р. Спарне. Заслуга введения горизонталей для рельефа суши принадлежит французам и относится ко 2-й половине XVIII в. Первым крупным опытом была карта Франции Жана Дюпен-Триеля (1791).

При топографических съемках приближенные (глазомерные) горизонтали привлекались с начала XIX в. как вспомогательный элемент для вычерчивания штрихов крутизны. В качестве самостоятельного способа они находили применение лишь на планах крупного масштаба (например, 1:500), выполнявшихся на небольших участках в военно-инженерных целях. Основой для построения горизонталей служили высотные отметки геометрического нивелирования.

Первоначально многосторонние возможности горизонталей, удовлетворяющих требованиям инженерного дела, армии и науки, не были достаточно оценены. Необходимость некоторой тренировки для чтения рельефа в горизонталях выставлялась как серьезное возражение их противниками. Наконец, внедрению горизонталей мешало отсутствие инструментов для быстрого и точного определения высот в процессе топографической съемки местности. Но во второй половине столетия вошел в употребление кипрегель с дальномером и вертикальным кругом позволявший без особого труда определять при съемке положение и высоту любого количества точек, и штрихи уступили место горизонталям. Отдельно взятая горизонталь недостаточна для суждения о формах рельефа. Для передачи поверхности необходима система линии. Полнота и подробность изображения зависят от разности высот смежных горизонталей, называемой высотой сечения рельефа. Выбор сечения обусловлен масштабом и назначением карты, а также характером рельефа.

Очевидна зависимость величины сечения от масштаба. На обзорных картах существенно видеть крупные и отчасти средние формы рельефа, для выявления которых достаточно относительно большое сечение Напротив, карты крупного масштаба должны показывать и малые формы, которые могут быть уловлены горизонталями лишь при небольшой высоте сечения.

Вообще говоря, чем меньше высота сечения, тем подробнее изображение рельефа. С математической точки зрения минимальная величина сечения обусловливается предельной крутизной склонов, подлежащих изображению в горизонталях, и издательскими возможностями. В 1 мм практически нельзя провести более четырех параллельных линий, сохраняя их различимость. Поэтому если предположить, что α является предельным углом склона (рис. 4.8), изображаемого в горизонталях, а АС - минимальным горизонтальным расстоянием между осями смежных горизонталей (0,25 мм на карте или 0,25 N мм в натуре, где N - знаменатель численного масштаба 1/N карты), то величина минимальной высоты сечения h определяется по формуле

(4.3)

Для советских топографических карт приняты высоты сечения, указанные в табл. 4.3.

Таблица 4.3. Высота сечения рельефа на топографических картах СССР

Они позволяют изображать горизонталями склоны, крутизна которых не превышает 40°; при большей крутизне горизонтали начинают сливаться (что допускается на небольшом протяжении).

Рис. 4.8

Указанные высоты сечения могут не обеспечить передачу относительно небольших по высоте, но характерных особенностей рельефа. Например, 20-метровое сечение на карте масштаба 1:100 000 недостаточно для отображения таких форм холмисто-моренного рельефа, как друмлины, относительные высоты которых обычно не превышают 20 м. Для преодоления трудностей есть два пути: использование дополнительных горизонталей и применение сечений разной величины для горных и равнинных районов.

Дополнительные горизонтали, вычерчиваемые прерывистыми (пунктирными) линиями, применяются по мере надобности для деталей и форм рельефа, существенных в данном масштабе, но не отображенных основными горизонталями. Например, для эрозионного рельефа такими деталями могут быть террасы, бровки, перегибы скатов и т. п. Обычно инструкции рекомендуют проведение дополнительных горизонталей на половине, а в случае необходимости - также на четверти основного сечения, т.е. так называемых полугоризонталей и четвертьгоризонталей. При малых колебаниях высот полугоризонтали проводят повсеместно, т. е. они приобретают значение основных горизонталей. Введение полугоризонталей и четвертьгоризонталей иногда оказывается полумерой. Например, в Прикаспийской низменности эти горизонтали могут не отразить таких важных в сельскохозяйственном отношении форм рельефа, как лиманы (обширные плоские понижения), когда их глубина ограничена 1-2 м. В таких случаях существенно введение вспомогательных горизонталей произвольного, но определенного сечения с обязательной подписью их высоты.

Применение в одном масштабе разных сечений в зависимости от характера рельефа можно наблюдать на иностранных топографических картах. Обратимся к масштабу 1 : 100 000. На карте Дании, страны небольших высот (высшая точка - 172 м), сечение равно 5 м, а на карте Италии - 50 м. На карте Египта употребляются два сечения: метровое в долине Нила, 30-метровое для остальной территории.

Таблица 4.4. Шкала горизонталей карты масштаба 1:1000 000

Однако на топографических картах в пределах каждого листа высота сечения обычно остается постоянной во всех высотных зонах, что необходимо для правильного восприятия крутизны склонов по заложению горизонталей. Изменение величины сечения создало бы на граничной горизонтали впечатление резкого перегиба склонов.

Укрупнение сечения, пропорциональное уменьшению масштаба, неприемлемо для карт мелкого масштаба. Иначе, например, в масштабе 1 : 1000 000 пришлось бы установить 200-метровое сечение, т. е. отказаться от изображения рельефа низменностей. Выход из затруднений находят в увеличении сечений с высотой - постепенном или по зонам. Ряд горизонталей с изменяющимся сечением называют шкалой горизонталей. В качестве примера приведем шкалу горизонталей для изображения рельефа суши, принятую в СССР для карты масштаба 1 : 1000 000 (табл. 4.4).

Шкалу горизонталей выбирают в результате изучения рельефа картографируемой территории. Большую помощь в этом оказывает построение профилей, дающих наглядное представление о вертикальном расчленении и основных перегибах местности по характерным направлениям. Важно, чтобы в шкале интервал сечения в каждом высотном поясе был меньше относительной высоты тех форм рельефа, изображение которых обязательно; увеличение интервалов происходило относительно медленнее увеличения преобладающих углов наклона, характерных для каждого высотного пояса, иначе возможен ложный эффект плосковершинности расчлененных горных систем.

При пользовании способом горизонталей важно видеть в горизонталях не только математические линии равных высот, но и линии, рисующие формы рельефа. По начертанию горизонталей судят о типе рельефа. Мягким формам рельефа свойственны округлые, плавные горизонтали, резким формам - извилистые и угловатые: каждому типу рельефа свойствен неповторяемо своеобразный рисунок горизонталей.