Топографо-геодезичні методи вивчення рельєфу в польових умовах

У практиці польових геоморфологічних досліджень для визначення морфометричних показників рельєфу й інтенсивності розвитку екзогенних процесів часто використовують геодезичні або топографічні прилади. Вони допомагають точно нанести геоморфологічні об’єкти на топографічну основу, знайти відстань до досліджуваних об’єктів, виміряти висоту, крутість форм та елементів рельєфу.

Точне нанесення на карту геоморфологічних об’єктів з детальним рисуванням їхніх елементів можливе за допомогою фототеодолітного методу. Суть цього методу полягає у визначенні положення об’єкта та фотографування його з двох точок одного базису [4]. Раніше місцерозташування точок визначали теодолітом, на якому був прикріплений фотоапарат для одночасного знімання. Зараз використовують електронні теодоліти фірми Leica чи ін. Фотознімання одного об’єкта з двох точок місцевості дає змогу у комп’ютерній програмі створити об’ємну модель з детальністю 1:1 мм і більше. Важливо оптимально вибрати базис фотографування, довжина якого щодо відстані до об’єкта має бути в 10-20 разів меншою. Якщо збільшити довжину базису більше зазначеної межі, то стереоскопічне сприйняття моделі буде порушене.

Фототеодолітний метод застосовують для дослідження важкодоступних об’єктів, – високих скель, льодовиків на високогір’ях, урвистих берегів і терас рік, осипних схилів тощо. Під час побудови об’ємної моделі таких форм можлива детальна характеристика їхніх морфометричних особливостей, параметризація елементів. Визначають висоту і кількість терас річкової долини, висоту розташування льодовикових карів і цирків, характеристику форм льодовикової акумуляції, положення давньої та сучасної снігової границі тощо.

Повторне фототеодолітне знімання використовують для вивчення інтенсивності проходження сучасних морфодинамічних процесів. Виконанням досліджень через певний період часу (сезон, рік, кілька років), залежно від темпу розвитку процесів, досягають наочності, детальності й об’єктивності результатів. Кожні наступні знімання треба робити з тих самих точок і на тому ж базисі, що й попередні. Щоб з’ясувати швидкість росту ярів, виконують повторне знімання їхніх відвершків, виявляючи рух курумів чи осипів, фотографують положення їхніх уламків; для визначення динаміки зсувів – положення стінки відриву і її брівки. Визначають також рух льодовиків розташуванням базису вздовж лінії руху і повторним зніманням лише з однієї точки. В цьому випадку під час стереоскопічного розглядання не переміщені об’єкти виглядатимуть пласкими, а переміщені – об’ємними. Таке стереофототеодолітне знімання дає змогу визначити величину зміщень точок і виявити темп руху чи темп денудації геоморфологічних об’єктів.

Геодезичними приладами визначають певні морфометричні показники рельєфу. Пристрій GPS покаже висоту схилу. Дослідникові треба бути на вершині вимірюваного схилу. Якщо схил менше 20 м, то виміри можуть мати значну похибку. Точне визначення висоти схилів виконують за допомогою теодоліта чи нівеліра або барометра-анероїда.

Нівелювання полягає в послідовному визначенні перевищення одних точок над іншими. Одним зі способів польових вимірювань є геометричне нівелювання, за якого різницю висот точок земної поверхні визначають методом горизонтального візування. Можна виготовити простий пристрій – транспортир на вертикальній планці або власну висоту дослідника (рис. 4.4.1). Починають візувати з підніжжя схилу. З точки А по горизонталі кидають промінь зору до точки В, розташованої вище по схилу. Знаходять перевищення В над А. Далі знаходять перевищення С над В, Д над С. Алгебрична сума всіх окремих перевищень дасть загальне перевищення h точки Д над точкою А. Для перевірки правильності результатів вимірювання повторюють. За результатами обох досліджень, якщо вони відрізняються не більше, ніж на 2 см, треба взяти середню величину; якщо ця розбіжність перевищує 2 см, то варто повторити вимір втретє.

а

б
Рис. 4.4.1. Визначення висоти схилу методом геометричного нівелювання [1]: а) з використанням транспортира на вертикальній рейці; б) якщо відомий зріст дослідника

Для визначення висоти урвистих схилів, на які неможливо піднятися, використовують теодоліт. Цей метод потребує визначення кутів, виміряних з двох точок і знання відстані між цими точками (рис. 4.4.2). Відстань заміряють далекоміром або мірною стрічкою. Висоту схилу визначають за формулою

Рис. 4.4.2. Вимірювання висоти урвистого схилу за допомогою теодоліта [2]

Найпростіший спосіб визначення висоти урвистого схилу, якщо можливо підійти до його підніжжя – метод запуску повітряної кульки (можна з вмістом у ній гелію). Кульку з довгою ниткою піднімають на висоту брівки, на рівні землі відрізають нитку, опускають кульку та мірною стрічкою вимірюють довжину нитки. Таким методом можна визначити висоту схилу за різних умов із можливою похибкою у кілька сантиметрів.

Під час польових геоморфологічних досліджень способи нівелювання застосовують також для зіставлення висот терас і визначення їхнього порядку від дна долини.

Крутість схилів визначають екліметром – нескладним інструментом у вигляді транспортира з нахилом, пристосованим для вимірювання на місцевості вертикальних кутів [4]. Крутість схилу наближено може бути визначена вимірюванням його поверхні кроками. Для цього використовують також лінійку. Треба підняти її до рівня очей (рис. 4.4.3) і, тримаючи горизонтально, помічають на схилі точку В, в яку потрапляє промінь зору, який ковзає вздовж краю лінійки. Відстань АВ вимірюють парами кроків (нагадаємо пара кроків = 1,5 м). Частка від ділення 60° на кількість пар кроків, пройдених від точки стояння А до точки В, розташованої на схилі на рівні очей, покаже приблизну крутість схилу в градусах.

а

б
Рис. 4.4.3. Вимірювання крутості схилу в польових умовах [1]:
а) екліметром; б) за допомогою лінійки

Число 60° виражає приблизну величину радіана, тобто центрального кута, який опирається на дугу окружності, яка дорівнює довжині радіуса (точніше, радіан дорівнює 57°18’). Звідси крутість схилу α : 60° = АС : АВ або α = 60° · АС/АВ. Наприклад, якщо АВ дорівнює чотирьом парам кроків (6 м), а АС (зріст людини) – одній парі кроків (1,5 м), то крутість схилу становить 60 · (1,5/6) = 15°.

Також кут нахилу схилу α обчислюють від tg α, який дорівнює відношенню висоти по вертикалі до горизонтальної відстані. Якщо брати горизонтальну відстань, яка дорівнює 1 м, то обчислюють tg α як таке, що дорівнює висоті по вертикалі. Наприклад, висота по вертикалі = 1,5 м, горизонтальна відстань 1 м, tg α = 1,5. Тоді α = arctg (1,5) = 56,3°. Наприклад, з рис. 4.4.1, б крутість схилу визначають так: висота схилу у цьому прикладі 6 м, його довжина нехай 11 м, тоді 6 : 11 = 0,55 = tg α. Звідси α = arctg (0,55) = 28,8°.

Простий пристрій (транспортир накладений на лінійку) можна використати для визначення наближеного значення крутості схилу. Його суміщають із поперечним профілем схилу, як показано на рис. 4.4.1, а. Повертають транспортир на кут, більш-менш рівний з лінією профілю схилу і беруть покази зі шкали транспортира. Інший спосіб для визначення наближеного значення крутості схилу в польових умовах – суміщення кута між вказівним і середнім пальцем із лінією профілю схилу. Вказівний і середній палець треба відвести так, щоб вони утворили кут 90°, а великий між ними – 45° (рис. 4.4.4). Долоню прикладають так, щоб лінія схилу пройшла між цими пальцями. Так приблизно можна визначити крутість схилу у 20, 30, 45 чи 60° [3].

Рис. 4.4.4. Приблизне визначення крутості схилу за допомогою долоні руки [3]

Визначення висоти і крутості схилу потрібне для побудови поперечних профілів рельєфу на точках спостереження.

Запитання для самоперевірки знань

1. Для вивчення яких характеристик рельєфу у польових умовах застосовують фототеодолітний метод?
2. Як у польових умовах обчислюють висоту схилів?
3. Назвати різні способи визначення в полі крутості схилів.

Бібліографія

1. Антимонов Н.А. Школьные походы по изучению рек, озер и болот родного края / Н.А. Антимонов. – Москва: Учпедгиз, 1963. – 134 с.
2. Гардинер В. Полевая геоморфология. Пер. с англ. / В. Гардинер, Р. Дакомб. – Москва: Недра, 1990. – 239 с.
3. Кривошеєв А.М. Визначення сторін горизонту, магнітних азимутів за допомогою компасів / А.М. Кривошеєв, А.І. Приходько, В.М. Петренко, Р.В. Сергієнко // Військова топографія: навч. посібн. – Суми: Вид-во СумДУ, 2010. – 281 с.
4. Лозинський В. В. Топографічні знімання ділянок місцевості: навч.-метод. посібн. / В.В. Лозинський. – Львів, 2012. – 116 с.