地形图的使用

地形图的使用_水文与水资源工程

二、地形图的使用

地形图是表示地形、地物的平面图件，是用测量仪器把实际地形、地物测量出来，并用特定的方法按一定比例缩绘而成的，它是地面上地形和地物位置实际情况的反映。

地形图对野外地质工作具有重要意义，是野外地质工作必不可少的工具之一。因为借助地形图可对一个地区的地形、地物、水系等自然地理情况有初步的了解，甚至能初步分析判断某些地质情况。地形图还可以帮助我们初步选择工作路线，制订工作计划。此外，地形图是地质图的底图，地质工作者是在地形图上描绘地质图的，没有地形图作底图的地质图是不完整的地质图，它不能给地质构造提供完整和清晰的概念。因而在野外地质工作之前，要熟悉地形图的相关知识，并会正确使用地形图。

（一）地形图的基础知识

1．地形图的基本组成

一幅正规地形图由图名、图号、比例尺、内外图廓、接图表、坡度尺、三北方向线、图面内容（地形与地物）和图例等部分组成。

2．地形图上的坐标

地面点的位置由坐标和高程表示。坐标是地面点沿着铅垂线在投影基准面（大地水准面、椭球面或平面）上的位置；高程是地面点沿着铅垂线到投影面的距离。

①大地坐标：即地理坐标，用经纬度表示在图纸的4个边线上，即在外图廓和与外图廓紧邻的细实线之间，用短线条划分到“分”，两端写上完整的数值。经纬度只在图纸边线上标记，图纸内部没有，因此用经纬度在图上找点并不方便。

②直角坐标：正规地形图采用高斯直角坐标，以赤道线为横轴（Y轴），向东Y值增大，向西Y值减小；以中央子午线为坐标纵轴（X轴），X值由赤道向北增大。即图上某点的X值表示该点到赤道的直线距离。中小比例尺地形图上的坐标线构成所谓的“方里网”，即一格代表1km²，1∶5万图上方里网每格长宽各2cm，1∶2．5万图上则变成4cm。密集的坐标线很适合在图上量算、确定方向和点位。

3．地形判读方法

等高线属于闭合曲线，不在此处闭合必在它处闭合。闭合的等高线代表山顶或盆地。小圈比大圈高就是山，反之就是盆地。

弯曲的等高线凸向高处是为山谷，凸向低处就是山脊。河谷中等高线凸向上游。看图上河流的流向或河流的宽窄变化判断高低。图上看从大河向小溪为逆流而上，小溪在沟谷中，两侧为山脊。

一系列平直的等高线构成山坡。相邻两个山顶之间为鞍部。等高线稠密坡度大，反之地形平坦。等高线重合之处为陡坎或峭壁。等高线相交之处必为悬崖。

（二）地形图的选用

先看图名，是否是工作区所需的。再看比例尺，是否适合野外工作的需要。地形图的比例尺分为大比例尺（≥1∶1万）、中比例尺（＜1∶1万，＞1∶25万）、小比例尺（≤1∶25万），根据地质工作精度要求不同选择不同比例尺的地形图。

（三）地形图的阅读

阅读地形图的目的是了解、熟悉工作区的地形情况，包括对地形和地物的各个要素及其相互关系的认识，因而不单要认识图上的山、水、村庄、道路等地物、地貌现象，而且要能分析地形图，把地形图的各种符号和标记综合起来连成一个整体，以便利用地形图为地质工作服务。阅读地形图，首先要熟悉地形图的数学要素、图式符号和辅助要素的内容和意义，同时要掌握运用地形图进行各项量算工作的技能。阅读时一般是先了解制图区域的基本情况，然后再按要素进行分析。

1．图名、图号、图外说明要素

图名一般是以全区较大的居民地命名的，它对了解区域特征有重要意义。说明要素包括地形图的比例尺、测图（编图）时间、成图方法、基本等高距、平面和高程坐标系统以及图式符号说明等各种材料。

2．图幅所在的位置

图幅所在的位置主要是指地理位置和区域范围，它是分析区域地带性规律和区域特征的基础。经纬度位置可提供制图区域的热量条件，它又直接影响到土壤、植被的区域分布特征、区域范围的大小，对于分析各要素内容关系是很重要的。小范围的地理特征和大区域的地理特征分析方法和内容是不同的，前者是从微观上分析研究，后者则是从宏观上分析。

3．自然地理要素

自然地理要素主要是指水系、地形和土质植被。从水系分布、等高线的疏密、图形特征和地形点的高程注记，可判断地形的一般形态和类型，是平原、丘陵还是山地，进而研究其分布特征，如山体的形状，地面倾斜状况，山坡的坡度，山谷的形态、宽度和深度等，地形的分布特征和水系的分布有直接关系，如全区的地形特征是东高西低，则水系的分布、流向与其一致。阅读水系时应注意分析制图区域的水网密度，各河流主流与支流的关系，河流的发育阶段，河流平面结构类型，河床宽度和水量等。对于土质植被，主要是了解它们的分布特征，分布范围，面积大小，以及森林的树种等。

4．社会经济要素

社会经济要素阅读主要是对居民地和交通线的分析，居民地的分析包括类型、行政意义、分布密度等。城市型的居民地，在大比例尺地形图上，街道整齐，有工厂、学校、公园等各种设施；农村型的居民地总的特征是房屋比较分散。对于交通线，则主要分析道路的种类，如铁路、公路、大车路的分布以及与居民地之间的联系状况等。

土地利用状况如工农业用地的分布特点、面积大小、农业用地占总面积的百分比等，也是阅读的重要内容。它反映一个地区的经济发展水平、经济发展条件以及对自然资源的利用状况。

阅读上述各要素时，不能孤立地进行，而是要联系起来综合分析。

（四）地形图的室内应用

1．长度量测

长度量测分两种：一种是直线长度的量测；另一种是曲线长度的量测。

直线长度的量测用两脚规最为方便。先用两脚规截取图上两点间距，然后移到本图的直线比例尺上量比，便可读出长度。这种方法可以不受纸张变形的影响。

曲线长度量测在工作中经常用到，如河流、海岸线、道路等多为曲线。量测曲线的方法有两脚规法、曲线计法等。

（1）两脚规法

利用有微调螺旋的弹簧两脚规，脚距张开l～4mm，沿着欲测的曲线从一端开始进行连续量测，直到终点；最后如有距终点不足一个脚距的线段，可用微分尺量出。然后用两脚规截取的次数乘以脚距所代表的实际长度，再加上最后用微分尺量出的长度，就得到曲线长度。

（2）曲线计法

曲线计是量测曲线长度的仪器，顶端有一个可以自由转动的小齿轮，小齿轮沿曲线滚动时，字盘上的指针也随之转动，根据指针可以在字盘上读出小轮转动的距离，字盘上有几种比例尺的分划，可以依地图比例尺选用。用曲线计量测曲线时，先将曲线计的齿轮对准曲线的起点，依字盘上的指针读出起始数；再使曲线计垂直地沿曲线滚动，直到终点，读出终了读数。终了读数减去起始读数，即为曲线长度。曲线计量测曲线的精度较低，只适用于较平缓的曲线。

2．面积量测

在图上量测面积的方法有许多种，在此只介绍最常用的方格法、梯形法和方里网格法3个方法。

（1）方格法

用以毫米为单位的透明方格纸或薄膜方格片盖在欲量测的图形上，先读出图形内完整的方格数，然后用目估，将不完整的方格凑成完整的方格数，把整方格数相加，再乘以每个方格所代表的面积，即得所求的面积。这种方法简便，但若边缘方格凑整太多，目估精度不高。

（2）梯形法

用绘有2mm平行直线的透明模片盖在欲量测的图形上，使图形上下边缘两点（图1－7中的a、s）位于模片的平行线之间，则整个图形被平行线切成许多等高梯形。图内平行虚线是梯形中线，量测各条中线长度，将其和L（L＝bc＋de＋…＋kl）乘以平行线间距，即可得图形面积，再按比例尺换算为实地面积。

图1－7　梯形法求面积

（3）方里网格法

在地形图上量测面积，可以根据图上的方里网计算，不足一个网格的，可采取加密的小网格来计算。

3．确定地面点的高程

在地形图上根据等高线的高程注记，可确定任一点的高程。如果所使用的地形图上注明等高距，则可根据计曲线的高程注记（或高程点注记）确定图上任一等高线的高程。如果图上没注明等高距，则需根据图上的高程注记，求算出等高距，然后再求算点的高程。

在图1－8中，欲确定地面点a的高程，图中较a点低的计曲线高程注记为140m，高处的计曲线高程注记为150m，两条计曲线之间有4条首曲线，则该图的等高距应为2m。a点的相邻两条等高线分别为142m和144m，根据比例内插法目估a点的高程为143m。

图1－8　地形图上任一地面点高程确定和汇水界线圈定

4．坡度量测

在地形图上量测坡度使用的是坡度尺，在标准地形图的下方一般都有坡度尺（图1－9、图1－10）。地面A、B两点间的坡度角与两点间的水平距离D和高差h之间具有下列关系：

cotα＝D/h

因此只要知道两点间的水平距离和高差，便可以求得两点间的坡度。

图1－9　坡度尺

图1－10　坡度与水平距离和高差的关系

在地形图上等高距是一常数，根据cotα＝D/h的关系式，如果h是一常数（基本等高线），那么只要给出一系列坡度角值α，便可求出相应的一系列水平距离D，坡度尺上有两个尺，分别称为A尺和B尺。当地面坡度平缓，图上等高线平距较大时，用A尺；当地面坡度较陡，图上等高线平距很小时，用B尺。

5．圈定汇水界线

修建水库或道路桥涵等工程，往往需要知道有多大面积的雨水或雪水向这个河谷或谷地里汇集。这个汇水面积的确定，可先在地形图上绘出围绕河谷或谷地的各个山岭的山脊线，然后再将相邻的山脊线连接起来，这就构成了汇水面积的界线（图1－8）。在这条界线范围内的雨水或雪水均向该河谷或谷地汇集。有了汇水面积界线，便可在地形图上量算汇水面积，然后根据资料就可算出水量。

6．绘制剖面图

为了更直观地了解和判断已知方向线上某一区间的地势起伏情况，以及地面点的通视情况，往往需要依据等高线绘制剖面图（图1－11）。

剖面图的绘制方法是：

①在地形图上选出需要了解的区间并定出两端点，绘出剖面线，也可定出多点绘成剖面折线。

②规定剖面图的水平比例尺和垂直比例尺。为了突出地势陡缓情况，通常垂直比例尺比水平比例尺大5～20倍。

③在图纸上或方格纸上绘一条水平线，如图1－11中的MN。

图1－11　绘制剖面图

在地形图上沿剖面线AB量Ac、cd、de等各段的距离，按剖面图的水平比例尺将量出的各段距离转到MN线上，得A′、c′、d′、e′，…，B′各点，通过各点作垂线，垂线长度是按各点高程依垂直比例尺计算出来的，将垂线各端点连成平滑曲线，注出水平比例尺、垂直比例尺和剖面线的方向，即成剖面图。

（五）地形图的室外应用

在野外工作中，地形图是必不可少的工具，一方面在进行野外工作前，要利用地形图了解工作区域的自然、社会状况，以便于制订工作计划和路线，确定工作的重点区域等；另一方面，在野外工作过程中和工作结束后，要把调查的结果填绘在地形图上。地形图在地质工作中的应用包括野外定向、定点，实地对照阅读观察，专题内容的研究和填图等。其中定向和定点是最基本的应用。

1．利用地形图定向

在利用地形图进行野外工作时，首先要进行地形图定向。地形图定向就是使地形图上的各地理事物与实地一致，只有这样才能根据地形图确定站立点位置，对照地形图观察地面的实际情况和进行填图工作。

（1）根据线状地物定向

当观察者站在某一线状地物上时，即可根据线状地物确定地形图的方向。例如，站在道路上，把地形图放平，转动地形图，使图上的道路与实地上道路方向一致。定向时要注意检查，使地形图上道路两侧的地物与实地上道路两侧的地物保持一致。这种方法简便，是野外考察时较常用的方法。

（2）利用罗盘定向

当根据地物定向有困难，或者在进行野外填图工作中对地形图定向的要求较高时，可利用罗盘进行定向。在放置地形图时，如果使地形图上的子午线与实地子午线方向一致，则地形图的方向已经确定。利用罗盘进行定向时，先要根据地形图的三北方向线图，查出该图幅范围内的磁偏角和磁坐偏角值。然后即可根据地形图上的真子午线、磁子午线或坐标纵线进行定向。

1）按磁子午线定向

地形图上南北图廓线上注出的磁南、磁北两点的连线为磁子午线，使罗盘南北方向的连线与磁子午线重合，地形图与罗盘一起转动，使磁针北端指向0°时，地形图即已定向。

2）按真子午线或坐标纵线定向

使罗盘南北两端的连线与地形图上的真子午线或坐标纵线重合，将地形图与罗盘一起转动，当磁针北端指向相应的偏角（磁偏角或磁坐偏角）位置，此时地形图即已定向。

2．利用地形图定点

地形图定向后，要在图上找到观察者站立点在地形图上的位置（即定点），然后才能工作。定点可用下述方法确定。

（1）按明显地物定点

根据地形图上的明显地物，确定自己所在的位置。例如，如果观察者恰好在某座桥上，或一个房尾的某一位置，则可根据地形图与实地相应位置迅速定位。如果观察者不在明显地物点上，则可根据距明显地物点的距离和方位确定自己的位置。

（2）根据地形特征点定点

明显的地形点即山顶、山谷顶端、鞍部等，观察者站在山脊上，左右两侧恰好对着沟谷，则可根据这个地形特征点确定自己所在的位置。

（3）交会法定点

1）两点交会法

当观察者沿道路行进时，可根据道路与两侧明显地物点的位置关系，用交会法确定点位。其方法是首先将地形图定向，用直尺紧靠地形图上的标志点符号，转动直尺使之瞄准地面上的标志点，则直尺与地形图上道路的交点，即为观察者所在的位置。

2）三点交会法

三点交会法也叫后方交会法。它是根据地形图和地面上相应的3个明显地物点进行定位。如图1－12a所示，独立树、工厂和三角点为地面上3个目标点，图1－12b为它们在地形图上的相应位置。定位方法是：先将地形图定向，然后分别通过地形图上的地物符号，瞄准地面上相应的地物，向后引绘方向线，3条方向线在图上的交点即为所在点的位置。