1.1: הערכת שיפוע הארץ

Last updated
Save as PDF

Page ID: 208293

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

כאן בצפון מערב האוקיינוס השקט, אנו ברי מזל לעבוד בנוף של צורות קרקע מגוונות - מפסגות געשיות ועד עמקים רחבים; מגבעות תלולות ומיוערות ועד סוואנות מתגלגלות בעדינות; מנחלי הרים מדורגים במהירות ועד למישורי שיטפונות של נהרות מתפתלים. הטופוגרפיה המגוונת שלנו היא חלק בלתי נפרד מהמערכות האקולוגיות של היער שלנו, ומשפיעה על האקלים, הקרקעות, המים, חיי הצומח ובית הגידול לדגים שלנו (איור 1.1). כטכנאי משאבי טבע, אנו נקראים לעתים קרובות להעריך את הטופוגרפיה, ואחד המרכיבים הנפוצים שאנו מודדים הוא שיפוע הארץ. עד כמה צלע הגבעה תלולה? האם המדרון מתנקז לנחל? האם קיימים צוקים או בלופים? נתוני שטח שנאספו על ידי טכנאים מובילים להחלטות מושכלות לגבי פעילויות ניהול קרקע כגון מתן צל לנחלים, בניית כבישים או שבילים ורישום פעולות ניהול עצים.

איור 1.1. המזלג הבוצי של נהר הסנדי מקורו בשדות שלג באגף המערבי של הר. מכסה המנוע, נושא חצץ גס וחול במורד הזרם. קרקעות עדינות מהמדרונות התלולים והמיוערים שמסביב עושות את דרכן במדרון אל הנהר.

הגדרת שיפוע

שיפוע הארץ הוא בעצם השיפוע או השיפוע של הארץ. מדרון תלול מתייחס לשיפוע חד; מדרון עדין מתייחס לשיפוע קל. המדרונות התלולים והמיוערים באיור 1.1 מנוגדים למדרון העדין יותר של שביל הנהר כשהוא זורם ביניהם.

בנסיעה בכביש מהיר אתה עשוי לראות תמרור שעליו כתוב "כיתה 6%" או "ציון תלול". דרגת הכביש היא בעצם שיפוע הכביש. השלט באיור 1.2 מציין כי הכביש יורד בדרגה של 6% או בשיפוע של 6%.

איור 1.2. תמרור המציין ציון 8%, או שיפוע של 8%. (www.dot.state.co.us)

שיפוע של 6% פירושו שגובה הכביש משתנה 6 רגל לכל 100 רגל של מרחק אופקי (איור 1.3).

איור 1.3. כביש מטפס בשיפוע של 6%. הכביש עולה לגובה של 6 רגל על כל מרחק אופקי של 100 מטר. שימו לב שאורך הכביש עצמו ארוך מ- 100 רגל.

מבחינה מתמטית, שיפוע מוגדר כ"העלייה לאורך הריצה "(או העלייה חלקי הריצה), כאשר העלייה שווה לשינוי בגובה וריצה שווה למרחק אופקי:

או במקרה זה:

כדי לבטא שיפוע כשיפוע באחוזים, אנו פשוט מכפילים את שבר השיפוע ב 100. אז, .06 = 6%

% שיפוע

בדוגמת הכביש שלנו, שינוי הגובה של שישה רגל הוא העלייה והמרחק האופקי של 100 רגל של הכביש הוא הריצה. נהיגה במעלה הגבעה, אנחנו מטפסים על מדרון +6% (איור A להלן). בנסיעה בירידה, ה"עלייה" היא למעשה "ירידה", כך שיש לנו שיפוע שלילי, או שיפוע בירידה (איור B למטה). כאשר מתמודדים עם שיפוע, שיפוע חיובי פירושו פשוט עלייה ומדרון שלילי פירושו ירידה. מספר שלילי אינו אומר "מינוס" כמו בביטויים אלגבריים.

שים לב שמרחק הכביש בפועל הוא ההיפוטנוזה של משולש השיפוע המאויר. אורכו נקרא מרחק שיפוע. מרחק השיפוע תמיד ארוך יותר מהמרחק האופקי, או הריצה. ^{החלת משפט פיתגורס (a ^{2 + b 2} = c ²) על משולש זה, אנו יכולים לחשב את מרחק השיפוע, או היפוטנוזה (c).}

א ² + ב ² = ג ² איפה: 100 ² + 6 ² = ג ² 10,036 = ג ² רגל.

a = מרחק אופקי או ריצה (בדוגמה זו 100 רגל)

b = שינוי בגובה או בעלייה (בדוגמה זו 6 רגל)

c = מרחק כביש או מרחק שיפוע (בדוגמה זו 100.2 רגל)

חישבנו מרחק שיפוע של 100.2 רגל לריצה של 100 רגל. כפי שניתן לראות מדוגמה זו, ביער, שיפוע של 6% ייחשב למדרון עדין.

שים לב ש-% שיפוע הוא חסר יחידה ופרופורציונלי. לכן, זה יכול להיות מיושם על כל יחידת מידה (אינץ ', מטרים, סנטימטרים, וכו') ועל כל אורך. לדוגמה, שיפוע של 25% הוא פשוט יחס של 25:100. השיפוע של 25% למטה מראה כי עבור כל סנטימטר של מרחק אופקי, המדרון עולה 0.25 אינץ '. עבור כל 10 ס"מ של מרחק אופקי, המדרון עולה 2.5 ס"מ, ועל כל 5 אינץ 'של מרחק אופקי, הוא עולה 1.25 אינץ'.

שימוש בשיפוע

בעת כתיבת הערות שדה על אתר, אנו כוללים מידע על שיפוע הארץ. לפעמים מספיקה הערכה גסה של המדרון הממוצע; לעיתים נדרשות מדידות מפורטות של השיפוע. לדוגמה, תיאור אתר עשוי לקרוא:

"שייט עצים נערך על 20 דונם של יער מחטניים מעורב... כמחצית השטח היה שטוח, במדרונות שנעו בין 3-7%. החצי השני של השטח היה תלול יותר; עם מדרונות דרום-מערביים 40-60%.

זה אומר לנו הרבה יותר על האתר מאשר פשוט לקבוע שהיו 20 דונם של יער מעורב. היינו מצפים שתנאי קרקע שונים וצמחייה שונה יהיו נוכחים במדרונות השונים, ולכן, אולי ניהול שונה. נניח, למשל, כי 20 דונם אלה יירשמו בעתיד הקרוב. אם זה כך, היערן יצטרך לתכנן היכן למקם כל דרכי גישה חדשות, היכן לאתר נחיתות לצורך כריתת בולי העץ ובאיזה סוג ציוד קציר להשתמש. הוא יודע שהשיפוע של כל כבישי דורבן חדשים לא יעלה על 10%, ויש להשתמש במערכת כבלים להובלת בולי עץ עד לנחיתות במדרונות העולים על 30% (איור 1.4).

איור 1.4. ניתן להשתמש במערכת רישום כבלים במדרונות תלולים כדי להשעות בולי עץ מעל הקרקע כשהם "מחסנים" את בולי העץ במעלה המדרון עד לנחיתה.

ניתן להפעיל את פרופ 'איילס כדי לקבל תמונה מפורטת של המדרון. בעת פרופיל צלע גבעה, נלקחים מרחקי שיפוע ו%קריאות שיפוע כאשר מתרחש כל שינוי גדול בשיפוע (איור 1.5). בעזרת מידע מדויק זה, ניתן לתכנן מערכת רישום שתרים בולי עץ מהקרקע תוך כדי דריכה כדי להפחית את השחיקה.

איור 1.5. צלע גבעה מחולקת למקטעים שבהם מתרחשים שינויים גדולים בשיפוע. עבור כל מקטע, נלקחת קריאת %שיפוע. %קריאות אלה משולבות עם מדידות של מרחק השיפוע עבור כל מקטע ליצירת פרופיל או שרטוט של הגבעה כמו זה שמודגם.

שים לב כי המדרונות יכולים לעלות על 100%. כאשר שיפוע שווה ל 100%, זה פשוט אומר שהעלייה שווה לריצה. ולמרות שזה בהחלט מרגיש כאילו אתה מטפס ישר על מדרון של 100% (מושך את עצמך באמצעות שורשים וכל דבר אחר שאתה יכול לתפוס), אתה באמת הולך בזווית של 45°, לא בזווית של 90°.

% שיפוע

אם עלייה = ריצה כפי שמוצג לעיל: 100%

שיפוע 100% = שיפוע זווית 45 מעלות

דוגמאות נוספות להיכן נמדד% שיפוע במסגרות משאבי טבע כוללות מסלולי הליכה ונחלים. מעברים במדרונות תלולים מפחיתים את שחיקת השבילים ומקלים על הטיולים. חלק מהשבילים נשמרים עד 8% כדי לעמוד בהנחיות חוק האמריקאי עם מוגבלויות (ADA) לגישה לכיסא גלגלים.

שיפועי הנחל משתנים, ומשקפים את השטח שעליו הם זורמים בכל שלב במסעם לנהרות גדולים. יובלים קטנים הם לעתים קרובות התלולים ביותר, מדורגים במורד מדרונות מיוערים תלולים בשיפועים של 60-100% שיפוע או יותר. כאשר נחלים מתמזגים במורד הנהר, השטח משתטח לעתים קרובות, וניתן למדוד שיפועים מתונים יותר של שיפוע של 3-10% (איור 1.6).

איור 1.6. נחלים ממהרים במורדות תלולים במימי שפתיהם. כשהם מגיעים לתחתית העמק ומתמזגים עם נחלים אחרים, שיפועיהם מצטמצמים ועלול להיווצר מסלול מתפתל יותר.