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地形の秘密を探る: 手動で流域の境界を定める伝統的な方法とは何ですか?
集水域の境界設定は、集水域の境界を決定するプロセスであり、留置地域、流域、河川流域とも呼ばれます。環境科学、工学、管理などのいくつかの分野において、洪水、水生生息地、水質汚染などの問題を研究する上で重要なステップとなります。この活動は通常、地理学者、科学者、エンジニアによって実行されます。
歴史的に、集水域の境界設定は主に紙の地形図に対する手作業に依存しており、現場調査によって補完されていました。 1980 年代には、コンピューターと電子データの発達に伴い、自動流域描写手法が登場し始め、広く使用されるようになりました。
コンピュータによる集水域描写手法では、地表の高さを表すデータ セットである数値標高モデル (DEM) が使用されます。
今日、流域の描写は通常、WMS などの特殊な水文学モデリング ソフトウェア、地理情報システム ソフトウェア (ArcGIS や QGIS など)、または Python や R などのプログラミング言語を使用して行われます。水文学の基本的な地理的単位として、集水域には地球上の水の移動、分布、管理が含まれます。
集水域の手動による境界線
集水域の境界を計算する従来の方法は、紙の地形図に手作業で境界を描画することであり、透明なフィルムを使用することもあります。その後、距離計を使用して面積を推定したり、結果をデジタル化して地図ソフトウェアで使用したりできます。電子時代においても、ソフトウェアを使用して生成された集水域の正確性をチェックできるため、手動による集水域の描写のスキルは依然として非常に役立ちます。
米国地質調査所によると、分水界を手動で描く手順には、地図上で分水界の出口点を特定する、低い領域に流れる地表水線を想像または描画する、高起伏点の位置をマークする、流れの点を特定する、などの手順が含まれます。流域までの距離を設定し、これらの点を接続して集水域の輪郭を描きます。
境界線を描くための基本的なルールとしては、次のようなものがあります。流域の境界は、等高線を横切るときに等高線に対して垂直である必要があり、川や小川の出口を除いて川や小川を横切ってはなりません。集水域の境界は尾根線に沿って、高い地点を結ぶ必要があります。
手動による描画の欠点は、個人の判断に左右され、一定のエラー率が存在することです。イリノイ州環境保護庁は、「流域の境界設定は不正確な科学です。より小さな流域の場合、特に正確な結果が重要な場合には、流域に示されていない特徴を発見するために現地調査が必要になる場合があります。」と述べています。地図。
集水域の自動描画
コンピューター ソフトウェアを使用して流域の輪郭を描くと、アナリストの主観が排除されるため、手動による方法よりも迅速かつ一貫性のあることがよくあります。自動流域描写手法は 1980 年代から普及しており、科学および工学コミュニティで広く使用されています。
研究者たちは、火星の集水域の輪郭を描くためにコンピューター手法を使用しています。
自動集水域描写方法では数値標高モデル (DEM) を使用し、通常は「最急勾配」アプローチを使用して流れの方向を計算します。このプロセスは、最新のアルゴリズムの場合と同様、通常、長方形のグリッド上で実行されます。より正確な結果を得るには、現実的な水文結果を生成できるようにデータを処理して「調整」する必要があります。
DEM に基づいて集水域を描写するプロセスでは、アルゴリズムは地形の低地エリア、流路、その他の要素を考慮して水流の方向を決定します。これにはさまざまな計算方法が含まれます。 。より一般的に使用される D8 アルゴリズムには 8 方向への水の流れに制限があり、非現実的な流れパターンが発生する可能性があります。
流域の描写に使用されるソフトウェア
CATCH や DEDNM など、初期の流域描写ソフトウェアの一部は FORTRAN で書かれていました。現在、ArcGIS、QGIS、GRASS GIS などの多くの地理情報システム ソフトウェア (GIS) パッケージには、流域描写ツールが含まれています。さらに、TauDEM などのスタンドアロンの集水域描写アプリケーションも利用できます。
一部のソフトウェアは水文シミュレーションに使用でき、流域を描写する機能を備えています。これらには、WMS (水文学ソフトウェア)、SWAT モデル、BASINS などが含まれます。
その他の利用可能なデータセットとリソース
GIS またはその他のソフトウェアで表示および分析できる流域を表すベクトル データ セットが多数あります。これらのデータセットは、地表全体を「サブ集水域」または「ユニット集水域」に分割します。個々のユニット集水域を組み合わせてより大きな集水域を生成することができ、ネットワーク分析を通じて流路と接続を決定できます。
科学技術の継続的な進歩に伴い、流域描写の技術と方法は依然として開発中です。これらのより正確なデータと新しいアルゴリズムにより、描写の精度がさらに向上する可能性があります。環境変化と人間活動の影響を考えるとき、流域の境界設定は私たちの生活や生態系にどのような影響を与えるのでしょうか?
