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地理情報システム（GIS）：生態系を活用した防災・減災（Eco-DRR）の基礎情報について

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生態系を活用した防災・減災（Eco-DRR）とは

生態系を活用した防災・減災（Eco-DRR: Ecosystem-based Disaster Risk Reduction）は生態系の保全・再生を通じて防災・減災や生物多様性を含めた地域の課題を複合的に解決しようとする考え方です。Eco-DRRには、洪水緩和に向けた湿地の保全・再生や、土砂災害の防止や水源涵養を目的とした森林整備、沿岸域の海岸防災林や河川の水害防備林の保全など、様々な自然災害を対象とした幅広い取組が含まれます。また、Eco-DRRは防災・減災や生物多様性の保全に寄与するだけではなく、地域に自然と触れ合う場を提供するといった社会的な効果や、エコツーリズムの実施等による経済的な効果、さらには、森林や泥炭湿地などの自然生態系は二酸化炭素の吸収源にもなるため、気候変動緩和策としての効果も期待できます。

Eco-DRRを推進するにあたって、Eco-DRRのポテンシャルがあると考えられる場所を可視化する「生態系保全・再生ポテンシャルマップ」の作成方法やその活用方法を示した手引きを公表しています。詳細は「持続可能な地域づくりのための生態系を活用した防災・減災の手引き」をご参照ください。

「持続可能な地域づくりのための生態系を活用した防災・減災の手引き」

https://www.env.go.jp/nature/biodic/eco-drr.html

生態系保全・再生ポテンシャルマップによるEco-DRR の推進

生態系保全・再生ポテンシャルマップは、生態系の保全・再生を図ることで、生物多様性の保全だけではなく、防災・減災にも寄与すると考えられる場所を可視化するためのツールです。災害に強く自然と調和した地域づくりの手段としてEco-DRRを進める際に、その効果が高いと見込まれる具体的な場所を可視化し、施策の検討や合意形成を図るために活用することを目的にしています。その作成にあたっては、図1に示した3つのステップで作成することを想定しています。

EADASでは、湿地環境を主たる対象とした生態系保全・再生ポテンシャルマップの作成に必要な基礎情報として、Eco-DRRのポテンシャルを評価するための指標のうち、以下の指標による評価結果をベースマップとして公表しています（2023年３月公表）。


図1 生態系保全・再生ポテンシャルマップの作成方法


項目 評価指標
  1. ①湿地環境のポテンシャルがある場所
 湿地としてのポテンシャルがあり、一時的に水を貯留できる可能性がある場所 TWI（地形的湿潤度指数）
HAND（最近接水路鉛直距離）
緑地として残すことで雨水の浸透が期待される場所 地形・地質等から期待される雨水浸透機能
（雨水浸透機能を「最適地」、「適地」、「不適地」などで分類。）
※分類の詳細は、後述の「凡例について」を参照。
  1. ②生物多様性保全を図る上で重要な場所
 自然的景観の多様度
水田の占有率

Eco-DRRのポテンシャルを評価するための指標

①湿地環境のポテンシャルがある場所

【TWI（Topographic Wetness Index：地形的湿潤度指数）】

【HAND（Height Above Nearest Drainage：最近接水路鉛直距離）】

湿地としてのポテンシャルがある場所は、動植物の生息・生育場として重要な場となるだけではなく、一時的に降雨を貯留し、雨水の流出抑制に貢献する可能性があります。このような場所は、周囲に比べて土地が低くなっている場所や河川等の水位と同程度の高さの低地など、地形的に表流水が貯まりやすい場所が該当すると考えられます。そのため、地形のデータ（数値標高モデル：DEM）を用いて、地形的に水が貯まりやすいと考えられる窪地や低地を評価するための指標を用いることが有効です。

EADASでは、基盤地図情報数値標高モデル（10mメッシュ）を用いて、全国を対象に約30mメッシュで算出したTWI、HANDのデータを公表しています。

評価指標 概要
TWI（Topographic Wetness Index：地形的湿潤度指数）
  • 評価対象となるメッシュ上部の集水面積が大きく傾斜が小さいほど大きな値となり、湿地的条件であることを示しているといえる。
  • 洪水浸水想定区域図において浸水範囲となる低平地などの評価にも用いることができると考えられる。
HAND（Height Above Nearest Drainage：最近接水路鉛直距離）
  • 評価対象となるメッシュに最も近い水路からの高さを示し、値が小さいほど湿地的条件であることを示しているといえる。
  • 土壌の水分条件や潜在的な湿地地帯を評価する際に、TWIと併せて活用することで、より精度が高くなるとされている。

＜データの作成方法＞

【TWI（Topographic Wetness Index：地形的湿潤度指数）】

①10mメッシュ数値標高モデルのダウンロード

  • 国土地理院の基盤地図情報ダウンロードサービスから10ｍメッシュ数値標高モデル（以下、DEM10m）をダウンロードする。

②DEM10mの測地系の変換

  • 日本測地系2000から日本測地系2011へ変換する。（本マップ作成においてはArcGIS（ESRI社）の「Project Raster」ツールを使用。）

③DEM10mの投影座標系への変換

  • 正方格子・m単位の標高点に変換するため、投影座標系を平面直角座標系へ変換する。（本マップ作成においてはArcGIS（ESRI社）の「Project Raster」ツールを使用。）

④DEM10mの再分類

  • DEM10mの周囲3セルの平均値から30ｍに再分類して30ｍメッシュ数値標高モデルを作成する。（以下、DEM）（本マップ作成においてはArcGIS（ESRI社）の「Aggregate」ツールを使用。）

⑤DEMの窪地除去

  • ④で作成したラスターを用いて窪地を平滑化し、データの小さな欠陥を取り除く。（本マップ作成においてはArcGIS（ESRI社）の「Fill」ツールを使用。）

⑥流向ラスターの作成

  • ⑤で作成したラスターを用いて流向を計算する。（本マップ作成においてはArcGIS（ESRI社）の「Flow Direction」ツールを使用。）

⑦累積流量ラスターの作成

  • ⑥で作成したラスターを用いて累積流量を計算する。（本マップ作成においてはArcGIS（ESRI社）の「Flow Accumulation」ツールを使用。）

⑧傾斜角ラスターの作成

  • ④で作成したラスターを用いて傾斜角を計算する。（本マップ作成においてはArcGIS（ESRI社）の「Slope」ツールを使用。）

⑨ＴＷＩの算出

  • ⑦及び⑧で作成したラスターデータを用いて、TWI（Topographic Wetness Index）を計算する。下記の通り計算する。

    ※値が分子または分母が0となることを防ぐため、便宜的に分子に1を母に0.01を加える。またtanを計算するため近似的に0.01745をかけてラジアンに変換する。

【HAND（Height Above Nearest Drainage：最近接水路鉛直距離）】

①10mメッシュ数値標高モデルのダウンロード

  • 国土地理院の基盤地図情報ダウンロードサービスから10ｍメッシュ数値標高モデル（以下、DEM10m）をダウンロードする。

②DEM10mの測地系の変換

  • 日本測地系2000から日本測地系2011へ変換する。（本マップ作成においてはArcGIS（ESRI社）の「Project Raster」ツールを使用。）

③DEM10mの投影座標系への変換

  • 正方格子・m単位の標高点に変換するため、投影座標系を平面直角座標系へ変換する。（本マップ作成においてはArcGIS（ESRI社）の「Project Raster」ツールを使用。）

④DEM10mの再分類

  • DEM10mの周囲3セルの平均値から30ｍに再分類して30ｍメッシュ数値標高モデルを作成する。（以下、DEM）（本マップ作成においてはArcGIS（ESRI社）の「Aggregate」ツールを使用。）

⑤DEMの窪地除去

  • ④で作成したラスターを用いて窪地を平滑化し、データの小さな欠陥を取り除く。（本マップ作成においてはArcGIS（ESRI社）の「Fill」ツールを使用。）

⑥流向ラスターの作成

  • ⑤で作成したラスターを用いて流向を計算する。（本マップ作成においてはArcGIS（ESRI社）の「Flow Direction」ツールを使用。）

⑦累積流量ラスターの作成

  • ⑥で作成したラスターを用いて累積流量を計算する。（本マップ作成においてはArcGIS（ESRI社）の「Flow Accumulation」ツールを使用。）

⑧条件でラスターの抽出

  • ⑦で作成したラスターを用いて一定水系サイズ以上のラスターを抽出する。（本マップ作成においてはArcGIS（ESRI社）の「Con」ツールを使用し、水系サイズは100以上とした。）

⑨HANDの算出（流路距離ラスターの作成）

  • ⑧で作成したラスターを用いて流路距離ラスター（鉛直）を計算する。（本マップ作成においてはArcGIS（ESRI社）の「Flow Distance」ツールを使用。）

【地形・地質等から期待される雨水浸透機能】

雨水の浸透が期待される場所については、地形や地質に関するデータ（地形分類図、表層地質図）を用いて、雨水浸透の促進が期待できる場所を評価するためのマップを作成することが考えられます。

EADASでは、全国を対象に地形分類図・表層地質図から想定される雨水浸透機能を示したマップを公表しています。

ただし、全国規模の地形分類図・表層地質図を用いた概略の評価であり、ベースマップによる評価を踏まえて実際に施策を実施する場合には、現地調査等による確認を行った上で判断する必要があります。特に、地下水位が高い地域では浸透能力が低くなるため、地下水位に関するデータが入手できる場合には、雨水浸透機能の評価指標として考慮することが望まれます。また、地方公共団体が浸透適地マップ等を公表している場合には、現地調査結果を用いるなどより精度の高い手法で作成している場合もあるため、これらのマップを活用することが有効であると考えられます。

＜凡例について＞

このベースマップでは、雨水浸透の促進が期待できる場所を、「最適地」、「適地」、「不適地」、「判定不能（地形分類データから判定困難）」、「判定不能（地形分類データなし）」、「判定対象外（山地等）」、「除外区域」の7つの凡例に分けて公表しています。それぞれの凡例の意味は以下のとおりです。

  • 「最適地」：雨水浸透の促進が最も期待される地形・表層地質の組み合わせと考えられるエリア
  • 「適地」：雨水浸透の促進が期待される地形・表層地質の組み合わせと考えられるエリア
  • 「不適地」：雨水浸透の促進が期待されない地形・表層地質の組み合わせと考えられるエリア

    ※ 「最適地」、「適地」「不適地」は、地形分類データと表層地質データの分類属性の組み合わせにより判定しています。反映方法の詳細は＜データの作成方法＞を参照ください。

  • 「判定不能（地形分類データから判定困難）」：地形分類データは存在しているが、その分類属性から 「最適地」、「適地」、「不適地」の判定が困難なエリア
  • 「判定不能（地形分類データなし）」：地形分類データが存在していないエリア
  • 「判定対象外（山地等）」：地形分類データの分類属性が山地や火山地等のエリア
  • 「除外区域」：上記の判定を行ったエリアのうち、「土砂災害特別警戒区域」、「土砂災害警戒区域」、「地すべり防止区域」のいずれかに該当し、雨水浸透の促進をすべきではないと考えられるエリア

＜データの作成方法＞

①地形分類図と表層地質図の重ね合わせ

  • 国土数値情報GIS ホームページより、地形分類図と表層地質図をそれぞれダウンロードする。
  • 地形分類図の上に、表層地質図を重ね合わせる。
  • それぞれのエリアに、地形分類図に格納されている分類属性と、表層地質図に格納されている分類属性が示される。

②地形分類図の分類属性による、「判定対象外」エリア、「判定不能」エリアの抽出

  • ①の重ね合わせたマップで、地形分類図の分類属性が山地や火山地等にあたるエリアを抽出し、そのエリアを「判定対象外（山地等）」と判定する。
  • 地形分類図の属性データがないエリア（表層地質図の属性データしかないエリア）を抽出し、そのエリアを「判定不能（地形分類データなし）」と判定する。
  • 「増補改訂 雨水浸透施設技術指針（案）調査・計画編」（社団法人雨水貯留浸透技術協会）等を参考のうえ、地形分類図の属性データがあるが、雨水浸透の「最適地」、「適地」、「不適地」の判定が困難と考えられるエリアを「判定不能（地形分類データから判定困難）」と判定する。
  • 「判定対象外」や「判定不能」としたエリアについては、以降の「最適地」、「適地」、「不適地」の判定は実施しない。

③地形分類図と表層地質図の分類属性による、「最適地」、「適地」、「不適地」の分類

  • 「増補改訂 雨水浸透施設技術指針（案）調査・計画編」（社団法人雨水貯留浸透技術協会）等を参考のうえ、地形分類図の属性により、エリアを「適地」、「土質・地質による」、「不適地」に分類する。
    主な分類基準は以下のとおり。
    • 適地：扇状地、山麓堆積地、浜堤・砂丘地
    • 土質・地質による：台地・段丘、自然堤防、丘陵地、盛土地
    • 不適地：沖積低地（デルタ地帯）、人工改変地、 旧河道、後背湿地、旧湖沼
  • 「適地」または「土質・地質による」に分類されたエリアは、表層地質図の属性を確認し、さらに「最適地」、「適地」に分類する。
    主な分類基準は以下のとおり。
    • 最適地：礫、砂、シルト、礫岩、砂岩
    • 適地：上記以外
  • 「不適地」に分類されたエリアは、表層地質図の属性に関係なく、一律「不適地」とする。

④「除外区域」の抽出

  • 手順②および③で抽出、判定した「判定対象外（山地等）」、「判定不能（地形分類データなし）」、「判定不能（地形分類データから判定困難）」、最適地」、「適地」、「不適地」のエリアから、土砂災害特別警戒区域、土砂災害警戒区域、地すべり防止区域のいずれかに該当するエリアを抽出し、「除外区域」とする。　

②生物多様性保全を図る上で重要な場所

【自然的景観の多様度】

里山など生態系のモザイク性が高い場所は、生物多様性が高いことが明らかになっています。そのような場所を評価する指標として、「自然的景観の多様度」を活用することが考えられます。樹林、水田、畑地、湿地、ため池、草地など、生態系のモザイク性を構成する要素の分布を「植生図：自然環境調査Web-GIS」を基に整理し、多様な生態系が周辺に分布している場所を評価します。

例えば、周辺に斜面林等の樹林やため池等の水域が分布している水田など、景観の多様性が高い場所の水域は動植物にとっても貴重な環境になります。Eco-DRRを推進する上でも、生物多様性の保全を効果的に進めることができる可能性があります。

EADASでは、第6・7回自然環境調査植生図を用いて、評価対象となるメッシュ（50m×50m）を中心として半径500mの自然的景観の多様度を算出したマップを公表しています。なお、第６・７回植生調査は実施中のため北海道や青森県の一部等に一部データの欠損があります。これらの地域に関しては計算処理を実施せず、欠損データとして扱っております。

＜データの作成方法＞

①植生図の再区分

  • 環境省生物多様性センターの植生図をもとに作成された植生凡例の再区分データを国立環境研究所から受領する。凡例の再区分は、以下の文献にて提示されている凡例対応表による「中分類」を使用しておこなわれている。（小川みふゆ, 松崎紗代子, 石濱史子. 環境省 1/25,000 植生図凡例に対応した日本全国標準土地利用メッシュデータの凡例の作成. 保全生態学研究 25.1 (2020): 1908. ）

②植生図のラスター化及び人工的土地利用の除外

  • ①で再区分した植生図を50m×50mのラスターデータへ変換する。（本マップ作成においてはArcGIS（ESRI 社）の「Feature to Raster」ツールを使用。）
  • 人工的土地利用である「緑の多い住宅地等」「市街地」「人工裸地」「保留」の４区分を除外し、「自然的景観」のみで構成されるラスターデータを作成する。本マップ作成においてはArcGIS（ESRI 社）の「Con」ツールを使用。）

③シンプソン多様度指数の計算

  • ②で変換したラスターデータを用いて、すべてのセルが１のラスター（以下、本ラスターをラスター①とする）を作成する。（本マップ作成においてはArcGIS（ESRI 社）の「Not Equal」ツールを使用。）
  • ③で変換したラスターデータを用いて、「自然的景観」に含まれる各土地利用に対して該当の土地利用であるセルを１、そうでない場合には０となるようなラスターを作成する。（本マップ作成においてはArcGIS（ESRI 社）の「Test」ツールを使用。）
  • 上記各ラスターの各セルを中心とする半径500mの空間ユニット（円形）内に含まれるセルの合計値を算出したラスター（以下、本ラスターをラスター②とする）を作成する。（本マップ作成においてはArcGIS（ESRI 社）の「Focal Statistics」ツールを使用。）
  • ②で変換したラスターデータを用いて、「自然的景観」に含まれるセルを１、そうでないセルを０としたラスターを作成する。（本マップ作成においてはArcGIS（ESRI 社）の「Test」ツールを使用。）
  • 上記ラスターの各セルを中心とする半径500mの空間ユニット（円形）内に含まれるセルの合計値を算出したラスター（以下、本ラスターをラスター③とする）を作成する。（本マップ作成においてはArcGIS（ESRI 社）の「Focal Statistics」ツールを使用。）
  • 各ラスター②をラスター③で除算したラスターを作成する。（本マップ作成においてはArcGIS（ESRI 社）の「Raster Calculator」ツールを使用。）
  • 上記ラスターを二乗したラスター（以下、本ラスターをラスター④とする）を作成する。（本マップ作成においてはArcGIS（ESRI 社）の「Square」ツールを使用。）
  • ラスター①から各ラスター④を減算したラスターを作成する。（本マップ作成においてはArcGIS（ESRI 社）の「Raster Calculator」ツールを使用。）


    ※：計算対象セルを中心とする半径500m 以内の土地利用i の相対優占率

【水田の占有率】

大型鳥類の餌場となるまとまった水田など、生態系のモザイク性だけではなくその連続性が生物多様性の保全を図る上で重要な要素となる場合もあります。特に、まとまった水田の分布を評価する指標として「水田の占有率」を用いることが考えられます。「自然的景観の多様度」では、まとまった森林や水田などの環境はポテンシャルの高い場所としては評価されません。一方で、生物多様性の保全のためには、生態系のモザイク性の高い場所だけではなく、まとまった森林や水田も重要な要素となります。

EADASでは、第6・7回自然環境調査植生図（自然的景観の多様度と同様、第6・7回のデータが未整備の場所はデータ欠損とする）を用いて、評価対象となるメッシュ（50m×50m）を中心として半径500m内の水田の占有率を算出したマップを公表しています。

＜データの作成方法＞

①植生図の再区分

  • 環境省生物多様性センターの植生図をもとに作成された植生凡例の再区分データを国立環境研究所から受領する。凡例の再区分は、以下の文献にて提示されている凡例対応表による「中分類」を使用しておこなわれている。（小川みふゆ, 松崎紗代子, 石濱史子. 環境省 1/25,000 植生図凡例に対応した日本全国標準土地利用メッシュデータの凡例の作成. 保全生態学研究 25.1 (2020): 1908. ）

②植生図のラスター化

  • ①で再区分した植生図を50m×50mのラスターデータへ変換する。（本マップ作成においてはArcGIS（ESRI 社）の「Feature to Raster」ツールを使用。）

③水田の整数値ラスターの作成

  • ②で作成したラスターデータをもとに、「水田」を”1”、それ以外を”0”とする整数値ラスターデータを作成する。（本マップ作成においてはArcGIS（ESRI 社）の「Test」ツールを使用。）

④水田の占有率の計算

  • ③で作成したラスターデータをもとに、半径500m（円形）内の水田のセルの合計を算出する。（本マップ作成においてはArcGIS（ESRI 社）の「Focal Statistics」ツールを使用。）
  • 上記ラスターを浮動小数点ラスターに変換する。（本マップ作成においてはArcGIS（ESRI 社）の「Float」ツールを使用。）
  • ラスターの各セルから半径500m の空間ユニットに含まれるセル数を除し、0-1 の割合に変換する。（本マップ作成においてはArcGIS（ESRI 社）の「Raster Calculator」ツールを使用。）

GISデータのダウンロード

環境省自然環境局生物多様性センターのウェブサイトでは、GISデータとしてダウンロード可能なデータを掲載しています。

https://www.biodic.go.jp/Eco-DRR/index.html


Eco-DRRの基礎情報に関する問合せ

環境省自然環境局自然環境計画課生物多様性戦略推進室

03-5521-8275


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生態系を活用した防災・減災（Eco-DRR）の基礎情報

  • 地形的湿潤度指数（TWI）
  • 最近接水路鉛直距離(HAND）
  • 地形・地質等から期待される雨水浸透機能
  • 自然的景観の多様度
  • 水田の占有率
環境省大臣官房環境影響評価課
〒100-8975 東京都千代田区霞が関1-2-2    E-mail  このサイトに記載されている情報は環境省大臣官房環境影響評価課が提供しています。
このサイトに関するお問い合わせは上記の電子メールアドレスで受け付けています。