Forestry Operations Lite — Help

Forestry Operations Lite — ヘルプ

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Before Using The Results In Field Planning
Forestry Operations Lite is a lightweight terrain-checking tool for reviewing forestry roads, harvesting, tending, and simple drainage in detailed mountain terrain. It combines QGIS-based terrain analysis with field knowledge to support site judgment and explanatory materials. It is intended for forestry sites that want to connect terrain analysis and field judgment directly in QGIS without relying on a dedicated system.
Open Field Design Support Note

Data Setup Hints

About scipy (required for Flow Buffer / DEM resampling / SHC computation)

Without scipy, Flow Buffer display, fine-resolution DEM resampling, and SHC computation do not work (other features are unaffected).

Windows (standard installer): scipy is normally already included. If it's genuinely missing, close QGIS and run in Command Prompt from your QGIS install's bin folder (e.g. C:\Program Files\QGIS 3.44\bin\):
python-qgis-ltr.bat -m pip install --user scipy
(The filename may be python-qgis.bat depending on your install; adjust the path to match your QGIS version.)

Linux: close QGIS and run in a terminal:
sudo apt install python3-scipy

To check what's actually loaded after installing, run the following in QGIS's Python Console:
import numpy, scipy
print(numpy.__file__, numpy.__version__)
print(scipy.__file__, scipy.__version__)

DEM / DSM/DTM Data

TIF / ZIP Layout

PatternAction
Single TIF Select the file directly
Single ZIP (containing a TIF) Select the ZIP directly
Merge multiple ZIPs Place all ZIPs for the same region in one folder and select that folder.
A merged_<folder name>.tif is auto-generated in the parent folder.
Reuse a merged TIF Select the generated merged_*.tif directly to skip re-merging.

Parameter Setting Hints

Slope Stability (Infinite Slope Model)

Computes the slope stability factor of safety (FS) using the infinite slope model.
FS is calculated from slope angle, internal friction angle, cohesion, soil depth, and saturation ratio.
FS < 1.0: collapse risk　/ FS < FS threshold: caution
All parameters describe the properties of the "topsoil down to the hard layer".

ParameterGuideline / how to check on-site
Internal friction angle φ'
Interlock of topsoil particles		 Check by picking up and squeezing soil in your hand on site.
・Holds shape when squeezed but crumbles when wet → φ 20–28°
　(fine sand/clay, slopes with surface wash marks after rain)
・Forms a clump when squeezed but breaks apart → φ 30–35°
　(typical mountain soil/loam in cedar/cypress plantations)
・Doesn't hold shape, feels gritty → φ 38°+
　(gravel/rock debris, ridgelines, near-bedrock layers)
Cohesion c'
Stickiness/bonding of topsoil		 ・Sandy soil, young stand with shallow roots → 0 kPa
・Gravelly loam, mid-age stand → 5 kPa
・Organic clay soil → 10–20 kPa
Soil depth z
Thickness of topsoil		 Dig or probe with a backhoe or steel rod to the boundary where the layer changes (color/hardness/grain size). The hard layer is a candidate slip surface.
Saturation ratio m ・0.5 = half-saturated (normal conditions)
・0.9 = after heavy rain
FS threshold Not a physical value — a review setting (default 1.2). See How to use the FS threshold below.

How to use the FS threshold (design FS)

FS itself is a physical quantity computed from the four site parameters (φ, c', z, m). The FS threshold is not a physical value — it is how conservative you choose to be, set from the consequence of failure, the permanence of the operation, and the level of uncertainty. It is not a per-site number; site conditions go into the four parameters.

FS thresholdWhen to use (guide)
0.8Check whether any especially hazardous spots exist (little to protect downslope / temporary work)
1.2 (default)Pick up hazards worth noting (ordinary forest roads and operations)
1.5Keep a safety margin (permanent roads, stream crossings, higher uncertainty)
2.0+Sites needing special care (houses / key structures downslope, heavy-rain scenario)

Valley Terrain (TWI)

TWI (Topographic Wetness Index) = ln(A / tan(β)) identifies wet zones.
Higher values indicate valleys/lowlands where water tends to accumulate.

ParameterConcept
TWI threshold Filters areas below the set value as dry terrain.
Setting 8.0 extracts mainly valley areas prone to wetness. Raising the value increases areas classified as dry, missing more wet terrain.
Minimum catchment area Lower bound for excluding small flow paths. Smaller values detect finer valley terrain.

Flow Direction Method (Valley/TWI only)

Choose from 3 methods for how water is routed when computing TWI and valley zones. This choice affects Valley Terrain (TWI) only — flow estimation always uses D8.
It's a trade-off between "how sharp the valley lines are" and "how accurate the wetness distribution is".

D8 (Single Steepest) D∞ (Tarboton) MFD (Multiple Flow Direction)
Routes water to a single cell. Produces a sharp, single-line valley, but vertical striping artifacts appear on the TWI surface. Splits flow between 2 adjacent cells. No striping, and the valley line is reasonably preserved — an intermediate approach. Distributes flow across all downslope directions. Smoothest wetness distribution. Valleys follow the bottom of the terrain but are thick and diffuse.
Use for: identifying dangerous channels where water concentrates (collapse-prone channels, channels to avoid when routing roads). Use for: when you want a surface that keeps the line while avoiding striping. Use for: representing valley terrain accurately as a surface (wetness/hazard surface).

Reference values (same sample DEM as above, 2m, matched valley area — analysis area: 72 ha)

MethodApprox. TWI thresholdExtracted valley areaShare (of 72 ha)
D8approx. 5.22.01 ha2.8%
D∞approx. 5.42.21 ha3.1%
MFDapprox. 5.92.87 ha4.0%

How to read this: A method with a small share and thin lines (D8) points to "dangerous channels." A method with a large share and thick areas (MFD) represents "the valley terrain itself" as a surface.

Because the catchment scale differs by method, the TWI threshold needed to match the same valley area shifts between methods. When switching methods, re-adjust the TWI threshold above (e.g., 5.2 for D8 → around 5.9 for MFD).

The three images above are illustrative renderings showing the behavioral differences between methods, not plugin output. They were rendered from a sample DEM (2m resampled) solely to illustrate the differences. Actual output (twi.tif, valley_zones.gpkg) is generated by running the analysis.

Flow Load Estimation (Time-Area Method / Clark Unit Hydrograph)

Estimates the hydraulic load along drainage paths by the time-area method. The upstream area of every cell is split into equal-travel-time bands (isochrones), convolved with a design-storm hyetograph, then routed through one linear reservoir (R = 0.75 × Tc). Three "load" layers are produced:

LayerMeaning
Peak load  Qp [m³/s] Maximum instantaneous discharge — the acute load. Highest where a steep, compact catchment concentrates its flow in sync. Used for crossing / culvert sizing and the width of the zone exposed to scour or inundation.
Mean load  Qm [m³/s] Event volume divided by the local response time (duration + Tc) — the sustained load. Suppressed where Tc is large. Peak ÷ Mean indicates flashiness.
Time load  Tc [h] Time of concentration — how fast the upstream area responds. Near zero on hillslopes and headwaters, largest toward the basin outlet.

This is a planning guideline, not an exact hydraulic solution. It assumes a linear, time-invariant response, overland flow on small-to-medium catchments (order of a few km² or less), a single triangular design storm, and D8 flow routing. References: Clark (1945); Chow, Maidment & Mays, Applied Hydrology (1988); USDA NRCS National Engineering Handbook, Part 630.

ParameterConcept
i_peak (peak rainfall intensity) Peak intensity of the design storm [mm/h]. Must be at least the mean intensity (total ÷ duration). The three rain fields bound each other dynamically — an inconsistent combination cannot be entered, and a field flashes when it is pinned by the constraint.
Total precipitation Total depth of the design storm [mm]. Sets the storm volume (used for Mean load and the internal total volume).
Duration T Storm duration [h]. Drives the design hyetograph and, together with Tc, the peak attenuation of large catchments.
Runoff coefficient C 0.8 means about 80% of rainfall is calculated as surface runoff.
Velocity coefficient Guideline: forest 0.3 / grassland 0.6 / paved surface 1.5 m/s.
When DSM/DTM is set, the runoff and velocity coefficients are computed per cell from canopy height.

Output Files

File nameContents
twi.tifDrainage / seepage / mud risk (Topographic Wetness Index)
stability_fs.tifSlope stability (FS raster)
integrated_risk_index.tifIntegrated risk index (0–6)
integrated_high_risk.gpkgHigh-priority area polygons
valley_zones.gpkgValley shape / catchment terrain vector
flow_peak.tifPeak load Qp [m³/s] — maximum instantaneous discharge
flow_mean.tifMean load Qm [m³/s] — sustained discharge over (duration + Tc)
tc.tifTime load — time of concentration Tc [h]
Analysis runs are saved in numbered subfolders (0001, 0002, …) and are never deleted automatically — an overwrite run replaces its own number, otherwise runs accumulate. The next run number is (highest existing number) + 1: deleting a run in the middle leaves that number unused, while deleting the highest-numbered run frees it for reuse. Deleting a run folder also lets the DEM-tile cleanup free any dem/ / vs_lp_grid/ tile that no remaining run still references. To keep the output folder and its cache from growing without bound, delete run folders you no longer need directly in the file manager (the plugin does not need to be running).

Feature Descriptions

Slope Stability

Computes the stability factor FS using the infinite slope model. FS < 1.0 indicates collapse risk, FS < 1.5 indicates a caution zone. Calculated from soil parameters (φ, c, γ), terrain slope, and soil depth.

Valley Terrain

Vector data extracted from the DEM, showing catchment terrain and valley lines. Used to check for interference with the drainage network when planning road/skid-trail networks.

Wetness Terrain

Topographic Wetness Index (TWI) raster. Higher values indicate greater water accumulation, poor drainage, weak ground, and higher mud risk.

Flow Load Estimation

Estimates the hydraulic load along drainage paths by the time-area method (Clark unit hydrograph). Produces three layers: Peak load (acute), Mean load (sustained), and Time load (Tc, response speed). Peak and Mean differ by terrain concentration as well as by the storm's peakiness. When DSM is set, the runoff and velocity coefficients vary per cell from canopy height.

Analysis Layer Display (Filter / Buffer)

In the Analysis panel, cycling the Flow button switches Peak load → Mean load → Time load. Filter (Off / Low / Mid) fades out low values to isolate the drainage skeleton — Peak and Mean share one filter setting, Time load has its own. Buffer adds a soft bleed around the flow lines and applies to Peak / Mean only (disabled for Time load).

Integrated Risk

An additive risk index (0–6) combining FS, TWI, and peak load. Extracts areas where multiple hazard factors overlap as "high-priority" polygons.

Export Analysis Layers

The Export button (Analysis panel) writes every output layer of the selected analysis run into a standalone group named Forestry Operations Lite - <run>, separate from the plugin-managed group. These layers persist through run switching and closing the plugin, so they can be referenced for reporting without opening the plugin. The current Filter and opacity are applied, and the styling is saved as a .qml sidecar next to each data file — so the colour scheme follows the raw .tif / .gpkg into another project, PC, or GIS. The low-value Filter is part of the renderer and is reproduced; the Buffer bleed is a separate layer and is not exported. Which layers are checked on mirrors what is currently displayed (for a key with several files, only the one currently shown). Re-exporting the same run keeps the previous export (duplicates are allowed). An overwrite run replaces the run folder and removes the written .qml files — re-export to regenerate them.

Forestry Operations Lite  |  Developed by Avid Tree Work

現場計画に使う前に
Forestry Operations Lite は、細かな山地地形での作業道・伐採・保育・簡易排水を検討するための軽量な地形確認ツールです。QGIS と現場知見を組み合わせ、現場判断の補助と説明資料づくりを支援します。専用システムに頼らず、QGIS 上で地形解析と現場判断をつなぎたい林業現場向けです。
現場設計支援ノートを開く

データ設定ヒント

scipy について（Flow Buffer / DEM リサンプル / SHC 計算に必須）

scipy が無い場合、Flow Buffer 表示・高解像度 DEM のリサンプル・SHC 計算が動作しません（他の機能には影響しません）。

Windows（標準インストーラー）：通常はscipyが最初から入っています。本当に無い場合は、QGISを閉じてから、QGISインストール先のbinフォルダ（例：C:\Program Files\QGIS 3.44\bin\）でコマンドプロンプトを開き、以下を実行してください：
python-qgis-ltr.bat -m pip install --user scipy
（ファイル名は環境によってpython-qgis.batの場合もあります。パスはお使いのQGISバージョンに合わせてください。）

Linux：QGISを閉じてから、ターミナルで以下を実行してください：
sudo apt install python3-scipy

インストール後、実際に読み込まれているものを確認するには、QGISのPythonコンソールで以下を実行してください：
import numpy, scipy
print(numpy.__file__, numpy.__version__)
print(scipy.__file__, scipy.__version__)

DEM / DSM/DTM データ

TIF / ZIP の配置

パターン操作
単体 TIF そのままファイルを選択
ZIP 1 枚（TIF 入り） ZIP を直接選択
複数 ZIP 結合 同一地域の複数 ZIP を 1 つのフォルダに配置し、そのフォルダを選択。
親フォルダに merged_<フォルダ名>.tif が自動生成されます。
結合済み TIF の再利用 生成された merged_*.tif を直接選択することで再結合を省けます。

パラメータ設定ヒント

斜面安定（無限斜面モデル）

無限斜面モデルで斜面安定指数（FS）を算出します。
FS は傾斜角・内部摩擦角・粘着力・土壌深度・飽和率から計算されます。
FS < 1.0：崩壊危険　/ FS < FS閾値：要注意
いずれのパラメータも「硬い層までの表土」の性質を入力します。

パラメータ目安・現場での確認方法
内部摩擦角 φ'
表土粒子の噛み合わせ		 現場で土を手に取り握って確認。
・握ると形が残るが水を含むとドロッと崩れる → φ 20〜28°
　（細かい砂・粘土質・雨後に表面が流れた跡のある斜面）
・握ると固まるが砕ける → φ 30〜35°
　（一般的な杉・檜植林地の山土・壌土）
・握っても形にならずざらざらする → φ 38°〜
　（礫・岩屑混じり・尾根筋・岩盤に近い層）
粘着力 c'
表土の粘り・団結力		 ・砂質で根系の浅い若齢林 → 0 kPa
・礫混じり壌土・中齢林 → 5 kPa
・有機質を含む粘性土 → 10〜20 kPa
土壌深度 z
表土の厚さ		 バックホウや鉄芯で掘削・刺込み、層の変わり目（色・硬さ・粒径が変わる箇所）まで計測。 硬い層が滑り面の候補となります。
飽和率 m ・0.5 = 半分濡れた状態（平常時）
・0.9 = 大雨後の状態
FS 閾値 物理量ではなくレビュー時の設定値（既定 1.2）。下のFS 閾値の考え方を参照。

FS 閾値の考え方（design-FS）

FS そのものは 4つの現場パラメータ（φ・c'・z・m）から計算される物理量です。FS 閾値は物理量ではなく、「どこまで危険を拾うか」というレビュー側の保守度で、被害の重大さ・施業の恒久性・不確実性から決めます。現場ごとに動かす数値ではありません（現場条件は 4パラメータ側で表現します）。

FS 閾値使う場面（目安）
0.8特に危険な箇所があるかを見る（下流に守るものが少ない／一時的作業）
1.2（既定）注意すべき危険を拾う（通常の作業道・施業）
1.5安全に余裕をみる（恒久林道・渡渉部・不確実性が高い）
2.0〜特に慎重を要する現場（人家・重要構造物が下流／豪雨想定）

沢地形（TWI）

TWI（地形湿潤指数）= ln(A / tan(β)) で湿潤帯を識別します。
値が大きいほど水が集まりやすい谷・低地を示します。

パラメータ考え方
TWI 閾値 設定値以下を乾燥地形としてフィルタリング。
8.0 にすると湿りやすい谷部を中心に抽出。値を上げると乾燥地とみなす箇所が増え、 湿潤地が拾えなくなります。
最小集水面積 小さい水みちを除外する下限サイズ。小さい値ほど細かい沢地形も検出されます。

流向方式（Valley/TWI 専用）

TWI と沢ゾーンを計算するときの水の流し方を3方式から選べます。 この選択は沢地形（TWI）のみに効き、流量推測は常に D8 です。
「沢の線のくっきりさ」と「湿り分布の正確さ」のトレードオフになります。

D8（単一最急） D∞（Tarboton） MFD（多方向）
水を1マスにだけ流す。沢が細い1本線でくっきり出るが、TWI面に縦縞のアーティファクトが出る。 隣接2マスに分けて流す。縞が出ず沢の線もそこそこ残る中間型。 下り方向すべてに分配。最もなめらかな湿り分布。沢は谷底に沿うが太く曖昧。
用途：水が集まる危険筋の特定（崩れやすい筋・道で避ける筋）。 用途：線も残しつつ縞のない面が欲しいとき。 用途：沢地形を面として正確に（湿り・災害リスク面）。

数値の目安（上図と同じサンプルDEM・2m・沢の量を揃えた場合：解析対象 72 ha）

方式TWI 閾値の目安抽出された沢面積占有率（対 72 ha）
D8約 5.22.01 ha2.8%
D∞約 5.42.21 ha3.1%
MFD約 5.92.87 ha4.0%

読み方：占有率が小さく線が細い方式（D8）＝「危険な筋」を指し示す。 占有率が大きく面が太い方式（MFD）＝「沢地形そのもの」を面で表す。

集水のスケールが方式で変わるため、同じ沢の量にするのに必要な TWI 閾値が方式ごとにズレます。 方式を切り替えたら上の TWI 閾値 を再調整してください（例：D8 で 5.2 → MFD なら 5.9 前後）。

上の3枚は各方式の挙動の違いを示す説明用の描画例であり、プラグインの成果物ではありません。 違いを示すためだけにサンプルDEM（2mリサンプル）で描画したものです。 実際の出力（twi.tif・valley_zones.gpkg）は解析を実行して生成されます。

流量負荷の推測（時間‐面積法 / Clark 単位図法）

時間‐面積法で、水系に沿った水理的な負荷を推定します。各セルの上流域を 等到達時間帯（isochrone）に分け、設計降雨のハイエトグラフと畳み込んだのち、 線形貯留を1段通します（R = 0.75 × Tc）。3つの「負荷」レイヤーを出力します。

レイヤー意味
Peak load  Qp [m³/s] 最大瞬間流量＝急性の負荷。急でコンパクトな集水域が同期して集中する所で高い。 横断構造物・暗渠の規模、洗掘・氾濫がかかる帯の幅の目安に。
Mean load  Qm [m³/s] イベント総体積を応答時間（継続時間 + Tc）で割った、持続的な負荷。 Tc が大きい所ほど抑制される。Peak ÷ Mean がフラッシュ性の指標。
Time load  Tc [h] 流達時間＝上流域がどれだけ速く応答するか。斜面・源頭でほぼ 0、 流域の出口に向かって最大。

これは計画のための指針であり、厳密な水理解ではありません。線形・時間不変系、 地表流主体の小〜中流域（目安 数 km² 以下）、単一の三角形設計降雨、D8 単一流向を仮定します。 参考：Clark (1945)；Chow, Maidment & Mays『Applied Hydrology』(1988)； USDA NRCS National Engineering Handbook, Part 630。

パラメータ考え方
i_peak（最大降雨強度） 設計降雨のピーク強度 [mm/h]。平均強度（総雨量 ÷ 継続時間）以上が必須。 3つの雨量欄は互いの受付範囲を動的に制限し、矛盾する組み合わせは入力できません （制約で丸められた欄は背景が点滅）。
総降水量 設計降雨の総量 [mm]。降雨イベントの体積を決めます（Mean load と内部の総体積に使用）。
継続時間 T 降雨継続時間 [h]。ハイエトグラフの形と、Tc と合わせて大集水域のピーク減衰を決めます。
流出係数 C 0.8 なら雨の約 8 割が地表流として計算されます。
流速係数 林地 0.3 / 草地 0.6 / 舗装面 1.5 m/s が目安。
DSM/DTM を設定した場合、流出係数・流速係数は樹冠高さからセルごとに計算されます。

出力ファイル一覧

ファイル名内容
twi.tif排水・湧水・ぬかるみ（地形湿潤指数）
stability_fs.tif斜面安定性（FS ラスタ）
integrated_risk_index.tif総合リスク指標（0〜6）
integrated_high_risk.gpkg重点箇所ポリゴン
valley_zones.gpkg沢形状・集水地形ベクター
flow_peak.tifPeak load Qp [m³/s] — 最大瞬間流量
flow_mean.tifMean load Qm [m³/s] — （継続時間 + Tc）で割った持続的な流量
tc.tifTime load — 流達時間 Tc [h]
解析結果は番号付きサブフォルダ（0001, 0002, …）に保存され、自動削除は行いません。上書き解析は同じ番号を差し替えるだけで、それ以外は溜まっていきます。次の番号は「既存の最大番号 + 1」です。途中の番号を削除してもその番号は再使用されず、最大番号のフォルダを削除した場合のみ次でその番号が再利用されます。フォルダを削除すると、どの解析からも参照されなくなった dem/ / vs_lp_grid/ のタイルを DEM キャッシュ整理が解放できるようになります。出力フォルダとキャッシュが際限なく肥大しないよう、不要になった番号フォルダはファイルマネージャで直接削除してください（プラグインの起動は不要です）。

機能説明

斜面安定

無限斜面モデルによる安定性係数 FS を算出。FS < 1.0 で崩壊リスク、FS < 1.5 で注意域。 土質パラメータ（φ・c・γ）と地形勾配・土層深から計算。

沢地形

DEM から集水地形・沢筋を抽出したベクターデータ。 路網や作業道計画での水系との干渉確認に使用。

湿潤地形

地形湿潤指数（TWI）ラスタ。値が高いほど水が集まりやすく排水不良・ 地盤軟弱・ぬかるみリスクが高い。

流量負荷の推測

時間‐面積法（Clark 単位図法）で、水系に沿った水理的な負荷を推計。 Peak load（急性）・Mean load（持続）・Time load （Tc、応答の速さ）の3レイヤーを出力。Peak と Mean は雨の尖りに加えて地形の集中性で差が出ます。 DSM 設定時は樹冠高から流出係数・流速係数を地点ごとに可変。

解析レイヤー表示（Filter / Buffer）

Analysis パネルで Flow ボタンを押すと Peak load → Mean load → Time load と切替わります。 Filter（Off / Low / Mid）は低値を透過させて水系の骨格を抽出 — Peak と Mean は フィルタ設定を共有し、Time load は独立。Buffer は流線まわりの滲みで、 Peak / Mean のみ有効（Time load では無効）。

総合リスク

FS・TWI・Peak load を統合した加算型リスク指標（0〜6）。 複数の危険因子が重なる箇所を「重点箇所」ポリゴンで抽出。

解析レイヤーのエクスポート

Analysis パネルの Export ボタンで、選択中の解析番号の全出力レイヤーを Forestry Operations Lite - <番号> という独立グループ（プラグイン管理グループ とは別）へ書き出します。解析番号の切替やプラグイン終了で消えず、プラグインを開かずに書類作成等 で参照できます。現在の Filter と不透明度が適用され、スタイルは各データファイルの隣に .qml サイドカーとして保存されるため、生の .tif / .gpkg を別プロジェクト・別 PC・他 GIS で開いても配色が付いてきます。低値透過 Filter はレンダラーに 含まれるので再現され、Buffer の滲みは別レイヤーのためエクスポートされません。チェックが 入るレイヤーは現在表示中のものに一致します（1キーに複数ファイルがある場合は表示中の1件のみ）。 同じ番号を再エクスポートしても前回分は残ります（重複可）。上書き解析は解析番号フォルダごと 差し替わるため書き出した .qml も消えます — 再エクスポートで作り直してください。

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