2017–2018 年黄土丘陵沟壑区第一副区辛店沟流域坝库淤积观测数据集

2021-10-13马朵王喆韩立钦李昱霏尤雪静张耀南

中国科学数据(中英文网络版) 2021年3期

关键词：淤地坝观测站淤积

马朵，王喆，韩立钦，李昱霏，尤雪静，张耀南

1.黄河水土保持绥德治理监督局（绥德水土保持科学试验站），陕西榆林 719000

2.中国科学院西北生态环境资源研究院，兰州 730000

3.国家冰川冻土沙漠科学数据中心，兰州 730000

引言

淤地坝在防洪、拦泥、增产、蓄水方面具有良好的应用效果，是黄河中游多沙粗沙区减少入黄泥沙的主要措施。淤地坝作为重要的水土保持措施，在控制流域侵蚀产沙、减少泥沙输移方面作用显著[1]，对减少入黄泥沙发挥了重大的作用[2]。研究表明，淤地坝的拦沙减蚀作用远大于坡面治理措施的作用，甚至是后者的数倍乃至10 倍以上[3-6]。开展淤地坝淤积观测，主要目的是掌握淤地坝对流域水沙的拦截、调节和蓄存机理，反映流域水沙输移过程，揭示以流域为单元的淤地坝拦沙减蚀作用和产流产沙规律，为黄河水沙变化关系研究提供基础性数据支撑。

2017 年，绥德站选定黄土丘陵沟壑区第一副区辛店沟流域辛店沟青阳峁、小石沟6#和白草洼3座淤地坝，开展汛期洪水过程淤积观测。本数据集为2017–2018 年前述3 座淤地坝的汛期洪水过程淤积观测数据，主要内容包含淤积深度、淤积面积和淤积量等。本数据集可用于黄土高原典型治理小流域水土流失过程、水沙规律和水保效益研究，也可为黄河水沙关系定量研究、区域高质量发展提供基础性数据支撑。

1 数据采集和处理方法

小流域淤地坝拦沙淤积观测主要是为了探明不同水土流失治理措施及程度下淤地坝拦沙淤积的特征差异。观测时间为每年6 月初至9 月底（汛期）。发生暴雨后，进行加测。观测地点为辛店沟流域青阳峁、小石沟6#、白草洼3 座淤地坝。坝体内布置观测桩，形成断面，根据观测的淤积厚度、断面宽度、断面与断面间的垂直距离，计算淤积面积。

1.1 数据采集

根据洪水泥沙在淤地坝内的淤积规律（坝前淤积较坝尾淤积薄，坝前蓄水较坝尾蓄水深），从坝前到淤积末端，以控制淤积体平面变化为原则，按相邻间距小于淤积总长度1/6～1/10 布设n个断面，测量断面间的距离Li，测量断面宽度Di，在每一断面布设m个测点（能控制淤积断面起伏），并在各高程观测站点布设测桩，测量各观测站点的高程和测点间的水平距离。汛前将测桩布设在观测站点上，记录下各个观测站点的原始高程数据。

次暴雨和汛期后，对选定的观测淤地坝进行实地观测，利用各观测站点观测桩上的水尺读数或泥沙淤积实时观测高程，读取次暴雨后观测淤地坝的各个观测站点上的淤积高程Zj。

1.2 数据采集方法

淤积厚度采用平均淤积高程法，计算出所观测淤地坝的总库容。淤积面积、各断面的平均高程和淤积面的平均高程，计算方法如下：

式中：S淤积是n个淤积面积的和；Li是第i个断面到第i+1 个断面间距离，单位为m；Di是第i个断面宽度，单位为m；Z为坝区淤积面的平均高程，单位为m；Zi为第i断面的平均淤积高程，单位为m；Zj为第i断面第j 测点的水面高程，单位为m；△Li为相邻断面的间距，单位为m；L＝Σ△Li为坝前到淤积末端的长度，单位为m；△Bj为同断面相邻测点间的水平距离，Bi＝Σ△Bj为第i断面淤积面的宽度，单位为m。

然后，根据汛前观测的淤地面积（S淤积）乘以汛后坝区淤积面的平均高程坝（Z汛后）减去坝区淤积面的平均高程（Z），计算出淤地坝的泥沙淤积量W淤积。

根据上述计算方法，得出2017–2018 年度青阳峁坝、小石沟6#坝和白草洼坝的淤积量。

2 数据样本描述

本数据集包含五个文件，分布为青阳峁淤地坝监测点图，小石沟6#淤地坝监测点图，白草洼淤地坝监测点图，淤地坝淤积观测数据计算成果（2017 年），淤地坝淤积观测数据计算成果（2018 年）。其中监测点图存储形式为PDF，计算成果数据格式为Excel。样本展示如图1、表1、表2。

表1 淤积深度观测样表单位：cm

表2 淤积观测成果样表

图1 白草洼淤地坝监测点图

3 数据质量控制和评估

为了确保数据的准确性，在布设观测桩时，充分考虑观测桩在坝体内的连续性和完备性，分别在坝前、坝中、坝尾合适的位置布置观测桩。在测量数据时使用RTK 高精度定位观测设备，对原有的三维控制坐标点进行校核的基础上，对项目确定的观测坝进行工程特性、淤地面积和淤积量等高精度动态观测。数据录入过程经过人工校核，分别采用制表、初校、复校、审核4 个步骤，以确保数据质量。