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摘要
中国投入数百亿美元，用了大约60年的时间在黄土高原大规模建设淤地坝，以控制严重的土壤侵蚀。在过去的几十年里，这些淤地坝拦截了数十亿吨的侵蚀泥沙，大大减少了黄河的含沙量。然而，由于淤地坝的数量和空间分布尚不清楚，淤地坝拦截泥沙量及其在黄河流量和泥沙变化中的作用仍存在很大的不确定性。
本研究将高分辨率和易于访问的Google Earth图像与基于对象的分类方法相结合，在黄土高原生成了首个淤地坝矢量数据集。首先对淤地坝的关键特征进行调查分析，获得了最佳提取时期的0.3-1.0 m分辨率Google Earth图像。然后，通过多尺度分割、阈值分类、河网叠加等方法，初步得到了粗略的淤地坝分布。最后，利用自主开发的人机交互程序，结合辅助数据、可视化解译和专家知识，提高淤地坝的分类精度。
通过采集的1947个试验样本对数据集的准确性进行了验证，生产者精度和用户精度分别为88.9%和99.5%。在省级层面，该数据集的淤地坝面积和数量与最新的官方统计数据高度一致，R2 = 0.99。本研究为准确评估淤地坝的生态系统服务功能（包括泥沙截留、固碳和粮食供应）提供了基础数据，有助于解释当前黄河输沙变化和未来水土保持工程规划。
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淤地坝在水土保持方面发挥了惊人的作用，在全球水土流失严重的干旱半干旱地区得到了广泛的应用。建在沟壑中的淤地坝可以直接截流侵蚀泥沙。此外，淤积泥沙在淤地坝后形成的淤积土地能够降低坡度和径流速度、稳定沟床、减弱侵蚀动能，拦河坝的“挡沙”和“减冲”作用协同降低了流域产沙量（50-77%）。另外，坝后肥沃的淤积土含水量高，抗旱性强，常作为高产稳产的农田。有关淤地坝的详细知识可以在延伸阅读中学习。
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自20世纪70年代以来，中国政府和当地农民在沟壑中广泛修建了防波堤，以防止泥沙流入黄河。据中华人民共和国水利部报告，黄土高原已经建造了11万多座拦河坝，并拦截了大约21×109 m3的泥沙。然而，据《第一次全国水普查公报》报道，截至2013年，黄土高原只有58446座淤地坝建成并保持完好，泥沙淤积约为7×109 m3。几乎所有关于黄河泥沙收支的区域研究都引用了这两份报告中的一份，而这两份报告中的淤地坝数据之间存在巨大差异，导致使用这些数据估算的所有泥沙截留和碳储量都可能被高估或低估。此外，虽然由中央政府出资设计的容量在5×105至5×106 m3之间的大型淤地坝有详细记录，但由地方政府或农民建造的数万座淤地坝仍不清楚。
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6、由于淤地坝的空间分布不均匀，传统的均匀采样可能导致精度评价的偏差。为了提高验证的可靠性，研究根据数据集中的县级淤地坝数量来确定每个县的测试样本数量。此外，与水利部提供的各省淤地坝的面积和数量官方数据进行比较。
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研究使用的各省淤地坝面积和数量的官方统计数据来自水利部黄河水利委员会（http://www.yrcc.gov.cn/sylm/2022stbcgb/）。淤地坝数据集可在https://doi.org/10.5281/zenodo.7619098免费获取。淤地坝矢量化数据集包括经度、纬度、坝地面积（m2）、坝地周长（m）、泥沙体积（104 m3）、泥沙质量（104 t）等属性。
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研究共确定了50226座现有的淤地坝。陕西、山西、内蒙古、河南、甘肃、宁夏、青海的淤地坝数量分别为27557座、18000座、2288座、833座、827座、653座、68座，分别占黄土高原淤地坝数量的54.9%、35.8%、4.6%、1.7%、1.6%、1.3%、0.1%；根据《水土保持综合治理技术规范-沟壑治理技术》（GBT16453.3-1996）中淤地坝分类标准中的坝地面积，微型（坝地面积0-0.2 hm2）、小型（0.2-2 hm2）、中型（2-7 hm2）、大型（7 hm2）淤地坝数量分别为4207座、34577座、9192座和2250座。占比最高的中小型淤地坝约占总数的69%和18%。
