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针对高山溪流中大木材（LW）的长期动态受干扰事件序列和历史人工结构影响机制不清的问题，本研究通过2016、2023和2025年的重复调查，揭示了风倒、泥石流和平静期内，未维护的1960年代拦沙坝如何作为次级储存单元，主导了LW的时空分布，指出系统当前处于“源受限”阶段，为山区河流管理和风险评估提供了关键见解。
在陡峭的高山溪流中，粗大的倒木（Large Wood， LW）不仅是重要的地貌和生态组成部分，也构成了潜在的洪水风险。然而，我们对这些“河流中的巨人”如何响应一系列自然灾害（如风暴、泥石流、洪水）的连环冲击，以及那些早已被遗弃、逐渐老化的人工结构（如拦沙坝）在其中扮演何种角色，却知之甚少。这些问题对于预测未来气候变化下山区河流的行为、评估生态恢复潜力以及防范木材堵塞桥梁等灾害至关重要。
本研究聚焦于捷克赫鲁比耶塞尼克山脉的克莱帕奇溪上游一段约2公里的河道。这里是一个绝佳的“自然实验室”：流域在2007年经历了严重的风灾（Kyrill风暴），2010年爆发了泥石流，随后经历了十多年的相对平静期，直到2024年又遭遇了极端洪水（Boris风暴）。与此同时，河床上散布着13座建于1960年代、现已无人维护的混凝土拦沙坝。研究人员在2016年、2023年和2025年对这段河道进行了三次详尽的大木材（LW）调查，测量了每一根符合标准（长度≥1米，直径≥0.1米）的倒木，并结合水文气象数据、历史航片和地貌分析，试图解开过去二十年事件级联与历史工程结构如何共同塑造了LW的储存图景。
为开展这项研究，作者主要运用了以下几项关键技术方法：对研究河段进行了三次重复的实地大木材（LW）清查，详细记录每根木材的尺寸、位置（河道内或阶地上）以及与拦沙坝的关联；利用变异系数（CV）和全局莫兰指数（Moran's I）等空间统计方法，量化了LW储量沿河道的空间异质性和集聚模式；通过实地测量和历史图纸对比，评估了拦沙坝的结构退化程度（如溢流口高度降低）及其上游沉积楔体的变化；此外，还分析了长达20年的附近水文气象站数据，并基于多期正射影像（2006-2024年）对河岸带30米缓冲区内的土地覆盖（开阔地、幼林、中龄林、成熟林）演变进行了分类，以评估LW的补充潜力。
研究结果
4.1. 大木材的补充潜力
水文气象记录显示，2004-2024年间，极端大风和日平均流量的高值多出现在前十年，而日降水极值在整个时期分布相对均匀。航片分析揭示，2010年事件前，研究河段上游因风倒产生了大量LW补充源，导致河岸带开阔地面积从2006年的0.9%激增至2009年的9.1%。此后，河岸带森林覆盖变化甚微，大部分开阔地已被幼树自然更新。截至2024年，成熟林（占河岸带面积的57.7%）是未来LW的主要潜在来源，尽管其面积自2006年（68.6%）以来已有所下降。
4.2. 大木材分布的变化
三次调查显示，河道走廊（河道内+阶地）的LW总数量和体积先增后减：2016年为982根（127.77立方米），2023年为1023根（154.90立方米），2025年降至896根（127.09立方米）。河道内LW体积占比持续上升，从2016年的24.4%增至2025年的46.9%。相反，阶地上储存的LW体积在2025年显著下降。LW的平均长度在2016年至2023年间显著增加。木材垛（jam）的数量和总体积在2025年调查中均有所减少。
空间分布上，上游河段（0.1–0.65公里）因2010年泥石流遗留影响，LW储量始终显著高于下游。2016至2023年间变化不大，局部体积增加可能源于成熟河岸树木的自然死亡。而2024年洪水导致除0.80–0.90公里处（因一处小规模山坡泥石流输入新材料）外，几乎所有河段的LW储量普遍下降。空间统计分析表明，河道内LW储量在2016和2023年呈现显著的纵向空间集聚，但在2025年洪水后这种集聚性消失；而阶地上的LW则始终保持高度的空间异质性和显著的纵向集聚，表明其作为“地貌记忆”载体，受过去高能事件遗留沉积模式的控制更为持久。
4.3. 拦沙坝截留效率的变化
尽管拦沙坝结构持续退化（2016至2025年间溢流口总高度降低了3.8米，沉积楔总长度减少了36米），但它们依然是重要的LW储存点。2025年，这些坝体截留的LW总体积达到37.11立方米，占LW总储量的29.2%。这一增长主要归功于7号坝（0.87公里处）捕获了一次山坡泥石流输送来的大量新木材（体积达16.1立方米）。若排除此次输入，其余坝体在2025年截留的LW体积相较2023年下降了约三分之一，反映出坝体退化导致截留效率普遍下降，以及2024年洪水对老旧腐烂木材的再搬运作用。即使严重损毁的坝体（如9号坝，溢流口几乎被冲平），仍能通过残留的侧翼拦截少量LW。
结论与讨论
本研究表明，一系列干扰事件和背景过程的级联效应，与逐渐退化的拦沙坝相互作用，共同塑造了陡峭源头溪流中LW的时空分布格局。2010年的泥石流（尽管水文强度一般，但前期风倒提供了充足木材）是LW大规模补充和长期储存的主导机制，其地貌印记持续了十余年。相反，2024年的极端洪水（水文强度达50-100年一遇）却主要导致LW的损耗而非补充。这揭示了一个关键机制：系统已进入LW循环的“源受限”（source-limited）阶段。早期的高强度干扰耗尽了河岸带最易受侵蚀区域的成熟林木，限制了当前的补充潜力，使得后续事件即使水力强大，也缺乏可供搬运的新木材。这类似于泥沙研究中“供给耗尽”的概念。
研究还强调了“地貌记忆”系统的存在。过去泥石流事件塑造的LW储存模式，特别是储存在阶地上的部分，能跨越多个洪水周期持久存在。同时，13座未维护的拦沙坝尽管结构持续退化，仍通过局部降低坡度、迫使河道拓宽以及残留结构的物理拦截，作为“次级储存区”发挥着与其空间占比不相称的重要作用（占据约8%的河段长度，却截留了近30%的LW）。然而，其持续的退化预计将使其功能从部分截留逐渐转向完全输运。
总之，这项研究揭示了在温带山区常见的干扰背景下，森林林分动态与历史治山结构如何共同调控着数十年来LW和泥沙的通量。认识到这种相互作用对于制定山区河流适应性管理策略至关重要。森林再生轨迹应被明确纳入LW预算和洪水灾害评估，而日益老化的拦沙坝网络的渐进退化也必须整合到泥沙和木材输运模型中。这些发现为理解气候变化下山地河流系统的复杂行为提供了重要的野外实证基础。
