国际边界河流的动态如何影响河岸地区？以中俄乌苏里河为例的启示

《Geomorphology》：How do international boundary river dynamics affect riparian land? Insights from the China-Russia Ussuri River

本研究以中俄界河乌苏里江为案例，耦合DSAS与ANN-MLP模型，揭示其近37年河道非线性演变规律及土地利用变化特征，预测至2042年两国耕地与森林侵蚀的不对称影响，提出建立双边风险预警和联合治理框架的必要性。

　　

黄思静|卢胜全|吴斌|张文竹

南宁师范大学自然资源与测绘学院，中国南宁，530001

摘要

国际边界河流的变动会导致土地利用的不对称变化，从而影响沿岸国家的生态、经济和地缘政治。然而，目前缺乏对国际边界河流跨境影响的定量评估，尤其是考虑到过去和未来的动态变化。以中俄乌苏里河为案例研究，本研究通过结合河岸线预测（DSAS）与土地利用和土地覆盖（LULC）预测（ANN-MLP）的方法来模拟其动态相互作用。研究结果表明，乌苏里河在过去37年中的演变从早期沉积（1985–1995年）转变为逐渐侵蚀，其中河中心线的最大迁移距离达到了400米。土地利用变化主要表现为耕地、森林和湿地之间的转换，并伴随着显著的湿地损失。关键的是，未来预测显示这种变化具有显著的不对称性，不同国家面临的脆弱性也各不相同。到2042年，虽然中国的耕地侵蚀面积预计会大幅增加，但俄罗斯的森林侵蚀率预计将更高。研究表明，边界河流的动态变化对沿岸国家的影响存在显著差异，而这些影响可能会因各国土地管理和保护实践的差异而加剧，为建立双边风险预警和联合治理框架提供了重要的科学依据。

引言

河流是地球上最活跃的地貌力量之一，其河道形态处于持续变化之中（Finotello等人，2024年）。这一过程主要由河岸的侧向侵蚀和堆积驱动（Wu等人，2023a，2023b），导致河道不断迁移，从而深刻影响沿岸洪泛区的生态系统和土地利用模式（Chadwick等人，2022年）。河流的形态和布局受到多种因素的影响，包括气候变化（Allen和Pavelsky，2018年）、地质条件（Righini等人，2017年）、水动力学（Wu等人，2023a，2023b）以及人类活动（Yu等人，2023年）。为了研究这些机制，研究人员经常使用遥感（Xie等人，2024年）、地理信息系统（GIS）（Najafi等人，2024年）、数字河岸线分析系统（DSAS）（Acharyya等人，2023年）和水文建模（Shen等人，2023年）等方法。现有研究主要集中在流域管理（Wang等人，2023a，2023b）、河口三角洲的沉积物沉积（Nienhuis等人，2020年）以及水体的形态变化（He等人，2024年）等方面。大量研究表明，河流形态的动态变化直接重塑了相邻土地，对全球洪泛区社区的生计产生了重大影响（Chakraborty和Saha，2022年；Alam等人，2021年；Mandal，2017年；Vu等人，2024年）。还开发了预测模型来评估这些影响；例如，使用DSAS评估了河流形态的变化，并将其与CA-Markov模型预测的洪泛区LULC变化联系起来（Loukika等人，2022年；Hasanuzzaman等人，2022年），同时利用遥感和CA-ANN模型识别和预测河岸迁移对土地利用/土地覆盖（LULC）动态的影响（Ritu等人，2023年）。这些发现为理解河流河道演变与土地覆盖变化之间的关系提供了重要的方法和数据支持。

当这些普遍存在的河流过程发生在作为国家边界的河流上时，其影响超出了纯粹的地理和生态范畴。国际边界河流是国家之间的重要政治、经济和生态纽带。全球大约三分之一的陆地边界由河流划定（Popelka和Smith，2020年），然而河流的动态特性与静态划界的政治需求之间存在天然矛盾（Yousefi等人，2017年；Dai等人，2015年）。许多案例研究表明，国际边界河流的移动会影响沿岸国家的公平航行、水资源分配和环境保护（Fazelpoor等人，2021年；Zhang等人，2023a，2023b），甚至可能引发领土争端（Gleditsch等人，2006年；Thomas，2021年；Swatuk和Motsholapheko，2008年）。例如，墨西哥和美国之间的Chamizal地区边界河流的变动导致了一场长期的土地所有权争端（Mosweu和Mosweu，2023年）。同样，塞尔维亚和克罗地亚之间的边界河流持续向西迁移也引发了边界争议（Ashton，2000年）。其他类似的例子包括博茨瓦纳/纳米比亚争端（1999年）、贝宁/尼日尔争端（2005年）以及比利时/荷兰的默兹河争端（1995年）（Shaw和Evans，2000年）。因此，研究边界河流的动态过程及其影响对于维护领土安全和促进跨界水资源管理至关重要。

关于这些具有政治意义的边界水域，现有研究主要集中在跨界水冲突和资源管理方面。例如，事件分析揭示了全球跨界水冲突规模的上升趋势（Wang等人，2021年）。澜沧江-湄公河流域的跨界合作模型通过结合模拟优化方法和合作博弈论进行了分析（Yu等人，2024年）。此外，还使用遥感和LCM工具对阿拉斯河流域进行了多情景模拟，为区域水资源危机提供了决策支持（Mirzaei等人，2020年）。从政治角度来看，其他学者也评估了边界河流形态变化对国家安全的影响（Lu S等人，2020年）。尽管在理解和管理边界河流及其环境影响方面取得了一些进展，但仍然缺乏将河流物理动态与沿岸国家土地利用不对称变化相结合的定量研究。

中国拥有世界上最长的国际边界河流之一，尽管大多数都是小河流（Chen，2019年）。乌苏里河是少数几条大型边界河流之一，平均主河道宽度为600米。作为一条冲积平原河流，它以频繁的河道振荡和活跃的侵蚀与沉积为特征，因此其动态变化引起的土地覆盖变化更为明显。此外，两岸的土地利用模式存在明显的国家差异：中国一侧是重要的商业粮食基地，农业活动密集且人口密集，而俄罗斯一侧人口稀少，主要覆盖着广阔的自然湿地。尽管现有研究指出了乌苏里河存在的问题，如自然湿地的减少（Lu等人，2019年；Wang等人，2023a，2023b）、水文连通性的不稳定（Mu等人，2024年）、沿岸景观的显著变化（Zhang等人，2010年；Zhang等人，2025年）、频繁的洪水（Cong等人，2016年）以及某些河岸的严重侵蚀（Meng等人，2015年），但这些研究大多局限于单一国家的视角。这些研究也缺乏对河流形态变化的定量分析，特别是将边界河流的动态与两国土地覆盖变化联系起来。

在对现有文献进行全面回顾的基础上，我们发现当前研究主要集中在跨界水事件的定性分析和流域尺度的水文学研究上，缺乏对国际边界河流不对称形态变化及其对土地覆盖影响的分析。为了填补这一空白，本研究旨在从跨界角度分析国际边界河流动态对沿岸土地利用模式的过去和未来影响。具体研究目标包括：（1）定量描述过去四十年来乌苏里河的形态演变；（2）揭示河道变化与LULC变化之间的耦合关系和不对称特征；（3）构建一个预测框架，以评估河流动态对中国和俄罗斯沿岸土地的潜在未来影响。这项研究可以为监测边界河流的迁移趋势以及两国的沿岸土地利用规划提供定量结果，同时为全球国际边界河流的管理提供参考。

研究区域

乌苏里河是东北亚阿穆尔河最大的支流之一。它发源于俄罗斯东部锡霍特-阿林山脉的南部山麓，河口位于中国黑龙江省的哈巴罗夫斯克和抚远县之间。作为中国和俄罗斯之间的边界河流，其总长度为890公里，其中约450公里为国际边界（Dai等人，2015年；Qiankun等人，2020年）。这条河流流经

量化乌苏里河河道动态

图3展示了1985年至2022年间乌苏里河侵蚀和沉积的时空动态。我们的研究发现，在整个研究期间，侵蚀和沉积总体上保持平衡，尽管河岸侵蚀严重（图3f，g），但土地面积净增加了约55.1公顷。区域间存在差异：某些河段表现出严重的侵蚀（图3b），而其他河段则经历部分或

国际边界河流变化对LULC影响的机制

影响乌苏里河河岸线迁移的主要自然因素是气候、洪水和土壤条件（Wang P等人，2020年）。特别是气候变化通过改变降水模式和极端降雨事件的频率来影响洪水过程（Zhang等人，2023年）。乌苏里河位于东亚夏季季风区的边缘，对区域气候的变化非常敏感。几乎每年洪水季节都会发生洪水事件

结论

本研究旨在量化中国-俄罗斯边界沿线乌苏里河的河岸动态，并评估河道迁移如何重塑两侧的沿岸LULC。我们利用多时相遥感的水频信息划定了活跃的河流走廊，使用GIS和DSAS量化了1985–2022年间的河岸迁移，并使用ANN-MLP模型预测了2032年和2042年的沿岸LULC变化。这种从中观到微观的视角使我们能够

CRediT作者贡献声明

黄思静：撰写——审稿与编辑，撰写——初稿，可视化，验证，软件，方法论，调查，正式分析，数据管理，概念化。卢胜全：撰写——初稿，验证，监督，方法论，正式分析，数据管理，概念化。吴斌：撰写——审稿与编辑，监督，项目管理，资金获取，数据管理，概念化。张文竹：撰写——审稿与编辑，监督，

未引用参考文献

Lu等人，2023

Lu等人，2025

Wang等人，无日期

Wang等人，2024

利益冲突声明

作者声明以下可能被视为潜在利益冲突的财务利益/个人关系：

吴斌报告获得了中国国家自然科学基金会的财政支持。吴斌报告获得了中华人民共和国科技部的财政支持。张文竹报告获得了中国国家自然科学基金会的财政支持。如果有其他作者，他们声明

致谢

本研究得到了中国国家自然科学基金会（资助编号：42061043 和 42361047）以及中央政府地方科技发展引导基金（资助编号：GuikexYZ3055016）的支持。