长江南京段河床与洲滩平面演变特征遥感分析.pdf

DOI:10.12170/20221130006杨志，董坤明，王珊，等.长江南京段河床与洲滩平面演变特征遥感分析 J.水利水运工程学报，2023（4）：34-41.（YANG Zhi,DONG Kunming,WANG Shan,et al.Morphological evolution of river and sandbars based on satellite remote sensing images of theNanjing reach of the Yangtze RiverJ.Hydro-Science and Engineering,2023（4）:34-41.（in Chinese）长江南京段河床与洲滩平面演变特征遥感分析杨 志1，董坤明2，王 珊3，陈 槐4，王乃茹4，范红霞4(1.安徽省现代交通设计研究院有限责任公司，安徽 合肥 230011；2.水发规划设计有限公司，山东 济南250100；3.江宁区水务局，江苏 南京 210000；4.南京水利科学研究院 水文水资源与水利工程科学国家重点实验室，江苏 南京 210029)摘要:以长江南京段为例，根据 19842020 年间 Landsat 卫星遥感影像资料，利用归一化差分水体指数法提取特定水位下的水边线，形态学方法提取河床边界和洲滩，本征正交分解法提取两者的时空演变特征。结果表明：近 40 年以来，长江南京段河床边界受人类活动影响向内收缩（对应水域面积减幅 6%），并以长江村附近收缩最为剧烈，主要发生于 19842005 年；河段五大洲滩中，八卦洲、梅子洲及新济洲的形态变化较小，新生洲洲头消退和洲尾淤长程度相近，新潜洲自洲头向下游逐渐淤长，面积增幅 200%，洲尾初期、中期及后期增长分别发生在 19842000 年、20002005 年及 20052020 年。河床边界与洲滩时间序列的一阶模态反映了时均形态，其他高阶模态反映了局部冲淤消长规律，模态投影系数反映了各空间演变特征对应的时间演变特征。关键词：长江南京段；洲滩；Landsat 卫星遥感影像；归一化差分水体指数；形态学方法；本征正交分解中图分类号：TV147 文献标志码：A 文章编号：1009-640X(2023)04-0034-08 随着南京沿江经济的发展，对长江岸线、水资源开发利用的要求愈发迫切，对长江河势稳定、防洪安全的要求也越来越高。探讨南京河段的河床与洲滩演变特征，可为南京段河势稳定、岸线资源的开发利用等提供科学依据，具有重要的研究意义1。长江南京段是典型的分汊型河道，相关的河床演变研究较多，但受水文测站布点、地形资料等制约，研究往往只局限于局部河段2。臧英平等3根据监测资料分析了长江南京段近 20 年 5 个时期的河势及岸段变化，表明河势基本稳定，深泓线横向摆动较小，深槽区平面位置基本稳定，岸线冲淤变化不大；朱宇驰4利用长江南京段近 50 年 4 个时期的航道图，结合 GIS、RS 和数字高程模型（DEM），分析了南京段的岸线变迁及水下地形冲淤演变，总体表现出淤积-冲刷-稳定的特征；徐韦等5利用 1998 年和 2013 年南京段的历史水下地形数据，结合 20152016 年多波束测深、流速与河床沉积物数据，探讨了南京段河槽演变对三峡水库等人类活动的响应规律。传统的河床演变分析很大程度上受制于水文站点和野外实测资料，仅利用传统观测手段很难全面有效地掌握河流基本信息。随着科学技术的发展，卫星遥感可获取多时相观测影像数据，能为河床演变提供直接有效的方法，越来越多的研究人员采用卫星遥感影像研究河床平面形态的变化6-8。河床平面形态的变化与河床演变关系密切，河床平面形态通过平面位置迁移、河宽变化、沙洲的形态变化及其产生和消亡过程、汊道增减等，来反映河床演变过程9。已有关于长江的卫星遥感研究成果极多，但极少针对南京河段的详细研究。严夏青等10提取了 20162020 年月度长江干流上海至宜宾段水域面积，并分析其年际、年内变化 收稿日期：2022-11-30基金项目：国家重点研发计划资助项目（2022YFC3204504）；国家自然科学基金资助项目（52179072；52209095）；南京水利科学研究院创新团队项目（Y220011）作者简介：杨志（1989），男，河南南阳人，工程师，主要从事水利水运工程设计研究。E-mail： 第 4 期水利水运工程学报No.42023 年 8 月HYDRO-SCIENCE AND ENGINEERINGAug.2023规律；姜玲玲等11研究了长江干流江心洲在 19842019 年的变化过程，发现江心洲在过去 35 年平面形态总体上以扩张为主，但存在一定的区域性差异。鉴于目前南京段长时间序列演变分析的研究成果较少，且遥感影像演变方面研究不足的现状，通过广泛收集南京河段长时间遥感影像序列（共约 800 幅），并引入本征正交分解法分析河床边界和洲滩的时空精细演变特征，以期为河流的合理开发利用、科学保护和有效管理提供支撑。1 研究区域及数据分析方法长江南京段位于江苏省境内，上起猫子山，下至三江口，全长 93 km，是长江中下游干流 14 个重点河段之一（图 1）。长江两岸干堤总长 191.05 km（不含洲堤、以山代堤段和通江河港堤），其中江南97.72 km，江北 93.33 km。径流下行受潮水上行顶托形成两种水势交互，在南京段形成了新生洲、新济洲、梅子洲及八卦等诸多沙岛和浅滩，使长江在南京段多次分汊，主、支汊交替变化。1.11.1数据来源本文收集的数据主要来自 Landsat（地球资源技术卫星），包括 19842020 年间南京河段所属区域（Landsat 轨道号（120，38）约 800 幅卫星遥感图片（卫星重现期为 15 d，每月 2 幅），仅利用其中两个波段（Green 绿、NIR 近红外）的数据，空间分辨率为30 m。南京潮位资料来源于历年的长江流域水文资料第6 卷第 6 册。1.21.2计算方法采用基于绿波段与近红外波段的归一化差分水体指数（NDWI）来凸显影像中的水边线信息12。以2020-02-06 的南京段遥感影像为例，经过归一化差分水体指数计算后，采用 otsu 阈值分割算法进行二值化（图 2(a)）。可见，NDWI 指数可清晰凸显出水边线信息。图 2 中黑色区域取值为 0，白色区域取值为 1。当水边线信息凸显后，采用形态学方法提取河床边界和洲滩，主要利用开操作与闭操作。利用形态学方法提取长江南京段河床边界和 5 个大洲滩（图 2(b)）。为清晰显示，图 2(b)中河床边界和洲滩的比例尺不同。由于 Landsat 卫星影像分辨率为 30 m，在提取河床边界和洲滩面积时会引发误差，本文按最不利情况考虑，即所有的水边线提取误差都为 30 m。本征正交分解法（Proper Orthogonal Decomposition，POD）主要对高维度特征数据进行降维，仅保留高维度数据最重要的特征，去除噪声和不重要的特征，从而简化数据分析。本文主要用于河床边界或洲滩形态序列中含能模态的提取。POD 方法将信号序列投影到最优函数空间，使信号在该最优函数空间投影的平均 南京城南京青奥体育公园桥北滨江湿地公园二桥公园太子山公园长江村三江口猫子山河床边界洲滩八卦洲梅子洲新潜洲新济洲新生洲南京潮水位站 图 1 长江南京河段河床边界及洲滩Fig.1 Riverbed boundary and sandbars in the Nanjing reach ofthe Yangtze river 梅子洲新潜洲河床边界新济洲 新生洲八卦洲(a)水边线提取(二值化)(b)河床边界与洲滩分离(示意图,河道与洲滩比例不同)图 2 长江南京河段河床边界与洲滩提取（2020-02-06 遥感影像）Fig.2 The extracted shorelines and sandbars in the Nanjingreach of the Yangtze River 第 4 期杨 志，等：长江南京段河床与洲滩平面演变特征遥感分析35能量最大，则该最优函数空间的解为信号序列的空间相关系数矩阵的特征向量空间，可通过特征分解进行求解，具体步骤见文献 13。2 计算结果 2.12.1遥感影像筛选采用目视解译法人为挑选了 289 张不受云层影响的遥感影像，分析可用遥感影像的时域分布特征。由图 3 可见，夏季 69 月降雨较多，云层覆盖频繁，导致可用图片数量较少；可用图片的年际分布也不均。水边线提取需要在同一水位（拟定为 85 高程 5 m 水位，接近南京河段造床流量 45 000 m3/s 对应水位 5.31m）下，南京河段岸坡坡比一般为 15，按 Landsat 卫星图片 30 m 的分辨率，小于 6 m 的水位差反映在图片上不超过 1 个像素；同理，五大洲滩的坡比一般为 113，只要水位差小于 2.3 m，则误差不超过 1 个像素。以2015 年为例，图 4 给出了南京潮位站的日均水位，从 2015 年可用遥感影像中筛选出 4 月和 10 月各 1 张可用照片，其拍摄日期的水位与拟定 5 m 水位差为1 m，满足河道及洲滩的水边线提取要求。同理，从每年图片中选取 2 幅组成新的序列，共 74 幅，其中最大的水位差为 2 m，满足计算精度要求。图 5 为最终筛选出的历年遥感影像拍摄时间。19842020 年，筛选的影像时间基本分布在每年的34 月和 1011 月，只有极个别年份的可用影像拍摄时间在 2、7 和 12 月。2.22.2河床平面演变特征图 6 给出了近 40 年南京段河道水面面积随时间变化情况，河道面积提取相对误差均值为 2.0%。图中 123456789 10 11 12月份(a)按月份统计05101520253035401985 1990 1995 2000 2005 2010 2015 2020年份(b)按年份统计02468101214图片数量/幅图片数量/幅 图 3 可用遥感影像的时域分布特征（总数 289）Fig.3 Temporal distribution characteristics of available remote sensing images(total 289)12345水位/m67891211109876月份5432 图 4 2015 年南京潮水位站日均水位（以水位 5 m1 m 筛选遥感影像）Fig.4 Daily average water level at Nanjing tidal level stationin 2015(filtering at water level 5 m1 m)1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015 2020年份135791124681012月份 图 5 筛选出的遥感影像（总数 74，每年 2 幅）Fig.5 Filtered remote-sensing images(total 74,twoimages per year)36水 利 水 运 工 程 学 报2023 年 8 月的水面面积指南京河段河床边界包围的区域，包括了洲滩面积。近 40 年来，南京河段的水面面积缓慢下降，从最大的 340 km2下降至 320 km2，减幅约为6%。说明人类活动不断侵蚀河流，使河床边界向内收缩。图 7 为南京河段河床边界的均值和方差。近40 年来，猫子山对岸、南京青奥体育公园、太子山公园及长江村附近的河床边界出现了较大改变，尤以长江村的河床边界变化最为剧烈，减小面积约10.35 km2，占近 40 年总变化面积的 52%，主要由水产养殖和围河造田导致。利用本征正交分解法提取了南京河段河床边界序列的主要含能模态。由图 8 可知，一阶模态含能比例很高（97%），贡献了绝大多数能量；二阶及更高阶模态占比很少。图 9 仅给出了前 2 阶模态，可见一阶模态反映了河段河床边界的时均形态，二阶模态反映南京段河床边界在猫子山对岸和长江村附近出现了较大变化。1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015 2020年份0510300310320330340350面积/km2面积计算误差面积 图 6 南京河段水域面积随时间变化（相对误差均值 2.0%）Fig.6 Temporal variation of mainstream area in the Nanjingreach in recent 40 years 10010203040X/km(a)均值(0 为非河床,1 为河床)50607000.10.20.30.40.50.60.70.80.91.020Y/km30405010010203040X/km(b)方差(0 为非洲滩,1 为洲滩)50607000.050.100.150.200.250.300.350.400.450.5020Y/km304050 图 7 近 40 年南京河段河床边界统计参数Fig.7 Statistical parameters of the river boundary sequence of the Nanjing reach in last 40 years 0 2 4 6 8 101214161820102101110102模态阶数贡献率/%图 8 南京河段河床边界序列各阶模态含能 Fig.8 Energy content of POD modesof the river boundary sequenceof the Nanjing reach 10010203040X/km(a)一阶模态5060700.010 00.007 50.005 00.002 500.002 50.005 00.007 50.010 020Y/km30405010010203040X/km(b)二阶模态5060700.010 00.007 50.005 00.002 500.002 50.005 00.007 50.010 020Y/km304050 图 9 南京河段河床边界序列的主要含能模态（0 为非河床，1 为河床）Fig.9 The most energetic POD modes(1st-2nd)in river boundary sequence ofthe Nanjing reach 第 4 期杨 志，等：长江南京段河床与洲滩平面演变特征遥感分析37图 10 为南京段河床边界序列的前两阶模态投影系数随时间的变化。可知一阶模态的投影系数随时间基本不变，数值约为 600，表明一阶模态反映恒定不变的空间特征，对应河床边界的时均形态。二阶模态的投影系数随时间递减，表明在 19842005 年间长江村附近的河床边界不断向内收缩，并在 2005 年后基本保持不变。投影系数反映了长江村附近河床边界变化的时间演变特征。2.32.3洲滩平面演变特征图 11 为南京河段近 40 年的洲滩面积随时间变化情况，八卦洲、梅子洲、新潜洲、新济洲及新生洲的面积提取相对误差分别为 1.5%、4.4%、6.8%、4.7%和 4.3%。八卦洲、梅子洲及新济洲较为稳定、变化较小；新生洲变化较大，表现为洲头消退和洲尾淤长，但两者程度相近，导致面积变化很小；新潜洲洲尾淤长严重，面积增幅 200%，但此处几乎无人类活动，洲尾淤长主要由水沙变化所致。由于洲滩数量较多，为避免文章冗余，仅以变化较大的新潜洲为例进行分析。由图 12 可知，近 40年内，新潜洲的洲头变化较小，洲尾出现剧烈变化，洲尾增长甚至超过了原洲岛长度的 1.5 倍。利用本征正交分解法提取新潜洲时间序列的主要含能模态，一阶模态含能比例较高为 83%，二阶至四阶模态含能比例在 1%10%，更高阶模态含能比例均在 1%以下。图 13 仅给出前四阶模态，可见模态分析法可以很好地提取不同时段新潜洲的淤长特征，其中一阶模态反映了洲滩的初始形态，三阶、二阶及四阶模态分别反映了洲尾的初期、中期及后期增长规律。1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015 2020年份1000100200300400500600700投影系数一阶模态二阶模态 图 10 一阶及二阶模态投影系数随时间的变化Fig.10 Variation of projection coefficients of 1st and 2ndmodes with time 19851990199520002005201020152020年份012606264666870面积/km2面积计算误差面积(a)八卦洲洲滩面积(相对误差均值 1.5%)19851990199520002005201020152020年份012151617181920面积/km2面积计算误差面积(b)梅子洲洲滩面积(相对误差均值 4.4%)(c)新潜洲洲滩面积(相对误差均值 6.8%)19851990199520002005201020152020年份012345678面积/km2面积计算误差面积(d)新济洲洲滩面积(相对误差均值 4.7%)19851990199520002005201020152020年份01.089101112面积/km2面积计算误差面积(e)新生洲洲滩面积(相对误差均值 4.3%)19851990199520002005201020152020年份01.0891011121314面积/km2面积计算误差面积 图 11 近 40 年南京河段洲滩面积随时间变化Fig.11 Temporal variation of sandbar areas in the Nanjing reach in recent 40 years 38水 利 水 运 工 程 学 报2023 年 8 月图 14 为新潜洲形态序列的前四阶模态的投影系数随时间的变化情况。可知一阶模态的投影系数随时间变化较小，表明一阶模态反映 1 个较为恒定的空间特征，对应时均形态。三阶模态的投影系数在 19842000 年呈递增趋势，此后基本不变，反映出洲尾初期增长的时间演变特征。二阶模态的投影系数在 20002005 年呈递增趋势，此后改变很小，反映出洲尾中期的增长时间特征。四阶模态的投影系数在 20052020 年呈递增趋势，反映出洲尾后期增长的时间演变特征。综合可知，新潜洲在近 40 年内始终处于洲头稳定、洲尾淤长的状态。1412141315X/km(a)均值(0 为非洲滩,1 为洲滩)16171800.10.20.30.40.50.60.70.80.91.015Y/km161718191412141315X/km(b)方差(0 为非洲滩,1 为洲滩)16171800.050.100.150.200.250.300.350.400.450.5015Y/km16171819 图 12 近 40 年新潜洲形态统计参数Fig.12 Statistical parameters of the Xinqian Sandbar shape sequence in last 40 years 1412141315X/km(a)洲滩初始形态(一阶模态)1617180.030.020.0100.010.020.0315Y/km161718191412141315X/km(b)洲尾中期增长(二阶模态)1617180.030.020.0100.010.020.0315Y/km161718191412141315X/km(d)洲尾后期增长(四阶模态)1617180.030.020.0100.010.020.0315Y/km161718191412141315X/km(c)洲尾初期增长(三阶模态)1617180.030.020.0100.010.020.0315Y/km16171819 图 13 新潜洲形态序列的主要含能模态（0 为非洲滩，1 为洲滩）Fig.13 The most energetic POD modes(1st-4th)in shape sequence of the Xinqian Sanbar 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015 2020年份200204060投影系数一阶模态二阶模态三阶模态四阶模态 图 14 一阶至四阶模态投影系数随时间的变化Fig.14 Variation of projection coefficients of1st-4th modes with time 第 4 期杨 志，等：长江南京段河床与洲滩平面演变特征遥感分析39 3 结语本文利用收集的 19842020 年间 Landsat 卫星的南京段卫星遥感图片，通过目视解译及水位（拍摄日期）筛选，挑选出 74 幅图片（每年 2 张）。以 85 高程 5 m 水位为水边线提取基准，采用归一化差分水体指数来凸显河段水边线信息，采用形态学方法提取河床边界和内河洲滩，并利用本征正交分解法分析两者的空间与时间演变特征，其中含能模态反映了河道的空间演变特征，投影系数反映了时间演变特征，主要结论如下：（1）近 40 年来，长江南京段水域面积从最大的 340 km2下降至 320 km2，减幅 6%，河床边界改变最大的区域位于长江村附近，此处边界向内收缩范围占近 40 年总变化面积的 52%，主要由水产养殖和围河造田导致。本征正交分解一阶模态反映了河床边界的时均形态，二阶模态反映了猫子山对岸和长江村附近河床边界的收缩变化，投影系数表明该变化主要出现在 19842005 年间。（2）长江南京段的八卦洲、梅子洲及新济洲的洲滩面积变化较小，均值分别为 67、18、10 km2；新生洲洲头消退和洲尾淤长的面积相近，导致面积变化较小，为 11 km2；而新潜洲自洲头向下游逐年淤长，增加的长度甚至超过了原洲岛长度的 1.5 倍，面积为 6 km2，总增幅 200%。一阶模态反映了洲滩的初始形态，三阶、二阶及四阶模态分别反映了洲尾的初期、中期及后期增长规律。模态投影系数可知洲尾初期、中期及后期增长分别发生在 19842000 年、20002005 年及 20052020 年。（3）本文应用的本征正交分解方法可以从看似无序的河床演变时间序列中提取其主要空间演变特征，并刻画这些主要空间演变特征随时间的演化规律。鉴于目前中等分辨率卫星图像的易获取性，对于其他河流，特别是偏远地区缺少实测资料的河流，应用本文方法可以很好地研究其时空演变特征。参考文献：张凌华.长江南京-镇江段现代河漫滩沉积特征与环境意义D.南京:南京大学,2015.（ZHANG Linghua.Sedimentcharacteristics of overbank sediments in the Nanjing-Zhenjiang reaches of the Yangtze River and their environmentalimplicationD.Nanjing:Nanjing University,2015.（in Chinese）1 王乃茹,曹双,王清,等.三峡工程运行以来长江南京河段河床演变特征分析J.水利水电技术(中英文)，2022，53(11)：13-24.（WANG Nairu,CAO Shuang,WANG Qing,et al.Analysis of riverbed evolution characteristics of Nanjing reach in theYangtze River since the operation of the Three Gorges ProjectJ.Water Resources and Hydropower Engineering,2022,53(11):13-24.（in Chinese）2 臧英平,李涛章,朱春光,等.长江南京河段河势变化分析J.江苏水利，2021(增刊2)：86-88.（ZANG Yingping,LITaozhang,ZHU Chunguang,et al.Analysis on river regime change in Nanjing reach of the Yangtze RiverJ.Jiangsu WaterResources,2021(Suppl2):86-88.（in Chinese）3 朱宇驰.近50年长江南京段河道变迁研究D.南京:南京大学,2016.（ZHU Yuchi.The characteristics and explanations ofchannel change in the Nanjing reach of the lower Yangtze River:1966-2008D.Nanjing:Nanjing University,2016.（inChinese）4 徐韦,程和琴,郑树伟,等.长江南京段近20年来河槽演变及其对人类活动的响应J.地理科学，2019，39(4)：663-670.（XU Wei,CHENG Heqin,ZHENG Shuwei,et al.Evolution of Nanjing channel in the Yangtze River and its response to humanactivities during the last 20 yearsJ.Scientia Geographica Sinica,2019,39(4):663-670.（in Chinese）5 王培家.基于多空间分辨率遥感影像的澜沧江景洪至关累段河流形态变化研究D.昆明:云南大学,2019.（WANGPeijia.Morphological change of Lancang River from Jinghong to Guanlei reach based on multi-resolution RS imageryD.Kunming:Yunnan University,2019.（in Chinese）6 陈辅萍.黄河源区典型辫状-分汊河道形态演变与水力条件分析D.长沙:长沙理工大学,2019.（CHEN Fuping.Morphological evolution and hydraulic conditions analysis of typical braided-anabranching channels in the Yellow River sourceregionD.Changsha:Changsha University of Science&Technology,2019.（in Chinese）7 40水 利 水 运 工 程 学 报2023 年 8 月 杨红.黄河内蒙段不同河型时空演变特征及其成因分析D.呼和浩特:内蒙古农业大学,2020.（YANG Hong.Spatial-temporal evolution characteristics and cause analysis of different river types in the Inner Mongolia section of the YellowRiverD.Hohhot:Inner Mongolia Agricultural University,2020.（in Chinese）8 屈贵贤.长江下游大通-江阴段近五十年河床演变特征及其原因分析D.南京:南京师范大学,2014.（QU Guixian.Thecharacteristics and explanations of channel change in the Datong-Jiangyin reach of the lower Yangtze River:19592008D.Nanjing:Nanjing Normal University,2014.（in Chinese）9 严夏青,金双根,黄敏敏.基于Sentinel-1的长江干流水域面积动态变化遥感监测J.测绘通报，2022(1)：33-38.（YANXiaqing,JIN Shuanggen,HUANG Minmin.Dynamic changes of main stream water area in the Yangtze River from Sentinel-1remote sensing dataJ.Bulletin of Surveying and Mapping,2022(1):33-38.（in Chinese）10 姜玲玲,徐利强,计超.长江干流江心洲过去35年面积变化及其特征J.合肥工业大学学报(自然科学版)，2022，45(5)：673-677.（JIANG Lingling,XU Liqiang,JI Chao.Changes in the area of River Islands in the Yangtze River mainstream overthe past 35 years and their characteristicsJ.Journal of Hefei University of Technology(Natural Science),2022,45(5):673-677.（in Chinese）11 张向,李军华,江恩慧,等.基于遥感的黄河下游九堡至大张庄河段河势演变分析J.人民黄河，2022，44(2)：55-57.（ZHANG Xiang,LI Junhua,JIANG Enhui,et al.Analysis of river regime evolution in Jiubao-Dazhangzhuang reach of thelower Yellow River based on remote sensingJ.Yellow River,2022,44(2):55-57.（in Chinese）12 陈槐,陈启刚,苗蔚,等.Reynolds数对方腔流谱结构的影响J.清华大学学报(自然科学版)，2014，54(8)：1031-1037.（CHEN Huai,CHEN Qigang,MIAO Wei,et al.Influence of Reynolds numbers on spectral structures in cavity flowsJ.Journal of Tsinghua University(Science and Technology),2014,54(8):1031-1037.（in Chinese）13Morphological evolution of river and sandbars based on satellite remote sensingimages of the Nanjing reach of the Yangtze RiverYANG Zhi1,DONG Kunming2,WANG Shan3,CHEN Huai4,WANG Nairu4,FAN Hongxia4(1.Anhui Modern Traffic Design and Research Institute Co.,Ltd.,Hefei 230011,China;2.Water Development Planning and DesignCo.,Ltd.,Jinan 250100,China;3.Water Bureau of Jiangning District,Nanjing 210000,China;4.State Key Laboratory ofHydrology-Water Resources and Hydraulic Engineering,Nanjing Hydraulic Research Institute,Nanjing 210029,China)Abstract:With the development degree of river getting higher and higher,the negative accumulating effects arebecoming serious.Evolution analysis results can provide basic support for scientific utilization,protection andmanagement of rivers.Taking the Nanjing reach of the Yangtze River as a typical study case,the monthly Landsatremote sensing images from 1984 to 2020 were collected.The normalized difference water index method,themorphological method,and the proper orthogonal decomposition method were used to extract riverbed boundary andsands and their spatio-temporal evolution characteristics.Results show that in the past 40 years,the riverbed boundaryof the Nanjing reach of the Yangtze River was shrunk by 6%due to human activities,and the most violent shrinkage,which occurred during 1984-2005,was near the Changjiangcun.For the five major sandbars in the Nanjing reach,Bagua Sandbar,Meizi Sandbar and Xinji Sandbar had little change;the eroding degree of the head of the XinshengSandbar was similar to the deposition degree of its tail;while the Xinqian Sandbar was gradually deposited from theupstream to the downstream with an area increase of 200%,and the initial,medium and last stages of deposition wereduring 1984-2000,2000-2005,and 2005-2020,respectively.The first-order modes of riverbed boundary and sandbarseries reflect the time averaged morphology,while other high-order modes reflect the erosion and deposition of localareas.Projection coefficient series can well depict the time evolution feature of the spatial evolution modes.Key words:Nanjing reach of the Yangtze River;sandbar;Landsat remote sensing images;normalized difference waterindex;morphological method;proper orthogonal decomposition第 4 期杨 志，等：长江南京段河床与洲滩平面演变特征遥感分析41