非均匀沙输移是河流动力学的前沿问题,水流挟沙能力作为泥沙数学模型的关键参数或底部边界条件,是解决河流、河口与海岸泥沙冲刷淤积问题的关键所在。论文针对长江口非均匀悬移质的输移开展研究,具有重要的理论意义及应用价值。论文结合量纲分析建立了以时变Froude数和颗粒雷诺数为变量的非均匀沙第k粒级水流挟沙能力公式,考虑了隐阻作用系数以体现非均匀沙不同颗粒之间的相互作用。公式包含了临界悬浮条件,将临界悬浮条件和水流挟沙能力有机联系起来。非均匀沙第k粒级水流挟沙能力公式与总水流挟沙能力公式和谐一致,其中非均匀沙平均沉速等于非均匀沙分级沉速的几何平均,且公式对均匀沙具有自适应性,理论上更加合理。首次提出最大颗粒雷诺数的概念,建立了最大颗粒雷诺数与水流参数及边界条件的关系,作为一种新的临界悬浮条件,能直观地判断泥沙的悬浮状态。采用高速摄像与分级染色沙的方法在水槽中进行非均匀沙临界悬浮试验,确定了最大颗粒雷诺数公式中的系数。与著名的van Rijn公式对比显示,本文公式计算精度更高。利用4组均匀沙水槽试验资料率定水流挟沙能力公式的系数,并用5家121组河流实测资料对非均匀水流挟沙能力公式进行校验,计算值与实测值符合良好。基于潮汐河口瞬间平衡概念,从长江、钱塘江和椒江3个河口实测资料中提取平衡含沙量和相应水流泥沙参数,将水流挟沙能力公式拓展至河口。基于非均匀沙水流挟沙能力建立河床变形方程,进而构建河口非恒定非均匀沙冲淤模式。据此计算分析了历年长江口北槽航道全潮冲淤厚度,发现北槽在时间上经历了由冲刷变为淤积、进而发展到显著淤积的过程;在空间上表现为以中段CSW断面淤积最大、向上下游淤积减小甚至冲刷的分布格局。比较分析了涨、落潮流期间的冲淤厚度及其变化,发现涨、落潮流引起的河床冲淤有显著差异,呈涨潮流淤积落潮流冲刷的现象。基于非均匀沙水流挟沙能力公式建立了适合任意断面形态函数的分汊河道水力几何形态关系,汊道与单一河道过水面积之比为分流比的6/7次方。将水力几何形态关系用于长江感潮河段汊道,获得平衡水深与多年平均水深相一致,表明提出的水力几何形态关系是可靠的,据此预测了若干汊道工程后的平衡水深,为航道治理提供新的思路。