本文针对我国干旱与半干旱地区降雨量少、蒸发量大的特点,分析与总结国内外节水灌溉技术研究现状,提出了一种新的节水灌溉技术,设计了具有“集雨”与“灌溉”双重功能的重力式地下孔灌系统,采用室内试验与数值模拟相结合的方法与手段,建立了重力式地下孔灌条件下的土壤水分运动模型,对重力式地下孔灌条件下土壤入渗特性及水分运动规律进行了研究,取得了以下研究成果:(1)自行设计了重力式地下孔灌系统,具有集雨和灌溉双重功能,设计试验方案,并进行室内试验。通过室内土箱试验,研究了不同压力水头、竖管孔径和埋深条件下土壤水分的运动规律。(2)非饱和土壤水分扩散率是研究土壤水分运动规律必不可少的基本参数之一。用高速离心机法测定土壤水分特征曲线,用水平土柱吸渗法测定非饱和土壤水分扩散率,对二者的测量数据拟合后,得到van Genuchten(以下简称VG)模型的相关参数值。(3)基于土壤水分动力学方程,建立了重力式地下孔灌土壤水分运动模型及边界条件。用所建模型对重力式地下孔灌土壤累积入渗量、湿润体水分分布和湿润锋运移距离进行数值模拟,将模拟值与实测值进行对比分析,结果表明:模拟值与试验值吻合较好,说明本文提出的模型和算法可用于重力式地下孔灌条件下土壤累积入渗量、湿润体分布特征和湿润锋运移距离的规律。(4)采用数值模拟的方法,模拟了不同灌水技术要素组合下土壤累积入渗量、湿润体土壤水分分布和湿润锋运移距离的规律,在土壤水分入渗时间相同的条件下,压力水头和孔径对累积入渗量的影响显著,埋深对其影响微弱。压力水头和孔径对土壤水分分布的影响较大,压力水头和孔径越大,湿润区域越明显,同一断面处的含水率越高,埋深对土壤水分分布的影响微弱,同一断面处含水率相差不大。湿润锋变化规律:入渗初期,由于基质势作用,湿润锋推进速率较大,随着灌水时间的延长,湿润锋推进速率逐渐减小,趋向于平缓阶段,最后达到一种相对稳定入渗状态,湿润锋运移距离呈现出垂直向下大于水平方向、水平方向大于垂直向上的规律。因此,在重力式地下孔灌灌溉工程设计中重点考虑不同压力水头和孔径对灌溉的影响,根据实际情况确定埋深。(5)建立了不同灌水技术组合下的入渗简化模型,通过验证,建立的简化模型合理。用Philip模型来表征重力式地下孔灌自由入渗累积入渗量与入渗时间之间的关系,用幂函数来表征湿润锋运移距离变化规律。