地下滴灌是一种高效的节水灌溉技术,是解决农业水资源缺乏的一项重要举措。由于实际应用中地下滴灌灌水器普遍存在堵塞后难发现、难维修及灵活性差等问题,故在国家自然科学基金项目(U1803112)的支持下,本文采用理论分析与室内试验相结合的研究方法,研制出一种新型插入式灌水器,并对灌水器的压力—流量关系、灌水均匀度等水力特性及湿润体入渗特性进行了研究,以期为灌水器结构优化及应用发展提供理论依据。主要研究内容及结论如下:(1)在地下滴灌产品设计原理及螺旋流道出流效果室内模拟试验结果的基础上,研制出一种可以实现根区灌溉的新型插入式灌水器。(2)新型插入式灌水器在不同出流条件下的灌水质量均满足规范要求。自由出流条件下各工况灌水均匀度>92.5%,地埋出流下各工况的土壤湿润均匀度>77%,配水均匀度>64%,均匀度指标计算值均满足技术规范要求。单因素试验下,供水压力对灌水均匀度、土壤湿润均匀度及配水均匀度的影响较小;工作压力一定时,灌水器间距越短,灌水均匀度越高,灌水器埋深越浅,灌水质量越好。(3)建立了不同出流条件下新型插入式灌水器出流量与供水压力之间的数学模型,其形式均为幂函数。不同出流条件下模型的流量系数及流态指数差异较大,地埋出流的流量系数为0.219,流态指数为0.852,与自由出流的平均流量系数和平均流态指数相比,地埋时流量系数约减小46%,流态指数约提高22%,地埋时灌水器出流量显著低于自由出流时的出流量;通过引入流量折减系数和流量折减指数,将不同出流条件下灌水器压力—流量关系式进行了统一。(4)得到了新型插入式灌水器在本试验条件下不产生返流现象(水流沿灌水器外壁向上流至地表)的临界条件(设计工作压力时,灌水器埋深≥临界埋深20cm或者在临界埋深下,供水压力≤临界压力水头14m)。建立了设计工况下各灌水器埋深的湿润锋运移距离与入渗时间的数学模型(R~2>0.98);构建了灌水器临界埋深时湿润锋运移距离与供水压力、入渗时间之间的拟合公式,经验证其平均误差范围为0.15cm～1.14cm,平均相对误差分布在2.13%～13.45%范围内,均方根误差范围为0.18cm～1.82cm。(5)探明了新型插入式灌水器湿润体的水分分布规律。灌水器滴水孔附近含水率(22%～27%)较高,随着湿润体半径的增加,土壤含水量逐渐减小。各工况条件下湿润体大部分含水率值均大于田间持水量的80%,故在较短的灌溉时间内该灌水器能使作物计划湿润层达到所要求的含水量。(6)探究了入渗时间、灌水器埋深及供水压力对累积入渗量的影响规律,采用麦夸特法+通用全局优化法算法对累积入渗量、入渗时间及供水压力进行回归分析得到单因素试验条件下描述入渗时间(t)、供水压力(H)及累积入渗量(I)之间的数学模型(R~2>0.99),实测值与模拟值之间的平均相对误差为5.90%,均方根误差为0.0453L。本研究成果能够为指导新型插入式灌水器的结构优化设计及田间应用提供理论参考。