苹果树是我国北方种植最为广泛的果树之一，然而在北方，水资源紧缺和干旱问题十分严重，直接影响着苹果的产量和品质。蓄水坑灌法是一种能同时解决干旱和水土流失问题，适合于山丘区果林灌溉的新方法。本文在分析国内外果园SPAC 系统水分运移和蓄水坑灌法研究现状与存在问题的基础上，采取理论分析、数值模拟与田间试验相结合的方法，在山西省太谷县苹果园，对蓄水坑灌条件下果园SPAC 系统水分运移进行研究，主要研究结果如下：　　 1、对蓄水坑灌田间工程技术参数进行研究，确定了蓄水坑直径为30cm，坑深为40-60cm，环状沟深度为20cm；在此基础上进行了闸管灌供水水力计算研究，建立了闸管配水水力计算模型，并开发了闸管配水水力计算软件，以方便成果推广应用。　　 2、将普通遗传算法和Levenberg-Marquardt 优化算法相结合，构建了新的混合遗传算法，对Van Genuchten 方程中的参数进行估计，结果表明：与普通遗传算法相比，混合遗传算法不但收敛效率高，而且收敛迭代次数也大大减小；混合遗传算法估计参数的精度比非线性单纯形法和阻尼最小二乘法高，而且不需要给定参数初值。　　 3、建立了积水入渗条件下反求土壤水力参数优化模型，采用混合遗传算法对优化模型求解，并进行数值实验和土柱实验验证，结果表明：采用混合遗传算法求解积水入渗条件下土壤水力参数优化模型具有较高的精度，说明建立的土壤水力参数优化模型是正确的，求解方法是可行的。　　 4、根据土壤水动力学原理和单坑入渗土壤水分运动特征，建立了单坑二维土壤水分运动数学模型，采用有限元法求解，并根据质量守恒原理建立了确定坑内水位变化过程的数学模型，利用室内试验对其进行验证，结果表明所建立的单坑二维土壤水分运动数学模型能够较好的模拟单坑土壤水分运动过程，数值计算的坑内水位变化过程与试验实测坑内水位变化过程吻合较好。在此基础上，采用数值实验对蓄水单坑湿润体影响因素进行分析，结果表明：灌水量越大，水平和垂直湿润锋推进距离越大；坑直径越大，水平湿润锋推进距离越大，垂直湿润锋推进距离越小；坑深越大，水平湿润锋推进距离越小，垂直湿润锋推进距离越大；初始含水率越大，水平和垂直湿润锋推进距离越大。并采用多元乘幂函数对水平湿润锋和垂直湿润锋与初始含水率、坑直径、坑深和灌水量之间的关系进行拟合，相关系数分别为0.965和0.956。　　 5、对蓄水坑灌田间土壤水分分布特征进行试验研究，结果表明：蓄水坑坑深为60cm时，土壤水分主要分布在地面以下20-140cm 范围内，坑深为40cm时，土壤水分主要分布在地面以下20-120cm 范围内；而采用地面灌溉时，土壤水分主要分布在地面以下0-80cm 范围内。蓄水坑灌表层土壤(0-20cm)含水率较小，含水率分布以蓄水坑为中心向四周逐渐减小，最大值出现在蓄水坑坑底附近；地面灌溉表层土壤含水率最大，含水率随着深度增大而减小。　　 6、对不同覆盖措施、不同坑深条件下蓄水坑灌果园坑壁的蒸发进行研究，结果表明：灌后坑壁蒸发强度随时间呈先增大后减小的趋势，坑壁不同深度处的蒸发强度不同，越靠近坑底坑壁蒸发强度越小；坑壁同一深度处，浅坑(40cm)的蒸发强度比深坑(60cm)的大；坑口无覆盖措施的坑壁蒸发强度远大于有覆盖措施的蒸发强度，塑料膜覆盖稍大于秸秆覆盖；　　 在相同含水率条件下坑壁蒸发强度远小于棵间地表蒸发，坑壁蒸发强度仅占同条件下地面蒸发强度的11[％]。　　 7、对不同坑深、不同树冠条件下的蓄水坑灌果园棵间地表蒸发进行研究，结果表明：灌后，地面灌溉棵间地表蒸发强度是蓄水坑灌棵间地表蒸发强度的1.4-3.5倍；在同一树冠下，距树干50cm处的蒸发强度最小，100cm和150cm处的蒸发强度比较接近；蓄水坑坑深对其棵间地表蒸发没有明显影响。蓄水坑灌果园棵间蒸发量包括棵间地表蒸发和坑壁蒸发两部分，蓄水坑灌棵间蒸发量仅是地面灌溉棵间蒸发量的52[％]。　　 8、分别采用水量平衡法和双作物系数法计算蓄水坑灌果园蒸发蒸腾量，结果表明两种方法的计算结果比较接近，最大相对误差为7.35[％]，说明两种方法均可用于蓄水坑灌果园蒸发蒸腾量计算。　　 9、建立了基于天气预报资料输入的最小二乘支持向量机的参考作物腾发量计算模型，采用混合遗传算法对模型中的超参数进行优化，并利用实测气象资料对模型进行验证，结果表明模型具有较好的泛化能力，可用于参考作物腾发量的计算。　　 10、对蓄水坑灌条件下果树吸水根系分布进行研究，结果表明采用地面灌溉和蓄水坑灌的果树根长密度随深度均呈现先增大后减小的趋势，地面灌溉果树根系主要分布在地表以下0-110cm 范围内，蓄水坑灌果树根系主要分布在地表以下0-150cm 范围内，蓄水坑灌果树根系在根区中深层60cm-150cm 范围内的根长密度明显大于地面灌溉，是地面灌溉的1.67倍；　　 蓄水坑坑深不同，果树根系分布范围不同，坑深为60cm时果树根系主要分布在地表以下0-150cm，坑深为40cm时果树根系主要分布在地表以下0-130cm；树冠大小不同，在根区同一深度处果树根长密度亦不同，树冠越大根长密度越大。　　 11、建立了根据土壤含水率资料反求根系吸水模型参数的优化模型，采用混合遗传算法对模型求解，并利用实测土壤含水率资料确定了蓄水坑灌条件下果树三维根系吸水模型参数；根据建立的根系吸水模型，对蓄水坑灌条件下无水分胁迫的果树根系最大吸水速率分布进行分析，结果表明最大根系吸水速率在垂向主要分布在0-150cm 范围内，其最大值出现在蓄水坑坑底附近。　　 12、在分析蓄水坑灌条件下土壤水分运动特征的基础上，建立了蓄水坑灌条件下果园SPAC 系统三维水分运动数学模型，该模型考虑了根系吸水、棵间地表蒸发、坑壁蒸发以及坑内水位变化过程，采用有限单元法对模型进行求解。运用试验资料对模型进行验证，结果表明采用该模型计算的土壤含水率与试验实测含水率之间吻合较好；含水率的均方根误差为0.015cm3/cm3，最大相对误差为10.88[％]，说明模型具有较高的模拟精度，可以用于模拟蓄水坑灌条件下果园SPAC 系统水分运动。