干旱半干旱地区,蒸发强烈,降雨稀少且时空分布不均,地表水资源匮乏,地下水资源相对丰富,是人类生活饮用水及农业灌溉水的主要来源。在西北干旱半干旱地区,降雨是地下水补给的主要来源之一,定量化地评价地下水的补给量是地下水资源可持续利用的前提。然而,由于入渗补给过程受到多种复杂因素的共同影响,涉及到大气降水-地表水-包气带水-地下水的相互转化,其机理较为复杂。加之,补给难以直接观测,迄今为止,对于降雨入渗补给地下水的机理仍然认识不足。因此,为了深入地研究入渗补给的规律,理解补给的机理,准确地评价地下水的补给量,论文在关中盆地渭河冲积平原原位试验场开展原位试验,分别建立具有不同地下水位埋深的变水位和定水位蒸渗仪,并在变水位蒸渗仪中填充天然的风积沙,在定水位蒸渗仪中填充分选好的粗砂和细砂,结合室内物理试验、数值模拟及统计分析等方法,系统地研究降雨入渗补给的过程,取得的主要成果如下:（1）研究了不同地下水位埋深条件下风积沙、粗砂及细砂的降雨入渗补给的规律,分析了降雨量、包气带厚度、包气带初始含水率及岩性等对地下水补给过程的影响。厘定了研究区风积沙的极限蒸发深度为78 cm,观测到风积沙中能够补给地下水的最小降雨量为10.4 mm。深入分析了不同包气带厚度的细砂和粗砂介质降雨入渗补给地下水的特征,并利用脉冲响应函数（泊松分布函数和瑞利分布函数）模拟入渗滞后补给的过程。研究发现,泊松分布函数能够用于刻画降雨在粗砂介质中的入渗补给过程,其埋深区间系数随着包气带厚度的增加而减小,且粗砂介质的埋深区间系数大于细砂介质。瑞利分布函数具备入渗补给过程曲线的特性,能够较好地刻画降雨在细砂介质中的入渗补给过程。（2）评价了FAO-56地表蒸发加强法、最大熵增法、地下水位波动法以及达西定律法在不同地下水位埋深条件下计算裸土蒸发量的适用性,并提出了考虑薄膜流的裸土蒸发计算方法。研究结果表明:极限蒸发深度是评判裸土蒸发计算方法适用性的重要指标。通过与风积沙实测的蒸发量对比,尽管最大熵增法计算的蒸发量结果最好,但是在干燥的条件下,该方法会高估实际蒸发量,尤其是当地下水位埋深大于极限蒸发深度时,高估的更大;FAO-56地表蒸发加强法在水位埋深小于极限蒸发深度时,会低估实际蒸发量,当地下水位埋深大于极限蒸发深度时,会高估实际蒸发量。地下水水位波动法只能用于埋深小于极限蒸发深度的情况下,且在使用该方法时要选用可靠的给水度;达西定律法计算蒸发量的可靠性取决于可靠的土壤参数。基于薄膜流控制裸土蒸发的第二阶段,提出了含水率型、负压型及相对湿度型的裸土蒸发计算公式。通过与三个实验室和野外长期观测的数据对比发现,提出的方法能再现裸土蒸发的动态变化规律,且与最大熵增法对比,提出的方法在年尺度上的计算精度提高了10.6%。研究裸土蒸发的机理及计算方法,为精确评价潜在地下水补给量提供技术支撑。（3）评价了不同的给水度计算方法计算补给量时的可靠性。结果表明:与实测的补给量相比,利用常数给水度（抽水试验和利用饱和含水率与田间持水量之差获得的给水度）计算补给量时,会高估或者低估实际补给量,而利用随深度变化的动态给水度计算补给量时,计算的累积补给量与实测结果基本一致。当利用土壤水分特征曲线描述土壤剖面的含水率来计算补给量时,需要采用可靠的参数。给水度是利用水位波动法计算补给量不确定性的主要来源,建议野外利用地下水位波动法时,采用多种方法同时计算给水度,减少计算补给量的不确定性。（4）构建了饱和-非饱和水流耦合模型,预测了地下水的补给量,量化了预测结果的不确定性,并分析了模型校准参数的可识别性以及观测数据组对预测结果不确定性的贡献。结果表明:尽管在模型的校准期和验证期,模拟的结果与观测数据（含水率和地下水位）一致,然而预测补给量的不确定性较高。校准数据能使预测补给量的不确定性降低64%。土壤剖面距离地下水位附近的观测点的含水率数据对降低模型不确定性的贡献高,其次是顶部土壤的含水率和地下水位数据的贡献,中部土壤含水率的贡献较小。此外,孔隙度的可识别性最高（接近于1）,而与蒸发有关的参数的可识别性较低（接近于0）。研究结果建议,利用模型预测补给量时,需要定量化预测结果的不确定性,从而为水资源管理提供可靠的依据。上述结果对于野外试验设计及模型校准时选择观测数据的策略可提供参考。