新疆焉耆盆地是典型的干旱内陆河灌区,主要以种植小麦、玉米及加工番茄和色素辣椒为主,盆地内的灌溉面积从1956年的4.40×10~4hm~2发展到2016年的14.19×10~4hm~2,由于有限的地表水难以维持现有的灌溉面积,因此导致了地下水资源的过度开采。盆地内地下水资源量为9.20×10~8m~3,2016年实际开采量已达到7.97×10~8m~3,远大于可开采量4.00×10~8m~3。近年来随着焉耆盆地地下水的过度利用及氮肥的大量施用使得地下水中硝态氮含量面临着快速增加的风险。因此,本研究以硝态氮从土壤到地下水的迁移转化为主线,通过田间试验和野外调查,分析冬灌条件下硝态氮的迁移累积过程及淋失的相关影响因素,建立基于MODFLOW的地下水系统的水流模型及硝态氮相耦合的溶质运移模型,进一步认识硝态氮在含水层中的迁移特征,对不同开采方式与施肥制度组合下的情景进行模拟,研究成果如下:(1)冬灌和不同农田种植类型对硝态氮在土壤垂向迁移具有重要影响。不同土壤剖面之间硝态氮含量与分布特征存在显著差异,且呈现随土层深度增加而逐渐降低的趋势。生育期末土壤硝态氮主要在0～60cm土层累积,冬灌是硝态氮淋失最直接的影响,不同灌溉定额对土壤硝态氮的淋洗效果在表层(0～10cm)最显著,60～100cm各土层硝态氮淋洗效果较明显,番茄、辣椒、玉米淋洗率分别为48.5%、27.7%、42.5%。在整个0～100cm土层,番茄地土壤淋洗率达52.4%,易于硝态氮向深部运移。(2)硝态氮在土壤剖面中的淋失过程较为复杂,受土壤质地、地下水埋深、灌水、施氮量等多种因素影响。其中,逐年增大的氮肥施用量是影响潜水水质不断恶化的重要因素,其正在以平均每年17.3kg/hm~2的速度迅速增加,已造成潜水硝态氮浓度年际快速增加、承压含水层硝态氮浓度年际波动增加的趋势。(3)灌区潜水已受到硝态氮污染,潜水中硝态氮的含量从1996年的小于1mg/L增加到了目前的15.75mg/L,上升速率呈加快的趋势。超标率(超限值>10mg/L)达21.5%,严重超标率(超限值>20mg/L)达8.1%,且主要分布在土壤质地为砂砾石的区域,中深层地下水硝态氮的浓度虽未超标,但具有受潜在污染的风险。(4)预测硝态氮在不同含水层迁移特征表现为:潜水硝态氮浓度呈线性上升趋势,2030年浓度上升至11.43mg/L,超过Ⅱ类地下水质量标准;同时浅层承压水硝态氮浓度也在持续上升,2030年浓度达到4.00mg/L,加剧地下水硝态氮污染的风险,中深层承压水硝态氮浓度基本维持在Ⅰ类地下水质量标准。(5)通过对不同开采方式与施肥制度组合的四个情景模拟,得出地下水质劣化程度与开采规模及施肥量呈正相关关系,采用情景二﹣用水总量控制下的地下水开采量与控制适宜的施肥量,是发展节水低肥技术,维系灌区地下水质合理可行的方案。