河北平原长期严重缺水不得不靠超采地下水维持经济社会发展，超采区面积达到6.7万km2。河北平原是我国重要的粮食高产区，是冬小麦和夏玉米的轮作主产区，农民过量施用氮肥的现象普遍存在。残留在土壤中的无机氮主要以硝酸盐（硝态氮）的形式存在，硝态氮极易随土壤水向下迁移，成为地下水的潜在污染源。研究包气带土壤水分的运移规律和硝态氮淋洗特征，对保护地下水环境具有重要的现实意义。　　本论文以河北山前平原为研究区域，选取冉庄镇井灌区和冶河灌区两个有代表性的试验区，开展田间试验，对土壤水分、硝态氮、地下水位、水质、作物生理指标等进行动态监测，对灌溉、施肥、作物种植等情况进行动态跟踪调查。通过分析试验数据，揭示常规施肥、常规灌溉条件下，农田土壤水和硝态氮年内变化规律及地下水变化情况。用环刀法测定土壤容重，砂壤土容重为1.35～1.4g/cm3，黏壤土容重为1.48g/cm3;圭夫仪测定饱和导水率，砂壤土饱和导水率46.5～110.2cm/d;黏壤土饱和导水率为10.1cm/d;压力膜仪测定土壤水分特征曲线，为SWAP数值模拟提供初始值。应用SWAP模型对河北山前平原土壤水分和硝态氮运移进行了数值模拟，得到了农田土壤水运移和硝态氮淋洗年际间的变化规律及地下水响应规律;建立了土壤硝态氮运移深度和地下水位变幅计算模型。在此基础上，提出农业面源污染的防治措施和方法，为提高水肥利用效率和保护地下水提供科学依据。本文主要研究结论如下:　　(1)通过分析试验资料，揭示河北山前平原土壤水分变化规律。井灌区种植区0～500cm土壤含水量存在两个峰值带，分别位于地表以下40～100cm和300～400cm深处，最大峰值分别为36.59％和41.67％。下部峰值带是过量灌溉和降水形成的，400cm以下土壤含水量趋于稳定。非种植区0～250cm范围内为土壤水分变化区域，250cm以下土壤含水率趋于稳定。渠灌区小麦、玉米轮作周期0～300cm土层范围内，土壤含水率变化呈“X”型。计划灌水定额相同，不同地块灌溉引起土壤含水率明显变化的土层深度不同，其原因是主要受土壤初始含水率和土壤空间异质性的影响。　　(2)通过分析试验资料，得到河北山前平原土壤硝态氮时空变化规律。井灌区耕层土层硝态氮分布在年内变化呈现正弦“S”状，而深部土层硝态氮分布呈现“W”状。小麦生育期内，硝态氮主要累积在0～100cm深度土层范围并形成峰值带，返青期达最大值;玉米生育期0～500cm土层剖面硝态氮的分布呈“双峰”曲线，最大峰值出现在150～260cm深度土层范围内。冬小麦生育期耕层土壤硝酸盐累积量较高，其值为1878.86～3097.89kg/hm2，占0～500cm深度土层累积量的57.08％～60.43％;夏玉米生育期耕层土壤硝酸盐累积量为379.74～1343.74kg/hm2，占0～500cm深度土层累积量的26.54％～48.82％。渠灌区小麦、玉米轮作周期0～300cm土层范围内，土壤剖面硝态氮含量变化呈单调递减曲线。0～150cm土层范围内土壤硝态氮的含量变化较大，150cm以下土层范围内土壤硝态氮的含量较稳定。　　(3)通过分析试验资料，发现河北山前平原地下水变化规律。井灌区厚包气带对下渗水量进行拦蓄、调节，地下水位基本稳定。土壤中的硝态氮也在厚包气带中滞留，厚包气带成为保护地下水环境的天然屏障。渠灌区在降水、蒸发和蒸腾的共同作用下，3月份地下水埋深较大，而后随着雨季的到来，地下水位逐渐回升。在地下水位埋深8m左右，灌水量为900～1200m3/hm2时，土壤中硝态氮向深层土壤运移。施肥、灌溉和降水是地下水中硝态氮含量的主要影响因素，观测井中地下水硝态氮的最大含量达15.70mg/L，表明对地下水产生污染。　　(4)利用SWAP(Soil Water Atmosphere Plant)模型对厚包气带井灌区土壤水分和硝态氮的运移进行模拟。井灌区土壤含水率在垂直剖面上呈现3个明显的变化带:0～100cm为Ⅰ带，在降水、蒸发、灌溉等因素影响下，土壤含水率频繁变化，称为强变动带;100～800cm为Ⅱ带，称为弱变动带;800cm以下为Ⅲ带，受外界条件影响小，土壤含水率基本不变，称为稳定带;井灌区土壤硝态氮的淋洗与土壤水分的入渗变化规律基本一致，并有明显的滞后作用。硝态氮运移比土壤水分入渗滞后70～190cm左右。选取冬小麦、夏玉米轮作期内降水量及连续最大4个月的降水量作为自变量，土壤硝态氮淋洗深度作为因变量，采用SPSS统计分析软件进行分析得到土壤硝态氮运移深度计算模型;以降水量为自变量，地下水位变幅为因变量，建立地下水位变幅计算模型，为地下水位、水质预测提供理论依据。　　(5)利用SWAP(Soil Water Atmosphere Plant)模型对渠灌区土壤水分和硝态氮的运移进行模拟。丰水年、平水年和枯水年等不同水平年，土壤水分运移深度分别为300 cm以下、290cm和230cm。灌溉是冬小麦生育期土壤水分运移的主要动力。降雨是夏玉米生育期土壤水分入渗的主要影响因素。丰水年、平水年和枯水年土壤硝态氮的运移深度分别为180、160、140cm。应特别关注比平水年降水量大的年份，土壤水分淋洗现象明显，地下水存在污染的风险。