地下水中的氮污染一直是受到广泛关注的问题。包气带岩性、结构、厚度等在很大程度上决定着包气带的防污性能，进而决定着地下水易污染性。本文以含有粘性土透镜体、粗细交错的非均质结构包气带为研究对象，以室内试验为基础，利用非饱和带数值模拟软件HYRUS-2D就非均质砂箱中水分运移和氮素的迁移转化及富集分布规律进行了研究，并把数值模拟结果物理试验结果进行对比验证。最后利用识别验证后的各项参数建立了北京市平原区某剖面的包气带的溶质运移模型，模拟和预测了20年内“三氮”在其中的迁移转化过程。主要得出如下结论：(1)室内试验条件下建立的水分及溶质模型模拟结果中土壤含水量、氨氮、亚硝酸盐氮和硝酸盐浓度模拟值与真实值的均方误差分别为0.01、0.01、0.014、0.02，这表明模拟结果准确、可靠。该模型能够从数学角度反映包气带流场随时间和空间的变化，能够真实刻画非均质包气带中“三氮”的迁移和转化规律。(2)非均质包气带中存在水分绕流现象。可以推测自然条件下，粗细相间的非均匀包气带可促使水分及其携带的污染物质以优先流方式快速穿透，进而造成深层包气带及地下水的污染。(3)氨氮连续穿透试验模拟结果显示：包气带氮素的迁移和分布受介质的非均匀性影响明显：系统上层土壤中硝酸盐氮累积较多，氨氮和亚硝酸盐氮在深层土壤中累积；同时在上粘性土透镜体的上下表面土壤中出现较明显的氨氮和亚硝酸盐氮累积；在粗介质中存在的细质地透镜体对氮素的运移起阻滞和滞留作用，结合硝化反硝化作用，氮素的运移和累积分布随透镜体的位置变化。(4)利用室内试验条件下建立的包气带水分及溶质模型实现了对“三氮”迁移转化相关参数的识别验证，并以此作为北京市平原区典型包气带数值模型建立的依据。该典型包气带剖面“三氮”迁移转化的模拟预测结果合理、准确，说明该模型在区域尺度范围内应用是有效的。预测结果及识别验证的各项参数对北京市“三氮”在包气带中迁移转化规律的研究具有非常重要的意义。