包气带（vadose zone）是指地表到地下水之间垂直剖面中土壤孔隙没有被水充满、水分处于非饱和状态的区域[1-2]。包气带中大气水、地表水、地下水相互作用频繁，是地表水进入地下水的通道[2]。地表水的下渗情况可由入渗补给参数进行表示，这个参数可以理解为地表水下渗过程中的阻力情况，数值在0-1之间波动，数值越大表示入渗情况越好，地下水补充量越多[3]。根据水文、地质和土壤特性，雨水和融雪在地表被划分为径流、渗透、蒸散、地下水补给和包气带储存[4]（图1）。根据水均衡原理，就可以计算出地下水的入渗补给量。尺度效应的研究主要分为空间尺度和时间尺度，随着研究尺度的变化，土壤水运移规律不同。空间尺度上，包气带岩性、厚度和结构都存在较大地域差异。时间尺度上，土壤水分循环一些要素也发生了改变，如降水入渗补给量、潜水蒸散发等[2]。不同尺度下的研究成果仅能适用于相应研究尺度的科学问题与实际应用[5]。
深厚包气带的渗透补给参数等水力参数由于受到气象因素、剖面的空间变异等因素的影响，这些参数的准确获取变得十分困难[6]。同时包气带入渗补给参数的变异性给地面灌溉系统的评价和管理带来了许多困难，也是实施精细农业耕作管理的主要障碍之一[7]。包气带入渗补给参数的测量也为地下水补给评估和污染物从地表向地下水迁移的估计提供了重要的输入[8]。因此开展深厚包气带入渗补给参数的尺度效应研究是有意义的。
贺缠生等[9]对不同尺度土壤水文属性对水文过程的影响进行了综述，将空间尺度分为剖面尺度、坡面尺度、流域尺度和区域尺度四种情况（图2）。赵文智等[2]基于前人的研究成果总结得出：在田块尺度上，入渗过程主要受土壤质地和结构的影响；在流域尺度上，主要受地形地貌的影响；在区域尺度上，主要受植被覆盖的影响；在全球陆地尺度上，主要受气候因子的影响。
吴庆华等[5]指出地下水入渗补给的评价方法主要有示踪法（包括染色剂、Cl-示踪剂等）、地下水位波动法、地中渗透仪法、水均衡法、零通量法、数值模拟法等。王康等[10]通过染色示踪剂调查了三种试验尺度条件下非均匀流动模式，并采用随机层叠模型对不同实验尺度条件下非均匀流动进行了模拟。试验观测和模拟计算结果均表明，尺度特性是非均匀流动的重要影响因素之一。随着研究尺度的增加，流动的非均匀性变异程度更加明显。Twarakavi等[4]对耦合包气带和地下水流动的数值模拟软件MODFLOW的四种包进行了对比分析，具体见下表1。HYDRUS包由于其计算简便、模拟精度较高等特性，得到广泛应用。
乔晓英等[11]认为针对包气带参数变异性问题，有两种研究思路可借鉴：（1）用概率模型表述；（2）数学地质模型表述。研究方法主要有传统的统计方法、时间序列分析方法、地统计学方法、随机模拟方法、分数维方法以及GIS的空间变异方法等。Yoo等[12]利用经验正交函数的方法（EOF，empirical orthogonal function）研究了土壤水分场的时空变异特征，还评估了各种影响因素（地形、土壤性质、植被等）对土壤水分含量空间变异的相对作用。结果表明，地形相关因素是控制土壤水分含量空间组织的最主要因素，但土壤和土地利用等其它因素在降雨停止后的整个时期或一段时间内也很重要。
参考文献
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