深厚包气带是连接地表水循环与地下水系统的重要过渡层，其水分运移过程影响地下水补给、污染物迁移及地下水恢复过程。然而，受地层非均质性、长期水文记忆以及动态地下水边界影响，传统模型难以同时满足区域尺度、高分辨率和长期连续模拟需求。

中国科学院遗传与发育生物学研究所农业资源研究中心王仕琴研究组自主研发了区域一维水分与溶质并行模拟模型（Parallel Regional Infiltration and Solute Model, PRISM）。该模型融合并行计算架构、数据库管理和动态地下水边界模拟方法，实现了区域尺度深厚包气带长期水分运移过程模拟（图1）。基于PRISM模型，研究团队重建了1980—2024年白洋淀流域平原区15671个空间单元的包气带水分动态，揭示了地下水埋深增加背景下深厚包气带水力缓冲和信号衰减机制（图2）。

研究发现，随着地下水埋深增加，深厚包气带逐渐由受地层条件控制转变为受动态水分状态影响。当地下水埋深超过约11.9 m后，地表水文信号向地下水系统传递受到明显削弱；同时，历史水分状态形成的水文记忆使地表—地下水联系可持续至约15 m尺度。研究进一步指出，地下水位回升并不意味着地表入渗与地下水垂向联系立即恢复，快速水位抬升主要表现为动态下边界调整，并改变包气带内部水动力状态。

该研究建立了面向区域尺度深厚包气带过程模拟的新方法，为理解地下水长期变化背景下水文过程演变、评价地下水恢复影响以及预测农业面源污染长期风险提供了新的模型工具。相关研究以“A mechanism-data-driven framework reveals hydraulic decoupling transitions and hydrological memory under transient phreatic boundaries”为题，发表于 Geoderma。张志雄为论文第一作者，王仕琴研究员为通讯作者。该研究得到国家重点研发计划（2021YFD1700500）、国家自然科学基金（42377080）、河北省自然科学基金创新研究群体项目（D2021503001）以及河北省省级科技计划项目（262N3601D）的资助。

图1 PRISM并行计算架构与包气带物理模拟框架

图2 深厚包气带水力解耦转变、水文记忆及地下水位回升阶段下边界效应