受控含水层补给（MAR）正日益被用于增强地下水储量和供水韧性，以应对不断加剧的气候变化和人为压力（Dillon et al., 2019）。然而，堵塞问题经常制约其效率和长期可持续性，降低入渗能力和井的注水能力。尽管物理、化学和生物堵塞机制已被广泛研究，但气体相关的流动障碍却相对研究不足，尽管其可能导致迅速的发作和严重的水力影响（Eom et al., 2020）。特别是，气体堵塞的主要机制以及其占主导的条件仍缺乏充分的量化。
气体相关的流动障碍在表面入渗和井式补给系统中均有报道，但其术语描述部分不一致，包括空气堵塞、气体结合、气体滞留和气泡堵塞，并被归类为物理堵塞或生物堵塞（Baveye et al., 1998; Jeong et al., 2018; Luo et al., 2023; Pyne, 2017; Song et al., 2020）。这种不一致反映了对于导致气体引起水力导度下降的机制的不确定性，并 complicates 对实验和野外观测的解释。
关于多孔介质中气体滞留与传输的研究主要是在漫灌灌溉和经典两相流系统中发展起来的。在漫灌灌溉中，快速入渗过程中的空气滞留会通过封堵气体的压缩和重新分配来降低水力导度和入渗能力，尤其是在入渗锋面附近空气逃逸受限的区域（Hammecker et al., 2003）。两相流研究还进一步确立了毛细管滞留、切断、活塞式侵入和薄膜流强烈控制气体迁移能力和渗透率降低（Schlüter et al., 2016）。然而，这些研究主要考虑气相控制条件下的不混溶气体侵入，而补给过程中由溶解气不平衡驱动的气体动力学则仍缺乏充分的约束。
一种常见的解释假设是，外部输入的气泡随补给水迁移到地层中，并通过钉扎、粘附或桥连占据孔隙空间或阻碍喉道从而损害流动（Liu et al., 2021; Wang et al., 2022）。然而，这一假说很少从水动力约束角度加以检验。自由气泡的浮力上升速度可以远远超过典型的Darcy尺度补给速度（Parkinson et al., 2008; Wei et al., 2020），这引发了一个问题：外部输入的气泡能否向下传输并被充分保留以致造成持续的流动损害。
另一条可能的途径涉及柱内溶解气向已存在滞留气的转移。残余气体可通过切断和绕过过程在水侵入期间残留下来，并在后续饱和流中持续存在（Sun et al., 2020; Turkoz et al., 2023）。此类气腔可为溶解气转移和后续气泡生长提供已存在的气-水界面，无需自由气泡的向下传输或均相成核。尽管其具有合理性，但该机制在MAR系统中的量化评估仍然有限。
气体堵塞还可能表现出空间异质的水力响应。既往研究报道了非单调模式，包括在入口或入渗面附近出现强烈的堵塞效应，而在更深部位则表现出较弱或空间可变的响应（Constantz et al., 1988; Heilweil et al., 2009; Loizeau et al., 2017; Snehota et al., 2015）。此类模式可能反映了气相随深度变化的重新分配、溶解和滞留，但现有的定性力平衡解释并不能完全说明各层间响应的差异。
缺乏基于过程的预测框架进一步限制了对气体堵塞的机理理解。尽管针对物理、化学和生物堵塞已存在定量模型，但明确耦合溶解气传输、相际质量转移、滞留气泡动力学和水力反馈的模型仍然稀少。
本研究通过受控砂柱实验和基于过程的建模来弥补上述空白。微纳气泡补给实验用于评估外部输入气泡和溶解气不平衡对气体相关水力损害的相对贡献。进-出口溶解氧测量、气泡粒径分布和分层水力导度与耦合了溶解气传输、滞留气泡动力学和水力反馈的模型相结合。实验观测与模拟结果共同表明，在现有条件下，气体堵塞更倾向于与溶解气转移和已存在滞留气泡的生长有关，而非由实测的进水气泡群直接堵塞孔隙所致。
