描述AS影响区大小的参数包括影响半径（ROI）^{[ 7]}和渗气夹角^{[ 8]}。目前, 确定ROI的常用方法主要有四种^{[ 7, 9]}：根据水位变化、地下水溶解氧变化、地下水气相压力变化以及污染物气相浓度变化来确定。水位变化法是指在曝气过程中观察水位升高的径向范围, 但事实上水位升高并不一定反映空气和污染物实际接触范围, 而且该范围在曝气开始一段时间后便难以辨识了。地下水溶解氧以及污染物浓度的测定则需对地下水进行取样测定, 这两种方法相对精确但取样和测试成本高且费时费力。ROI的其他确定方法还有气泡观察、氦同位素示踪、SF6示踪、乙炔示踪等^{[ 10]}。

一般认为AS过程单井影响区形状是圆锥面^{[ 8, 11, 12]}或抛物面^{[ 13, 14, 15, 16]}。Ji等^{[ 13]}以透明玻璃珠模拟土层, 采用光学摄影对AS的流型进行了试验研究, 认为曝气形态主要取决于各土层渗透性、土颗粒尺寸以及喷气压力等参数。胡黎明等^{[ 12]}采用类似方法基于离心机试验发现, AS影响区圆锥角一般为15°~56°, 且砂土较砾石的影响范围更大。土体的水相饱和度越低则其电阻率越大, Lundegard等^{[ 17]}采用电阻率层析成像技术（ERT）技术确定现场地下水饱和带中空气的流动方式和范围。Chen等^{[ 18]}利用计算机X射线断层扫描技术（CT）对饱和砂土中AS过程空气的分布进行了三维室内试验研究, 获得了详细的孔隙率和气相饱和度分布规律。

通常情况下, 当土体粒径较小（<0.75 mm）时, 气体以微通道方式运动。当粒径较大（>4 mm）时, 气体以独立气泡方式运动^{[ 13, 16]}, 由于此方式增大了气-液两相间的接触面积, 从而可以获得较高的修复效率^{[ 19]}。事实上, 有效粒径越小气体在土体中的水平运移能力越强, 对于粒径特别细小的砂土（<0.21 mm）, 曝气过程中空气运动甚至表现为槽室流, 此时气流覆盖区边界为明显不规则形状^{[ 20]}。Braida等^{[ 21]}选取两种硅砂进行试验与理论研究表明, 平均粒径从0.305变为0.168 mm后苯的去除率降低了50%。Ji等^{[ 13]}试验发现, 如果污染区有厚且连续的隔水层, 气体会向两侧水平迁移直至遇到渗透率较大的土体, 或曝气流量足够大才能穿过低渗透率区^{[ 22]}, 因而处理非均质污染土体比均质土体难度大。Reddy等^{[ 23]}研究认为, AS过程若上下两层土体渗透率之比大于10, 气体一般不能通过低渗透率层。对于渗透率低于10^-11 m²的多孔介质, 气体运动易形成优先流或横向扩散, 减弱修复效果^{[ 10]}。此外, Reddy等^{[ 24]}研究发现水力梯度在0.011以下流速小于5.1×10^-4cm/s的情况下, 地下水流动对于AS影响区形状和大小作用很小。

AS过程中首先被去除的是具有高挥发性和高溶解性的NAPLs化合物, 低挥发性和溶解性的化合物较难去除因而会出现修复“拖尾”现象。NAPLs饱和蒸气压高于0.5 mmHg 时可以初步判定其具有一定挥发性, 适于地下水曝气修复处理^{[ 1]}。污染物的亨利常数越高, 污染物越容易通过挥发作用去除, 亨利常数越低, 所需曝气流量越大, 修复时间也越长。Powers等^{[ 25]}研究表明, 水相和NAPLs相间传质界面面积 a是孔隙率、NAPLs相饱和度和NAPLs比表面积等的函数。

最小可曝气压力取决于曝气点附近静水压力和毛细管力, 粒径越大毛细管阻力越小, 最小曝气压力也越小。土体的气相饱和度以及微通道密度会随着曝气压力的增大而增大, AS的影响半径也越大^{[ 26]}。为避免曝气点附近造成不必要的土体扰动破坏和产生永久性气体通道, 曝气压力不宜超过有效上覆应力^{[ 27]}。胡黎明等^{[ 12]}通过模型试验表明存在一个临界曝气压力值, 低于该值时曝气压力对ROI影响较大。达到该值后, 曝气压力对ROI影响很小, 形成稳定影响区域, 可将其视为气体运动通道已发展完全的状态。曝气流量增加可使气流通道密度增大、水相饱和度降低, 影响半径增大^{[ 13]}, 还会提高地下水含氧量, 从而强化有机污染物降解去除效果^{[ 27]}, 但提高曝气流量会使气体在土体中的分布不均匀, 若形成局部优先流还会降低AS总体修复效果^{[ 10]}, 且易造成原位土体的扰动破坏。陈华清^{[ 1]}在模型试验中发现, 含水层下部甲苯的去除速率明显大于含水层中部, 并且曝气流量越小这种差异越明显。

曝气井口宜安装于略深于污染土体, 使曝入的空气既可到达整个污染区又不致操作成本过高, AS过程中位于曝气点下方含水层中的溶解态污染物较难挥发去除。曝气井越深, 空气向上运动时水平迁移范围越大, 这有利于污染物的去除。但随着曝气井深度的增加, 饱和土体中气体的相对渗透率不断下降, 对污染物的去除不利^{[ 10]}。此外, Marulanda等^{[ 27]}通过离心模型试验还发现, 曝气井口几何结构对空气流动形态和流速亦有明显影响。

曝气方式主要分为连续和脉冲曝气两种类型, 连续曝气过程地下水中气流分布相对稳定, 脉冲曝气方式包含相态重分配过程, 这在一定程度上有利于污染物的去除^{[ 28, 29]}。Kim等^{[ 30]}采用AS脉冲曝气方式修复砂质含水层三氯乙烯（TCE）污染, 结果表明TCE去除率达到95%。Aivalioti等^{[ 31]}介绍了希腊某炼油厂600 m²污染区采用间歇曝气修复试验, 5个月之后总石油烃（TPH）、苯系物（BTEX）的浓度均明显下降, 去除率最高达到99%。Elder等^{[ 32]}研究发现运行时间较长停止时间较短的脉冲曝气修复效果最佳。目前关于两种方式的优劣仍有不同观点, 有学者认为脉冲曝气方式间歇期内气体扰动作用消失, 浓度差所引起的NAPLs污染物迁移速率缓慢, 因此较短施工期内脉冲曝气方式修复效率提高作用不明显, 还会使得总体修复时间延长, 而Reddy等^{[ 33]}研究认为对于粗砂两种曝气方式效果相当, 但对于细砂脉冲曝气方式更有效。陈华清^{[ 1]}通过含水层甲苯AS修复试验后认为, 就综合效益而言若要尽快达到修复目标, 应优先选择连续曝气方式。

Braida等^{[ 34]}认为在气流通道附近存在一个传质区, 在传质区VOCs的浓度急剧减少, 而此区域外VOCs的浓度保持不变。集总参数模型假设AS过程气、液两相行为及物理化学反应可以用不同的模块进行描述, 该模型将质量传递与经过污染区的流体体积相关联^{[ 35]}。其典型结构包括水相模块、气相模块和传质模块。其中, 传质模块用来描述土体中的吸附/解吸附、NAPLs相的溶解、污染物由含水层向气流通道的扩散传质等。在数学模型中, 对于相间质量传递系数及传质界面面积因难以实测, 常以概化综合的集总参数表示, 采用迭代求解的方法获得。该模型的局限性在于无法精确描述注入气体的空间分布和AS过程中的物理化学行为。Sellers等^{[ 36]}假定水相向空气的质量传递遵循对流-扩散方程, 为预测地下水中VOCs污染物的清除速率提出了一个单一模块集总参数解析模型。Wilson^{[ 6]}为评估瞬态条件下溶解相VOCs从近似不流动的水相中转移出的时间, 提出了一个解析模型, 模型基于两个相互混合的分区, 污染水流经曝气分区时将通过对流而产生质量交换, 污染物由曝气分区传递至气相考虑为遵循亨利定律的平衡传质过程。Wilson等^{[ 5]}建立了一个数值模型, 利用集总参数方法可以考虑VOCs通过水相中的弥散及曝气井附近的水循环过程向独立气流通道内的运移。为模拟饱和多孔介质一维柱体内的曝气行为, Chao等^{[ 37]}假定饱和多孔介质中存在传质区和地下水主体区, 建立了一个一维集总参数模型。在传质区VOCs通过扩散作用由水相转移到气相, 而在主体区曝气通道对传质作用没有贡献, 方程采用数值方法求解, 质量传递系数及传质区区域大小利用一维土柱试验数据进行标定。Braida等^{[ 38]}对上述模型进行了改进, 同时考虑了污染物由水相主体向传质区的扩散以及气-水界面上的非平衡挥发, 用以模拟实验室条件下的单气流通道曝气过程。

AS过程是一个多相流过程, 因此在对地下水饱和带AS过程进行严格理论分析时应当考虑空气和水相间毛细压力的影响以及由于相对渗透性的差异造成的两相间流阻^{[ 4]}。目前大多数多相流模型均考虑气、水、污染物三相, 利用达西定律表述水力梯度与液相流量间关系, 流体压力/饱和度/渗透率间相互关系遵循经验函数, 忽略影响气水两相间传质的滞回现象。AS多相流模型的局限性在于难以在连续介质模型中对气流进行描述, 该类模型一般适用于气流通道密度相对较高的情况。Unger等^{[ 2]}采用多相流模型CompFlow分析了假想的非承压地下水中非均质土体TCE污染场地AS修复问题, 模型采用有限差分技术进行求解。Lundegard等^{[ 11]}应用多相流程序TETRAD研究了各种地质条件下AS过程的瞬态效果, 旨在空气流动分析, 因此不考虑VOCs的去除问题。Van Dijke等^{[ 39]}采用两相流模型模拟了均质轴对称多孔介质中的持续曝气, 发现当注气速率自开始就保持恒定, 当气流趋于稳定后地下水迅速进入相对静止状态。Mei等^{[ 40]}通过轴对称条件下地下水曝气模型计算表明, 在稳定AS过程水相静止时两相流问题可简化成单相流问题。美国劳伦斯-伯克利国家实验室开发了模拟多组分、多相流在裂隙介质中非等温流动的T2VOC及TMVOC数值模型用于地下水NAPLs污染及其修复研究, 但模型中采用的局域平衡假设过高估计了相间传质速率, 因此难以准确反映曝气修复后期污染物浓度“拖尾”现象。为此, Falta^{[ 41]}采用裂隙介质分析常用的双重介质多相流方法对AS过程中局部区域相间传质进行模拟。该方法可模拟曝气过程中形成的气流通道, 还能准确反映AS后期的“拖尾”现象, 但模型中诸多参数无法通过传统的多孔介质测量技术获得。Van Antwerp等^{[ 42]}认为传统的多相流数值模型忽视气流通道网格块尺度效应对局部传质过程的影响, 传统建模方法将高估污染物的去除率, 由此提出了一种双域多相流模型, 不同域间通过一阶传质方程相耦合, 分析发现, 研究域尺度越大相间传质系数越小, 因此直接将实验室获取的参数用于现场计算是不准确的。