巴彦淖尔市夏秋两季土壤电阻率的测试研究

王卫红

摘要：本项目通过对野外采样数据的实验分析，确定了引起土壤电阻率发生变化的主要影响因子，在此基础上对采样点的土壤电阻率和主要影响参数的统计特征进行描述，对其空间分布规律进行研究；针对草地、沙地、农田等不同覆盖类型下的土壤电阻率，得出（1）所选区域内电阻率数值差异较大，离散程度高，不同植被覆盖类型、不同深度的土壤电阻率值差异较大；（2）土壤温度分布比较集中，变异系数较小；（3）土壤含水量的观测值与温度值相比离散程度较大，湿度整体较小，但不同的植被覆盖其土壤含水量差异较为显著；（4）土壤电阻率随着深度的增加而减小；（5）与线性和对数回归相关系数相比，农田的土壤电阻率其倒数回归相关系数R较大，为0.3941；（6）草地土壤电阻率的线性回归模型的相关系数R较对数和倒数回归的值大；（7）沙地土壤电阻的对数回归模型较好；（8）土壤类型不同其适用的回归模型也不同，总体来说，线性、倒数、对数回归模型的检验和建模精度值都不太大。

引言：作为现代防雷接地工程和雷电起电机制研究的重要参数，土壤电阻率对接地电阻的大小起着决定性作用，接地装置是现代防雷工程设计、施工和验收中必不可少的防雷设施。因此，在对接地装置进行设计和施工之前，需要对建设区域进行测量得到土壤电阻率的有关参数，但在现实中会遇到各种各样的困难导致测定土壤电阻率难度相当大，而测定结果的准确性对防雷性能的优劣将造成直接影响。故此准确掌握施工区域土壤电阻率的主要特性，将对正确设计接地装置以及合理进行雷电灾害风险区划起到积极作用。

文中对研究区域的土壤电阻率特性进行研究，明确不同土壤类型、不同土壤剖面的情况下表层土壤电阻率的变化规律及其特征，以及各种土壤因子对土壤电阻率变化的影响作用，确定引起土壤电阻率变化的主要因子，估算区域内土壤电阻率的大小，以便进行雷电灾害风险区划，为防雷减灾研究提供依据。

1资料与研究方法

本文选取位于内蒙古中西部的河套平原，野外测定区域内沙地、草地、农田等不同类型土壤的温、湿度和剖面电阻率，2014年和2015年的5月-10月对15个测试点进行农田、草地、沙地3种不同土壤类型10cm、20cm、30cm、40cm、50cm和60cm等6种不同剖面深度的土壤电导率及温度和湿度进行测量，累计获得测试数据样本1262个，包括8个农田类型测试点的数据样本1075个，3个草地类型测试点的数据样本97个，4个沙地类型测试点的数据样本90个。采用常规数理统计和线性回归等方法，应用Matlab和SAS软件编程对土壤测试参数进行分析，估算土壤电阻率。2土壤电阻率等测试参数总体分布特征

研究区域内的电阻率平均值为20.39Ω·m，最大值是254.45Ω·m，离散程度较高，数值的差异性较大，峰度较高，分布图形陡峭，平均值大于众数（1672Ω·m），得出深度不同、植被覆盖类型不同的土壤电阻率值差异性较大，研究区域内，土壤电阻率平均值最小的是农田，观测数值偏大的是草地，离散程度较大的是沙地，沙地土壤中出现观测最大值，农田土壤中出现观测最小值（0.7Ω·m）。

研究区域的土壤温度观测值分布相对集中，变异系数较小，平均值18.03℃，略小于众数，峰度值小于3，峰度不足；因夏季是主要的观测时间，所以观测值在0-40℃内，温度观测平均值最小（17.65℃）的是农田，最大值出现在沙地，离散程度最小的也是沙地，说明夏季沙地土壤类型较农田、草地的土壤温度变化最小。

与土壤温度值相比，含水量观测值的离散程度比较大，体积含水量的平均值16.44%远大于众数（2.90%），数值分布峰度过高，得出研究区域内整体湿度偏小，植被覆盖类型不同的土壤含水量差异显著。研究区域内土壤含水量平均值最小的是草地，沙地的该参数值是草地的2.75倍，离散程度较大的是农田，且观测数值中最小值和最大值均为农田。

3土壤电阻率的分层分布特征

研究区域内土壤电阻率随深度变化的总体趋势是随深度增加而减小。农田类型土壤电阻率在10-60cm范围内，虽然深度不同但变化幅度较小，与研究区域电阻率随深度变化的总体趋势一致；沙地土壤电阻率变化趋势为先下降，40cm深度处开始上升，最大值出现在50cm深度处，深度继续增加电阻率迅速下降到最小值；从10cm深度处，草地的土壤电阻率开始下降，在20cm-50cm范围内数值基本维持不变，最低值出现在60cm深度处。

4.土壤温度的分层分布特征

研究區域内土壤温度随深度变化的总体趋势是随深度增加逐渐减小。在10-20cm范围内温度下降幅度较大，近1.5℃左右；在20-40cm深度范围内，变化程度相对较小，小于0.5℃；在60cm深度处，温度下降幅度约为1.0℃。农田与草地的变化趋势一致，均为随深度增加而降低，60cm深度处为最低值。而沙地土壤温度的变化趋势略有不同，呈现先下降后上升态势，自10cm处观测值下降至20cm深度处的最低值后，随深度增加温度逐渐上升。

5.土壤体积含水量的分层分布特征

研究区域内土壤含水量在不同深度处的变化趋势为随深度增加而变大。在10cm处体积含水量为13.37%，上升至50cm处为19.22%，60cm处下降至18.21%。农田土壤类型的含水量观测值随土壤深度的增加而变大，且增大的趋势相对平缓：草地和沙地的变化趋势近似，含水量随土壤深度的增加呈现先增大，在30cm深度处略有下降后继续呈上升趋势：沙地与草地和农田相比，含水量观测值明显偏高，60cm深度处达最大值；草地在30cm深度处达最大值，最小观测值出现在10cm深度处，60cm深度处土壤含水量呈现上升趋势。

6.土壤电阻率基于影响因素的多元回归分析

不同类型的土壤适用于不同的回归模型，但总体来说，线性、倒数、对数这三类回归模型的检验精度和建模精度均不是很高。

结束语：本文通过选取巴彦淖尔地区不同的土壤类型，研究其土壤剖面电阻率的分布规律，得出土壤类型不同的情况下，土壤电阻率变化与影响因子的定量关系，研究成果为下一步雷电灾害风险区划和提升防雷减灾工作水平奠定了基础。endprint