雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中土壤電阻率的季節(jié)系數(shù)訂正

吳 江

(沈陽市防雷檢測中心,遼寧 沈陽110000)

1 引言

沈陽市防雷檢測中心2013年7月開展了雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估業(yè)務(wù)，為新建、改建和擴(kuò)建的重大建設(shè)項(xiàng)目以及爆炸和火災(zāi)危險(xiǎn)場所等提供雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估報(bào)告。 在評(píng)估工作中需要對(duì)防雷接地裝置的接地電阻進(jìn)行計(jì)算，獲取準(zhǔn)確的接地電阻值，必須測量出該區(qū)域的土壤電阻率。 然而東北地區(qū)一年土壤表層的溫度范圍為-40-50 ℃。每年的4月上旬至11月上旬土壤電阻率的變化相對(duì)穩(wěn)定。 當(dāng)年的11月中旬至第二年的3月下旬，由于凍土層深度的變化，實(shí)際測量出的土壤電阻率數(shù)值變化很大， 與春秋季節(jié)甚至相差數(shù)十倍之多。 用這樣的土壤電阻率數(shù)值計(jì)算出的接地裝置的接地電阻值與實(shí)際就出現(xiàn)了較大的誤差，直接影響了建筑物接地裝置的施工設(shè)計(jì)方案，因此必須對(duì)不同季節(jié)的實(shí)測土壤電阻率進(jìn)行訂正，并用訂正后的數(shù)值計(jì)算接地電阻值。

目前沈陽地區(qū)氣象系統(tǒng)沒有相關(guān)的訂正依據(jù)，為建立土壤電阻率的訂正系數(shù)模型， 本文選取了沈陽地區(qū)的不同地點(diǎn)， 進(jìn)行土壤電阻率的定期測量工作，通過為期一年的測量，獲取了相關(guān)的數(shù)據(jù)，經(jīng)過分析，并借鑒其他學(xué)者專家的相關(guān)的研究成果，建立了沈陽地區(qū)土壤電阻率測量的訂正系數(shù)模型。

2 土壤電阻率的影響因子

影響土壤電阻率變化的因素較多， 諸如土壤含鹽量、土壤的含水量、土壤的疏密程度和土壤的溫度等，主要影響因子有以下幾方面。

2.1 土壤中鹽分的含量

土壤中的各種金屬鹽能夠形成電離子， 含鹽量越高，電離子的數(shù)量也就越多，土壤的導(dǎo)電性越強(qiáng)。

2.2 土壤的含水量

土壤中的水分能夠形成電離子， 土壤的濕度越大，含水量越高，電離子的數(shù)量也就越多，土壤的導(dǎo)電性越好。

2.3 土壤的溫度

在相同的土壤中，土壤濕度不變時(shí)，溫度升高會(huì)使土壤電阻率相應(yīng)的減小。 當(dāng)溫度降低至0 ℃，即當(dāng)土壤開始凍結(jié)后，土壤電阻率會(huì)快速上升，可達(dá)到凍結(jié)前的幾十倍。

3 土壤電阻率變化的測量方法

（1）測量地點(diǎn)：選擇沈陽東陵區(qū)氣象局的觀測場獨(dú)立接閃桿的接地裝置作為測試對(duì)象， 采用四極法測試。

（2）測量時(shí)間：2012年2月1日-2013年1月25日，每周五測量一次，雨雪天氣不測量。

（3）測量儀器：KB 2127 多功能接地電阻測試儀。在測量周期內(nèi)不更換測量儀器。

（4）測量方法：測量取得的土壤電阻率數(shù)值應(yīng)符合以下條件：

接地極有效深度5 mm; 各測試極在土壤中的間隔距離為1 m;測試極在土壤中水平排列;每次測量地點(diǎn)誤差≤10 cm。

4 數(shù)據(jù)分析

通過對(duì)土壤電阻率月平均值變化圖（圖1）的分析，初步得出以下結(jié)論：

圖1 土壤電阻率月平均變化圖

（1）本地區(qū)一年中土壤電阻率變化最大的時(shí)段為冬季土壤凍結(jié)時(shí)期， 即當(dāng)年的11月末至次年的3月末，而一年中的其它時(shí)段土壤電阻率的變化較小。

（2）由于測試儀表的測試極的長度僅為250 mm,土壤凍結(jié)后測量的土壤電阻率數(shù)值應(yīng)是凍土層的土壤電阻率。 如果測試極能夠穿過凍土層，測量數(shù)值又會(huì)趨于春夏秋季節(jié)的數(shù)值。 但是沈陽地區(qū)冬季凍土層的深度可達(dá)到1000 mm 以上， 實(shí)際工作中難以實(shí)現(xiàn)穿過凍土層進(jìn)行測量。

（3）年平均土壤電阻率的取值應(yīng)為土壤未凍結(jié)時(shí)段的平均值，即4-11月間的平均值，經(jīng)計(jì)算本地區(qū)土壤電阻率年平均值為20.8 Ω/m。

5 土壤電阻率季節(jié)訂正系數(shù)模型的建立

5.1 訂正系數(shù)的求取

設(shè)：土壤電阻率年平均值ρ0，土壤電阻率月平均值ρ1，季節(jié)訂正系數(shù)k，則k=ρ0/ρ1，據(jù)此得出土壤季節(jié)訂正系數(shù)（表1）。

本訂正系數(shù)的模型是建立在同一測量場地，未考慮不同土壤的土質(zhì)變化的影響， 在應(yīng)用于不同的土壤測量時(shí)會(huì)存在一定的偏差， 但仍然是目前實(shí)際雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估工作中唯一的參考依據(jù)。

表1 季節(jié)訂正系數(shù)表

5.2 土壤電阻率的訂正

設(shè)： 土壤電阻率ρ， 實(shí)測土壤電阻率數(shù)值ρ′，則ρ=kρ′。 即土壤電阻率等于實(shí)際測量數(shù)值與訂正系數(shù)之積。