海口地區(qū)土壤電阻率時空分布特征初步分析

李　敏

(海南省防雷中心,海南　海口　570203)

?

海口地區(qū)土壤電阻率時空分布特征初步分析

李敏

(海南省防雷中心,海南海口570203)

分析近5 a海口地區(qū)土壤電阻率和土壤濕度數(shù)據(jù)，結(jié)果表明：海口地區(qū)的土壤電阻率整體呈東低西高的分布特征；火山灰土的土壤電阻率隨季節(jié)變化呈反U形曲線，紅土、沙土的土壤電阻率隨季節(jié)變化呈U形曲線，火山灰土的土壤電阻率并不因雨季來臨而降低，反而上升；火山灰土的土壤電阻率隨土壤濕度升高而上升，紅土、沙土的土壤電阻率隨土壤濕度升高而下降。

海口地區(qū);土壤電阻率;分布特征

1　引言

由于土壤電阻率是土壤多種性質(zhì)的綜合表征[9]。隨著經(jīng)濟社會發(fā)展，土壤電阻率在電力、通訊的接地工程，地下金屬設(shè)施的防腐工程、交通、石油化工等方面應(yīng)用發(fā)揮著越來越重要的作用，土壤電阻率也是防雷工程設(shè)計和施工的一個很重要的參數(shù)，土壤電阻率的大小與土壤的結(jié)構(gòu)，土質(zhì)的緊密度、濕度、溫度等，以及土壤中含有可溶性的電解質(zhì)有關(guān)[8]。影響土壤電阻率最明顯的因素是降雨[1，7]，季節(jié)的變化造成土壤相對濕度的變化，土壤電阻率也會跟隨著呈年周期性變化。海口市屬熱帶低緯地區(qū)，月平均氣溫在17.7～28.6 ℃之間，溫度應(yīng)不是引起土壤電阻率變化的主要因素；月平均降水量在19.5～244.1 mm之間，年降水量變化曲線呈明顯的單峰曲線特性，根據(jù)降水量的時間分布可分為干季(12—次年3月)和雨季(4—11月)。目前，對海口地區(qū)土壤電阻率研究甚少，因些，研究海口地區(qū)土壤電阻率時空分布特征，為掌握土壤電阻率的相關(guān)性質(zhì)起決定作用。在海口地區(qū)，從東到西，不同區(qū)域土質(zhì)結(jié)構(gòu)，成分也存在著較大差異，從而導(dǎo)致土壤電阻率差異很大。本文采用現(xiàn)場觀測的土壤濕度和土壤電阻率數(shù)據(jù),分析海口市的土壤電阻率時空分布特征，對海口市雷電災(zāi)害風(fēng)險區(qū)劃的制定，防雷裝置的設(shè)計等具有重要的參考指導(dǎo)意義。

2　實驗方案及數(shù)據(jù)

2.1觀測點分布

根據(jù)海口市行政區(qū)域分布，分成20個觀測點進行實地觀測，基本能均勻覆蓋海口市范圍，如圖1。

其中，石山、永興、龍橋、遵譚、美安等5個觀測點為火山灰土，東山、海墾、海醫(yī)、新坡、演豐、三江、三公里、云龍、三門坡、甲子、舊州等11個觀測點為紅土，長流、新埠島、東營、靈山等4個觀測點為鄰海沙土。

2.2 觀測時間

觀測時間安排，按春、夏、秋、冬4個季節(jié)對每個觀測點進行觀測，要求觀測前3 d不能出現(xiàn)有降水量。

2.3觀測儀器

測量土壤電阻率儀表為MS1027智能接地電阻測試儀，該儀器可實現(xiàn)土壤電阻率自動轉(zhuǎn)換輸出；濕度計選用SMS-II-50土壤水分傳感器(又名土壤濕度傳感器)；定位儀選用GARMIN C720系列GPS定位儀。

2.4觀測方法

測量方法采用文納四極法，測量時，要求沿直線插入4根探針，并使各探針間距相等，分別用1～10 m間距采樣，探針入地深度為30 cm，測量的電阻值依如下公式可算出土壤電阻率值：

圖1　20個觀測點分布Fig.1　Distribution of 20 Observation Spots

ρ=2π·a·R

其中：a為探針間距，單位為m；R為接地極接地電阻值，單位為Ω。

觀測點的平均土壤電阻率等于各采樣間距觀測值的平均值。

為保證觀測點位置一致，第1次觀測后要求對周圍環(huán)境進行拍照并做上記號。

3　數(shù)據(jù)分析

3.1土壤電阻率的空間分布

對各觀測點的土壤電阻率值進行年平均，并進行克里金插值，可以得到圖2。如果以250 Ω·m作為高、低值分界值，從圖中可以看到：石山、永興、遵譚、龍橋、美安、東山等6個觀測點的平均土壤電阻率屬于高值區(qū)；海墾、海醫(yī)、長流、新埠、東營、靈山、舊州、新坡、演豐、三江、三公里、云龍、三門坡、甲子等14個觀測點的平均土壤電阻率屬于低值區(qū)，整個區(qū)域呈東低西高的分布特征。初步分析認為，石山、永興、遵譚、龍橋、美安等觀測點為火山灰土，這類土壤土質(zhì)疏松，含水量低，土壤電阻率最高；海墾、海醫(yī)、新坡、演豐、三江、三公里、云龍、三門坡、甲子等觀測點為紅土，這類土壤含水量較高，但這些觀測點離海岸線較遠、海拔較高，地下水位較低，土壤電阻率相對較高；長流、美安、新埠、東營、靈山等觀測點為沙土，這類土壤含水量較低，但由于鄰近海岸線，地下水位較高，土壤電阻率相對較低；而東山觀測點為紅土，該觀測點出現(xiàn)閉合高值區(qū)，這有待于進一步研究。

圖2　海口地區(qū)的土壤電阻率空間分布Fig.2　Distribution of 20 Observation Spots

3.2土壤電阻率的季節(jié)分布特征

把各觀測點按土壤類型分類作季節(jié)劃分，可得到土壤電阻率隨季節(jié)變化的柱形圖，如圖3。

圖3　3種類型土壤的土壤電阻率隨季節(jié)變化柱形圖Fig.3　Column Diagram of Three Types of Soil's Resistivity Seasonal Variation

從圖3中可以看到：從春季到冬季，火山灰土的土壤電阻率變化呈反U形曲線狀態(tài)，值域在330～460 Ω·m之間，說明雨季的來臨并未使其土壤電阻率降低，反而是上升的，且變化較明顯；沙土的土壤電阻率變化呈U形曲線狀態(tài)，值域在52～84 Ω·m之間，說明雨季來臨使其土壤電阻率降低，且相對較明顯；紅土的土壤電阻率變化同樣呈U形曲線狀態(tài)，值域在176～214 Ω·m之間，說明雨季來臨也使其土壤電阻率降低，但相對不明顯。

3.3土壤電阻率隨土壤濕度變化特征

圖4　3種類型土壤的土壤濕度隨季節(jié)變化曲線圖Fig.4　Curves of Three Types of Soil's Moisture Seasonal Variation

從圖4可以看到，3種土壤的土壤濕度都是隨季節(jié)呈反U形變化的，火山灰土的土壤濕度隨季節(jié)變化最小，其次是紅土，最大是沙土。與圖3結(jié)合分析，結(jié)果表明火山灰土的土壤電阻率并不因土壤濕度提高而降低，反而是上升的；沙土和紅土的土壤電阻率隨土壤濕度提高而降低，但對應(yīng)并不一致，秋季土壤濕度最大但土壤電阻率并不是最小。

把各類型土壤的土壤電阻率隨濕度變化做線性回歸分析，如圖5～圖7，表明火山灰土的土壤電阻率隨土壤濕度升高而上升，而沙土和紅土的土壤電阻率隨土壤濕度的升高而下降，其中紅土下降最明顯。

圖5　火山灰土土壤電阻率與濕度線性回歸圖Fig.5　Linear Regression Figure of Volcanic Ash Soil Resistivity and Moisture

圖6　沙土土壤電阻率與濕度線性回歸圖Fig.6　Linear Regression Figure of Sand Soil Resistivity and Moisture

圖7　紅土土壤電阻率與濕度線性回歸圖Fig.7　Linear Regression Figure of Red Clay Soil Resistivity and Moisture

4　結(jié)論

通過以上對海口地區(qū)土壤電阻率和土壤濕度的數(shù)據(jù)分析，可以得到以下初步結(jié)論：

①海口地區(qū)的土壤電阻率整體呈東低西高的分布特征。

②火山灰土的土壤電阻率隨季節(jié)變化呈反U形曲線，紅土、沙土的土壤電阻率隨季節(jié)變化呈U形曲線，火山灰土的土壤電阻率并不因雨季來臨而降低，反而是上升的。

③火山灰土的土壤電阻率隨土壤濕度升高而上升，紅土、沙土的土壤電阻率隨土壤濕度升高而下降。

④)目前沒有了解或掌握的特征，為以后進一步研究做鋪墊。

[1] 婁國偉.土壤電阻率的影響因素及測量方法的研究[J].黑龍江氣象，2011.

[2] 曲良山，李曉剛，杜翠薇，等.區(qū)域土壤電阻率參數(shù)的空間分析軟件開發(fā)與應(yīng)用[J].中國腐蝕與防護學(xué)報，2011.

[3] GB/T17949.1-2000,接地系統(tǒng)的土壤電阻率、接地阻抗和地面電位測量導(dǎo)則第1部分：常規(guī)測量[S].

[4]李成業(yè)，杜佳林，金方.土壤電阻率測量實驗及其規(guī)律分析[J].吉林氣象，2009(1).

[5] 孫慧珍,張道明,吳溝. 地下金屬管道在我國幾類主要土壤中的腐蝕狀況及其與土壤性質(zhì)的關(guān)系[J]土壤學(xué)報, 1992(3).

[6]馬柱國·中國東部土壤濕度和區(qū)域氣候變化的關(guān)系及一個土壤濕度反演模式建立[D].北京:中國科學(xué)院大氣物理研究所，1999：19-42.

[7]王孝波，曾昌軍，鄧春林，等.接地電阻隨季節(jié)及天氣過程變化規(guī)律分析[J].氣象科學(xué),2013,33(6):648-652.

[8]章鋼婭,劉順民,孫慧珍.塔里木地區(qū)土壤電阻率的影響因素研究[J].土壤學(xué)報,2006,43(1):160-163.

[9]金石惠.金屬材料在土壤中的腐蝕速度與土壤電阻率[J].華中科技大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版,2001(5):82-86.

[10]劉春泉,厚軍學(xué),張偉.寧夏土壤電阻率時空分布觀測試試驗[J].氣象科技,2008,36(4):474-479.

[11]段旭,王彥輝,徐麗宏,等.六盤山香水河小流域典型坡面的土壤電阻率空間變異[J].土壤學(xué)報,2011,48(5).

Preliminary Analysis of Temporal and Spatial Distribution Characteristics of Soil Resistivity in Haikou Area

LI Min

(Lightning Protection Center of Hainan Province, Haikou 570203,China)

The past five years’data of soil resistivity and soil moisture in Haikou region was analyzed. The results show that soil resistivity is small in east of Haikou, and large in west. The soil resistivity of volcanic ash soil varies with the seasons in a form of inversely U-shaped curve. The waveshape of seasonal variation of clay and sand soil resistivity is of U-shaped curve. The volcanic ash soil resistivity did not decreased due to the rainy season, but increased. Volcanic ash soil resistivity increased with the increase of soil moisture. Red clay and sand soil resistivity declined according to the increase of soil moisture.

Haikou area; soil resistivity；distribution characteristics

1003-6598(2016)01-0060-04

2015-06-26

李敏(1979—)，女，工程師，主要從事雷電防御技術(shù)工作，E-mail:252096762@qq.com。

海南省氣象局科技創(chuàng)新項目，項目編號：HN2013MS16。

S152.3

B