巴彥淖爾市夏秋兩季土壤電阻率的測試研究

王衛紅

摘要：本項目通過對野外采樣數據的實驗分析，確定了引起土壤電阻率發生變化的主要影響因子，在此基礎上對采樣點的土壤電阻率和主要影響參數的統計特征進行描述，對其空間分布規律進行研究；針對草地、沙地、農田等不同覆蓋類型下的土壤電阻率，得出（1）所選區域內電阻率數值差異較大，離散程度高，不同植被覆蓋類型、不同深度的土壤電阻率值差異較大；（2）土壤溫度分布比較集中，變異系數較小；（3）土壤含水量的觀測值與溫度值相比離散程度較大，濕度整體較小，但不同的植被覆蓋其土壤含水量差異較為顯著；（4）土壤電阻率隨著深度的增加而減小；（5）與線性和對數回歸相關系數相比，農田的土壤電阻率其倒數回歸相關系數R較大，為0.3941；（6）草地土壤電阻率的線性回歸模型的相關系數R較對數和倒數回歸的值大；（7）沙地土壤電阻的對數回歸模型較好；（8）土壤類型不同其適用的回歸模型也不同，總體來說，線性、倒數、對數回歸模型的檢驗和建模精度值都不太大。

引言：作為現代防雷接地工程和雷電起電機制研究的重要參數，土壤電阻率對接地電阻的大小起著決定性作用，接地裝置是現代防雷工程設計、施工和驗收中必不可少的防雷設施。因此，在對接地裝置進行設計和施工之前，需要對建設區域進行測量得到土壤電阻率的有關參數，但在現實中會遇到各種各樣的困難導致測定土壤電阻率難度相當大，而測定結果的準確性對防雷性能的優劣將造成直接影響。故此準確掌握施工區域土壤電阻率的主要特性，將對正確設計接地裝置以及合理進行雷電災害風險區劃起到積極作用。

文中對研究區域的土壤電阻率特性進行研究，明確不同土壤類型、不同土壤剖面的情況下表層土壤電阻率的變化規律及其特征，以及各種土壤因子對土壤電阻率變化的影響作用，確定引起土壤電阻率變化的主要因子，估算區域內土壤電阻率的大小，以便進行雷電災害風險區劃，為防雷減災研究提供依據。

1資料與研究方法

本文選取位于內蒙古中西部的河套平原，野外測定區域內沙地、草地、農田等不同類型土壤的溫、濕度和剖面電阻率，2014年和2015年的5月-10月對15個測試點進行農田、草地、沙地3種不同土壤類型10cm、20cm、30cm、40cm、50cm和60cm等6種不同剖面深度的土壤電導率及溫度和濕度進行測量，累計獲得測試數據樣本1262個，包括8個農田類型測試點的數據樣本1075個，3個草地類型測試點的數據樣本97個，4個沙地類型測試點的數據樣本90個。采用常規數理統計和線性回歸等方法，應用Matlab和SAS軟件編程對土壤測試參數進行分析，估算土壤電阻率。2土壤電阻率等測試參數總體分布特征

研究區域內的電阻率平均值為20.39Ω·m，最大值是254.45Ω·m，離散程度較高，數值的差異性較大，峰度較高，分布圖形陡峭，平均值大于眾數（1672Ω·m），得出深度不同、植被覆蓋類型不同的土壤電阻率值差異性較大，研究區域內，土壤電阻率平均值最小的是農田，觀測數值偏大的是草地，離散程度較大的是沙地，沙地土壤中出現觀測最大值，農田土壤中出現觀測最小值（0.7Ω·m）。

研究區域的土壤溫度觀測值分布相對集中，變異系數較小，平均值18.03℃，略小于眾數，峰度值小于3，峰度不足；因夏季是主要的觀測時間，所以觀測值在0-40℃內，溫度觀測平均值最小（17.65℃）的是農田，最大值出現在沙地，離散程度最小的也是沙地，說明夏季沙地土壤類型較農田、草地的土壤溫度變化最小。

與土壤溫度值相比，含水量觀測值的離散程度比較大，體積含水量的平均值16.44%遠大于眾數（2.90%），數值分布峰度過高，得出研究區域內整體濕度偏小，植被覆蓋類型不同的土壤含水量差異顯著。研究區域內土壤含水量平均值最小的是草地，沙地的該參數值是草地的2.75倍，離散程度較大的是農田，且觀測數值中最小值和最大值均為農田。

3土壤電阻率的分層分布特征

研究區域內土壤電阻率隨深度變化的總體趨勢是隨深度增加而減小。農田類型土壤電阻率在10-60cm范圍內，雖然深度不同但變化幅度較小，與研究區域電阻率隨深度變化的總體趨勢一致；沙地土壤電阻率變化趨勢為先下降，40cm深度處開始上升，最大值出現在50cm深度處，深度繼續增加電阻率迅速下降到最小值；從10cm深度處，草地的土壤電阻率開始下降，在20cm-50cm范圍內數值基本維持不變，最低值出現在60cm深度處。

4.土壤溫度的分層分布特征

研究區域內土壤溫度隨深度變化的總體趨勢是隨深度增加逐漸減小。在10-20cm范圍內溫度下降幅度較大，近1.5℃左右；在20-40cm深度范圍內，變化程度相對較小，小于0.5℃；在60cm深度處，溫度下降幅度約為1.0℃。農田與草地的變化趨勢一致，均為隨深度增加而降低，60cm深度處為最低值。而沙地土壤溫度的變化趨勢略有不同，呈現先下降后上升態勢，自10cm處觀測值下降至20cm深度處的最低值后，隨深度增加溫度逐漸上升。

5.土壤體積含水量的分層分布特征

研究區域內土壤含水量在不同深度處的變化趨勢為隨深度增加而變大。在10cm處體積含水量為13.37%，上升至50cm處為19.22%，60cm處下降至18.21%。農田土壤類型的含水量觀測值隨土壤深度的增加而變大，且增大的趨勢相對平緩：草地和沙地的變化趨勢近似，含水量隨土壤深度的增加呈現先增大，在30cm深度處略有下降后繼續呈上升趨勢：沙地與草地和農田相比，含水量觀測值明顯偏高，60cm深度處達最大值；草地在30cm深度處達最大值，最小觀測值出現在10cm深度處，60cm深度處土壤含水量呈現上升趨勢。

6.土壤電阻率基于影響因素的多元回歸分析

不同類型的土壤適用于不同的回歸模型，但總體來說，線性、倒數、對數這三類回歸模型的檢驗精度和建模精度均不是很高。

結束語：本文通過選取巴彥淖爾地區不同的土壤類型，研究其土壤剖面電阻率的分布規律，得出土壤類型不同的情況下，土壤電阻率變化與影響因子的定量關系，研究成果為下一步雷電災害風險區劃和提升防雷減災工作水平奠定了基礎。endprint