巴彥淖爾市夏秋兩季土壤電阻率的測試研究

王衛(wèi)紅

摘要：本項(xiàng)目通過對野外采樣數(shù)據(jù)的實(shí)驗(yàn)分析，確定了引起土壤電阻率發(fā)生變化的主要影響因子，在此基礎(chǔ)上對采樣點(diǎn)的土壤電阻率和主要影響參數(shù)的統(tǒng)計(jì)特征進(jìn)行描述，對其空間分布規(guī)律進(jìn)行研究；針對草地、沙地、農(nóng)田等不同覆蓋類型下的土壤電阻率，得出（1）所選區(qū)域內(nèi)電阻率數(shù)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(shù)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(shù)回歸相關(guān)系數(shù)相比，農(nóng)田的土壤電阻率其倒數(shù)回歸相關(guān)系數(shù)R較大，為0.3941；（6）草地土壤電阻率的線性回歸模型的相關(guān)系數(shù)R較對數(shù)和倒數(shù)回歸的值大；（7）沙地土壤電阻的對數(shù)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(shù)、對數(shù)回歸模型的檢驗(yàn)和建模精度值都不太大。

引言：作為現(xiàn)代防雷接地工程和雷電起電機(jī)制研究的重要參數(shù)，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(xiàn)代防雷工程設(shè)計(jì)、施工和驗(yàn)收中必不可少的防雷設(shè)施。因此，在對接地裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工之前，需要對建設(shè)區(qū)域進(jìn)行測量得到土壤電阻率的有關(guān)參數(shù)，但在現(xiàn)實(shí)中會(huì)遇到各種各樣的困難導(dǎo)致測定土壤電阻率難度相當(dāng)大，而測定結(jié)果的準(zhǔn)確性對防雷性能的優(yōu)劣將造成直接影響。故此準(zhǔn)確掌握施工區(qū)域土壤電阻率的主要特性，將對正確設(shè)計(jì)接地裝置以及合理進(jìn)行雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃起到積極作用。

文中對研究區(qū)域的土壤電阻率特性進(jìn)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(guī)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(qū)域內(nèi)土壤電阻率的大小，以便進(jìn)行雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃，為防雷減災(zāi)研究提供依據(jù)。

1資料與研究方法

本文選取位于內(nèi)蒙古中西部的河套平原，野外測定區(qū)域內(nèi)沙地、草地、農(nóng)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(gè)測試點(diǎn)進(jìn)行農(nóng)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(dǎo)率及溫度和濕度進(jìn)行測量，累計(jì)獲得測試數(shù)據(jù)樣本1262個(gè)，包括8個(gè)農(nóng)田類型測試點(diǎn)的數(shù)據(jù)樣本1075個(gè)，3個(gè)草地類型測試點(diǎn)的數(shù)據(jù)樣本97個(gè)，4個(gè)沙地類型測試點(diǎn)的數(shù)據(jù)樣本90個(gè)。采用常規(guī)數(shù)理統(tǒng)計(jì)和線性回歸等方法，應(yīng)用Matlab和SAS軟件編程對土壤測試參數(shù)進(jìn)行分析，估算土壤電阻率。2土壤電阻率等測試參數(shù)總體分布特征

研究區(qū)域內(nèi)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(shù)值的差異性較大，峰度較高，分布圖形陡峭，平均值大于眾數(shù)（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(qū)域內(nèi)，土壤電阻率平均值最小的是農(nóng)田，觀測數(shù)值偏大的是草地，離散程度較大的是沙地，沙地土壤中出現(xiàn)觀測最大值，農(nóng)田土壤中出現(xiàn)觀測最小值（0.7Ω·m）。

研究區(qū)域的土壤溫度觀測值分布相對集中，變異系數(shù)較小，平均值18.03℃，略小于眾數(shù)，峰度值小于3，峰度不足；因夏季是主要的觀測時(shí)間，所以觀測值在0-40℃內(nèi)，溫度觀測平均值最小（17.65℃）的是農(nóng)田，最大值出現(xiàn)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(nóng)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(yuǎn)大于眾數(shù)（2.90%），數(shù)值分布峰度過高，得出研究區(qū)域內(nèi)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(qū)域內(nèi)土壤含水量平均值最小的是草地，沙地的該參數(shù)值是草地的2.75倍，離散程度較大的是農(nóng)田，且觀測數(shù)值中最小值和最大值均為農(nóng)田。

3土壤電阻率的分層分布特征

研究區(qū)域內(nèi)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(nóng)田類型土壤電阻率在10-60cm范圍內(nèi)，雖然深度不同但變化幅度較小，與研究區(qū)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(xiàn)在50cm深度處，深度繼續(xù)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(nèi)數(shù)值基本維持不變，最低值出現(xiàn)在60cm深度處。

4.土壤溫度的分層分布特征

研究區(qū)域內(nèi)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(nèi)溫度下降幅度較大，近1.5℃左右；在20-40cm深度范圍內(nèi)，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(nóng)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(xiàn)先下降后上升態(tài)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(qū)域內(nèi)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(nóng)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(xiàn)先增大，在30cm深度處略有下降后繼續(xù)呈上升趨勢：沙地與草地和農(nóng)田相比，含水量觀測值明顯偏高，60cm深度處達(dá)最大值；草地在30cm深度處達(dá)最大值，最小觀測值出現(xiàn)在10cm深度處，60cm深度處土壤含水量呈現(xiàn)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(shù)、對數(shù)這三類回歸模型的檢驗(yàn)精度和建模精度均不是很高。

結(jié)束語：本文通過選取巴彥淖爾地區(qū)不同的土壤類型，研究其土壤剖面電阻率的分布規(guī)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(guān)系，研究成果為下一步雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃和提升防雷減災(zāi)工作水平奠定了基礎(chǔ)。endprint