海口地区土壤电阻率时空分布特征初步分析

李　敏

(海南省防雷中心,海南　海口　570203)



海口地区土壤电阻率时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海口地区土壤电阻率和土壤湿度数据，结果表明：海口地区的土壤电阻率整体呈东低西高的分布特征；火山灰土的土壤电阻率随季节变化呈反U形曲线，红土、沙土的土壤电阻率随季节变化呈U形曲线，火山灰土的土壤电阻率并不因雨季来临而降低，反而上升；火山灰土的土壤电阻率随土壤湿度升高而上升，红土、沙土的土壤电阻率随土壤湿度升高而下降。

海口地区;土壤电阻率;分布特征

1　引言

由于土壤电阻率是土壤多种性质的综合表征[9]。随着经济社会发展，土壤电阻率在电力、通讯的接地工程，地下金属设施的防腐工程、交通、石油化工等方面应用发挥着越来越重要的作用，土壤电阻率也是防雷工程设计和施工的一个很重要的参数，土壤电阻率的大小与土壤的结构，土质的紧密度、湿度、温度等，以及土壤中含有可溶性的电解质有关[8]。影响土壤电阻率最明显的因素是降雨[1，7]，季节的变化造成土壤相对湿度的变化，土壤电阻率也会跟随着呈年周期性变化。海口市属热带低纬地区，月平均气温在17.7～28.6 ℃之间，温度应不是引起土壤电阻率变化的主要因素；月平均降水量在19.5～244.1 mm之间，年降水量变化曲线呈明显的单峰曲线特性，根据降水量的时间分布可分为干季(12—次年3月)和雨季(4—11月)。目前，对海口地区土壤电阻率研究甚少，因些，研究海口地区土壤电阻率时空分布特征，为掌握土壤电阻率的相关性质起决定作用。在海口地区，从东到西，不同区域土质结构，成分也存在着较大差异，从而导致土壤电阻率差异很大。本文采用现场观测的土壤湿度和土壤电阻率数据,分析海口市的土壤电阻率时空分布特征，对海口市雷电灾害风险区划的制定，防雷装置的设计等具有重要的参考指导意义。

2　实验方案及数据

2.1观测点分布

根据海口市行政区域分布，分成20个观测点进行实地观测，基本能均匀覆盖海口市范围，如图1。

其中，石山、永兴、龙桥、遵谭、美安等5个观测点为火山灰土，东山、海垦、海医、新坡、演丰、三江、三公里、云龙、三门坡、甲子、旧州等11个观测点为红土，长流、新埠岛、东营、灵山等4个观测点为邻海沙土。

2.2 观测时间

观测时间安排，按春、夏、秋、冬4个季节对每个观测点进行观测，要求观测前3 d不能出现有降水量。

2.3观测仪器

测量土壤电阻率仪表为MS1027智能接地电阻测试仪，该仪器可实现土壤电阻率自动转换输出；湿度计选用SMS-II-50土壤水分传感器(又名土壤湿度传感器)；定位仪选用GARMIN C720系列GPS定位仪。

2.4观测方法

测量方法采用文纳四极法，测量时，要求沿直线插入4根探针，并使各探针间距相等，分别用1～10 m间距采样，探针入地深度为30 cm，测量的电阻值依如下公式可算出土壤电阻率值：

图1　20个观测点分布Fig.1　Distribution of 20 Observation Spots

ρ=2π·a·R

其中：a为探针间距，单位为m；R为接地极接地电阻值，单位为Ω。

观测点的平均土壤电阻率等于各采样间距观测值的平均值。

为保证观测点位置一致，第1次观测后要求对周围环境进行拍照并做上记号。

3　数据分析

3.1土壤电阻率的空间分布

对各观测点的土壤电阻率值进行年平均，并进行克里金插值，可以得到图2。如果以250 Ω·m作为高、低值分界值，从图中可以看到：石山、永兴、遵谭、龙桥、美安、东山等6个观测点的平均土壤电阻率属于高值区；海垦、海医、长流、新埠、东营、灵山、旧州、新坡、演丰、三江、三公里、云龙、三门坡、甲子等14个观测点的平均土壤电阻率属于低值区，整个区域呈东低西高的分布特征。初步分析认为，石山、永兴、遵谭、龙桥、美安等观测点为火山灰土，这类土壤土质疏松，含水量低，土壤电阻率最高；海垦、海医、新坡、演丰、三江、三公里、云龙、三门坡、甲子等观测点为红土，这类土壤含水量较高，但这些观测点离海岸线较远、海拔较高，地下水位较低，土壤电阻率相对较高；长流、美安、新埠、东营、灵山等观测点为沙土，这类土壤含水量较低，但由于邻近海岸线，地下水位较高，土壤电阻率相对较低；而东山观测点为红土，该观测点出现闭合高值区，这有待于进一步研究。

图2　海口地区的土壤电阻率空间分布Fig.2　Distribution of 20 Observation Spots

3.2土壤电阻率的季节分布特征

把各观测点按土壤类型分类作季节划分，可得到土壤电阻率随季节变化的柱形图，如图3。

图3　3种类型土壤的土壤电阻率随季节变化柱形图Fig.3　Column Diagram of Three Types of Soil's Resistivity Seasonal Variation

从图3中可以看到：从春季到冬季，火山灰土的土壤电阻率变化呈反U形曲线状态，值域在330～460 Ω·m之间，说明雨季的来临并未使其土壤电阻率降低，反而是上升的，且变化较明显；沙土的土壤电阻率变化呈U形曲线状态，值域在52～84 Ω·m之间，说明雨季来临使其土壤电阻率降低，且相对较明显；红土的土壤电阻率变化同样呈U形曲线状态，值域在176～214 Ω·m之间，说明雨季来临也使其土壤电阻率降低，但相对不明显。

3.3土壤电阻率随土壤湿度变化特征

图4　3种类型土壤的土壤湿度随季节变化曲线图Fig.4　Curves of Three Types of Soil's Moisture Seasonal Variation

从图4可以看到，3种土壤的土壤湿度都是随季节呈反U形变化的，火山灰土的土壤湿度随季节变化最小，其次是红土，最大是沙土。与图3结合分析，结果表明火山灰土的土壤电阻率并不因土壤湿度提高而降低，反而是上升的；沙土和红土的土壤电阻率随土壤湿度提高而降低，但对应并不一致，秋季土壤湿度最大但土壤电阻率并不是最小。

把各类型土壤的土壤电阻率随湿度变化做线性回归分析，如图5～图7，表明火山灰土的土壤电阻率随土壤湿度升高而上升，而沙土和红土的土壤电阻率随土壤湿度的升高而下降，其中红土下降最明显。

图5　火山灰土土壤电阻率与湿度线性回归图Fig.5　Linear Regression Figure of Volcanic Ash Soil Resistivity and Moisture

图6　沙土土壤电阻率与湿度线性回归图Fig.6　Linear Regression Figure of Sand Soil Resistivity and Moisture

图7　红土土壤电阻率与湿度线性回归图Fig.7　Linear Regression Figure of Red Clay Soil Resistivity and Moisture

4　结论

通过以上对海口地区土壤电阻率和土壤湿度的数据分析，可以得到以下初步结论：

①海口地区的土壤电阻率整体呈东低西高的分布特征。

②火山灰土的土壤电阻率随季节变化呈反U形曲线，红土、沙土的土壤电阻率随季节变化呈U形曲线，火山灰土的土壤电阻率并不因雨季来临而降低，反而是上升的。

③火山灰土的土壤电阻率随土壤湿度升高而上升，红土、沙土的土壤电阻率随土壤湿度升高而下降。

④)目前没有了解或掌握的特征，为以后进一步研究做铺垫。

[1] 娄国伟.土壤电阻率的影响因素及测量方法的研究[J].黑龙江气象，2011.

[2] 曲良山，李晓刚，杜翠薇，等.区域土壤电阻率参数的空间分析软件开发与应用[J].中国腐蚀与防护学报，2011.

[3] GB/T17949.1-2000,接地系统的土壤电阻率、接地阻抗和地面电位测量导则第1部分：常规测量[S].

[4]李成业，杜佳林，金方.土壤电阻率测量实验及其规律分析[J].吉林气象，2009(1).

[5] 孙慧珍,张道明,吴沟. 地下金属管道在我国几类主要土壤中的腐蚀状况及其与土壤性质的关系[J]土壤学报, 1992(3).

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[7]王孝波，曾昌军，邓春林，等.接地电阻随季节及天气过程变化规律分析[J].气象科学,2013,33(6):648-652.

[8]章钢娅,刘顺民,孙慧珍.塔里木地区土壤电阻率的影响因素研究[J].土壤学报,2006,43(1):160-163.

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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，工程师，主要从事雷电防御技术工作，E-mail:252096762@qq.com。

海南省气象局科技创新项目，项目编号：HN2013MS16。

S152.3

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