土壤電阻率測(cè)量影響因素的試驗(yàn)研究

譚威++王悅++李承昊

摘 要：本文主要對(duì)影響土壤電阻率的主要因素展開了具體的試驗(yàn)研究工作，其中主要包括了導(dǎo)電離子濃度、土質(zhì)、溫度、土壤致密性等多種因素，鑒于土壤電阻率的水平程度將會(huì)對(duì)接地裝置的接地電阻產(chǎn)生直接性的影響，因此要求接地電阻越小越好。為了能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)土壤電阻率的有效降低可采用降阻劑法、換土法、四極法等措施方法，希望通過(guò)本文的研究能夠?yàn)橛嘘P(guān)的土壤電阻率測(cè)量提供一些有價(jià)值的參考。

關(guān)鍵詞：土壤電阻率 測(cè)量 影響因素 試驗(yàn) 措施

中圖分類號(hào)：TU411 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）08（c）-0081-02

接地電阻是體現(xiàn)接地狀況是否能夠滿足于規(guī)范要求的一項(xiàng)核心指標(biāo)。從接地裝置的角度來(lái)看，要力爭(zhēng)確保接地電阻達(dá)到最小化，電阻越小相應(yīng)的電壓也將會(huì)越小。對(duì)于接地電阻水平會(huì)產(chǎn)生影響的因素來(lái)自于多個(gè)方面，如接地體大小、形狀和埋深，土壤電阻率以及接地線的連接情況等均會(huì)對(duì)接地電阻水平造成一定的影響。而通過(guò)對(duì)土壤電阻率影響因素的研究，則可實(shí)現(xiàn)對(duì)土壤電阻率的有效改善并實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)測(cè)量，據(jù)此，下文將重點(diǎn)就土壤電阻率測(cè)量影響因素展開具體分析。

1 土壤電阻率測(cè)量影響因素

土壤電阻率本身是一項(xiàng)會(huì)隨著周邊環(huán)境因素改變而發(fā)生變化的數(shù)值，對(duì)于土壤電阻率會(huì)造成影響的因素多種多樣，現(xiàn)將最主要的幾項(xiàng)影響因素分析如下。

1.1 導(dǎo)電離子濃度

土壤當(dāng)中電阻率的水平程度很大程度上都是由土質(zhì)當(dāng)中導(dǎo)電離子濃度，以及土質(zhì)的含水率所決定的，一般為土質(zhì)內(nèi)整體電離子濃度的倒數(shù)，即土質(zhì)內(nèi)所包含的電離子濃度越大，相應(yīng)的土質(zhì)導(dǎo)電性也就必然會(huì)越強(qiáng)，土壤電阻率也就越高。例如在沙河底部其土壤電阻率通常會(huì)相對(duì)較大一些，這主要是因?yàn)槭艿介L(zhǎng)時(shí)間的水流沖刷影響，而導(dǎo)致導(dǎo)電離子濃度大大降低。土質(zhì)越是濕潤(rùn)其含水量便會(huì)越大，相應(yīng)的導(dǎo)電性能也就更為優(yōu)異，土壤的電阻率也就會(huì)越??；反之則越大。這也便是接地體接地電阻會(huì)受到土壤干濕影響而產(chǎn)生改變的主要因素。

1.2 土質(zhì)

土質(zhì)性質(zhì)的不同所產(chǎn)生的土壤電阻率也就會(huì)有明顯差異，取樣砂土、砂粉土、粉土、粉壤土、黏壤土共5種土質(zhì)樣本，其在自然狀態(tài)下的物理性能如表1所示。

1.3 溫度

溫度的巨大差異同樣也會(huì)導(dǎo)致土壤電阻率發(fā)生明顯改變。通常而言，土壤電阻率本身會(huì)隨著溫度的升高而逐漸降低。在土質(zhì)溫度低于0℃的情況時(shí)，會(huì)因?yàn)榘l(fā)生凍結(jié)情況導(dǎo)致電阻率的升高。因而，通常情況下接地極大都會(huì)被放置于冰凍層之下，以防止出現(xiàn)較大的流散電阻現(xiàn)象。一般情況下埋深必須>0.5m，對(duì)于一些較為寒冷的地區(qū)必須要確保埋深超過(guò)凍土層。而一旦環(huán)境溫度開始逐漸升高，因?yàn)槭艿饺芙恹}的影響而會(huì)導(dǎo)致電阻率越來(lái)越小，直至最終溫度上升至沸點(diǎn)溫度，土壤內(nèi)的水分蒸發(fā)后，電阻率又會(huì)重新升高。

1.4 土壤致密程度

土壤是否足夠致密同樣也會(huì)導(dǎo)致其電阻率受到一定程度的影響。據(jù)有關(guān)試驗(yàn)檢驗(yàn)顯示，黏土含水量處于10%的水平條件下，其溫度將不會(huì)產(chǎn)生改變，單位壓力將會(huì)升高10倍以上，土壤電阻率降低為原本的60%左右。因而，為了促使接地電極流散電阻值能夠得以有效降低，便要能夠夯實(shí)接地體四周的回填土層，確保接地極能夠和土體保持密切接觸，進(jìn)而起到降低土質(zhì)電阻率的顯著效果。

2 降低土壤電阻率的措施方法

2.1 降阻劑法

此種方法主要是為了促使接地裝置周邊的土質(zhì)導(dǎo)電能力得以有效提升，減小接地裝置的電阻值，更好地適用于接地裝置的實(shí)際需求來(lái)研制出的一類產(chǎn)品。一般情況下降阻劑大都會(huì)包含有許多的金屬氧化物，在與水分發(fā)生接觸之后會(huì)電離出大量的金屬離子。土質(zhì)內(nèi)的導(dǎo)電離子濃度越大導(dǎo)電效果自然也就越為優(yōu)異。在應(yīng)用降阻劑法時(shí)必須確保其本身電阻率較小，對(duì)于接地體不造成嚴(yán)重腐蝕，對(duì)環(huán)境不產(chǎn)生污染，同樣埋深要超過(guò)0.5m以上。

2.2 換土法

顧名思義，換土法即為對(duì)土質(zhì)進(jìn)行置換操作，具體操作過(guò)程為采用電阻率相對(duì)偏小的土體來(lái)取代原有電阻率較大的土質(zhì)。采用這一方法的優(yōu)缺點(diǎn)均十分明顯，優(yōu)點(diǎn)即在換土以后能夠達(dá)到十分優(yōu)異的土質(zhì)改善效果，而缺點(diǎn)則是工作量相對(duì)較大。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，大都會(huì)選用局部換土方法來(lái)進(jìn)行處理，即對(duì)局部土質(zhì)進(jìn)行置換，在土質(zhì)內(nèi)增加金屬碎屑、木炭粉、鹽等物質(zhì)，這一方法操作起來(lái)較為簡(jiǎn)便。但在實(shí)際處理時(shí)必須把控好以下兩方面的內(nèi)容：（1）要確保所用到的材料能夠和接地體以及原有土質(zhì)保持密切接觸，保障置換效果。（2）材料選用應(yīng)以中性或堿性為主，切忌采用酸性材料，以防止接地體遭受腐蝕，進(jìn)而加大接地電阻。

2.3 四極法

這一方法是進(jìn)行土壤電阻率測(cè)量較為理想化的一種方法，在具體測(cè)量過(guò)程中需首先于地面插進(jìn)四個(gè)電極，并確保其埋深程度完全相應(yīng)，采用穩(wěn)壓電源對(duì)外側(cè)電極施加電流，并最終再重新返回電源，此時(shí)電流場(chǎng)便會(huì)在電極位置形成電勢(shì)，可利用電位差計(jì)或是高電阻電壓表對(duì)各個(gè)電極間的電位差值予以測(cè)量。在應(yīng)用這一方法進(jìn)行土壤電阻率的測(cè)量之時(shí)，應(yīng)確保各電流極間保持適當(dāng)距離，以免造成引線互感而使得測(cè)量結(jié)果發(fā)生偏差。

3 結(jié)語(yǔ)

總而言之，土壤電阻率將會(huì)對(duì)接地裝置的接地電阻產(chǎn)生直接性的影響，是開展接地計(jì)算最為關(guān)鍵的一項(xiàng)參數(shù)信息。但同時(shí)也應(yīng)注意到這也是一項(xiàng)難以做到精確把控的變量，同時(shí)會(huì)受到土質(zhì)當(dāng)中的導(dǎo)電離子濃度、土質(zhì)、溫度、土壤致密程度等多方面因素的影響。若所測(cè)量的地區(qū)土壤電阻率較高，一般可選用降阻劑法亦或是換土法進(jìn)行測(cè)量。而在應(yīng)用四極法進(jìn)行測(cè)量時(shí)，則必須要考慮到引線互感對(duì)于最終測(cè)量結(jié)果有可能產(chǎn)生的影響，通常需確保兩電流極間的距離保持在300m以內(nèi)。

參考文獻(xiàn)

[1] 郭在華，朱澤偉，邢天放，等.分層土壤電阻率在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研制[J].儀器儀表學(xué)報(bào)，2014，35（6）：1306-1314.

[2] 盧超.無(wú)線多點(diǎn)土壤電阻率測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)與測(cè)試[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2013，29（16）：142-150.

[3] 張潤(rùn)霞，王益權(quán)，解迎革，等.鹽分對(duì)土壤電阻率的影響研究[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，2015，33（2）：208-213.

[4] 李博倫，沈潤(rùn)平，嚴(yán)婧，等.基于遙感的土壤電阻率估算研究[J].南京信息工程大學(xué)學(xué)報(bào)，2013，5（5）：432-438.