土壤电阻率普查技术模型设计

土壤电阻率普查技术模型设计
李亚南
【摘要】土壤电阻率是描述特定区域内土壤导电性能的一个物理量,是技术规范制定、防雷地网工程施工、雷电风险评估、防雷科技公共服务以及雷电成因研究的主要依据之一.根据工作实际经验和电传导的特性,土壤电阻率与当地地理结构、测定区域土壤成分、气候以及土壤湿度等因素关系密切.在测试土壤电阻率的过程中,要根据影响其物理量特性的因素,最大限度地排除各种干扰因素,获取可以基本代表本地土壤特性的物理数值.开展土壤电阻率的勘察和研究,对开展防雷技术服务和雷电监测、预报、研究等防雷业务研究工作,具有十分重要的现实意义和长远的使用价值.
【期刊名称】《甘肃科技》
【年(卷),期】2012(028)021
【总页数】3页(P74-76)
【关键词】土壤电阻率;技术;设计
【作者】李亚南
【作者单位】甘肃省金昌市气象局,甘肃金昌737100
【正文语种】中文
【中图分类】TM93
1 问题的提出
土壤电阻率是描述特定区域内土壤导电性能的一个物理量，是技术规范制定、防雷地网工程施工、雷电风险评估、防雷科技公共服务以及雷电成因研究的主要依据之一。

显然，这一物理量会受到诸多因素的影响，也由于土壤电阻参数的特殊意义，这一物理量在防雷工作的很多方面被得到了重视，很多实际工程项目中都用到了一些土壤电阻数据。

同时，现有国标和行业防雷技术规范亦根据目前实际掌握情况，不同程度的使用土壤电阻数据作为国家和行业标准。

例如:中华人民共和国国家标
准《接地系统的土壤电阻率、接地阻抗和地面电位测量导则》，中华人民共和国气象行业标准《气象台(站)防雷技术规范》和《新一代雷达站防雷技术规范》都把1000Ω·m作为是一个比较高的土壤电阻率，一般正常区域的土壤电阻都会小于这一数值，一般大于这一土壤电阻率的区域，在防雷工程中都应该采取比较特殊的地网施工措施。

最近几年，我们结合新一代天气雷达工程的建设以及其他防雷工程，对甘肃省部分区域的土壤电阻率进行了测量，发现大部分地段的土壤电阻率都在5000Ω·m以上，有些甚至达到10000Ω·m以上。

显然，以前我们沿用土壤电阻率的参考数据与实
际情况存在很大差异，最少在很多地区失去了指导意义。

根据在土壤电阻方面存在的问题和实际情况，我们计划在甘肃省根据当地具体条件，开展一次土壤电阻率的勘察和研究，这一工作对我们当前开展的防雷技术服务和今后开展雷电监测、预报、研究等防雷业务研究工作，具有十分重要的现实意义和长远的使用价值。

尤其是作为防雷管理和研究单位及气象部门，科学地、准确地掌握土壤电阻方面的第一手数据，将会为今后各项工作奠定基础，并且为寻找土壤电阻率和雷击地闪之间的规律打下比较好的基础。

2 影响土壤电阻率的因素分析
根据工作实际经验和电传导的特性，土壤电阻率与当地地理结构、测定区域土壤成分、气候以及土壤湿度等因素关系密切。

在测试土壤电阻率的过程中，要根据影响
其物理量特性的因素，最大限度的排除各种干扰因素，获取可以基本代表本地土壤特性的物理数值。

3 区域与布点
原则:考虑到目前防雷工作的重点和土壤电阻率在雷电业务中的主要用途，土壤电阻率的普查点主要在城区或可以代表本地土壤电阻状态的区域进行，具体布设方案由实施单位根据具体情况决定。

1)土壤电阻率每点的设立可分为固定观测点和非固定观测点，观测点数量根据实际情况设立，但为了保证测试数据的代表性，尽量保持有一个固定观测点和2～3个非固定观测点［7］。

2)观测点应设立在可以代表当地地质结构和土壤成分的地段，具体情况可以查阅当地地质资料。

3)观测点应该布设在土壤水分比较稳定的区域，避免在测试点附近土壤含水量有过大的变化(例如:时令河或较近地段、地下水落差较大的地段等)。

4)对地理结构、土壤成分以及土壤湿度状况复杂地区，要尽量增加观测点。

5)土壤湿度应该作为土壤电阻率的调查的一个观测项目，具体测试方法参照农业气象土壤湿度的观测方法。

为了使资料可以相互利用，在观测的布点上也可以适当考虑靠近农气土壤湿度的观测点。

4 测试仪器
土壤电阻率常规的测试仪器是接地电阻测试仪，一般三端钮的测试表可以进行单极法测试，四端钮的测试表可进行四极法测试。

为了测试数据的可靠，土壤电阻率宜采用四极法测试。

正常的接地电阻仪在测试接地电阻时，其数据一般不会有很大差异，为了保证测试数据的可靠，有条件的地方在初次测试开始前，应采用多台仪器(最好为不同的型号)，对测试数据进行对比校正。

土壤湿度数据的观测采用土钻法或其他方便的方法获取。

5 测试方法
5．1 方法
1)观测项目:通过测试计算土壤电阻率和土壤湿度。

2)观测次数:固定观测点每逢1日、15日观测，每月两次，遇有降水量大于5mm
以上的情况时，在降水产生30h左右后加密观测一次。

非固定观测点每季度观测
一次。

3)观测场地选择:观测点设立在比较平整的原状土中场地，防止在回填土等地域设
立观测点。

如果场地必须选择在坡地上，接地测试桩应沿坡在同一高度上布设，防止测试桩不在同一高度上。

4)观测方法:土壤电阻率的观测原理可以参照中华人民共和国国家标准《接地系统
的土壤电阻率、接地阻抗和地面单位测量导则》(GB/T17949.1－2000)和中华人
民共和国电力行业规范《接地装置工频特性参数的测量导则》(475－92)的有关规定，依照以下步骤实施。

(1)对观测场地做适当平整。

(2)在同一直线上挖深度为h，间距为a的测试桩布设坑。

为了使测试桩置于土壤
湿度较稳定土层，h最好大于1m。

(3)测试前24h打入测试桩。

使其与所测土壤进行良好接触，在测试前用塑料膜将
测试点进行覆盖，以免表面水分发散。

(4)按“测试表连接示意图”连接接地电阻测试仪，读取测试数据Rg，如图1所示。

(5)按公式计算出土壤电阻率ρ。

图1 测试表连接示意
土壤电阻率计算公式:
式中:Rg——接地电阻表的读数，Ω;
a——测试棒间距，cm;
ρ——土壤电阻率，Ωm。

实际测试中，我们可以取a=800cm，则测试桩的埋地深度a/20就为40cm。

5.2 对设备的要求
测试桩:要求测试桩为柱状(前面不要锥体)，材料选用直径d不小于1.5(一般为2.0)cm，长度为50cm的圆钢(其中10cm为预留测试线连接位置)，做抛光热镀锌处理。

如果当地地段卵石层分布多，可选用高强度钢材，如图2所示。

测试线:测试线采用BVR多股软铜芯线，线径不得小于1.5mm2，测试仪四端钮采用等长测试线。

图2 测试桩测试示意
6 记录与数据处理
观测数据按附表记录和处理。

记录表填写说明。

经度、纬度:由当地小比例地图查取。

地质情况、土壤成分:由当地地质资料查取。

天气状况、当时气温:抄取自气象观测记录。

测前无降水日数:最近一次降水观测时的天数。

参照观测记录计算。

例如:某月4日降水，到下次15日观测还没有降水，则测前无降水日数为15－4=11(d)。

测前最近一次降水量:指观测前最近一次降水的过程降水量。

如气象地面观测连续多日有降水记录，则将逐日降水相加。

观测场冻土深度:由气象地面观测记录抄取。

测试点冻土深度:在现场量取。

当冻土深度大于测试桩埋在地下的深度后，测试点冻土深度可以停止观测。

桩距(a)(cm):取800cm。

桩埋地深度(cm):取40cm。

测试线长度(cm):4根等长度的线，长度以最长的1根为准。

单根测试线电阻(Ω):指从测试线两端用万用表测得的电阻值。

保留一位小数。

测值(Rg):有接地电阻仪测得的数据。

保留一位小数。

土壤电阻率:用公式计算得来的数据，保留两位小数。

最后，将观测数据整理和汇总上报(土壤电阻状态测试记录表略)。

参考文献:
【相关文献】
［1］ GB/T 17949.1－2000，接地系统的土壤电阻率、接地阻抗和地面电位测量导则［S］．［2］ DL 475－92，接地装置工频特性参数的测量导则［S］．
［3］梅机，王颖波，孙雁冰．土壤电阻率测试常见问题的分析［J］．环境科学与技术，
2011(1):246-248．
［4］裴世建.土壤电阻率测试方法的研究［J］．工程地球物理学报，2009，(S)1:162-164．［5］陈建国.土壤电阻率的测量［J］．石河子科技，2008，15(3):29-30．
［6］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，2011，12(4):41-42．［7］李舟鑫，张强宜，胡万全，等．模拟接地极测量土壤电阻率的方法［J］．贵州气象，2011，20(4):62-63．。