馬海玲，胡亞男，馮有成，安光輝，劉運海，王小明

(1.青海省氣候中心，青海 西寧 810001；2.青海省氣象服務中心，青海 西寧 810001；3.青海省海南藏族自治州氣象局，青海 共和 813099)

0 引言

受季節(jié)和不同土質結構與成分影響,土壤電阻率會出現(xiàn)不同程度的差異，劉春泉等〔3〕進行了寧夏土壤電阻率時空分布觀測實驗；徐霞等〔5〕通過對全國150個典型土壤地區(qū)土壤電阻率的測量分析，繪制了全國各地不同地質條件下各季節(jié)的土壤電阻率分布圖。但目前國內尚無高原光伏電站特殊土壤結構下的土壤電阻率變化特征研究。本文通過對青海共和光伏工業(yè)園區(qū)2個采樣點和海南藏族自治州氣象局院內自動氣象站，土壤電阻率為期一年的測試研究，對不同地理位置土壤電阻率的變化情況，以及季節(jié)、溫濕度變化對土壤電阻率的影響進行了分析，旨在為青海共和光伏園區(qū)接地工程建設提供技術依據(jù)。

1 土壤電阻率的測試試驗

1.1 采樣點的選取

根據(jù)青海共和光伏園區(qū)土壤結構情況，選取了兩個不同位置及位于共和縣城的青海省海南藏族自治州氣象局作為試驗采樣點。

1.2 測試方法的選擇

依據(jù)《交流電氣裝置的接地設計研究》〔1〕中相關要求，參照《建筑物防雷設計規(guī)范》〔2〕有關土壤電阻率測試方法，選用四極測試法對選定的3個采樣點進行測試，其測試原理如圖2所示。其中，電流端子為C1和C2，電壓端子為P1和P2，兩個相鄰電極之間的距離為a。將4個電極以直線形式等距插入土壤中，電極垂直插入深度為0.4 m，兩相鄰電極間距離a取3 m。利用ETCR3000B接地電阻/土壤電阻率測試儀，于每月10日、20日、30日在3個采樣點測試土壤電阻率，求出平均值作為采樣點當月土壤電阻率測試數(shù)據(jù)，以3個月的加權平均值作為本季度土壤電阻率測試數(shù)據(jù)。

圖1 四極法測量土壤電阻率原理圖

2 土壤電阻率隨時間變化特性分析

2.1 土壤電阻率季節(jié)變化情況

2.1.1 春季土壤電阻率變化特性

以2020年3月至5月，3組測量數(shù)據(jù)的加權平均值作為春季土壤電阻率。從3組數(shù)據(jù)可得，接近冬季的3月上旬土壤電阻率最高；接近夏季的5月下旬，土壤電阻率最低。具體變化情況如圖2所示。

圖2 春季土壤電阻率變化特性

2.1.2 夏季土壤電阻率變化特性

以2019年6月至8月，3組測量數(shù)據(jù)的加權平均值作為夏季土壤電阻率。光伏工業(yè)園區(qū)二期和海南州氣象局院內，6月上旬測試數(shù)據(jù)最高、8月下旬測試數(shù)據(jù)最低，且波動很大，其余時間數(shù)據(jù)較為穩(wěn)定；光伏工業(yè)園區(qū)一期，全季節(jié)數(shù)據(jù)均較平穩(wěn)，無較大波動。具體變化情況如圖3所示。

圖3 夏季土壤電阻率變化特征

2.1.3 秋季土壤電阻率變化特性

以2019年9月至11月，3組測量數(shù)據(jù)的加權平均值作為秋季土壤電阻率。接近夏季的9月上旬，土壤電阻率最低、波動較大；其余時間數(shù)據(jù)變化較小，且相對較為平穩(wěn)。具體變化情況如圖4所示。

圖4 秋季土壤電阻率變化特征

2.1.4 冬季土壤電阻率變化特性分析

以2019年12月至2月，3組測量數(shù)據(jù)的加權平均值作為冬季土壤電阻率。接近秋季的1月上旬土壤電阻率最高，12月上旬土壤電阻率最低。具體變化情況如圖5所示。

圖5 冬季土壤電阻率變化特征

2.1.5 不同季節(jié)土壤電阻率變化特性綜合分析

分別對3個采樣點的土壤電阻率測試數(shù)據(jù)進行匯總統(tǒng)計。結果表明：夏秋季土壤電阻率最低、冬季最高，具體如圖6所示。

圖6 各季節(jié)土壤電阻率變化特征

2.2 土壤電阻率的季節(jié)系數(shù)修正

季節(jié)系數(shù)標準值來源于《交流電氣裝置的接地設計規(guī)范》〔1〕，在進行接地工程設計時，土壤電阻率取夏秋季測得的土壤電阻率乘以季節(jié)系數(shù)為準。以3個采樣點實際測試土壤電阻率為例，選取水平接地體埋深0.8～1.0 m(共和光伏工業(yè)園區(qū)最大凍土深度為1.5 m)所對應系數(shù)值1.25～1.45，對比分析技術規(guī)范中季節(jié)系數(shù)修正的應用效果，測量數(shù)據(jù)見表1。

表1 土壤電阻率測試數(shù)據(jù)

由表1可看出，3個采樣點的土壤電阻率最小值均出現(xiàn)在8月份，利用3個采樣點各自測試最小值乘以1.45得出，共和光伏工業(yè)園區(qū)一期為112.8 Ω·m、共和光伏工業(yè)園區(qū)二期99.2 Ω·m、海南州氣象局自動氣象站102.7 Ω·m。由表1可知，海南州氣象局自動氣象站、共和光伏工業(yè)園區(qū)一期、共和光伏工業(yè)園區(qū)二期的土壤電阻率在冬春季大于標準推薦值，尤其是海南州氣象局自動氣象站超過標準推薦值的2.9倍以上，如果海南州氣象局自動氣象站、共和光伏工業(yè)園區(qū)二期設計時仍采用標準推薦的季節(jié)系數(shù)，將造成接地工程接地電阻不滿足規(guī)范要求。

2.3 土壤電阻率年平均值分布

由圖7可知，光伏工業(yè)園區(qū)一期的年平均土壤電阻率為161.3 Ωm，土壤電阻率測試值平均最大；光伏工業(yè)園區(qū)二期的年平均土壤電阻率為137.9 Ω·m，土壤電阻率測試平均值最??；海南州氣象局自動氣象站的年平均土壤電阻率為153.3 Ω·m，土壤電阻率測試平均值居中。分析認為，土壤電阻率隨空間的變化,是指土壤電阻率隨著青海共和光伏園區(qū)3個不同地點的空間變化,究其實質就是不同土壤結構的變化特征。

圖7 年平均土壤電阻率

3 土壤電阻率與溫濕度對比分析

3.1 土壤電阻率隨溫度變化情況

由圖8可知，3個試驗區(qū)的土壤電阻率均呈現(xiàn)隨溫度增高而降低、隨溫度降低而增高的狀態(tài)。

3.2 土壤電阻率隨濕度變化情況

由圖9可知，3個試驗區(qū)的土壤電阻率均呈現(xiàn)濕度越小土壤電阻率越大、濕度越大土壤電阻率越小的狀態(tài)。

4 結論

1)在測試儀器、測試方法、測試輔助材料一致的條件下,季節(jié)變化、溫濕度變化和土質狀況是影響土壤電阻率最主要的因素。

2)根據(jù)3個采樣點測試數(shù)據(jù)判定，土壤電阻率最小值均出現(xiàn)在8月中下旬；土壤電阻率最大值均出現(xiàn)在1月上中旬。

3)土質以粉細砂層和卵石層為主的光伏工業(yè)園區(qū)一期，土壤電阻率變化值為62.8～137.4Ω·m；以砂質粉土層和砂礫石為主的光伏工業(yè)園區(qū)二期，土壤電阻率變化值為61.5～335.0 Ω·m；以亞砂土和砂卵礫石為主的海南州氣象局土壤電阻率變化值為63.1～498.7 Ω·m。且最高值均出現(xiàn)在冬季1月份，最低值均出現(xiàn)在夏季8月份。