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.982 北京科技大学学报 第30卷 设位置处土壤电阻率对罐底电位分布影响最大，随 电阻率的测量是利用直流四电极法在自制的 着阳极埋设位置处的土壤电阻率减小，罐底电位向 Miller soil box内进行（如图1）.其内部尺寸为 负方向有较大的偏移，罐底更易于得到保护 20mm×20mm×500mm,在A、B两点间利用直流 1土壤电阻率模型 恒电流源施加恒电流，在C、D两点间利用电位计测 量其间的电位降，利用欧姆定律求得土壤电阻率： 最早的土壤电阻率模型是1942年Archie率先 p=S=△S L IL (4) 提出的，建立了饱和无粘性土壤电阻率P随孔隙水 电阻率Pm变化的关系式： 式中，R为测量电极间的电阻，△V为测量电极间的 =aPon m (1) 电位差，S为Miller soil box截面积，L为测量电极 式中，P为土壤电阻率，P为孔隙水电阻率，a为土 间距，I为外加电流强度， 性参数，m为胶结系数，n为孔隙率. 恒电流源 Kelley与Frischknecht将Archie模型拓展用于 非饱和土壤，建立了新的方程： =aPan mStP (2) 式中，S,为饱和度，p为饱和度指数. Archie模型是最简化的电阻率模型，忽略了土 图1四电极法测量土壤电阻率 Fig.1 Fourelectrode method for soil resistivity measurement 壤颗粒表面导电对整个土壤导电性的影响，在孔隙 水电阻率很小且土壤中粘土矿物含量很低的情况下 通过改变A、B间电流大小，从而改变C、D间的 是适用的，对于土壤颗粒表面导电性不能忽略的情 电位梯度，观察土壤电阻率随电位梯度的变化情况 况（如粘性上），Archie模型则不适用.1968年Wax- 改变土壤含水量研究土壤电阻率与含水量之间的关 man与Smits提出了适用于表面导电性良好的粘性 系 土壤电阻率模型： 2.2实验结果 p-aban msip 实验中发现，对于五种不同含水量的大港土，在 S,+PBO (3) 测量过程中，当C、D间的电位梯度比较小时，由式 式中，B为双电层中与土壤颗粒表面电性相反电荷 (4)所计算的电阻率P值相对较大，随着C、D两点 的电导率，Q为单位土壤孔隙中阳离子交换容量， 间电位梯度的增加，其电阻率逐渐减小，并最终趋于 BQ为土壤颗粒表面双电层电导率. 一个稳定值，特别是在含水量比较低的情况下，这种 现有的土壤电阻率测试方法，按所施加的电信 变化更为明显，土壤电阻率达到稳定值所需的电位 号可分为直流法和交流法，若按照电极数量划分，可 梯度值随土壤含水量增加而减小，在五种不同含水 分为二电极法和四电极法两大类，其中最常用的是 量条件下，大港土电阻率随电位梯度变化的半对数 四电极法[].本文主要是利用直流四电极法，测量 坐标图(IgG)见图2，G为电位梯度. 不同含水量大港土的电阻率，研究了在不同含水量 16 条件下电阻率的变化情况，以及在测量过程中电位 含水量 14- -■一10% 梯度对测量结果的影响， 12 -·-15% -4-20% 一-25% 2实验方法与结果 0 一◆-34% 8- 2.1实验方法 6 土壤介质为大港滨海盐土，其平均含盐量（质量 分数)为4.73%，土质粘紧，透气性不良，pH值为 2 8.8.主要阴离子为C1、S0和HC03三种阴离 ++兰立” 0-20i5-100005101.5 子，主要阳离子为Na、K+、Ca2+和Mg2+离子等. Ig(G/(V.m)) 原状土样在进行实验前经筛分、烘干等制备过程，分 图2五种不同含水量的大港土电阻率与电位梯度的关系 别添加不同含量的去离子水，配制成10%、15%、 Fig.2 Soil electrical resistivity and voltage grads at five water con- 20%、25%和34%（水饱和）五种不同含水量（质量 tent levels 分数)的土壤设位置处土壤电阻率对罐底电位分布影响最大随 着阳极埋设位置处的土壤电阻率减小罐底电位向 负方向有较大的偏移罐底更易于得到保护． 1 土壤电阻率模型 最早的土壤电阻率模型是1942年 Archie 率先 提出的建立了饱和无粘性土壤电阻率 ρ随孔隙水 电阻率ρω 变化的关系式： ρ＝ aρωn －m （1） 式中ρ为土壤电阻率ρω 为孔隙水电阻率a 为土 性参数m 为胶结系数n 为孔隙率． Kelley 与 Frischknecht 将 Archie 模型拓展用于 非饱和土壤建立了新的方程： ρ＝ aρωn －m S 1－p r （2） 式中Sr 为饱和度p 为饱和度指数． Archie 模型是最简化的电阻率模型忽略了土 壤颗粒表面导电对整个土壤导电性的影响在孔隙 水电阻率很小且土壤中粘土矿物含量很低的情况下 是适用的．对于土壤颗粒表面导电性不能忽略的情 况（如粘性上）Archie 模型则不适用．1968年 Waxman 与 Smits 提出了适用于表面导电性良好的粘性 土壤电阻率模型： ρ＝ aρωn －m S 1－p r Sr＋ρωBQ （3） 式中B 为双电层中与土壤颗粒表面电性相反电荷 的电导率Q 为单位土壤孔隙中阳离子交换容量 BQ 为土壤颗粒表面双电层电导率． 现有的土壤电阻率测试方法按所施加的电信 号可分为直流法和交流法若按照电极数量划分可 分为二电极法和四电极法两大类其中最常用的是 四电极法［6］．本文主要是利用直流四电极法测量 不同含水量大港土的电阻率研究了在不同含水量 条件下电阻率的变化情况以及在测量过程中电位 梯度对测量结果的影响． 2 实验方法与结果 2∙1 实验方法 土壤介质为大港滨海盐土其平均含盐量（质量 分数）为4∙73％土质粘紧透气性不良pH 值为 8∙8．主要阴离子为 Cl －、SO 2－ 4 和 HCO － 3 三种阴离 子主要阳离子为 Na ＋、K ＋、Ca 2＋和 Mg 2＋离子等． 原状土样在进行实验前经筛分、烘干等制备过程分 别添加不同含量的去离子水配制成10％、15％、 20％、25％和34％（水饱和）五种不同含水量（质量 分数）的土壤． 电阻率的测量是利用直流四电极法在自制的 Miller soil box 内进行 （如图 1）．其内部尺寸为 20mm×20mm×500mm在 A、B 两点间利用直流 恒电流源施加恒电流在 C、D 两点间利用电位计测 量其间的电位降利用欧姆定律求得土壤电阻率： ρ＝ RS L ＝ ΔV S IL （4） 式中R 为测量电极间的电阻ΔV 为测量电极间的 电位差S 为 Miller soil box 截面积L 为测量电极 间距I 为外加电流强度． 图1 四电极法测量土壤电阻率 Fig．1 Four-electrode method for soil resistivity measurement 通过改变 A、B 间电流大小从而改变C、D 间的 电位梯度观察土壤电阻率随电位梯度的变化情况． 改变土壤含水量研究土壤电阻率与含水量之间的关 系． 2∙2 实验结果 实验中发现对于五种不同含水量的大港土在 测量过程中当 C、D 间的电位梯度比较小时由式 （4）所计算的电阻率 ρ值相对较大随着 C、D 两点 间电位梯度的增加其电阻率逐渐减小并最终趋于 一个稳定值特别是在含水量比较低的情况下这种 变化更为明显．土壤电阻率达到稳定值所需的电位 梯度值随土壤含水量增加而减小在五种不同含水 量条件下大港土电阻率随电位梯度变化的半对数 坐标图（lg G）见图2G 为电位梯度． 图2 五种不同含水量的大港土电阻率与电位梯度的关系 Fig．2 Soil electrical resistivity and voltage grads at five water content levels ·982· 北 京 科 技 大 学 学 报 第30卷