Phát triển đầu dò điện trở suất để ước tính độ bão hòa của nước trong đất
DOI:
https://doi.org/10.67484/GeoGIS.111.1205.2026Từ khóa:
Độ bão hòa của đất, đầu dò điện trở suất, điện trở suất, phương pháp xử lý ảnh, thí nghiệm thoát nước thẳng đứng một chiều (1-D)Tóm tắt
Nghiên cứu chế tạo một đầu dò điện trở suất nhằm ước tính độ bão hòa của nước trong đất từ các phép đo điện trở. Đầu đo gồm hai điện cực bằng inox (đường kính 2 mm, chiều dài 100 mm) được lắp đặt cách nhau 12 mm. Quá trình hiệu chuẩn được thực hiện bằng các thử nghiệm sấy khô trong lò, và mối quan hệ giữa điện trở suất và độ bão hòa được minh giải dựa trên định luật Archie, cho ra các hệ số mũ Archie lần lượt là m = 1.31 và nₐ = 1.60, với hệ số tương quan bình phương cao (R² = 0.99). Mối quan hệ hiệu chuẩn này sau đó đã được áp dụng để theo dõi sự thay đổi của độ bão hòa trong mô hình cột thoát nước thẳng đứng một chiều, đồng thời áp dụng thêm phương pháp phân tích dựa trên hình ảnh tích hợp với quy trình lọc nhiễu (giá trị ngoại lai), kết quả này được sử dụng làm cơ sở đối chứng độc lập. Kết quả thu được từ hai phương pháp cho thấy sự đồng nhất tốt trong phạm vi nghiên cứu, chỉ ra rằng thiết kế đầu dò điện trở suất này cung cấp một công cụ đáng tin cậy với chi phí tương đối thấp, được dùng để theo dõi sự thay đổi độ bão hòa trong các mô hình cột đất trong phòng thí nghiệm và có thể mở rộng cho các loại đất khác nếu được hiệu chuẩn phù hợp.
Downloads
Tài liệu tham khảo
[1] K. L. Bristow, G. J. Kluitenberg, C. J. Goding, and T. S. Fitzgerald, "A small multi-needle probe for measuring soil thermal properties, water content and electrical conductivity," Comput. Electron. Agric., vol. 31, no. 3, pp. 265–280, May 2001. DOI: https://doi.org/10.1016/S0168-1699(00)00186-1
[2] Y. Mualem and S. P. Friedman, "Theoretical Prediction of Electrical Conductivity in Saturated and Unsaturated Soil," Water Resour. Res., vol. 27, no. 10, pp. 2771–2777, Oct. 1991. https://doi.org/10.1029/91WR01095 DOI: https://doi.org/10.1029/91WR01095
[3] J. D. Rhoades and J. van Schilfgaarde, "An Electrical Conductivity Probe for Determining Soil Salinity," Soil Sci. Soc. Am. J., vol. 40, no. 5, pp. 647–651, Sep. 1976. https://doi.org/10.2136/sssaj1976.03615995004000050016x DOI: https://doi.org/10.2136/sssaj1976.03615995004000050016x
[4] J. D. Rhoades, "Predicting Bulk Soil Electrical Conductivity versus Saturation Paste Extract Electrical Conductivity Calibrations from Soil Properties," Soil Sci. Soc. Am. J., vol. 45, no. 1, pp. 42–44, 1981. DOI: https://doi.org/10.2136/sssaj1981.03615995004500010009x
[5] D. Yuval and W. Oldenburg, "DC resistivity and IP methods in acid mine drainage problems: results from the Copper Cliff mine tailings impoundments," J. Appl. Geophys., vol. 34, no. 3, pp. 187–198, Apr. 1996. DOI: https://doi.org/10.1016/0926-9851(95)00020-8
[6] A. Kemna, A. Binley, A. Ramirez, and W. Daily, "Complex resistivity tomography for environmental applications," Chem. Eng. J., vol. 77, no. 1–2, pp. 11–18, Apr. 2000. DOI: https://doi.org/10.1016/S1385-8947(99)00135-7
[7] G. L. Yoon and J. B. Park, "Sensitivity of leachate and fine contents on electrical resistivity variations of sandy soils," J. Hazard. Mater., vol. 84, no. 2–3, pp. 147–161, 2001. DOI: https://doi.org/10.1016/S0304-3894(01)00197-2
[8] M. Fukue, T. Minato, M. Matsumoto, H. Horibe, and N. Taya, "Use of a resistivity cone for detecting contaminated soil layers," Eng. Geol., vol. 60, no. 1–4, pp. 361–369, Jun. 2001. DOI: https://doi.org/10.1016/S0013-7952(00)00116-2
[9] Y. Li, Z. Hu, C. Cai, X. Liu, X. Duan, J. Chang, et al., "Evaluation method of water saturation in shale: A comprehensive review," Mar. Pet. Geol., vol. 128, p. 105017, Jun. 2021. https://doi.org/10.1016/j.marpetgeo.2021.105017 DOI: https://doi.org/10.1016/j.marpetgeo.2021.105017
[10] F. Ozcep, O. Tezel, and M. Asci, "Correlation between electrical resistivity and soil-water content: Istanbul and Golcuk," Int. J. Phys. Sci., vol. 4, no. 6, pp. 362–365, 2009.
[11] C. Aggelopoulos, P. Klepetsanis, M. A. Theodoropoulou, K. Pomoni, and C. D. Tsakiroglou, "Large-scale effects on resistivity index of porous media," J. Contam. Hydrol., vol. 77, no. 4, pp. 299–323, 2005. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jconhyd.2005.02.002
[12] S. Bhatt and P. K. Jain, "Correlation between electrical resistivity and water content of sand – a statistical approach," Am. Int. J. Res. Sci. Technol. Eng. Math., vol. 6, no. 2, pp. 115–211, 2014.
[13] K. L. Bristow, G. S. Campbell, and K. Calissendorff, "Test of a Heat‐Pulse Probe for Measuring Changes in Soil Water Content," Soil Sci. Soc. Am. J., vol. 57, no. 4, pp. 930–934, Jul. 1993. https://doi.org/10.2136/sssaj1993.03615995005700040008x DOI: https://doi.org/10.2136/sssaj1993.03615995005700040008x
[14] C. Kechavarzi and K. Soga, "Determination of Water Saturation Using Miniature Resistivity Probes During Intermediate Scale and Centrifuge Multiphase Flow Laboratory Experiments," Geotech. Test. J., vol. 25, no. 1, pp. 95–103, Mar. 2002. DOI: https://doi.org/10.1520/GTJ11084J
[15] M. Fukue, T. Inoue, Y. Fujimori, K. Tanabe, K. Kita, T. Chida, et al., "Resistivity change during transport of heavy metal in sand," Eng. Geol., vol. 85, no. 1–2, pp. 46–52, May 2006. DOI: https://doi.org/10.1016/j.enggeo.2005.09.044
[16] P. Brunet, R. Clément, and C. Bouvier, "Monitoring soil water content and deficit using Electrical Resistivity Tomography (ERT) – A case study in the Cevennes area, France," J. Hydrol., vol. 380, no. 1–2, pp. 146–153, Jan. 2010. http://dx.doi.org/10.1016/j.jhydrol.2009.10.032 DOI: https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2009.10.032
[17] F. Bellmunt, A. Marcuello, J. Ledo, P. Queralt, E. Falgàs, B. Benjumea, et al., "Time-lapse cross-hole electrical resistivity tomography monitoring effects of an urban tunnel," J. Appl. Geophys., vol. 87, pp. 60–70, Dec. 2012. http://dx.doi.org/10.1016/j.jappgeo.2012.09.003 DOI: https://doi.org/10.1016/j.jappgeo.2012.09.003
[18] V. N. To and T. L. Khau, "Xác định độ thấm của cát bằng phương pháp minh giải ảnh chụp cắt lớp trở kháng điện," Vietnam J. Hydrometeorol., vol. 3, no. 759, pp. 64–74, Mar. 2024. DOI: https://doi.org/10.36335/VNJHM.2024(759).64-74
[19] M. Fukue, T. Minato, H. Horibe, and N. Taya, "The micro-structures of clay given by resistivity measurements," Eng. Geol., vol. 54, no. 1–2, pp. 43–53, Sep. 1999. DOI: https://doi.org/10.1016/S0013-7952(99)00060-5
[20] Yu, W. Gao, R. R. Shamshiri, S. Tao, Y. Ren, Y. Zhang, et al., "Review of research progress on soil moisture sensor technology," Int. J. Agric. Biol. Eng., vol. 14, no. 3, pp. 32–42, 2021. DOI: https://doi.org/10.25165/j.ijabe.20211404.6404
[21] M. B. De Morais Franca, F. J. O. Morais, P. Carvalhaes-Dias, L. Cult, and J. A. S. Dias, "A Multiprobe Heat Pulse Sensor for Soil Moisture Measurement Based on PCB Technology," IEEE Trans. Instrum. Meas., vol. 68, no. 2, pp. 606–613, 2019. DOI: https://doi.org/10.1109/TIM.2018.2843605
[22] M. P. Goswami, B. Montazer, and U. Sarma, "Design and Characterization of a Fringing Field Capacitive Soil Moisture Sensor," IEEE Trans. Instrum. Meas., vol. 68, no. 3, pp. 913–922, 2019. DOI: https://doi.org/10.1109/TIM.2018.2855538
[23] G. Ravazzani, "Open hardware portable dual-probe heat-pulse sensor for measuring soil thermal properties and water content," Comput. Electron. Agric., vol. 133, pp. 9–14, 2017. http://dx.doi.org/10.1016/j.compag.2016.12.012 DOI: https://doi.org/10.1016/j.compag.2016.12.012
[24] E. Sevostianova, S. Deb, M. Serena, D. VanLeeuwen, and B. Leinauer, "Accuracy of Two Electromagnetic Soil Water Content Sensors in Saline Soils," Soil Sci. Soc. Am. J., vol. 79, no. 6, pp. 1752–1759, Nov. 2015. http://doi.wiley.com/10.2136/sssaj2015.07.0271 DOI: https://doi.org/10.2136/sssaj2015.07.0271
[25] G. Kargas and K. X. Soulis, "Performance evaluation of a recently developed soil water content, dielectric permittivity, and bulk electrical conductivity electromagnetic sensor," Agric. Water Manag., vol. 213, pp. 568–579, Mar. 2019. https://doi.org/10.1016/j.agwat.2018.11.002 DOI: https://doi.org/10.1016/j.agwat.2018.11.002
[26] K. Xu, Q. Sheng, X. Zhang, ... Li, and S. Chen, "Design and calibration of the unilateral sensitive soil moisture sensor," IEEE Sens. J., vol. 15, no. 8, pp. 4587–4594, 2015. DOI: https://doi.org/10.1109/JSEN.2015.2423697
[27] Y. L. Then, K. Y. You, M. N. Dimon, and C. CY. Lee, "A modified microstrip ring resonator sensor with lumped element modeling for soil moisture and dielectric predictions measurement," Meas. J. Int. Meas. Confed., vol. 94, pp. 119–125, 2016. http://dx.doi.org/10.1016/j.measurement.2016.07.046 DOI: https://doi.org/10.1016/j.measurement.2016.07.046
[28] Y. Kojima, R. Shigeta, N. Miyamoto, Y. Shirahama, K. Nishioka, M. Mizoguchi, et al., "Low-cost soil moisture profile probe using thin-film capacitors and a capacitive touch sensor," Sensors, vol. 16, no. 8, pp. 1–14, 2016. DOI: https://doi.org/10.3390/s16081292
[29] Z. G. Datsios, P. N. Mikropoulos, and I. Karakousis, "Laboratory characterization and modeling of DC electrical resistivity of sandy soil with variable water resistivity and content," IEEE Trans. Dielectr. Electr. Insul., vol. 24, no. 5, pp. 3063–3072, 2017. DOI: https://doi.org/10.1109/TDEI.2017.006583
[30] M. S. Kumar, T. R. Chandra, D. P. Kumar, and M. S. Manikandan, "Monitoring moisture of soil using low-cost homemade Soil moisture sensor and Arduino UNO," in Proceedings of 2016 3rd International Conference on Advanced Computing and Communication Systems (ICACCS), IEEE, 2016, pp. 1–4. DOI: https://doi.org/10.1109/ICACCS.2016.7586312
[31] K. R. Dongur, P. Tandekar, and S. K. Purve, "Digital Image Processing: Its History and Application," Int. J. Adv. Res. Comput. Commun. Eng., vol. 6, no. 6, pp. 364–367, 2017.
[32] M. S. AS, H. Abdullah, H. Syahputra, B. Benaissa, and F. Harahap, "An Image Processing Techniques Used for Soil Moisture Inspection and Classification," in Proceedings of the 4th International Conference on Innovation in Education, Science and Culture (ICIESC 2022), Medan, Indonesia: EAI, 2022. http://eudl.eu/doi/10.4108/eai.11-10-2022.2325509
[33] F. Terribile and E. A. FitzPatrick, "The application of multilayer digital image processing techniques to the description of soil thin sections," Geoderma, vol. 55, no. 1–2, pp. 159–174, Oct. 1992. DOI: https://doi.org/10.1016/0016-7061(92)90011-U
[34] G. E. Archie, "The Electrical Resistivity Log as an Aid in Determining Some Reservoir Characteristics," Trans. AIME, vol. 146, no. 1, pp. 54–62, Dec. 1942. DOI: https://doi.org/10.2118/942054-G
[35] N. V. To, M. T. Pham, and G. T. Nguyen, "Using Image analysis method to determine the degree of saturation of unsaturated sand," J. Pol. Miner. Eng. Soc., vol. 2, no. 1/55, pp. 652–665, 2025. https://doi.org/10.29227/IM-2025-01-02-001 DOI: https://doi.org/10.29227/IM-2025-01-02-001
Lượt tải xuống
Đã Xuất bản
Số
Chuyên mục
Giấy phép
Bản quyền (c) {copyrightHolder}
Tác phẩm này được cấp phép theo Giấy phép Creative Commons Ghi công 4.0 Quốc tế.
Bản quyền thuộc về tác giả. Tác giả cấp cho Tạp chí Trắc địa – Bản đồ quyền xuất bản lần đầu đối với bài báo. Tất cả các bài báo được Tạp chí công bố được cấp phép theo giấy phép Creative Commons Ghi công 4.0 Quốc tế (CC BY 4.0).
Theo giấy phép CC BY 4.0, độc giả được phép đọc, tải xuống, sao chép, phân phối, in, tìm kiếm và sử dụng lại tác phẩm đã xuất bản, với điều kiện ghi nhận thích hợp tác giả và nguồn xuất bản, cung cấp liên kết đến giấy phép và chỉ rõ những thay đổi đã được thực hiện đối với tác phẩm, nếu có.
Tác giả chịu trách nhiệm xin phép đối với các tài liệu có bản quyền của bên thứ ba được sử dụng trong bản thảo.
