РЕФЕРАТ 3
ВВЕДЕНИЕ 4
1 Диэлектрические свойства сухих и жидких 5
смесей
1.1 Основные положения теории
диэлектриков 6
1.2 Диэлектрические свойства почвы, как композиционной
смеси 6
1.3 Обзор существующих диэлектрических моделей для описания смесей и границы их
применимости 8
1.4 Модель диэлектрической проницаемости связанной влаги в
почве 8
1.5 Данные о влиянии на КДП почвы солей, нефтяных загрязнений и
гумуса 11
1.6. Методы измерения ДП почв и жидких
смесей 16
2 Экспериментальная часть 17
2.1 Приготовление образцов 17
2.2 Измерения в коаксиальной линии 18
2.3 Результаты измерений 21
2.4 Выводы 29
Загрязнение почвы является серьезной проблемой для экосистемы планеты. В настоящее время существует лишь небольшое количество участков суши, которые не были бы подвержены пагубному воздействию как сельскохозяйственного, так и промышленного производства. Данное воздействие ведет к губительным последствиям для экологии в целом.
Для принятия своевременных мер по улучшению состояния почвы необходимо осуществлять периодический контроль, который позволит фиксировать скорость загрязнения.
Существует два основных класса методов контроля состояния почвенного покрова - наземные и дистанционные. Наземные методы позволяют определять объемную влажность почвы и ее температуру, но не обеспечивают требуемый охват достаточно больших территорий, также стоит отметить, что обработка экспериментальных данных занимает большое количество времени [1]. С учетом этого, задача периодического контроля решается дистанционными методами, использующими для зондирования электромагнитные волны микроволнового диапазона.
Основной проблемой использования данных дистанционного зондирования является получение информации о комплексной диэлектрической проницаемости почв, так как от нее напрямую зависят параметры, измеряемые в ходе дистанционного зондирования [2].
Стоит отметить, что комплексная диэлектрическая проницаемость почвы, являющейся дисперсной средой, зависит от влажности, температуры, засоленности, содержания глины или органических веществ [3]. Учет в дистанционных методах влияния данных составляющих позволит получить информацию о состоянии почвы с большей степенью точности, но в настоящее время в литературе отсутствуют адекватные модели, описывающие одновременное влияние на комплексную диэлектрическую проницаемость влажности и засоленности.
Исходя из вышесказанного, перед данной работой поставлена цель - создание методики выявления загрязнения почвы на фоне меняющейся влажности и установление границ минимальной концентрации металлов в почве, при которой возможна диагностика степени загрязнения почв по измерениям коэффициента отражения и прохождения.
Задачи:
а) провести литературный обзор по диэлектрическим свойствам засоленных и влажных почв;
б) подготовить экспериментальные образцы;
в) измерить частотные зависимости коэффициента отражения и передачи;
г) рассчитать диэлектрическую проницаемость и построить частотные и влажностные зависимости почв.
В процессе выполнения работы был составлен набор необходимых материалов для эксперимента, подготовлены образцы почв с различным содержанием тяжелых металлов и влаги, проведены измерения комплексных параметров матрицы рассеяния в диапазоне частот от 0,1 до 18 ГГц, при помощи метода минимизации целевой функции рассчитана комплексная диэлектрическая проницаемость исследуемых образцов.
В результате работы:
- проведен литературный обзор по методам измерения комплексной диэлектрической проницаемости почв, а также по моделям диэлектрической проницаемости структурных смесей;
- построены частотные и влажностные зависимости мнимой и действительной частей комплексной диэлектрической проницаемости для оценки влияния влажности и концентрации солей на электромагнитные характеристики;
- в соответствии с полученными экспериментальными данными, была разработана методика выявления содержания тяжелых металлов Ni, Cu в исследуемых образцах.
Результаты работы приняты к публикации в Трудах Всероссийской конференции СНИИ, г. Томск, 20-21 мая 2019 г. - Томск: Изд-во НТЛ, 2019; в Трудах Всероссийской конференции СНИИ, г. Томск, 20-21 мая 2020 г. - Томск: Изд-во НТЛ, 2020 в печати.
Работа представлена на Всероссийской открытой конференции «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса», Москва, ИКИ РАН, 18.12.2019.
Измерения электромагнитных характеристик проводились на оборудовании Центра коллективного пользования «Центр радиофизических измерений, диагностики и исследования параметров природных и искусственных материалов» (директор В.И. Сусляев).
