Контроль електричних та температурних параметрів витяжки ґрунту імпедансним методом

Abstract

У статті представлено результати дослідження імпедансного метода для оцінювання електрофізичних параметрів ґрунтових витяжок у зонах техногенного навантаження. Розроблено алгоритм обчислення параметрів опору, індуктивності та фазового кута зсуву у моделях, що описують поведінку електричних сигналів у витяжці грунту 1:5. Запропоновано послідовність розрахункових процедур, що базується на визначенні частоти струму f, питомого опору ρ та температури t. Отримані залежності дозволяють визначати зміну параметра x у діапазоні від 1 до 4, що забезпечує точність спільного визначення фізико-хімічних параметрів витяжки. Порівняння теоретичних і експериментальних даних підтвердило кореляцію між електропровідністю, добротністю та фазовим зсувом сигналу, що свідчить про адекватність моделі. Дослідження включає аналіз впливу техногенного забруднення на електрофізичні характеристики ґрунтів, зокрема в регіонах із високим рівнем промислової активності. Отримані результати можуть бути використані для створення систем оперативного контролю стану ґрунтів, оптимізації процесів очищення стічних вод і моніторингу екологічної безпеки промислових територій. Запропонований підхід забезпечує неінвазивний аналіз у реальному часі, що є особливо актуальним для регіонів із підвищеним техногенним навантаженням, таких як Харків, де воєнні дії сприяють накопиченню токсичних речовин у ґрунтах. Перспективи подальших досліджень передбачають удосконалення алгоритмів обробки даних для підвищення чутливості методу до низькоконцентрованих забруднювачів, а також інтеграцію отриманих моделей у геоінформаційні системи для просторового аналізу забруднення. Подальше застосування включає створення бази електрофізичних еталонів для ґрунтів України та розробку автоматизованих систем моніторингу для оцінки ефективності технологій очищення. Запропонований метод може бути адаптований для інших типів природних середовищ, таких як водні об’єкти чи осадові породи, що розширює його практичне значення.

The article presents the results of research into the impedance method for evaluating the electrophysical parameters of soil extracts in areas of technogenic load. An algorithm has been developed for calculating the parameters of resistance, inductance and phase shift angle in models describing the behaviour of electrical signals in a 1:5 soil extract. A sequence of calculation procedures based on the determination of current frequency f, specific resistance ρ and temperature t is proposed. The obtained dependencies allow determining the change in parameter x in the range from 1 to 4, which ensures the accuracy of the joint determination of the physicochemical parameters of the extract. A comparison of theoretical and experimental data confirmed the correlation between electrical conductivity, quality factor and phase shift of the signal, which indicates the adequacy of the model. The study includes an analysis of the impact of anthropogenic pollution on the electrophysical characteristics of soils, particularly in regions with high levels of industrial activity. The results obtained can be used to create systems for operational control of soil condition, optimisation of wastewater treatment processes, and monitoring of environmental safety in industrial areas. The proposed approach provides non-invasive real-time analysis, which is particularly relevant for regions with high technogenic loads, such as Kharkiv, where military operations contribute to the accumulation of toxic substances in the soil. Prospects for further research include improving data processing algorithms to increase the sensitivity of the method to low-concentration pollutants, as well as integrating the resulting models into geographic information systems for spatial analysis of pollution. Further applications include the creation of a database of electrophysical standards for Ukrainian soils and the development of automated monitoring systems to evaluate the effectiveness of purification technologies. The proposed method can be adapted for other types of natural environments, such as water bodies or sedimentary rocks, which expands its practical significance.