（物理電子學(xué)專業(yè)論文）鹽溶液及吸附鹽溶液土壤介電特性實(shí)驗(yàn)研究.pdfVIP

北京科技人學(xué)碩七學(xué)t i ) = 論文 摘要 本文是在國家自然科學(xué)基會(huì)支持下完成的，旨在研究重會(huì)屬離子溶液及吸附重金屬 離子溶液土壤的微波介電特性。以淀粉聚乙烯醇( p o l y v i n y la l c o h 0 1 ) 共混體( 簡稱淀粉 p v a ) 為溶液吸附載體，測量了水及含有c k 2 + 離子的水溶液的復(fù)介電常數(shù)，分析了其 復(fù)介電常數(shù)與體積含水率之間的關(guān)系。制備了不同白“離子濃度的淀粉聚乙烯醇樣 品，測試了4 0 0 7 0 0 m h z 頻段內(nèi)樣品的介電特性，分析了其復(fù)介電常數(shù)與c u 2 + 離子濃 度之日j 的關(guān)系。測試結(jié)果表明，淀粉聚乙烯醇樣品復(fù)介電常數(shù)實(shí)部對(duì)樣品體積含水率很 敏感，隨含水率呈線性變化，復(fù)介電常數(shù)虛部隨吸附溶液c u 2 + 離子濃度升高呈對(duì)數(shù)增 加。采集河北香河縣的砂土作為土壤樣本，經(jīng)過預(yù)處理后進(jìn)行不同體積含水率的水分滲 透，分析了土壤復(fù)介電常數(shù)與樣品體積含水率之i b j 的關(guān)系，得到了與吸附水的淀粉聚乙 烯醇載體一樣的變化規(guī)律，即土壤復(fù)介電常數(shù)實(shí)部在3 0 0 7 0 0 m h z 頻段內(nèi)隨土壤樣品 體積含水率呈線性增長。吸附c u c i ，溶液的土壤樣品實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)土壤樣品密度和體積含 水率保持不變時(shí)，在固定頻率點(diǎn)處其復(fù)介電常數(shù)只受離子濃度的影響。實(shí)驗(yàn)中土壤樣品 0 2 + 離子濃度增大時(shí)，其復(fù)介電常數(shù)值虛部也隨著增大，在各個(gè)頻率點(diǎn)處對(duì)復(fù)介電常 數(shù)和仇2 + 離子濃度的變化關(guān)系進(jìn)行曲線擬合，可以得到復(fù)介電常數(shù)虛部和 “濃度之 間的關(guān)系式。 實(shí)驗(yàn)表明通過測量土壤以及吸附有土壤析出液的介質(zhì)載體的相對(duì)復(fù)介電常數(shù)，可以 反映土壤析出液的污染狀況，根據(jù)復(fù)介電常數(shù)虛部的變化規(guī)律可以得到地表和地下土壤 污染程度，為土壤污染監(jiān)測提供了可能和實(shí)驗(yàn)依據(jù)，這對(duì)于預(yù)測和監(jiān)測土壤的污染程度 具有重大意義。 關(guān)鍵詞：復(fù)介電常數(shù)土壤離子濃度 北京科技人學(xué)碩十學(xué)位論文 s t u d yo n t h ed i e l e c t r i cb e h a v i o ro ft h es a l i n es o l u t i o n s a n ds o i lc o n t a i n i n gs a l i n es o l u t i o n s a b s t r a c t t h ep a p e rw a ss u p p o r t e db yn a t i o n a ln a t u r a ls c i e n c ef o u n d a t i o n t h em i c r o w a v e d i e l e c t r i cc h a r a c t e r i s t i c so f w m e rs o l u t i o nw i t hh e a v ym e t a li o na n ds o i lc o n t a i n i n gh e a v ym e t a l i o ns o l u t i o nw e r et e s t e d t h ec o m p l e xp e r m i t t i v i t yo f w a t e ra n dw a t e rs o l u t i o nw i t hc u 2 + i o n w e r em e a s u r e d ，i nw h i c hs t a r c h p o l y v i n y la l c o h o lb l e n d ( s t a r c hp v af o rs h o r t ) w a su s e da s s o l u t i o nc a r r i e r , t of i n dt h er e l a t i o n s h i p sb e t w e e uc o m p l e xp e n n i t t i v i t ya n df r e q u e n c y , i o n c o n c e n t r a t i o n , a n dw a t e rc o n t e n t t h es o l u t i o ns a m p l e sw i t hd i f f e r e n tc u 2 + i o nc o n c e n t r a t i o n w e l et e s t e d t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h er e a lp a r to f r e l a t i v ec o m p l e xp e r m i t t i v i t yw a ss e n s i t i v e t ot h ec h a n g e si nv o l u m e t r i cw a t e rc o n t e n to ft h es a m p l e s n e a r l yi n c r e a s i n gl i n e a r l y 、v i t l lt h e c h a n g e so fv o l u m e t r i cw a t e rc o n t e n to fs a m p l e sw h e nl i n e a rr e g r e s s i o nw a sd o n et ot h ed a t a t h ei i i l a g i n a r yp mo f t h a ti n c r e a s e dl o g a r i t h m i c a l l yw i t ht h ec u “i o nc o n c e n t r a t i o n t h es o i l s a m p l e so ft h ec o u n t yo fx i a n g h ei nh e b e ip r o v i n c ew e l et e s t e di nt h ee x p e r i m e n t t h e r e l a t i o n s h i p sb e t w e e nv o l u m e t r i cw a t e rc o n t e n ta n dt h ec o m p l e xp e r m i t t i v i t yo fs o i l w e r e a n a l y z e d ，w h i c hs h o w e dt h es t a t i ca st h es t a r c hp v a c a l t i e rw i t hw a t e r t h er e s u l ts h o w e dt h a t t h er e a lp a r to f c o m p l e xp e l m i t t i v i t yi n c r e a s e dl i n e a r l yw i t ht h ev o l u m e t r i cw a t e rc o n t e n ti nt h e f r e q u e n c yb a n df r o m3 0 0m h zt o7 0 0 m h z i tw a ss h o w e di nt h ee x p e r i t n e n to f s o i ls a m p l e s w i t hp o r es o l u t i o nw i t h c u c l zt h a tt h ei m a g i n a r yp a r to fc o m p l e xp e r m i t t i v i t yo n l yv a r i e d 謝mi o nc o n c e n t r a t i o nw h e nt h ed e n s i t ya n dv o l t m a e l r i cw a t e rc o n t e n tk e e pc o n s t a n ta ta s p e c i f i c 矗明u c yp o i n t w h e nt h er e g r e s s i o nr e l a t i o n s h i pb c c c w c c nc u “i o nc o n c e n t r a t i o n a n di m a g i n a r yp a r to f c o m p l e xp e r m i t t i v i t yo f s o i ls a m p l e sw a sd o n e , t h ec o n c e m 枷o f lo f s o i l s a m p l e sw i l lc h a r a c t e r i z et h eh e a v ym e t a li o nc o n t a m i n a t i o no f s o i l 。 a ss u c h , i tm a yh a v ep o t e n t i a lf o rd e t e c t i n gi o nc o n t a m i n a t i o ni ns o i lw a t e rs y s t e m a c c o r d i n gt o t h ec h a n g e so fr e l a t i v e c o m p l e xp e r m i t t i v i t y a f t e rm i c r o w a v ed i e l e c t r i c c h a r a c t e r i s t i c so fs o i la n ds a m p l e sw i t hp o r es o l u t i o no fs o i lw e r et e s t e d i ti ss i g n i f i c a n tf o r p r e d i c t i o na n dm o n i t o ro f s o i lc o n t a m i n a t i o n k e yw o r d s ：c o m p l e xp e r m i t t i v i t y ，s o i l , i o nc o n c e n t r a t i o n 2 一 獨(dú)創(chuàng)性說明 本人鄭重聲明：所呈交的論文是我個(gè)人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工 作及取得研究成果。盡我所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方 外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫的研究成果，也不包含為獲得 北京科技大學(xué)或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書所使用過的材料。與我一同 工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中做了明確的說明并表 示了謝意。 簽名：封邀蒜日期：nv 關(guān)于論文使用授權(quán)的說明 本人完全了解北京科技大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，即： 學(xué)校有權(quán)保留送交論文的復(fù)印件，允許論文被查閱和借閱；學(xué)?？梢怨?布論文的全部或部分內(nèi)容，可以采用影印、縮印或其他復(fù)制手段保存論 文。 ( 保密的論文在解密后應(yīng)遵循此規(guī)定) 簽名：蜮導(dǎo)師簽名：圭l 日期： l 7 s 1 f 北京科技人學(xué)碩十學(xué)位論文 引言 近年來，由于人口的急劇增長和工業(yè)的迅猛發(fā)展，固體廢棄物的傾倒和堆放量同益 增多，為了減少地面垃圾的堆放，一些大型的城市采取了地下掩埋的方式進(jìn)行了處理。 這些固體廢棄物的長期存在，在自然雨水以及地表水的侵蝕下，產(chǎn)生的污染水分不斷地 向周圍的土壤以及地下水循環(huán)系統(tǒng)擴(kuò)散河滲透，導(dǎo)致地表一定范圍內(nèi)土壤的污染以及地 下水的嚴(yán)重污染。土壤、水、陽光和空氣是自然界賦予人類和其他生物生存的生念環(huán)境 的重要組成部分，目6 口世界各國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展以及城市化進(jìn)程的進(jìn)行，導(dǎo)致了我們生 存所依賴的自然生態(tài)環(huán)境的嚴(yán)重污染。一般像水、空氣的污染，很快就能夠引起世界各 國環(huán)保部門以及廣大人民群眾的關(guān)注，但是土壤的污染卻并沒有得到重視，這是由于土 壤污染引起的不良后果的表征一般會(huì)有比較長的潛伏期，短則幾年、幾十年，長則上百 年l 能夠顯現(xiàn)出來。因此，土壤的污染也許不會(huì)對(duì)目自u(píng) 人類的生存和發(fā)展造成影響，但 這將危及到我們?nèi)祟惡蟠纳姝h(huán)境，不利于長期的可持續(xù)發(fā)展。所以，土壤污染的監(jiān) 測和防治將是一項(xiàng)非常重要和具有重大意義的活動(dòng)。 固體廢棄物的隨意傾倒，工業(yè)有害廢水的排放，大氣中有害氣體和漂浮塵埃隨阿水 的降落，這些都將導(dǎo)致土壤的污染。土壤污染將導(dǎo)致嚴(yán)重的直接經(jīng)濟(jì)損失，我國目前尚 無系統(tǒng)全面的資料可查。僅以土壤重會(huì)屬的污染為例，我國每年因重會(huì)屬污染而減產(chǎn)的 糧食就有1 0 0 多萬噸，被污染的糧食每年也多達(dá)1 2 0 0 萬噸，合計(jì)經(jīng)濟(jì)損失至少2 0 0 億 元人民幣。由于土壤的污染導(dǎo)致食物品質(zhì)的下降也是很嚴(yán)重的，在我國很多大中城市， 由于城市垃圾的傾倒，導(dǎo)致郊區(qū)土壤都受到了不同程度的污染，從而導(dǎo)致這些土壤生長 的農(nóng)作物，諸如糧食、蔬菜、水果等的污染，使得這些食物中的鎘、鉻、砷、鉛、汞等 重金屬含量接近臨界值甚至超標(biāo)。更嚴(yán)重的是，這些污染物會(huì)在植物體內(nèi)積累，并通過 食物鏈富集到人體和動(dòng)物體內(nèi)，引發(fā)各種難以治愈的疾病，危害人類的健康。在自然界 風(fēng)力和水力的作用下，地表土壤顆粒會(huì)進(jìn)入到大氣和水中，導(dǎo)致大氣和水體的污染，從 而危及到整個(gè)生態(tài)圈的健康。 土壤是植物生長的基地，是動(dòng)物、人類賴以生存的物質(zhì)基礎(chǔ)，因此，土壤質(zhì)量的優(yōu) 劣直接影響人類的生存和發(fā)展。但由于近些年人們不合理的開發(fā)和利用，致使許多污染 物質(zhì)通過多種渠道進(jìn)入土壤。當(dāng)污染物進(jìn)入土壤的數(shù)量和速度超過土壤的自凈能力時(shí)， 將導(dǎo)致土壤質(zhì)量下降甚至惡化，影響土壤的生產(chǎn)能力。因此，對(duì)土壤污染進(jìn)行監(jiān)測，對(duì) 提高土壤的環(huán)境質(zhì)量和生產(chǎn)能力，保障食品安全以及人類的健康具有十分積極的意義。 北京科技人學(xué)碩十學(xué)位論文 對(duì)于土壤污染的監(jiān)測，世界各國的科學(xué)家們相繼提出了各種監(jiān)測辦法。到目前為 止，主要依靠人工采樣，實(shí)驗(yàn)室分析為主，這種方法雖然監(jiān)測精度較高，但需要耗費(fèi)大 量的人力物力，而且監(jiān)測周期較長，不適宜現(xiàn)場在線測量、快速測量，建立快速、智 能、準(zhǔn)確的水土污染檢測系統(tǒng)，用于地下質(zhì)或水土系統(tǒng)的環(huán)保監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)水土系統(tǒng)污 染狀況高精度，動(dòng)態(tài)的，連續(xù)的，無損的實(shí)時(shí)監(jiān)測，最終實(shí)現(xiàn)我國環(huán)境地質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)的 智能化，網(wǎng)絡(luò)化，數(shù)據(jù)化，這將對(duì)我國環(huán)保事業(yè)的意義極其重大。本項(xiàng)目旨在研制一套 用于快速監(jiān)測土壤污染的測量系統(tǒng)，在之前的工作中【l 】，測試系統(tǒng)信號(hào)獲取部分的到了 很好的研究，在實(shí)驗(yàn)中取得了滿足實(shí)驗(yàn)誤差的數(shù)據(jù)，后續(xù)的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用 2 1 ，也 初步驗(yàn)證了利用復(fù)介電常數(shù)測量方法辨別土壤污染的可行性。本論文測量了函a ，溶液 以及吸附c u c l ，溶液土壤的介電特性，分析了復(fù)介電常數(shù)和含水率，離子濃度，土壤密 度之問的關(guān)系，采用的實(shí)驗(yàn)方法可分別應(yīng)用于地表土壤及地下土壤的污染監(jiān)中。 北京科技人學(xué)碩十學(xué)位論文 1 緒論 1 1 課題研究意義及選題依據(jù) 目自u(píng) 我國土壤污染的總體形勢嚴(yán)峻，已對(duì)生態(tài)環(huán)境、食品安全、百姓身體健康和農(nóng) 業(yè)可持續(xù)發(fā)展構(gòu)成威脅。主要污染物排放量超過環(huán)境承載能力，流經(jīng)城市的河段普遍受 到污染，許多城市空氣污染嚴(yán)重，酸時(shí)污染加重，持久性有機(jī)污染物的危害開始顯現(xiàn)， 土壤污染面積擴(kuò)大，近岸海域污染加劇，生念環(huán)境安全存在隱患。生態(tài)破壞嚴(yán)重，水土 流失量大面廣，沙漠化、草原退化j i 口, n ，生物多樣性減少，生念系統(tǒng)功能退化。發(fā)達(dá)國 家上百年工業(yè)化過程中分階段出現(xiàn)的環(huán)境問題，在我國近2 0 年來集中出現(xiàn)，呈現(xiàn)結(jié)構(gòu) 型、復(fù)合型、壓縮型的特點(diǎn)。環(huán)境污染和生態(tài)破壞造成了巨大經(jīng)濟(jì)損失，危害群眾健 康，影響社會(huì)穩(wěn)定和環(huán)境安全。未來1 5 年我國人口將繼續(xù)增加，經(jīng)濟(jì)總量將繼續(xù)高速 增長，資源、能源消耗持續(xù)增加，環(huán)境保護(hù)面臨的壓力越來越大。 據(jù)不完全調(diào)查，目自u(píng) 全國受污染的耕地約有1 5 億畝，污水灌溉污染耕地3 2 5 0 萬 畝，固體廢棄物堆存占地和毀用2 0 0 萬畝，合計(jì)約占耕地總面積的1 l o 以上，其中多 數(shù)集中在經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)的地區(qū)。全國每年因重會(huì)屬污染的糧食達(dá)1 2 0 0 力1 噸，造成的直接 經(jīng)濟(jì)損失超過2 0 0 億元。土壤污染造成有害物質(zhì)在農(nóng)作物中積累，并通過食物鏈進(jìn)入人 體，引發(fā)各種疾病，最終危害人體健康。土壤污染直接影響壤塵念系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功 能，最終將對(duì)生態(tài)安全構(gòu)成威脅。土壤污染與每個(gè)人的身體健康息息相關(guān)，比如糧食中 的重會(huì)屬含量、蔬菜中的農(nóng)藥殘留、飲用水源的安全情況，都會(huì)受到土壤環(huán)境質(zhì)量的直 接影響。但長期以來，我們對(duì)全國土壤污染的面積、分布和程度不明確，影響了我國土 壤污染防治措旌的針對(duì)性和有效性 3 1 。開展重點(diǎn)區(qū)域土壤污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與安全等級(jí)劃分 已經(jīng)迫在眉睫。目自口我國主要采取重點(diǎn)監(jiān)控，集中治理的策略。把重污染企業(yè)周邊、工 業(yè)遺留或遺棄場地、固體廢物集中處理處置場地、油田、采礦區(qū)、主要蔬菜基地、污灌 區(qū)、大型交通干線兩側(cè)以及社會(huì)關(guān)注的環(huán)境熱點(diǎn)區(qū)域作為調(diào)查重點(diǎn)，按照統(tǒng)一的技術(shù)要 求，采集土壤、農(nóng)產(chǎn)品和地下水等樣品進(jìn)行系統(tǒng)測試分析，查明土壤污染的類型、范 圍、程度以及土壤重污染區(qū)的空日j 分布情況，分析污染成因。在此基礎(chǔ)上開展污染土壤 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，確定土壤環(huán)境安全等級(jí)，建立污染土壤檔案。如何解決好城市發(fā)展和環(huán)境問 題的沖突，是一個(gè)亟待研究的重要課題，中國幣面臨著嚴(yán)重的環(huán)境污染問題，必須加大 治理和監(jiān)測力度。建立快速、智能、準(zhǔn)確的水土污染檢測系統(tǒng)，對(duì)我國環(huán)保事業(yè)的意義 及其重大。 北京科技人學(xué)碩士學(xué)伉論文 我國在水土污染檢測方面的研究，到目前為止，主要依靠人工采樣，實(shí)驗(yàn)室分析為 主。利用短路同軸線復(fù)介電常數(shù)測量方法，可以研制一套用于地下土質(zhì)或水土系統(tǒng)的環(huán) 保監(jiān)測傳感系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)高精度，動(dòng)態(tài)的，連續(xù)的，無損的實(shí)時(shí)監(jiān)測。根據(jù)微波測濕 法的原理，利用所研制的短路同軸線采集土壤樣品反射的電磁波信號(hào)，探測被測介質(zhì)復(fù) 介質(zhì)常數(shù)變化，使用專門設(shè)計(jì)的自動(dòng)網(wǎng)絡(luò)分析系統(tǒng)和微型計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)掘處理，分析復(fù) 介電常數(shù)受眾多環(huán)境因素影響引起的土壤物理化學(xué)性質(zhì)和力學(xué)性質(zhì)的變化，從而實(shí)現(xiàn)對(duì) 地下環(huán)境變化的檢測。和傳統(tǒng)的監(jiān)測手段相比，短路同軸線復(fù)介電常數(shù)測量法以其耗用 時(shí)| 1 日j 短，長期實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測，方法簡單，效率高，費(fèi)用少，易于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化智能化的特 點(diǎn)而有更大的優(yōu)越性和推廣價(jià)值，因此短路同軸線復(fù)介電常數(shù)測量方法將是對(duì)水土污染 監(jiān)測的一個(gè)很好的補(bǔ)充和發(fā)展。 1 2 國內(nèi)外進(jìn)展 據(jù)美國2 0 世紀(jì)8 0 年代末的統(tǒng)計(jì)資料，美國有污染場地5 2 0 0 0 個(gè)，其中的7 5 已對(duì) 地下水構(gòu)成污染，處置這些污染場地的費(fèi)用占當(dāng)時(shí)美國年國民生產(chǎn)總產(chǎn)值的1 0 ?，F(xiàn)在 美國對(duì)環(huán)境地質(zhì)污染建立了多種監(jiān)測體系，例如在地下水污染防治中起重要作用的地下 水監(jiān)測網(wǎng)。美國對(duì)監(jiān)測網(wǎng)、監(jiān)測項(xiàng)目和技術(shù)作了研究，并取得了很好的成果。美國東郁 的大西洋城和邁阿密曾通過監(jiān)測井網(wǎng)絡(luò)資料，發(fā)現(xiàn)受污染地下水正緩慢流向城市供水 井。大城市一般都建立了三級(jí)監(jiān)測網(wǎng)，用于不同的監(jiān)測目標(biāo)。2 0 多年來，地下水污染 物探技術(shù)以其良好的勘查效果，以及速度快、成本低、不破壞地質(zhì)環(huán)境的優(yōu)點(diǎn)，得到水 文地質(zhì)學(xué)家和環(huán)保工作者的認(rèn)可。到目前為止，國外已成功地將電法、電磁法、地震、 磁法、微重力、探地雷達(dá)和測井技術(shù)用于地下水污染的調(diào)查與監(jiān)測。 日本在這方面則建立了水質(zhì)環(huán)境污染的自動(dòng)監(jiān)測儀器。水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)被廣泛應(yīng) 用在公共用水水域的水質(zhì)污染的經(jīng)常性監(jiān)視中，水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測可以自動(dòng)、連續(xù)得到多項(xiàng) 目的數(shù)據(jù)，定期定點(diǎn)監(jiān)視，可以有效地把握水質(zhì)異常、水質(zhì)及污染負(fù)荷量等的變化特征 和水污染物排放總量控制的情況。因此，水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)成為公共用水水域的水質(zhì)經(jīng) 常性監(jiān)測的極為有效的手段。另外，水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測還可以與定期定點(diǎn)監(jiān)視結(jié)合，形成極 為詳細(xì)的監(jiān)測體制，根據(jù)調(diào)整水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測的配置狀況，可以把握大范圍水質(zhì)污染狀 況，把從水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測站得到的數(shù)據(jù)通過計(jì)算機(jī)處理，處理結(jié)果作為該地區(qū)的公共用水 水域的水質(zhì)污染狀況向公眾發(fā)布；或者，作為制定該地區(qū)的水質(zhì)改善計(jì)劃基礎(chǔ)資料來使 用。目前，r 本的水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測的設(shè)置主要在河流、湖泊和近海海域。 面對(duì)同益嚴(yán)重的環(huán)境問題，中國近年來也加強(qiáng)了對(duì)環(huán)保方面的研究，環(huán)保是一項(xiàng)牽 涉極廣的復(fù)雜的系統(tǒng)工程，不僅需要各種法律條令的健全，而且還要求眾多高新技術(shù)的 l 京科技人學(xué)碩十學(xué)位論文 綜合使用，此外還要求全民環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，總的來說應(yīng)該以監(jiān)測和預(yù)防為主，同時(shí)也 要深入研究各種污染物的合理再利用的相關(guān)問題。目前，國內(nèi)已建立了眾多的監(jiān)測點(diǎn)， 并在局部地區(qū)實(shí)現(xiàn)了監(jiān)測的網(wǎng)絡(luò)化，采用了多種方法。還建立了水資源環(huán)境保護(hù)自動(dòng)監(jiān) 控區(qū)域網(wǎng)，在某一局部地區(qū)實(shí)現(xiàn)對(duì)水質(zhì)采樣后的數(shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)處理。另外，國內(nèi)各種學(xué)術(shù)期 刊也一直在探討更簡單有效的監(jiān)測手段，近年來的部分研究成果如：土壤污染及其防 治，對(duì)城市積存垃圾處理項(xiàng)目的建議，環(huán)境污染及其防治，用于市政污水的排放監(jiān)測、 地表水的水質(zhì)監(jiān)測、食品加工行業(yè)和飲料行業(yè)污水的排放監(jiān)測的l x w a - o 分析儀， t w 一6 0 0 0 水質(zhì)連續(xù)自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)，z h 2 5 2 1 型污染源二氧化硫在線自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)等等。 這些科研成果及方法對(duì)一些地表水關(guān)鍵地段的污染控制以及污水處理廠的過程控制，以 及某些污染排放口的在線連續(xù)監(jiān)測起到了很好的效果。 目前都只是對(duì)單純的氣體或地表水體的監(jiān)測，對(duì)于地下水質(zhì)污染的監(jiān)測，主要依靠 人工采樣，實(shí)驗(yàn)室分析為主。與空氣和地面環(huán)境污染相比，由于地下水污染的不可視 性，使其污染的防治工作較為艱難，例如在污染場所及附近地區(qū)的地下水質(zhì)的污染，現(xiàn) 在還沒有一種簡便可靠的辦法來實(shí)現(xiàn)對(duì)其連續(xù)動(dòng)態(tài)的在線監(jiān)測。其實(shí)地下水污染的嚴(yán)重 程度和危害并不亞于空氣和地面環(huán)境污染，所以研制一種用于地下水土污染的監(jiān)測系統(tǒng) 就顯的尤為重要。 復(fù)介電常數(shù)是介質(zhì)材料最基本的性能參數(shù)之一，表征了介質(zhì)材料在一定頻段下的基 本物理特性【4 目，測量線是一種傳輸線結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)微波測量儀器，通常使用波導(dǎo)或同軸 線來進(jìn)行測量，其原理是測量離負(fù)載最近的第一電壓波節(jié)點(diǎn)的距離和測量線上的駐波 比，束確定負(fù)載的復(fù)反射系數(shù)和阻抗數(shù)值，這種方法所需設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格低廉，基 本測量原理清晰，目前主要使用于微波毫米波段未知阻抗的測量。微波介質(zhì)復(fù)介電常數(shù) f ) 可以表示為： s + 0 ) = 0 = e o ( e b ) 一弦0 ” 式中島為自由空問的介電常數(shù)，s ，為介質(zhì)材料的相對(duì)復(fù)介電常數(shù)。 1 3 主要研究內(nèi)容 本文旨在研究重會(huì)屬離子溶液及吸附重金屬離子溶液土壤的微波介電特性，對(duì) b a k e r - j a r v i s 等的s 參數(shù)模型 6 1 進(jìn)行了復(fù)介電常數(shù)求解方法的擴(kuò)展，同時(shí)對(duì)r o w er k ， 等71 】的復(fù)介電常數(shù)離子濃度模型進(jìn)行了高頻段和低濃度區(qū)域的擴(kuò)展，從而為水土系統(tǒng) 無機(jī)物污染的監(jiān)測提供了理論依據(jù)和實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。利用短路同軸線對(duì)微波介質(zhì)材料復(fù)介電 北京科技大學(xué)碩十學(xué)位論文 常數(shù)進(jìn)行了測量，將網(wǎng)絡(luò)分析測量技術(shù)與計(jì)算機(jī)輔助測量技術(shù)、微波同軸線結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方 法、微波介質(zhì)樣品制備方法等相結(jié)合，對(duì)微波介質(zhì)材料的端口反射參數(shù)墨。以及復(fù)介電 常數(shù)進(jìn)行了測量和計(jì)算：以電磁波傳輸理論和微波測量技術(shù)為基礎(chǔ)，進(jìn)行了二端口微波 網(wǎng)絡(luò)的分析與技術(shù)研究，得到了微波介質(zhì)材料復(fù)介電常數(shù)和其中吸附的溶液濃度的定量 關(guān)系曲線。 該文主要研究內(nèi)容包括以下幾點(diǎn)： 1 根據(jù)微波介質(zhì)吸附溶液的理論分析和前期的試驗(yàn)研究，采用淀粉聚乙烯醇作為載 體介質(zhì)材料，配制成不同含鹽量、含水量的實(shí)驗(yàn)樣品，分析了復(fù)介電常數(shù)的影響因素。 以實(shí)際的土壤為研究對(duì)象，測量了其復(fù)介電常數(shù)的變化規(guī)律。 2 根據(jù)微波的傳輸反射特性，通過軟件模擬設(shè)計(jì)制作了短路同軸傳輸線，在傳輸線 中l(wèi) b j 部位制作了樣品腔，以便將制作好的樣品裝入傳輸線適當(dāng)部位。 3 將制作好的短路同軸線接入矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的共軸接頭，分別對(duì)土壤樣品以及 c u c l 2 進(jìn)行頻域掃描，測量樣品的單端反射參數(shù)s 。 4 利用牛頓割線法對(duì)關(guān)于復(fù)介電常數(shù)的s 。方程進(jìn)行數(shù)值方法求解，對(duì)求解獲得的 結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，獲得復(fù)介電常數(shù)和頻率以及污染物濃度，種類之間的關(guān)系。 北京科技大學(xué)碩十學(xué)位論文 2 土壤各組分的物理化學(xué)性質(zhì) 2 1 土壤物理化學(xué)組分 土壤是指地球陸地表面具有一定肥力且能生長作物的疏松表層，是由巖石風(fēng)化以及 大氣、水，特別是動(dòng)植物和微生物對(duì)于地殼表層長期作用而形成的；它介于大氣圈、巖 石圈、水圈和生物圈之間，是環(huán)境中獨(dú)特的組成部分，土壤是由固體顆粒( 基質(zhì)) 、液 體、氣體三相物質(zhì)組成的疏松多孔體。固相物質(zhì)包括礦物質(zhì)、有機(jī)質(zhì)和土壤生物。固帽 物質(zhì)之問形成不同形狀的孔隙，孑l 隙中存在水分和空氣。其固體顆粒部分，顆粒形狀有 較大的變化范圍，有體積較大的近似球體狀，薄的平面板狀體，長的纖維針狀體。細(xì)小 的土壤顆粒中，包含有機(jī)物質(zhì)和非結(jié)晶的無機(jī)物質(zhì)組分，其化學(xué)成分可以包含地殼中發(fā) 現(xiàn)的任何元素，含有的常量元素有o 、s i 、a l 、f e 、c a 、n a 、k 、m g 、c 、h 、n 、p 、 s 等，含有的微量元素有b 、c u 、z n 、m o 、c o 等。最豐富的元素為o 、s i 、h 、a 1 ， 這些元素會(huì)形成不同成分和結(jié)晶念的物質(zhì)，其它元素含量較少，所有這些元素就形成了 土壤形念的礦物質(zhì)。 土壤的固體部分為土壤基質(zhì)，是一個(gè)分散和多孔的體系。土壤的固體物質(zhì)顆粒其粒 徑大小不一，形狀和組成也各不形同，從而形成了一個(gè)分散的體系。世界各國大都以土 壤中各粒級(jí)含量的相對(duì)百分比作為標(biāo)準(zhǔn)，國際制采用三級(jí)分類法舊，即根據(jù)砂粒( o 0 2 2 m m ) 、粉砂粒( 0 0 0 2 - 0 0 2 m m ) 和粘粒( 。 j 二二= = ： z 圖6 4 不同含水率土壤復(fù)介電常數(shù)實(shí)部與頻率關(guān)系曲線 北京科技人學(xué)碩十學(xué)位論文 圖6 5 不同含水率土壤復(fù)介電常數(shù)虛部與頻率關(guān)系曲線 圖6 4 中，土壤復(fù)介電常數(shù)的實(shí)部隨著土壤中水的體積分?jǐn)?shù)的增加而增大，虛部隨 含水率的增大有較小的增大，受土壤含水率的影響較小。為了能夠在各個(gè)頻率點(diǎn)處看到 復(fù)介電常數(shù)隨含水率的變化關(guān)系，分別在4 5 0 6m h z ，4 7 5 1 m h z ，5 0 1 9m h z 頻率點(diǎn) 處對(duì)土壤含水率和復(fù)介電常數(shù)實(shí)部之間的關(guān)系作圖，得到如圖6 6 所示的關(guān)系曲線。 十壤體積俞水率m v ( ) 圖6 6 土壤復(fù)介電常數(shù)與體積含水率關(guān)系曲線圖 - 4 1 北京科技人學(xué)碩十學(xué)位論文 分別在各頻率點(diǎn)處的曲線進(jìn)行線性擬合，所得到的線性擬合公式及線性回歸系數(shù) 如表6 3 所示。 表6 3 土壤復(fù)介電常數(shù)實(shí)部與含水率關(guān)系線性擬合 頻率( m h z ) 4 5 0 64 7 5 15 0 1 9 線性擬合 占= o 3 8 5 5m 。+ 3 6 6 6 6 f 1 = o 3 8 5 5 m 。+ 3 5 3 8 7f l = 0 3 9 3 4 m 。+ 3 4 0 7 9 回歸系數(shù)0 9 9 4 3 0 9 9 4 4 0 9 9 4 6 由表6 - 3 可以看出，隨著土壤中水的體積分?jǐn)?shù)的增大，土壤的介電常數(shù)實(shí)部呈線性 增大。在3 0 0 - - 7 0 0 m h z 頻段內(nèi)，土壤的介電常數(shù)實(shí)部在3 , - - 4 之間，與溫度和頻率無 關(guān)，而相應(yīng)的水的介電常數(shù)實(shí)部為8 l 。根據(jù)異質(zhì)混合物介電常數(shù)模型，混合物的介電 常數(shù)值為各組成成分的介電常數(shù)與體積乘積之和，即如式( 3 一1 ) s ：= + 葉( f ? 一占孑) 所描述，在3 0 0 - - 7 0 0 m h z 頻段內(nèi)土壤中的大部分水分為自由水，其介電常數(shù)值遠(yuǎn)大于 土壤介電常數(shù)值，隨著水的體積分?jǐn)?shù)的增大，從而使介電常數(shù)實(shí)部呈現(xiàn)出增大的趨勢。 從圖7 _ 6 中可以看到，在低含水率區(qū)，復(fù)介電常數(shù)值隨含水率的增長較為緩慢，這是由 于土壤中的水分一部分為束縛水，一部分為自由水，在低含水率區(qū)，土壤顆粒周圍較大 半徑范圍內(nèi)的水分在晶格力和滲透壓的作用下被緊緊吸附在土壤顆粒表面，成為束縛 水，能夠成為自由水的水分在總含水量中所占比重較小。由于帶有負(fù)電的粘土顆粒的強(qiáng) 靜電力的作用，使得水分子的極化強(qiáng)度大大減弱，導(dǎo)致束縛水的復(fù)介電常數(shù)實(shí)部遠(yuǎn)小于 自由水，約為3 2 ，和土壤的復(fù)介電常數(shù)實(shí)都較為接近，這樣就使得水分的增加對(duì)土壤 總體介電常數(shù)值的增大的貢獻(xiàn)較小，在實(shí)驗(yàn)中表現(xiàn)為低含水率區(qū)土壤復(fù)介電常數(shù)實(shí)部隨 含水率增加變化較為緩慢。 滲透了c k c f ，溶液的9 個(gè)土壤樣品，測得其復(fù)介電常數(shù)實(shí)部如圖6 7 所示。 4 2 北京科技人學(xué)碩十學(xué)位論文 七 i 圖6 7 含c u c i ：溶液土壤樣品復(fù)介電常數(shù)實(shí)部 不同溶液濃度的樣品虛部值隨頻率及溶液濃度變化情況如圖6 8 所示。 圖6 8 含函c 如溶液土壤樣品復(fù)介電常數(shù)虛部 從圖6 7 可以看出，在含水率保持不變的情況下，隨著頻率的增加，復(fù)介電常數(shù)實(shí) 部呈下降趨勢，當(dāng)溶液濃度增加時(shí)，實(shí)部值在各頻率點(diǎn)處有下降趨勢，但這種趨勢不明 顯。由于復(fù)介電常數(shù)實(shí)部值表征介質(zhì)極化程度，當(dāng)頻率增加時(shí)，一部分離子的極化速度 _ 4 3 一 ca日蘭口日e一 北京科技人學(xué)碩+ 學(xué)位論文 逐漸跟不上外加頻率的變化，在宏觀上表征為復(fù)介電常數(shù)實(shí)部值的下降。溶液中離子濃 度增加時(shí)，單位體積溶液中的離子數(shù)量增多，由于離子的自由移動(dòng)，導(dǎo)致溶液內(nèi)部的一 些正負(fù)電荷互相抵消，使單位體積溶液中的偶極子數(shù)量減少，溶液極化強(qiáng)度減弱，最終 使土壤介質(zhì)極化強(qiáng)度變?nèi)酰瑢?dǎo)致其實(shí)部值呈下降趨勢。實(shí)驗(yàn)中的樣品的加工存在缺陷， 導(dǎo)致各個(gè)反射面不是理想的平面，同時(shí)對(duì)于含水率相同的控制存在誤差，而這一點(diǎn)恰恰 對(duì)實(shí)部影響較大，導(dǎo)致圖6 4 中出現(xiàn)了一些不符合該規(guī)律的曲線，如曲線6 ，8 。在圖 6 7 中，除樣品9 之外的其他樣品，在5 5 0 m h z 7 0 0 m h z 頻段內(nèi)其復(fù)介電常數(shù)實(shí)部都 呈增大的趨勢，這一現(xiàn)象有些異常。由于我們采用的是基于n i d s o n 、r o s s 與w c i r 等人 于二十世紀(jì)七十年代提出的n r w 傳輸反射法的復(fù)介電常數(shù)求解方法，該方法在計(jì)算復(fù) 介電常數(shù)值時(shí)，在墨幅值和相位角對(duì)較小的頻率點(diǎn)處會(huì)產(chǎn)生較大的誤差m t 3 5 】。同時(shí)實(shí) 驗(yàn)中采用了牛頓迭代法，該方法所求得的解并不是完全不依賴于猜測初值的解，所以也 會(huì)引入一部分誤差，這些都導(dǎo)致了圖6 7 中復(fù)介電常數(shù)實(shí)部值隨頻率增加的現(xiàn)象，這一 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象還出現(xiàn)在圖6 a ，圖5 9 ，圖5 5 圖中。對(duì)于復(fù)介電常數(shù)虛部值，如圖6 8 所 示，則可以看出，隨著頻率的增加，復(fù)介電常數(shù)虛部呈下降趨勢，在各個(gè)頻率點(diǎn)處隨著 c u 2 + 濃度的增加，復(fù)介電常數(shù)呈增大趨勢，表現(xiàn)出了和圖5 1 0 一樣的性質(zhì)，這說明對(duì) 于土壤和淀粉p v a 載體，吸附溶液對(duì)復(fù)介電常數(shù)虛部的影響具有一致的規(guī)律。 為了得到土壤復(fù)介電常數(shù)和白2 + 離子濃度之| 日j 的明確的規(guī)律，對(duì)圖6 8 中的數(shù)據(jù) 分別在頻率點(diǎn)4 0 1 7 m h z ，4 5 0 6 m h z ，4 9 9 5 m h z ，5 5 0 8 m h z ，5 9 9 7 m h z 處作復(fù)介 電常數(shù)虛部和c u “濃度的關(guān)系曲線圖，得到如圖6 9 ，6 1 0 ，6 1 1 ，6 1 2 ，6 1 3 所示數(shù) 據(jù)。 北京科技人學(xué)碩十學(xué)位論文 圖6 94 0 l 7 m h z 土壤樣品復(fù)介電常數(shù)虛部與c u 2 + 濃度關(guān)系曲線 圖6 1 04 5 0 6 m h z 土壤樣品復(fù)介電常數(shù)虛部與c u 2 + 濃度關(guān)系曲線 - 4 5 北京科技人學(xué)碩十學(xué)位論文 圖6 1 14 9 9 5 m h z 土壤樣品復(fù)介電常數(shù)虛部與c u2 + 濃度關(guān)系曲線 圖6 1 25 5 0 8 m h z 土壤樣品復(fù)介電常數(shù)虛部與國“濃度關(guān)系曲線 4 6 北京科技人學(xué)碩十學(xué)位論文 圖6 1 35 9 9 7 m h z 土壤樣品復(fù)介電常數(shù)虛部與仇2 + 濃度關(guān)系曲線 對(duì)各頻率點(diǎn)處的數(shù)據(jù)進(jìn)行二次多項(xiàng)式擬合，得到如表6 - 4 的關(guān)系式，表中c 為土 壤樣品吸附溶液中c u 2 + 離子的濃度。 表6 _ 4 各頻率點(diǎn)復(fù)介電常數(shù)虛部與濃度關(guān)系 頻率( 2 次多項(xiàng)式擬合回歸系數(shù) 4 0 1 7 占。= _ o 0 0 4 5 c2 + 0 4 9 4 5 c + 1 7 7 1 2 0 9 9 3 8 4 5 0 6s 。= 旬0 0 3 7 c2 + 0 4 3 0 1c + 1 6 5 7 3 o 9 9 5 0 4 9 9 5。= m 0 0 3 4 c2 + o 3 9 0 7 c + 1 5 4 5 5 0 9 9 3 8 5 5 0 8 s = 0 0 0 3 c2 + 0 3 7 1 1c + 1 5 9 2 5 o 9 9 2 0 5 9 9 7s 。= - o 0 0 2 9 c2 + 0 3 6 7 9 c + 1 6 5 9 7 0 9 9 1 3 從表6 - 4 中可以看出各頻率點(diǎn)處的回歸系數(shù)均大于0 9 9 ，對(duì)于土壤c h 2 + 離子污染 監(jiān)測中，當(dāng)測得土壤的復(fù)介電常數(shù)虛部在某一頻率點(diǎn)處的值時(shí)，可以根據(jù)表6 4 中所示 的擬合公式計(jì)算出c u 2 + 離子濃度c ，從而做到快速的在線測量。 - 4 7 北京科技人學(xué)碩七學(xué)位論文 結(jié)論 本文用短路同軸線法測量了c u 2 + 離子溶液和吸附c u c i ，溶液土壤在含水率和溶液 離子濃度變化的情況下的端口反射參數(shù)s 分析了樣品復(fù)介電常數(shù)值在4 0 0 7 0 0 m h z 頻段內(nèi)與含水率以及離子濃度之間的關(guān)系，得出如下結(jié)論： 1 以淀粉p v a 為載體的水的復(fù)介電常數(shù)測量中，含水率對(duì)其復(fù)介電常數(shù)的實(shí)部影 響較大，在頻率由4 0 0 m h z 上升到7 0 0 m h z 的過程中，淀粉p v a 載體復(fù)介電常數(shù)實(shí)部 在5 0 0 - - 7 0 0 膩隴頻段內(nèi)趨于一個(gè)定值，這一定值隨著含水率的增大而增大，對(duì) 4 0 i 7 8m h z 頻率點(diǎn)處復(fù)介電常數(shù)實(shí)部和淀粉p v a 體積含水率之日j 的曲線作線性擬合， 線性回歸系數(shù)為0 9 2 4 4 ，可以看出復(fù)介電常數(shù)實(shí)部隨淀粉p v a 體積含水率的增大呈線 性增加。體積含水率由5 4 9 增至7 4 3 的過程中，復(fù)介電常數(shù)由6 增至1 6 。而復(fù)介電 常數(shù)虛部隨頻率增大呈下降趨勢，在體積含水率由0 增至7 0 的過程中，復(fù)介電常數(shù)虛 部的波動(dòng)范圍為1 2 ，因此體積含水率在該頻段內(nèi)對(duì)復(fù)介電常數(shù)的虛部影響不大。 2 c u c i ，溶液復(fù)介電常數(shù)測量中，淀粉p v a 載體體積含水率保持為6 3 8 3 ，c u 2 + 離子濃度對(duì)淀粉p v a 復(fù)介電常數(shù)的虛部影響較大，隨著頻率的增大，吸附溶液c u 2 + 離 子濃度不同的淀粉p v a 其復(fù)介電常數(shù)虛部趨于不同的值，并隨著離子濃度的升高而增 大。分別在5 0 2 9 8 m h z ，6 0 2 1 8m h z ，7 0 2 3 7 m h z 頻率點(diǎn)上對(duì)復(fù)介電常數(shù)虛部和c u 2 + 離子濃度的關(guān)系進(jìn)行對(duì)數(shù)擬合，其回歸系數(shù)均大于0 9 9 ，復(fù)介電常數(shù)實(shí)部隨離子濃度的 升高有所增大，但在5 ( x ) 7 0 0 m h z 頻段內(nèi)變化幅度不大。綜合結(jié)論l ，可以得到，在對(duì) 地下土壤層進(jìn)行污染監(jiān)測時(shí)，可以將內(nèi)置有吸附載體的同軸線埋入該土層，土壤析出液 通過滲透作用進(jìn)入吸附載體中，測量端口反射參數(shù)墨，求得相應(yīng)的復(fù)介電常數(shù)，根據(jù) 復(fù)介電常數(shù)實(shí)部的值確定土壤中的水分含量范圍，由復(fù)介電常數(shù)虛部值確定土壤中的離 子濃度。利用事先建立的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)土壤污染類型及程度進(jìn)行估計(jì) 和評(píng)測。 3 采樣河北香河縣的砂土作為土壤樣本，測試了土壤復(fù)介電常數(shù)值與頻率、含水率 之間的關(guān)系曲線，驗(yàn)證了基于p o l d e r - v a ns a n t e n d el o o t 公式的混合介質(zhì)介電模型，以 及d o b s o n 等提出的經(jīng)驗(yàn)土壤介電模型。在3 0 0 7 0 0 m h z 頻段內(nèi)，測試了密度為 1 7 8 9 9 c m 3 的土壤壓制樣品的介電常數(shù)，土壤復(fù)介電常數(shù)值在整個(gè)頻段內(nèi)保持在3 4 之間，沒有明顯的變化，復(fù)介電常數(shù)虛部保持在o 如5 范圍內(nèi)，對(duì)實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的測量誤 差給予了解釋。 匕京科技人學(xué)碩十學(xué)位論文 4 在考慮實(shí)驗(yàn)誤差的情況下測量了不同含水率的土壤壓制樣品的復(fù)介電常數(shù)值，密 度為1 7 8 9 9 c m 3 的土壤壓制樣品其復(fù)介電常數(shù)的實(shí)部隨著土壤中水的體積分?jǐn)?shù)的增加 而增大，分別在4 5 0 6 m h z ，4 7 5 1m h z ，5 0 1 9 m h z 頻率點(diǎn)處對(duì)土壤含水率和復(fù)介電 常數(shù)實(shí)部之間的關(guān)系曲線進(jìn)行線性擬合，各頻率點(diǎn)的線性回歸系數(shù)均大于0 9 9 ，可以得 到土壤復(fù)介電常數(shù)實(shí)部隨體積含水率的增大呈線性關(guān)系增加。土壤復(fù)介電常數(shù)虛部則隨 體積含水率增大沒有明顯的變化。在低含水率區(qū)域，復(fù)介電常數(shù)值隨體積含水率增長趨 勢較為緩慢，表明了土壤中自由水和結(jié)合水隨著水分的增n - - 者的比例關(guān)系發(fā)生了變 化。 5 在土壤樣品密度保持為1 7 8 9 9 c m 3 ，體積含水率保持為1 4 3 2 時(shí)，實(shí)驗(yàn)中得到 在各頻率點(diǎn)處土壤樣品復(fù)介電常數(shù)虛部隨著 “離子濃度的增加而增大，在 4 0 1 7 m h z ，4 5 0 6 m h z ，4 9 9 5 m h z ，5 5 0 8 m h z ，5 9 9 7 m h z 頻率點(diǎn)處對(duì)二者的變化 關(guān)系曲線進(jìn)行二次多項(xiàng)式擬合，得到各頻率點(diǎn)處的回歸系數(shù)均大于0 9 9 。土壤復(fù)介電常 數(shù)虛部主要受到密度、溫度、體積含水率、吸附溶液離子種類和濃度的影響，利用人工 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立土壤復(fù)介電常數(shù)和密度、溫度、體積含水率、溶液離子種類、濃度的非線 性關(guān)系，在一定的條件下，當(dāng)密度、溫度、體積含水率一定時(shí)，土壤吸附溶液離子種類 和濃度的變化將直接表征為復(fù)介電常數(shù)的變化。利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，判斷和識(shí)別土 壤吸附溶液離子種類和濃度。綜上所述，在對(duì)地表土壤的污染監(jiān)測中，在固定頻率點(diǎn)處 測量土壤的復(fù)介電常數(shù)，根據(jù)復(fù)介電常數(shù)實(shí)部值得到土壤的含水率，由復(fù)介電常數(shù)虛部 值以實(shí)驗(yàn)中預(yù)先測量的經(jīng)驗(yàn)公式推算土壤中c u “離子的濃度，能夠預(yù)測土壤中重金屬 離子的污染狀況。 北京科技人學(xué)碩十學(xué)位論文 參考文獻(xiàn) 1 1 l馮振華，用躍，尚秋林，許洪彥，邱宏，高頻電磁波測量土水系統(tǒng)環(huán)保傳感器的 設(shè)計(jì)與制造，北京科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2 0 0 5 ，2 7 ( 5 ) ：6 1 3 - 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d sf o r m e a s u r i n gp e r m i t t i v i t y a n d p e r m e a b i l i t y , n a t i n s t s t a n d 1 k h ( u s ) ，1 9 9 3 ：6 6 - 7 3 1 7 1 s h a n gj q ，r o w ei l k ，u m a n a , j a a n ds c h o l t ej w ，ac o m p l e xp e r m i t t i v i t y m e a s u r e l n e n ts y s t e mf o ru n d i s t u r b e d c o m p a c t e ds o i i s , j o u m a lo fg e o t e c h n i c a lt e s t i n g , 1 9 9 9 ， a s t m , 2 2 ( 2 ) ：1 6 5 1 7 4 1 8 1 r o w er k ，s h a n gj q ，a n dx i ey ，c o m p l e xp e r m i t t i v i t ym e a s u r e m e n ts y s t e mf o r d e c e c t i n gs o i lc o n t a m i n a t i o n , c a n a d i a ng e o t e c h n i c a l ，j