ACTA HYDROLOGICA SLOVACA

Ročník 14, č. 1, 213, 39-5 ACTA HYDROLOGICA SLOVACA UPLATNĚNÍ METODY ELEKTRICKÉ IMPEDANČNÍ SPEKTROMETRIE PŘI MONITOROVÁNÍ INTERAKCE PŮDA VODA Jana Pařílková, Jaroslav Veselý, Marie Fejfarová, Zuzana Gardavská Nárůst lidské populace a sílící tlak na přírodní zdroje potvrzují význam strategie udržitelného rozvoje. Mezi dominantní prvky uvedené strategie patří ochrana půdního fondu. Geoelektrické monitorovací metody jsou v současné době významným pomocníkem při sledování vzájemného spolupůsobení půdních a podzemních vod s vodami povrchovými. Do uvedené kategorie nepřímých měřicích geoelektrických metod lze zahrnout i metodu elektrické impedanční spektrometrie. Složitost monitorovaného prostředí, kdy mezi pevnou, kapalnou a plynnou složkou existuje neustálá výměna molekul a iontů ovlivňovaná fyzikálními, chemickými a biologickými procesy, klade velké nároky na výběr a aplikaci monitorovací techniky. V příspěvku je uveden princip metody elektrické impedanční spektrometrie, aparatura realizovaná řešením mezinárodních projektů v programu aplikovaného výzkumu EUREKA a vybrané výsledky z realizací včetně stručného shrnutí dosavadních zkušeností z použití při terénních měřeních. KĽÚČOVÉ SLOVÁ: půda, voda, elektrická impedanční spektrometrie (EIS), přístroj Z-metr APPLYING THE ELECTRICAL IMPEDANCE SPEKTROMETRY METHOD DURING MONITORING OF INTERACTION SOIL WATER. The increase in human population and increasing pressure on natural resources confirm the importance of the sustainable development strategy. Among the dominant elements of the strategy include the protection of land resources. Geoelectric monitoring methods are currently an important tool in monitoring the mutual interaction of soil and groundwater with surface waters. In the category of indirect measuring geoelectric methods can include electrical impedance spectrometry method. The complexity of the monitored environment, where the solid, liquid and gaseous components there is a constant exchange of molecules and ions influenced by physical, chemical and biological processes, places great demands on the selection and application of monitoring techniques. The paper shows the principle of electrical impedance spectrometry method, apparatus realized in solving international projects in applied research program EUREKA and selected results, including a brief summary of the experience from use in field measurements. KEY WORDS: soil, water, electrical impedance spectrometry, temperature, the Z-meter device Úvod Přežití a prosperita všech suchozemských biologických společenstev, přirozených i umělých, závisí na tenké vrchní vrstvě Země. Půda je proto jistě nejcennějším přírodním bohatstvím každého státu. Je neodmyslitelnou součástí environmentálních, sociálních a ekonomických systémů, neboť zajišťuje nebo se podílí na produkci potravin, regulaci kvality a objemu průtoku vody, zmírnění změny klimatu a přizpůsobování se jí a napomáhá regulaci biologické rozmanitosti. Je to dynamický a stále se vyvíjející živý systém. V roce 212 vydaly Evropská agentura pro životní prostředí (EEA) a Společné výzkumné středisko (JRC) Evropské komise důležitou zprávu o stavu půdy v Evropě, v níž zdůraznily závažnost deseti zásadních ohrožení půdy v Evropě, jimiž jsou: úbytek organické hmoty, eroze, utužování, zakrytí, zasolování, okyselování, biologická rozmanitost, desertifikace (v jižní Evropě), sesuvy a kontaminace. Zpráva rovněž pojednává o vyhlídkách v oblasti půdního uhlíku a světového klimatu, eroze, zadržování vody, okyselování a biopaliv. Ve zprávě je uvedeno, že degradace půdy v Evropské Unii (EU) přetrvává a v některých částech Evropy se zhoršuje. Dále se uvádí, že environ- 39

Acta Hydrologica Slovaca, ročník 14, č. 1, 213, 39-5 mentální normy ochrany hlavních půdních procesů a funkcí v současnosti neexistují, metody výzkumu se různí, Evropa nemá zastřešující systém monitorování půdy a neexistuje adekvátní síť pro dlouhodobé monitorování, s jehož využitím by bylo možno zkoumat otázky typu interakce mezi půdou a změnou klimatu a další (Úřední věstník EU, 213). Příspěvek nemá ambice hledat odpovědi na uvedené problémy. Chce pouze dokladovat vhodnost regionálních podpůrných měřicích a monitorovacích systémů založených v době expanze elektrotechniky a moderních technologií v elektrotechnickém průmyslu na nepřímých měřicích metodách. Elektrická impedanční spektrometrie Geoelektrické metody, mezi něž lze zařadit metodu elektrické impedanční spektrometrie (EIS), patří do obsáhlé skupiny geofyzikálních metod podávajících informace o studované zemině resp. půdě nepřímo na základě analýzy jejích fyzikálních parametrů či fyzikálních polí. Lze je charakterizovat jako nejrozmanitější a nejpoužívanější metody geofyzikálního průzkumu, neboť využívají různých elektrických umělých i přirozených polí jak stejnosměrných, tak i obecně časově proměnných (elektromagnetických) k popisu a studiu neznámého (látka, prostředí, materiál) na základě celé soustavy jejich elektrických a elektromagnetických vlastností. Základním principem metody EIS je měření frekvenční charakteristiky elektrické impedance Z materiálů. Elektrická impedance Z je komplexní veličina popisující zdánlivý odpor prostředí a fázový posuv elektrického napětí proti elektrickému proudu při průchodu harmonického střídavého elektrického signálu dané frekvence. Pro její určení je proto třeba zabývat se analýzou časových průběhů střídavého napětí a střídavého proudu. Jestliže elektrický odpor (rezistance) R rezistoru charakterizuje vlastnosti materiálu v obvodu stejnosměrného proudu, elektrická impedance Z charakterizuje vlastnosti materiálu v obvodech pro střídavý proud. Na rozdíl od elektrického odporu, kde je napětí s proudem ve fázi, u elektrické impedance mohou být fázově posunuty dle charakteru reaktance, což poskytuje další informaci o měřeném materiálu. Elektrickou impedanci lze vyjádřit Ohmovým vztahem pro střídavé obvody, tj. poměrem fázoru elektrického napětí U a fázoru elektrického proudu I U Z I. (1) Hodnoty elektrické impedance jsou vyjádřeny v ohmech [ ]. Frekvenční charakteristiku elektrické impedance Z lze zapsat jako funkci komplexní proměnné v algebraickém (složkovém) tvaru Z ( j ) R j X, (2) kde R [Ω] je rezistance tvořící reálnou část elektrické impedance nezávislou na frekvenci, X [Ω] je reaktance tj. frekvenčně závislá imaginární složka elektrické impedance a ω [rad/s] je úhlová rychlost, pro niž platí, kde f [Hz] je frekvence. Modul vektoru elektrické impedance Z (obr. 1) pro jednu zvolenou měřicí frekvenci lze stanovit užitím Pythagorovy věty ve tvaru Z R 2 X a fázový posuv je arctan X R 2 (3). (4) Elektrická impedance je vždy větší nebo rovna reálnému elektrickému odporu v obvodu a závisí na zdánlivých odporech, tj. induktanci (reaktance induktoru) X L a kapacitanci (reaktance kapacitoru) X C jednotlivých prvků obvodu střídavého proudu. Obr. 1. Fig. 1. Fázorový diagram elektrické impedance. Phasor diagram electrical impedance. Z obecné teorie vyplývá a experimenty to potvrzují, že čím je hodnota elektrické impedance menší, tím větší je elektrická vodivost studované látky a naopak (Heaney, 1999), (IES 61 34-5-1, 1998). Poněvadž vyšší elektrická vodivost souvisí se zlepšením vlastností elektrického vodiče představovaného sledovanou látkou, nabízí se jako nejpřirozenější odůvodnění jevu vyšší obsah vody v měřeném profilu. Nemusí tomu tak ovšem být vždy, a proto je vhodné věnovat pozornost i měřené imaginární složce a dalším působícím vlivům (Gomboš a kol., 29). Přístroj Z-METR III Přístroj Z-metr III (obr. 2) a měřicí aparatura jsou vyvíjeny řešením mezinárodních projektů v programu aplikovaného výzkumu a vývoje EUREKA. Pro realizaci přístroje (Pařílková, 21) bylo zvoleno modulární řešení, kdy přístroj Z-metr III obsahuje zdrojovou jednotku, zobrazovací jednotku a jednotku pro zálohování dat. Unikátní je počet měřicích míst, a to až 128, které lze dle povahy experimentu, měření či monitoro- 4

Pařílková, J. a kol.: Uplatnění metody elektrické impedanční spektrometrie při monitorování interakce vání umístit do sledovaného objektu (obr. 3). Zvoleným signálovým procesorem je možno realizovat dvousvorkové případně třísvorkové měření, tedy měřit na párových či samostatných elektrodách tvořících měřicí sondu. Záznam měření je řešen zápisem dat na přenosné médium SD kartu a rovněž je možné Z-metr III přes rozhraní USB připojit k PC. Přístroj je bateriový s předpokládanou dobou kontinuálního provozu 8 hod. a s možností dobíjení z 12 V zdroje. Základní parametry jsou uvedeny v Tab. 1. Součástí přístroje je programové vybavení umožňující komunikaci uživatele s přístrojem Z-metr III. Pro získání informací o sledovaném procesu jsou realizovány pasivní sondy (zpravidla dělené tyčové nerezové párové sondy, ale je možno využít i jiné uspořádání a materiály). Příklad nejčastějšího provedení elektrod pro měření elektrické impedance je na (obr. 4). Uživatel si ale musí být vědom omezení, která plynou z použité koncepce přístroje. Pro dvouvodičové zapojení platí omezení měřené elektrické impedance (Ševčík, 212) přibližně na rozsah od 1 Ω do 1 Ω. Jednotlivé elektrody jsou připojeny do konektoru samostatnými izolovanými vodiči ve svazku (obr. 5). Délka kabelů se předpokládá cca 2 m. Další omezení je v rozsahu měřicích kmitočtů. Měřením parametrů Z-metru III byla zjištěna nestabilita charakteristiky měření elektrické impedance od nejnižších kmitočtů, která se projevovala přibližně od 1 Hz do 3 Hz. Způsobena je opět použitým hardwarem přístroje, konkrétně vlastnostmi použitého procesoru. Metrologická návaznost přístroje Z-metr III a jeho kalibrace byla proto provedena ve frekvenčním rozsahu od 5 Hz do 1 Hz. Specifikace dosažené přesnosti přístroje (obr. 6) včetně doporučené oblasti pro nejpřesnější měření elektrických impedancí a frekvencí při dvouvodičovém zapojení je uvedeno (obr. 7). V podbarvené oblasti Z metr III měří nejpřesněji. Mimo vyznačenou oblast bude měřit také, ale s narůstající chybou. Obr. 2. Fig. 2. Přístroj Z-metr III. Z-metr III device. Obr. 3. Fig. 3. Příklad umístění sond na lokalitě. Example placement of probes on the site. Tabulka 1. Table 1. Základní parametry přístroje Z-metr III Basic parameters of the device Z-meter III Parametr Z-metr III Parametr Z-metr III Impedanční rozsah 5 Ω - 1 MΩ Komunikační rozhraní USB, SD karta Frekvenční rozsah 1 khz - 1 khz Počet měřicích míst 1-8, 16, 32, 64, 128 Přesnost měření modulu Z ± 2% z rozsahu Přepínač interní, externí Přesnost měření fáze ± 2 Napájení baterie 41

Acta Hydrologica Slovaca, ročník 14, č. 1, 213, 39-5 Obr. 4. Fig. 4. Příklad konstrukce tyčové sondy. Example of rod probe. Obr. 5. Provedení kabeláže a konektoru tyčové sondy. Fig. 5. Design of cabling and connector of rod probe. R [Ω] R [Ω] 1 1 7 1 1 7 5 1 6 5% 5 1 6 5% 1 1 6 1 1 5 1 1 4 1 1 3 1%,5% 1% 1% 1 1 6 1 1 5 1 1 4 1 1 3 1%,5% 1% 1% 1 1 2 5 1 3 1 1 4 2 1 4 5 1 4 1 1 5 f [Hz] 1 1 2 5 1 3 1 1 4 2 1 4 5 1 4 1 1 5 f [Hz] Obr. 6. Fig. 6. device. Specifikace přesnosti Z-metru III. Specifications of accuracy of Z-metru III Obr. 7. Specifikace přesnosti Z metru III pro dvouvodičové připojení. Fig. 7. Specifications of accuracy of Z-metru III device for two-wire connection. Při měření elektrické impedance se uplatňuje celá řada vlivů, které mohou zhoršit přesnost nebo reprodukovatelnost měření. Konkrétní elektrická veličina je ovlivňována dalšími fyzikálními činiteli, které lze charakterizovat jako vnitřní, dané vlastnostmi materiálu (druh, hustota, struktura, anizotropie, homogenita, teplota, vady, stáří, atd.); vnější, definují podmínky měření (frekvence a intenzita elektrického pole, relativní vlhkost, teplota obklopujícího prostředí, chemická kontaminace, rychlost proudění, roční období, atd.). Uplatnění metody EIS při monitorování zemin Aplikace metody EIS a realizovaných měřicích aparatur lze rozdělit na dva základní celky, kdy je prováděno dlouhodobé monitorování lokality při sledování zemních vzdouvacích hrází; o nádrž Bezedník III (Pařílková, 211, Pařílková a kol., 212), o rybník v katastru obce Jevíčko, obr. 8 (Pařílková a kol., 212, Novák, 212), o vodní dílo Karolinka, obr. 9 (Pařílková, 211, Rupp, 211), obsahu vody na zatravněných sportovištích; 42 o areál golfového hřiště ve Svratce, obr. 1 (Pavlík a Novotná, 21), o lokalita Velké Ripňany, obr. 11 (Baranovičová a kol., 28), obsahu vody v těžkých a středně těžkých zeminách; o lokalita Senné (Gomboš a kol., 29), o lokalita Milhostov, obr. 12 (Gomboš a kol., 211, Gomboš a kol., 212) a krátkodobé měření při sledování obsahu vody na zatravněných sportovištích; o vliv evapotranspirace, závlah a hnojení areál golfového hřiště ve Svratce, obr. 13 (Pavlík, 29, Pavlík a Novotná, 21, Pařílková a kol., 211), procesu infiltrace vody; o Basel, Švýcarsko, obr. 14 (Miracapillo, 29), o Carchuna beach, Španělsko (Guerrero-Aspizua a kol., 212), o Bari, Itálie, obr. 15 (Caputo a Masciale, 212), rozhraní voda sediment v nádrži; o nádrž Rýzmburk (Veselý a kol., 27), nádrž Bezedník III (Hanačíková, 211), obr. 16, ulehlosti vrstev ve sněhové pokrývce; o Sierra Nevada, Španělsko (Pimentel a kol., 212, Veselý a kol., 212).

Pařílková, J. a kol.: Uplatnění metody elektrické impedanční spektrometrie při monitorování interakce Obr. 8. Výsledek měření na stanovišti č. 3 na návodním líci hráze dne 17.3.212 napouštění rybníka. Fig. 8. Result of measurement at a site 3 on the upstream face of the dam on March 17,212 filling the fis pond. VL4_Z VL3_Z VL2_Z VL1_Z 1 1 1 Z [ ] 1 1 1 Z [ ] 1 1 1 1 1 Z [ ] 1 1 1 1 1 Z [ ] 1 1 1 1 2 2 2 2 3 3 3 3 4 4 4 4 5 6 7 8 9 1 11 12 3.1.212 19.3.212 18.4.212 26.4.212 19.5.212 12.6.212 24.7.212 2.8.212 15.8.212 22.8.212 17.9.212 17.1.212 3.1.212 22.11.212 27.11.212 2.12.212 5 6 7 8 9 1 11 12 3.1.212 19.3.212 18.4.212 26.4.212 19.5.212 12.6.212 24.7.212 2.8.212 15.8.212 22.8.212 17.9.212 17.1.212 3.1.212 22.11.212 27.11.212 2.12.212 5 6 7 8 9 1 11 12 3.1.212 19.3.212 18.4.212 26.4.212 19.5.212 12.6.212 24.7.212 2.8.212 15.8.212 22.8.212 17.9.212 17.1.212 3.1.212 22.11.212 27.11.212 2.12.212 5 6 7 8 9 1 11 12 3.1.212 19.3.212 18.4.212 26.4.212 19.5.212 12.6.212 24.7.212 2.8.212 15.8.212 22.8.212 17.9.212 17.1.212 3.1.212 22.11.212 27.11.212 2.12.212 13 13 13 13 G [ms] 4.5 4 3.5 2 4 6 8 1 12 14 16-5 -1 l [m] VL_1 VL_2 VL_3 VL_4 l [m] 2 4 6 8 1 12 14 16-5 -1 3.1.212 19.3.212 3 2.5 2 1.5 1.5 VL_1 VL_2 VL_3 VL_4 l [m] 2 4 6 8 1 12 14 16-5 -1 VL_1 VL_2 VL_3 VL_4 l [m] 2 4 6 8 1 12 14 16-5 -1 VL_1 VL_2 VL_3 VL_4 Obr. 9. Příklad vyhodnocení monitorování hráze vodního díla Karolinka (4 sondy, celkové délky 13 m). Fig. 9. Example of evaluation of monitoring dam of the reservoir Karolinka (4 probes, total length 13 m). 18.4.212 26.4.212 43

Acta Hydrologica Slovaca, ročník 14, č. 1, 213, 39-5 E12 E11 E1 E9 E13 E14 Obr. 1. Průběh rezistivity na zastíněném a slunném místě golfového areálu ve Svratce v roce 29. Fig. 1. Dependence of resistivity in the shade and sunny side of golf course in Svratka in 29. 44

12 8 bo d y[ m] 2 2 4 4 6 6 8 1 12 13 1 x [m ] 14 bo d 1 16 14 18 2 16 bo 18 d4 2 bo bo d7 d1 Pařílková, J. a kol.: Uplatnění metody elektrické impedanční spektrometrie při monitorování interakce hloubka zeminy pod povrchem [cm] Obr. 11. Izolinie elektrické vodivosti měřené v kukuřičném poli. Fig. 11. Isolines of electrical conductivity measured in a cornfield. Květen 211 Červen 211 Červenec 211 Srpen 211 Obr. 12. Změny elektrické impedance v půdách v oblasti Milhostov během vegetačního období 211. Fig. 12. Changes of electrical impedance in soils in Milhostov during the vegetation period 211. 45

Acta Hydrologica Slovaca, ročník 14, č. 1, 213, 39-5 12 1 Časový průběh měrného odporu R Monitorovaný profil E 53 Golfové hřiště Svratka - green č. 9 Měřící zařízení: Z - metr 3 25 Úhrn srážek Zavlažování -,5 -,1 Měrný elektrický odpor [Ω] 8 6 4 2 15 1 Úhrn srážek za uplunulé 2 hod [mm] Teplota vzduchu [ C] -,15 -,2 -,25 -,3 -,35 -,4 -,45 -,5 2 5 -,55 -,6 Teplota vzduchu 23.7.12 1:38 23.7.12 12:52 23.7.12 14:36 23.7.12 16:25 23.7.12 18:36 23.7.12 2:34 24.7.12 :49 24.7.12 2:4 24.7.12 9:28 24.7.12 12:47 24.7.12 13:5 24.7.12 15:14 24.7.12 16:42 Datum a čas měření 24.7.12 18:45 24.7.12 2:43 25.7.12 7:5 25.7.12 12:18 25.7.12 15:5 25.7.12 16:4 25.7.12 17:44 25.7.12 19:1 25.7.12 2:24 Obr. 13. Časový průběh rezistivity v období 23.7. až 25.7.212, golfové hřiště Svratka. Fig. 13. The time course of resistivity between 7.23 until July 25, 212, golf course Svratka. o Carchuna beach, Španělsko (Guerrero-Aspizua a kol., 212), o Bari, Itálie (Caputo a Masciale, 212), rozhraní voda sediment v nádrži; drž Rýzmburk (Veselý a kol., 27), nádrž Bezedník 225 22 hloubka,5 m 215 Místo 2 R [ ] 21 Místo 1 25 2,5 m 3 postupně vylito do meřeného prostoru "Místo 2" 1 2 3 4 5 t [s] Obr. 14. Průběh rezistance ve svrchní vrstvě zeminy při simulaci přívalového deště, Basel. Fig. 14. The course of resistance in the upper soil layer in the simulation torrential rain, Basel. 46

Pařílková, J. a kol.: Uplatnění metody elektrické impedanční spektrometrie při monitorování interakce ( p ) Obr. 15. Frekvenční charakteristika sedimentární horniny při různém obsahu vody, Bari. Fig. 15. Frequency characteristics of sedimentary rocks with different water content, Bari. Obr. 16. Stanovení rozhraní voda sediment (odkalovací nádrž Rýzmburk, nádrž Bezedník III). Fig. 16. Determination of interface water - sediment (sludge tank Rýzmburk, tank Bezedník III). 47

Acta Hydrologica Slovaca, ročník 14, č. 1, 213, 39-5 Měření s sebou nesla specifika vyplývající z fyzikální podstaty zkoumaných nehomogenních anizotropních látek. Každá z aplikací s sebou přinášela specifické problémy (Špano a kol., 212) a měla rozdílné realizační požadavky. Bylo nutno např. řešit konstrukci sond, technologii jejich instalace, způsob zapojení snímačů sond, volbu typu přístroje Z-metr (Stoklásek, 27, Radkovský, 211), ale i např. povolení vjezdu na lokalitu, způsob realizace měření, její zabezpečení a další otázky. Závěr Z-metr III je malé mobilní měřidlo elektrické impedance, které je maximálně přizpůsobeno předpokládanému účelu použití. Mezi jeho hlavní přednosti patří malé rozměry a váha, bateriové napájení, jednoduchá obsluha a spolupráce s PC. Multielektrodová elektromagnetická metoda impedanční spektrometrie (EIS), včetně navržených a realizovaných měřicích aparatur, se uplatnila při sledování časových a prostorových změn elektrické impedance zemin zatěžovaných vodou a stavebních materiálů s rozdílným obsahem vody. Měřicí aparatury s přístrojem Z-metr a poměrně jednoduchým pasivním snímačem umožňují realizovat jedno- i multifrekvenční analýzu a měřit kromě hodnoty elektrického odporu zkoumaných látek i frekvenčně závislou imaginární složku elektrické impedance X. Výzkum je veden s cílem ověření vhodnosti aparatur pro vodohospodářskou a stavební praxi a další aplikace. Při použití aparatury je nutno věnovat pozornost měřicím elektrodám a technice jejich zabudování do sledovaných látek, měřenému prostředí a účelu, ke kterému je měřicí aparatura využita. Poněvadž byl stanoven požadavek měřením elektrické impedance identifikovat polohu anomálií v zemině či stavebních prvcích, byla aplikována měřicí aparatura s dělenými sondami. Při měřeních bylo využito dvousvorkové a třísvorkové zapojení, při instalaci sond nedošlo k výraznému porušení měřeného prostředí a získané průběhy jsou jednoznačně reprodukovatelné. Nezbytnou podmínkou eliminace parazitních vlivů je těsný kontakt měřicí elektrody a sledované látky a polohová stabilita elektrod. Pokud není před aplikací aparatura kalibrována vzhledem k prostředí (rezistivita zemin, zhutnění, struktura, skladba, vlhkost, atd.), což může být vzhledem k různorodosti pórovitých látek problematické, je vhodné poměrné vyhodnocení sledovaných elektrických veličin. Například v kombinaci s výsledky dalších geofyzikálních metod a dále ověřovacích vrtů a sond (důležitá je zde spolupráce s kvalitní laboratoří mechaniky zemin) lze měřením polí elektrické konduktivity stanovených metodou EIS a realizovanou aparaturou s přístrojem Z- metr sledovat změny zeminy v důsledku zatížení vodou, lokalizovat místa nehomogenit, sledovat jejich časové změny, konstruovat mapy konduktivity a navrhnout další postupy při provozu, údržbě či opravách sledovaných objektů. Výhodou aplikace měřicí aparatury s metodou EIS je možnost osadit snímače do úrovní anomálií zjištěných v rámci jiných průzkumů, což vede k podrobným informacím o jejich vývoji (monitorování minimálně 1 měsíčně, dále při jiných podnětech např. při extrémních klimatických podmínkách či jiných požadavcích), možnost sledování změn a posouzení reálné složky elektrické impedance (vlhkost zeminy) a imaginární složky elektrické impedance (složení zeminy), možnost měření jednou tyčí (třísvorkové zapojení) nebo na dvou tyčích (dvousvorkové a čtyřsvorkové zapojení), snadná manipulace s měřicím přístrojem Z-metrem, rychlost měření. Naproti tomu jako nevýhodná se v současné době může jevit nutnost fyzického spuštění měření (nutnost docházet na lokalitu), náročnější instalace sond při měření ve větších hloubkách (pro hloubku 13 m bylo nutno užít soupravu PAGANI TG 63-15kN, sondážní tyče pro statickou penetraci bylo nutno upravit), nutnost vyhodnocení měření zkušeným pracovníkem. Z jednání s firmami vyplynulo využití realizované měřicí techniky založené na měření elektrické impedance i jako finančně zajímavá alternativa sledování. Poděkování Poděkování patří projektu E!4981 Automatizovaný systém pro analýzu vybraných charakteristik a procesů v porézním prostředí metodou EIS a E!7614 Systém sledování vybraných parametrů porézních látek metodou EIS v širokém spektru aplikací v programu EUREKA a projektům juniorského specifického výzkumu FAST-J-12-44/174 "Vliv změn teploty prostředí na charakteristiku snímače Z-metr III" a FAST-J-13-27 Aplikace metody EIS v objektu ČOV při měření provzdušnění. Použitá literatura Baranovičová, L., Mikita, M., Výboch, M. (28). Monitoring of the soil moisture changes in Veľké Ripňany. EUREKA 28. Brno. ISBN 978-8-214-3687-9, pp. 65-68. Caputo, M., Masciale, R. (212). Calibration of a new device to measure water content of rocks. EUREKA 212. p. 55-65. ISBN 978-8-214-4537-6. Hanačíková, L. (211). Monitorování morfologie dna vodní nádrže metodou EIS. Diplomová práce. VUT v Brně, FAST. Gomboš, M., Tall, A., Kandra, B., Pařílková, J. (29). Calibration of Z-meter device for measurement volumetric moisture of soil. EUREKA 29. p 77-87. ISBN 978-8-214-3696-6. Gomboš, M., Pařílková, J., Tall, A., Pařílek, L., Kandra, B. (211). Assessment of the electrical impedance 48

Pařílková, J. a kol.: Uplatnění metody elektrické impedanční spektrometrie při monitorování interakce measurements at the different soil moisture values in silky-loamy-clay soils. EUREKA 211. Štramberk. ISBN 978-8-214-4325-9, pp. 65-77. Gomboš, M., Pařílková, J., Pařílek, L., Kandra, B., Tall, A., (212). Development of electrical impedance contour lines in time in clay-loam soil profile. EUREKA 212. p. 91-13. ISBN 978-8-214-4537-6. Guerrero-Aspizua, M., Pařílková, J., García-Contreras, D., Navidad, D., Losada, M. A., Veselý, J. (212). The EIS method in coastal areas, application in Carchuna Beach, Spain. EUREKA 212. p. 8-9. ISBN 978-8-214-4537-6. Heaney B., M. (1999). The Measurement, Instrumentation and Sensors Handbook. Chapter Electrical Conductivity and Resistivity. CRC Press. IEC 6134-5-1 Standard (1998). Electrostatics part 5-1 : Protection of electronic devices from electrostatic phenomena general requirements. Miracapillo, C. J. (29). Field tests in Basel using the EIS Method. EUREKA 29. Svratka. ISBN 978-8-214-3969-6, pp. 53-68. Novák, M., (212). Vyhodnocení změn v rybniční hrázi monitorovaných metodou EIS. Bakalářská práce. VUT v Brně, FAST. Pařílková, J., Fejfarová, M., Zachoval, Z., Pavlík., J. (211). Monitorování změn vlhkosti půdy metodou EIS. Acta Hydrologica Slovaca. Ročník 12, č. 2, Bratislava, p. 229-424, ISSN 1335-6291. Pařílková, J., Gardavská, Z., Fejfarová, M., Zachoval, Z., Pavlík., J. (212). Dlouhodobé monitorování zemní hráze malé vodní nádrže metodou EIS. Acta Hydrologica Slovaca. Ročník 13, č. 1, Bratislava, p. 9-1, ISSN 1335-6291. Pařílková, J., Fejfarová, M., Novák, M. (212). Monitorování rybniční hráze metodou EIS. Acta Hydrologica Slovaca. Ročník 13, č. 2, Bratislava, p. 44-415, ISSN 1335-6291. Pavlík, I. (29). Monitoring of moisture of grass subsoil in the area of golf course in Svratka. EUREKA 29. Svratka. ISBN 978-8-214-3969-6, pp. 95-19. Pavlík, I., Novotná, J. (21). Monitoring of moisture of grass subsoil in the area of golf course in Svratka. EUREKA 21. Tetčice. ISBN 978-8-214-4117-, pp. 12-126. Pimentel, R., Herrero, J., Pařílková, J., Millares, A., Polo, M. J., Veselý, J. (212). Measurement of snow properties using EIS-monitoring Method in Sierra Nevada (Spain). EUREKA 212. p. 66-73. ISBN 978-8-214-4537-6. Radkovský, K. (211). Description of Z-meter III construction. EUREKA 211. Štramberk. ISBN 978-8-214-4325-9, pp. 34-38. Rupp, D. (211). Monitoring of seepage conditions of the dam of the Karolinka reservoir. EUREKA 211. Štramberk. ISBN 978-8-214-4325-9, pp. 78-86. Stoklásek, R. (27). Impedance meter Z-metr 2a - Conception changes and improvements. EUREKA 27. Brno. p. 26-27, ISBN 978-8-214-35-1. Ševčík, R. (212). Calibration and metrological kontinuity of Z-meter III. EUREKA 212. p. 23-33. ISBN 978-8- 214-4537-6. Špano, M., Stara, V., Hradilova, I. (212). EIS as a tool for measurement of water-soil interface. EUREKA 212. p. 26-213. ISBN 978-8-214-4537-6. Úřední věstník Evropské Unie, 19.1.213, CS, C 17/38 a C 17/4, zpravodaj pan Corrie McChord (UK/SES), člen rady města Stirling. Veselý, J., Pařílková, J., Pařílek, L. (27). Ověření metody EIS při sledování množství uložených kalů ÚV Želivka. Zpráva, VUT v Brně, FAST. Veselý, J., Pařílková, J., Herrero, J., Pimentel, R., Guerrero- Aspizua, M., Fejfarová, M., Roušar, L., (212). Preparation of the application of the EIS method to snow cover measurement. EUREKA 212. p. 74-79. ISBN 978-8-214-4537-6. APPLYING THE ELECTRICAL IMPEDANCE SPEKTROMETRY METHOD DURING MONITORING OF INTERACTION SOIL WATER The survival and prosperity of all terrestrial biological communities, both natural and artificial, depends on the thin top layer of the Earth. Soil is therefore most valuable natural resources of each country. It is an integral part of the environmental, social and economic systems. Soil provides or contributes to food production, quality control and the volume of water, climate change mitigation and adaptation, and helps regulate biodiversity. It is a dynamic and constantly evolving living system. Between the most serious threats to soil in Europe today include loss of organic matter, erosion, compaction, sealing, salinization, acidification, biodiversity, desertification (Southern Europe), landslides and contamination. At the same time, however, appears to be a major problem is to develop a single set of classification of phenomena and their consequences. From this perspective, it is the used method electrical impedance spectrometry to characterize as regional alternative measurement method. During the expansion of electrical engineering and advanced technology in the electronics industry, it is an indirect measurement method. By definition of indirect methods, as the drawback may seem the need calibration of measured parameters relation to the reference parameter of environment. Conversely big advantage is the ability to continuously record changes in the monitored environment by measuring electrical impedance components. Measurements were performed using measuring devices realized on international projects in the EUREKA program. Acknowledgement The work was carried out under the financial support from the Ministry of Education, Youth and Sports (MŠMT) of the Czech Republic during the solution of the international projects E!4981 and E!7614 in the program EUREKA and the project of Junior specific research FAST-J-12-44/174 and Junior specific research FAST-J-13-27. 49

Acta Hydrologica Slovaca, ročník 14, č. 1, 213, 39-5 doc. Ing. Jana Pařílková, CSc., doc. Ing. Jaroslav Veselý, CSc., Ing. Marie Fejfarová, Ing. Zuzana Gardavská, Vysoké učení technické v Brně, Fakulta stavební, Ústav vodních staveb, Laboratoř vodohospodářského výzkumu, Veveří 95, 62 Brno, Česká republika, Tel.: +42 54114 7284 Fax: +42 54114 7288 E-mail: parilkova.j@fce.vutbr.cz 5