微塑料的特性及在入海河流中的输运规律研究

Microplastics are the outcomes of plastics wasted in the environment, and due to the potential harm to the ecosystem and public health, they received great attention. Mastering the distribution and transport law of microplastics in the environment is an important prerequisite for the control of microplastics pollution. Microplastics are widely distributed and the monitoring method is complex and time-consuming, so it is difficult to grasp the distribution and transport rule of microplastics only by using the field observation method. This proposal will research the microplastic transport in the river flowing into the sea by the methods of field observation, laboratory experiment, and numerical modeling. The properties of the microplastics separated from the river water and sediments will be analyzed, and the closest microplastic particles will be chosen to conduct the laboratory experiments of sedimentation and aggregation. After these laboratory experiments, the relation of the sedimentation to microplastic’s density, characteristic scale (such as the particle size), the form, the salinity of the water and the sand content will be concluded. Coupled the hydrodynamic equation, sediment transport equation and microplastic migration diffusion equation, the transport model of microplastic will be established to study the transportation of microplastic in the river flowing into the ocean. This proposal aimed to clarify the hydraulic properties of microplastic and its transport rule in the river flowing into the sea, and some results are helpful for the prediction and governance of microplastic pollution.

微塑料是塑料垃圾在环境中的产物，且由于其对生态和公共卫生的潜在危害，受到了诸多关注，而掌握微塑料在环境中的分布和输运规律是治理微塑料污染的重要前提。但微塑料分布较广，监测方式复杂且耗时较长，仅仅采用原型观测的方法难以掌握微塑料的分布和输运规律。本项目将结合原型观测、室内试验和数值模拟的方法针对微塑料在入海河流中的分布和输运规律进行研究。具体内容包括：获取入海河流水体和底质中的微塑料，研究其物理特性，然后选择相近微塑料颗粒进行沉降实验和聚合实验，研究微塑料的沉降与其密度、特征尺度（如粒径）、形态以及与水体的盐度和含沙量等因素之间的关系，最后耦合水动力学方程、泥沙输运方程和微塑料颗粒迁移扩散方程，建立微塑料在入海河流的输运模型，研究微塑料在入海河流中的分布和输运规律。本项目旨在阐明微塑料的水力学特性以及在入海河流中的分布和输运规律，为开展微塑料的预测和治理奠定理论和技术基础。

微塑料作为一类新兴污染物，已被证实当浓度过高时会对生态有着巨大的影响。环境中微塑料的分布并非均匀，因此有必要探索微塑料的丰度的时空变化规律及其影响因素。海洋是大多数微塑料最终的聚集之地，而入海河流是海洋微塑料的重要来源之一，因此本项目以舟山临城河、长江以及东海作为主要研究区域，通过原型观测，室内试验及数值模拟探索微塑料的分布特性及主要影响因素。研究表明微塑料的分布无处不在，虽然舟山工业较少，但临城河的微塑料污染为水体丰度15 n/L，沉积物为318.24 n/kg，处于已有研究的中等水平，而微塑料的丰度与人类活动息息相关，研究提出的流域建设指数（B）与微塑料的丰度具有较强相关性。此外，对长江沿岸土壤也开展了微塑料丰度的研究，平均37.2n/kg，与附近交通情况有着很强的相关性。由于微塑料的不规则性，实验测得微塑料的沉降速度较现有理论沉降速度会低很多，即现有沉降公式已不能直接用于微塑料，本研究得到了更适用于微塑料的沉降公式。微塑料进入海洋，在海洋动力环境下发生迁移，通过与实测的东海表层微塑料数据对比，得到了东海微塑料的主要来源，包括长江口、杭州湾和南通沿海区域。东海上微塑料污染的分布具有明显的季节性，在春季至冬季，分别有31%、27%、29%和 17%的微塑料进入到舟山渔场，可能对舟山渔场的生物产生一定的不利影响。对长江汇入的微塑料进行分析，可以发现当微塑料具有一定沉速后，将大部分汇集在崇明岛附近，即可能大部分微塑料并不会直接进入海洋。本项研究加深了我们对环境中微塑料丰度的情况的了解，对漂浮微塑料在东海的归趋有了初步的探索，为进一步模型的优化提供了基础数据及方向。本项目对微塑料污染的评估和后期微塑料污染的治理有着重要意义。