【技术实现步骤摘要】
本申请涉及水环境保护与水污染治理领域，特别涉及一种考虑水体不同运动状态的微塑料迁移轨迹预测方法。
技术介绍
1、塑料因其轻便、耐用等优质的特点，而被广泛应用于工业、农业、军事以及日常生活等领域，同时，也造成了严重的“白色污染”。其中，微塑料作为一种新型污染物，严重威胁了水环境的安全。由于微塑料体积小、数量多、吸附性强等特点，在外力的作用下可扩散到各个生态系统中，威胁着人类以及动植物的安危，因此，受到了国内外的广泛关注。
2、基于此，本专利技术研究微塑料在淡水环境中的迁移扩散规律，识别微塑料在不同运动状态之间相互转换的关键参数，建立淡水河流微塑料迁移转化数值模型，如今微塑料在水环境中迁移的研究相对较少且微塑料由于其多变的特性和丰富的种类导致其不似普通污染物一样迁移转化，需要针对不同的微塑料进行不同的研究。
3、目前微塑料迁移轨迹研究已成为国内外研究热点课题，但现有的预测技术大多停留在定性分析，缺少具体的量化过程，难以具体推断分析微塑料的迁移轨迹。
4、因此，本技术既弥补了淡水环境下微塑料迁移转化研究少，微塑料在水环境中迁移转化研究研究方向单一的不足，同时也对微塑料的污染防控治理提供一定的参考价值。
技术实现思路
1、本申请的目的是提供一种考虑水体不同运动状态的微塑料迁移轨迹预测方法，能够解决治理微塑料在水环境中迁移导致水环境污染以及微塑料污染不易收集治理的问题。
2、为实现上述目的，本申请提供：
3、设计一种考虑水体不同运动
4、s1.水环境中的微塑料可以视为类似泥沙颗粒的悬浮污染物，其在水体中的运动状态与自身特性有关，还与外界影响因子包括水流速度、地形糙率、植被、风力，雨水情况与人为活动有关；
5、s2.微塑料在水环境中不同的受力情况，表现出来不同的运动状态，在垂向上表现为沉降、再悬浮，在水平上表现为水面漂移、水体悬移、水底滚动同时，各运动状态之间也会相互转化；
6、s3.垂向上，微塑料受力包括重力g、浮力ff、水流绕动阻力fu、上举力fy，力之间的平衡状态影响微塑料的垂向运动状态；
7、s4.水平上，微塑料的主要受力包括水流拖曳力fx，上举力fy，重力g，浮力ff，力之间的平衡状态，影响微塑料的水平运动状态；
8、s5.基于不同的受力状态，分析不同作用力对微塑料的运动影响。垂向上，重力g为促使微塑料在水体中下沉的运动力，建立重力与其他力的关系方程，并提取微塑料的沉降速度为方程输出，结合实验数据拟合方程参数，即可得到微塑料的垂向运动轨迹。水平上，水流拖曳力fx为促使微塑料随水流运动力，同时考虑微塑料不同的垂向分布，建立微塑料漂浮、悬浮、水底滚动的力的关系方程，并提取微塑料的水平运动速度为方程输出，结合实验数据拟合方程参数，即可得到微塑料的水平运动轨迹。进一步，当垂向、水平的力关系达到平衡时，并结合实验数据，识别各运动状态之间相互转换的关键参数，从而预测微塑料的运动轨迹。
9、进一步，所述的s1步骤包括：
10、s1.1天然水环境的污染物组成包含多种类型，而依据颗粒大小来划分，粒径大于10-7cm的称为悬浮物，是一些大颗粒物质与水呈机械状态混合，在静水中易于沉积；
11、则从微塑料的粒径来看，可以认定微塑料也是存在于水环境中的一种悬浮污染物和泥沙颗粒一样，在水环境中的运动规律与泥沙存在相似之处；
12、s1.2由于微塑料粒径小、分布广、难降解特点，其在水环境中的迁移过程除了自身特性外，也容易受到外界影响，包括水流速度、地形糙率、植被、风力。
13、进一步，所述的s2步骤包括：
14、s2.1微塑料运动状态的变化是其受力状态的变化，则研究微塑料在淡水环境中的运移机理，从微塑料的受力着手；
15、s2.2天然水环境中，将微塑料的运动状态拆开来看，在垂向运动方面，或沉降至水底，当运动条件变化时，或再悬浮再次进入水体；
16、在水平运移方面，沉降至水底的微塑料，或静止，或在底部滚动，上浮至水体中，或在水体悬移，或上浮至水体表面漂移；
17、上述运动状态都与其自身受力状态有关。
18、进一步，所述的s3步骤包括：
19、s3.1在湖泊的封闭水环境下，大于水体密度的微塑料会以不同的沉降速度沉降至水体底部；
20、微塑料受重力g、浮力ff和绕动阻力fu，其中，重力为促进微塑料下沉的力，而浮力与绕动阻力为阻碍微塑料下沉的力；
21、当三力平衡时，微塑料沉降加速度为0，此时速度则为微塑料的沉降速度，微塑料受重力g、浮力ff和绕动阻力fu计算公式如下，其中，微塑料由于地球的吸引而受到的力叫重力，与微塑料的质量呈正比，方向总是竖直向下；微塑料浸在流体内，受到流体竖直向上的作用力叫作浮力，与重力的方向相反；当微塑料在流体中运动，且与流体存在较大的速度差时，由于流体的惯性效应，流体会对微塑料施加与其运动方向相反的力，称为绕动阻力；
22、
23、
24、
25、g＝ff+fu (4)
26、式中：ρ0为水体密度，kg/m3；ρs为微塑料密度，单位为：kg/m3；ds为微塑料粒径，单位为：m；g为重力加速度，此处取9.8m/s2；cd为沉降阻力系数；vcj为微塑料的沉降速度，单位为：m/s；
27、s3.2天然环境中，大密度的微塑料在沉降至水体后，当外界环境如水流强度变化时，微塑料会发生再悬浮现象再次进入水体；
28、此时主要重力g、浮力ff、水流拖曳力fx和上举力fy的影响，其中，重力为阻碍微塑料上浮的力，而浮力、上举力为促进微塑料上浮的力；
29、当水流强度增大，增大，而有不变，上举力fy等于有效重力w时，微塑料会再悬浮至水体，此时的水体流速则为该微塑料的临界再悬浮流速；上举力fy与有效重力w的计算公式如下，其中上举力是水流流过微塑料时，由于微塑料顶部和底部流速不同，形成压力差而产生的，方向垂直于流体流速方向；有效重力则为微塑料在水下受到自身重力与流体的浮力作用，二者方向相反，即为自身重力与浮力之差；
30、
31、w＝fy (6)
32、式中：cdy为垂向阻力系数；u0为微塑料所在点处的水流速度，m/s；w为有效重力，即重力(g)减去浮力(ff)；cdy为垂向阻力系数；u0为微塑料所在点处的水流速度，m/s；w为有效重力，即重力(g)减去浮力(ff)；ρ0为水体密度，单位为：kg/m3；ds为微塑料粒径，单位为：m。
33、进一步，所述的s4步骤包括：
34、s4.1天然水环境中的微塑料的一部分会漂浮在水体表面，随水流一起运动；另一部分则会悬浮在水体中，受水流拖曳力前行；
35、此时微塑料在水平方向与垂直方向的受力包括水流拖曳力fx、上举力fy、本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种考虑水体不同运动状态的微塑料迁移轨迹预测方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的考虑水体不同运动状态的微塑料迁移轨迹预测方法，其特征在于，所述的S1步骤中天然水环境的污染物组成包含多种类型，而依据颗粒大小来划分，粒径大于10-7cm的称为悬浮物，是一些大颗粒物质与水呈机械状态混合，在静水中易于沉积。
3.如权利要求1所述的考虑水体不同运动状态的微塑料迁移轨迹预测方法，其特征在于，所述的S2步骤中微塑料运动状态的变化是其受力状态的变化，则研究微塑料在淡水环境中的运移机理，从微塑料的受力着手；
4.如权利要求1所述的考虑水体不同运动状态的微塑料迁移轨迹预测方法，其特征在于，所述的S3步骤中，在湖泊的封闭水环境下，大于水体密度的微塑料会以不同的沉降速度沉降至水体底部；
5.如权利要求1所述的考虑水体不同运动状态的微塑料迁移轨迹预测方法，其特征在于，所述的S4步骤中，天然水环境中的微塑料的一部分会漂浮在水体表面，随水流一起运动；另一部分则会悬浮在水体中，受水流拖曳力前行；
6.根据权利要求5所述的一种考虑
...【技术特征摘要】
1.一种考虑水体不同运动状态的微塑料迁移轨迹预测方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的考虑水体不同运动状态的微塑料迁移轨迹预测方法，其特征在于，所述的s1步骤中天然水环境的污染物组成包含多种类型，而依据颗粒大小来划分，粒径大于10-7cm的称为悬浮物，是一些大颗粒物质与水呈机械状态混合，在静水中易于沉积。
3.如权利要求1所述的考虑水体不同运动状态的微塑料迁移轨迹预测方法，其特征在于，所述的s2步骤中微塑料运动状态的变化是其受力状态的变化，则研究微塑料在淡水环境中的运移机理，从微塑料的受力着手；
4.如权利要求1所述的考虑水体不同运动状态的微塑料迁移轨迹预测方法，其特征在于，所述的s3步骤中，在湖泊的封闭水环境下，大于水体密度的微塑料会以不同的沉降速度沉降至水体底部；
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【专利技术属性】
技术研发人员：窦明，王振，李桂秋，任鹏举，张彦，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：
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