1、太平洋垃圾帶的形成與治理摘要一問題重述最近的一項深入太平洋渦旋（垃圾碎片不斷累積的匯流地帶）進行的科學探險，揭露出大量與處理這些垃圾碎片相關的科技問題。傾倒廢棄物流入海洋不是新鮮事，但是科學界卻首次發現這些垃圾碎片（尤其是塑料制品）在太平洋領域中密集出現。科學界同時也發現這些垃圾碎片對海洋生態，對人類的福祉都帶來了許多潛在威脅。研究者把這些塑料垃圾描述成塑料湯或是塑料彩屑。今ICM 的問題是利用跨學科建模，來解決由于海洋中垃圾存在與累積所帶來的各種復雜問題，借此幫助研究者，最終幫助政府政策制定者來了解該問題的程度、范圍和對全球潛在的影響。作為科學探險的建模顧問，你的任務是要關注垃圾問題中的某一

2、個因素，建立模型并分析它的性質，確定其對影響海洋生態、政府政策的潛在影響，以及改善它的負面影響的具體措施。一定要考慮未來科研的需求和這一問題的經濟因素，然后給科學探險的領隊寫一份報告，總結你的研究發現，提出解決建議、需要制定的政策和采取的措施選擇的問題如下：問題四：這些塑料從何處來？可以采取什么步驟來控制或減少與這一情況相關的各種風險？經濟成本如何？控制或結束這種狀態會帶來什么經濟效益？如何比較成本與效益？有多少塑料被生產，丟棄與回收？有多少有可能被排入海洋？進入海洋的又有多少可能會到處漂浮？為了明確你的任務，重點應該集中在問題的某個重要方面，對重要的問題和現象的表現進行建模分析，對你選擇進行

3、建模和分析的那個方面當中對當前和未來影響最顯著的因素進行定量分析。你的ICM 報告應以如下形式提交：它將是篇幅為10頁的小組報告，提交給一位調查負責人，目的在于幫助她找出所探討問題或現象的相關表現，主要分析這些問題或者現象的后果，并針對在問題進一步惡化之前政府能夠采取哪些措施來遏制該問題向她提出可行性建議。二模型假設1垃圾來源僅為太平洋沿海國家，不考慮內陸國家排污情況。2垃圾帶水域的塑料顆粒不分種類，形狀質量均看作一致。3垃圾帶被污染水域各處的浮游生物數量密度、塑料顆粒數量密度均視為一致。4再生島所處的位置是平穩的，材料均勻且所處海域海水密度一致；。 三模型分析與建立 3.1 塑料垃圾一、海灘

4、垃圾的分類： 1、漂浮垃圾監測結果表明，海面漂浮垃圾主要為塑料袋、漂浮木塊、浮標和塑料瓶等。海面漂浮的大塊和特大塊垃圾平均個數為0.001個/百平方米；表層水體小塊及中塊垃圾平均個數為0.12個/百平方米。海面漂浮垃圾的分類統計結果表明，塑料類垃圾數量最多，占41%，其次為聚苯乙烯塑料泡沫類和木制品類垃圾，分別占19%和15%。表層水體小塊及中塊垃圾的總密度為2.2克/百平方米，其中，木制品類、玻璃類和塑料類垃圾密度最高，分別為0.9克/百平方米、0.5克/百平方米和0.4克/百平方米。 2、海灘垃圾：海灘垃圾主要為塑料袋、煙頭、聚苯乙烯塑料泡沫快餐盒、漁網和玻璃瓶等。海灘垃圾的平均個數為0.

5、80個/百平方米，其中塑料類垃圾最多，占66%；聚苯乙烯塑料泡沫類、紙類和織物類垃圾分別占8.5%、7.6%和5.8%。海灘垃圾的總密度為29.6克/百平方米，木制品類、聚苯乙烯塑料泡沫類和塑料類垃圾的密度最大，分別為14.6克/百平方米、4.3克/百平方米和3.5克/百平方米。3、海底垃圾：海底垃圾主要為玻璃瓶、塑料袋、飲料罐和漁網等。海底垃圾的平均個數為0.04個/百平方米，平均密度為62.1克/百平方米。其中塑料類垃圾的數量最大，占41%；金屬類、玻璃類和木制品類分別占22%、15%和11%。二、垃圾的來源：三、海上垃圾的危害：其一，可以阻礙海上交通線，損壞船只；其二，對海洋生物造成傷害

6、，例如，“綠色和平”發現至少267種海洋生物因誤食海洋垃圾或者被海洋垃圾纏住而備受折磨，并導致死亡；其三，通過生物鏈危害人類，如重金屬和有毒化學物質可通過魚類的食入而在體內富集，人吃了這些魚類會受到傷害。3.2垃圾漩渦的形成的原因： 一地區，順時針流動的海水形成了一個可讓塑料垃圾飛旋的永不停歇的強大漩渦。數年來，北太平洋亞熱帶渦流將來自海岸或船隊的塑料垃圾聚集起來，卷入漩渦，再通過向心力將它們逐漸帶到渦流中心一個面積為343萬平方公里的區域(超過歐洲的三分之一)。據統計，這片水域中的塑料垃圾與浮游生物的比例已為6噸對1噸。在這一水域的主要部分，塑料垃圾的厚度可達30米。美國西海岸環保組織阿爾加

7、利塔海洋研究基金會公布了經過10年調查得出的這些數字。盡管人們現在還無法在這個巨大的垃圾板塊上行走，但旋轉運動使之日益密實。綠色和平組織提供的數據顯示，在太平洋的這一水域每平方公里海面就有330萬件大大小小的垃圾。“第七大洲”的總重量約有350萬噸，主要由塑料垃圾構成。據阿爾加利塔海洋研究基金會計算，1997年至今，這一垃圾板塊的面積增加了兩倍；預計2030年 ，這一塊的面積還可能增加9倍。3.3垃圾對生態系統的影響（微塑料顆粒威脅模型）應用3.4垃圾處理控制、減少太平洋垃圾帶所帶來的風險，可以從兩方面著手：從塑料的源頭減少塑料污染；就地處理垃圾-垃圾處理工序：何永康 垃圾中塑料是回收與再生，

8、環境衛生工程，1994,2:10 2何永康 垃圾塑料的回收與再生J,環境衛生工程，1994，（2） ：9-10 A 工序：人工將回收的廢舊塑料按種類、大小、厚薄分類進行碼放。B 工序：采用水洗或風力凈化的方法，除去附著在廢舊塑料上的各種污物，以提高廢料的凈度和干燥程度。C 工序：此工序從塑料熔融到制成調料呸都在料機理進行，操作過程中應嚴格控制加熱溫度及出料速度，以保證呸料各項性能指標和技術參數的穩定性。D 工序：將上道工序制成的條狀呸料采用機械方法進行破碎，F 工序：任何一種塑料性能都是可以改變的。此工序是根據不同成品的需要，加入某種添加劑，改變塑料原有性能。例如：據最新專利介紹，在農用塑料地

9、膜成分中加入一定成分配比的食用淀粉，可以徹底改變塑料不易腐爛的性能，根據加入成分的多少控制腐爛時間，在農作物生長不需要地膜階段，便很快腐爛成碎塊，既保護了土壤的墑情，又促進作物生長。再例如，用塑料制成工業儀表上微調鎖緊螺母，加入一定的添加劑-固態二硫化鉬，大大的改善了零件自潤滑的性能，經實驗證明鎖緊力和潤滑效果均不低于同類型的金屬件。由此可見，回收的聚乙烯原料通過加入各種添加劑，完全可以改變其物理和化學性能。 3.4.1 陸上處理垃圾目前，全球已采取了很多措施減少塑料污染，一方面多數國家有效地提高了塑料垃圾的回收率，另一方面，很多國家對塑料制品（塑料袋）進行了限制或收稅，取得了較好的效果。多元

10、線性回歸模型：陸基垃圾的源頭主要是沿岸人類活動的廢棄物，可以簡單地劃分為生活垃圾和工業垃圾。令表示t時刻陸基垃圾的總質量，和分別表示t時刻的生活垃圾和工業垃圾的質量。通過多元線性回歸分析尋找和與之間的關系，得到其中，和是多元線性回歸分析模型的自變量，是模型的應變量，和與之間的關系是通過線性方程描敘的。2和3分別是和對于的偏回歸系數，分別表示和變化時對于的效應。1是的常數項，而u1是回歸模型的誤差，表示其他因素對于的效應。類似的，令表示t時刻海基垃圾的總質量，Psy和Pft表示海洋運輸業和海洋漁業的排放和廢棄物的質量，得到：那么，進入AOI的漂浮垃圾總量為： I=PLBt(1-1)+PSBt(1

11、-2)3.4.2 海上處理垃圾一、構建再生島： 首選的方法是將垃圾從海洋中打撈后焚燒發電，用其灰燼填海或建造人工島嶼，家坡的實馬高窟就是這樣建成的。早在1998年，早在1998年，新加坡在實馬高島和西康島之間建造了1千米長的巖石長堤，并且劃分出11個相互連接的海灣的單元。在把單元里海水抽干后，并排放好一層層厚厚的塑料。海洋垃圾焚燒留下的灰燼被傾倒在這些單元里進行密封，其中也包括石棉一類不能焚燒和回收的材料。每月從單元周圍的海水取樣檢測，迄今為止沒有發現任何有泄漏和污染海水的情況。當垃圾填到2-3米高時，就鋪沙種草，然后繼續埋置垃圾，最高至30米，在上面栽種植物。當然由于需要打撈，運輸、晾曬等，

12、因此處理成本比陸地垃圾更高，而且需要更成熟的技術。 二、海上垃圾變廢為寶：1海洋垃圾變廢為寶 化工時刊J,2011,25(4):30 （1） 由于海上垃圾大部分是塑料，解決的辦法可以是打撈后焚燒發電，其灰燼可以用以填海造地或建造島嶼。研究人員已經計算過塑料焚燒的能量利用。幾乎所有塑料主要成分是碳氫化合物，可以燃燒，如聚苯乙烯燃燒熱量比燃料油還高，是熱值很高的大分子材料。（2）垃圾80%塑料，那么就形成了處理海洋垃圾的另外一些方法，即把塑料這種資源轉化為另外的資源。例如：可以用廢塑料制造燃油，生產防水凍膠、制取芳香族化合物和制備多功能樹脂膠等 如果這些技術成熟和投產，將可以消化海上垃圾，而且可能

13、會讓一些國家爭搶這些海上無主的垃圾資源。3.5懸浮物輸運的模型 懸浮物是水環境研究中的重要參數，主要由泥沙，藻類，微生物和動植物的碎屑組成3 懸浮物的存在直接影響了水體透明度和溶解氧，影響大型沉水植物生長及魚類等水生動物的存在，使水質變差。3.5.1 控制方程水流運動方程：其中： 式中:向的藦阻底坡；Sfy為y向的藦阻底坡；Sox為x向的河底底坡；Soy為y向的河底坡底；Fx為摩擦力在x方向上的分量；Fy為摩擦力在y方向上的分量；風應力就是通過Fx、Fy而起作用；、0分別為水和空氣的密度；h為水深；風拖系數；和分別為分速在x,y方向上的分量；u,v分別x,y方向垂深平均水流速分量；g 為重力加

14、速度；f為科氏參數。懸浮物輸運方程綜合考慮懸浮物在水流中的輸移擴散及沉降起懸，二維懸浮物輸運方程為如下形式 式中：為懸浮物濃度；、分別為水流作用下的懸浮物縱向和橫向擴散系數；為懸浮物源匯項。模型的應用價值該模型用于研究太平洋環流區域垃圾輸移的運動規律，分析過程中考慮到風場及潮流對污染物的輸運產生的影響。運用該模型有助于我們對太平洋大垃圾帶中垃圾的密度、廣度和分布進行定量分析和預測，進而制定相關的預防污染和治理污染的措施。POM模式與污染物擴散模型POM模式：崔培.POM模型在臺灣海峽潮波形態分布及污染物擴散研究中的應用，廈門大學，2008POM是一個三維斜壓的原始方程海洋模式，最早應用與解決普

15、林斯頓大學大氣海洋科學系，NOAA的地球流體動力學實驗室（GFDL）的海洋問題。經過30多年的發展和很多海洋科學家的貢獻，現在已經發展成為物理海洋學流行的數值模型之一。他有以下幾個主要特點：（1）基于原始動力學方程。（2）垂直方向采用坐標，在大洋環流計算時保證淺水區與深水區有相同的垂直層數。（3）水平方向采用曲線正交 3.6模型的敏感性分人口密度3.7模型的優缺點3.8治理的建議【4】3、治理建議 經過上述分析計算，根據得出的結論給政府得出了一下治理建議。（1） 及時清理入海口周邊垃圾，定期排查。入海口處的垃圾是陸地垃圾流入海洋進而形成海洋污染的罪魁禍首，及時對其進行清理，有助于防止在暴風雨季節雨水將垃圾沖刷入海。（2） 實施流域水面垃圾分段攔截，建立層層攔截和日常巡查責任制。 （3）規范海上垃圾處置與管理，建立海上清運保潔隊伍。（4）加快濱海旅游區衛生基礎設施建設，增加垃圾回收點數量。海洋污染會對濱海旅游區帶來巨大損失，與此同時，濱海旅游區也在源源不斷的把大量產生的垃圾排入海洋，進而形成惡性循環。為解決該問題，需要加快濱海旅游區的衛生基礎設施建設，使產生的垃圾得到及時合理