Nationella Dricksvattenkonferensen, Uppsala 14-15 april 2015
GIS-baserad spridningsmodellering av Cryptosporidium och E. coli
från människor och lantbrukets djur i ytvattentäkter
Johan Åström, Tyréns
Viktor Johansson, Chalmers
Nationella Dricksvattenkonferensen, Uppsala 14-15 april 2015
Bakgrund
Risk
Analysverktyg
• Patogener i råvattnet
• På önskelistan för mikrobiell riskanalys (MRA)
– Platsspecifik information om halter och dess variation
• Cryptosporidium från människor
– Både punktkällor och diffusa källor
– Kan infektera nya människor
– Exkludera arter som ej är zoonotiska
– C. parvum och C. hominis
• Hydraulisk/hydrodynamisk modellering
– Huvudsakligen punktkällor
• Kommunala och enskilda avloppsutsläpp
• Hydrologisk modellering
• Cryptosporidium från djur
– Litteraturgenomgång i tidigare SVU-projekt (Fas 1)
– Vissa kan infektera människor (zoonotiska arter)
– Soil and Water Assessment Tool (SWAT)
– Även C. bovis m.fl. kommer med i vattenprovanalysen
• GIS-baserat analysverktyg
– Huvudsakligen diffusa källor
• Tilläggsprogram till ArcMap och Spatial Analyst
• Lantbrukets djur (stallgödselspridning, djurhållning)
• Väletablerat och välpublicerat
• Husdjur, vilt, fåglar etc.
• Gratis och fritt nedladdningsbart
2015-04-30
www.tyrens.se
2
Nationella Dricksvattenkonferensen, Uppsala 14-15 april 2015
Syfte
• Sätta upp och utvärdera användbarheten av SWAT
• E. coli samt olika arter av parasiten Cryptosporidium i ytvattentäkter
• Inhämta och belysa det lokala behovet av indata och antaganden
• Dra erfarenheter av det praktiska modellarbetet och diskutera modellresultaten
– internt i projektgruppen (Tyréns, Chalmers, Trollhättan Energi och Miljö)
– med referensgrupp (SVA, Folkhälsomyndigheten, Jordbruksverket, Kretslopp och vatten Göteborgs Stad)
Nationella Dricksvattenkonferensen, Uppsala 14-15 april 2015
Genomförande, metod
Modelluppbyggnad
Föroreningskällor
• Allmänna kartskikt
• Kommunala avloppsutsläpp
• Inställningar och anpassningar i SWAT
– Avgränsa avrinningsområde
– Markanvändning, jordarter, höjdmodell
– Meteorologi
– Antaganden; jordbruksrutiner, mikrobiologi
• Kalibrering och validering
– Vattenföring
– Stickprov av E. coli
– Avloppsreningsverk, bräddpunkter
• Enskilda avloppsutsläpp
– Markbädd, infiltration
• Lantbrukets djur
– Hästar, mjölkkor, övriga kor, kvigor och stutar,
suggor och kultingar, får och getter, värphöns
(statistik på modellområdesnivå SJV)
– Prevalensstudier från Sverige och Norden
• Exempel på möjlig infektionsnivå
• Cryptosporidium spp., Cryptosporidium parvum
Nationella Dricksvattenkonferensen, Uppsala 14-15 april 2015
Modellering av basscenarier
Scenario
S0A
Beskrivning
Låg infektionsnivå
Modellorganismer
E. coli, Crypto spp. låg
infektionsnivå
Gödsling
Gödsling 15/4,
1/7, 1/9, 15/10
Djurhållning
Säsongsbete
Enskilda
avlopp
Avskiljning
nuläge
Kommunala avlopp
Bräddning, ARV
S0B
Enbart
humaninfektiösa
Cryptosporidium
Hög infektionsnivå
hos djur
E. coli, Crypto parvum
låg infektionsnivå
Som S0A
Som S0A
Som S0A
Som S0A
Som S0A, fast
hög
infektionsnivå
Som S0C
Som S0A
Som S0A
S0C
S0D
S0E
Hög infektionsnivå
hos djur och
människor
Hög infektionsnivå
och hög
gödslingsdos
E. coli, Crypto spp. 50% Som S0A, fast
hos djur
hög
infektionsnivå
E. coli, Crypto spp. 50% Som S0C
djur 50% människa
E. coli, Crypto spp. 50% Som S0D, fast 25 Som S0C
djur 50% människa
ton /ha 15/4,
1/7, 1/9, 15/10
Som S0A, fast Som S0A, fast hög
hög
infektionsnivå
infektionsnivå
Som S0D
Som S0D
Nationella Dricksvattenkonferensen, Uppsala 14-15 april 2015
Modellering av åtgärdsscenarier
Modellorganismer
Gödsling
E. coli, Crypto spp. hög Som S0C men
infektionsnivå
allt gödsel ut
15/4
Gödsling enbart tidig E. coli, Crypto spp. hög Som S0C men
höst
infektionsnivå
allt gödsel ut
1/9
Vegetationsremsa för E. coli, Crypto spp. hög Som S0C, fast 50
gödsling
infektionsnivå
m Filterstrip
Djurhållning
Som S0C
Enskilda
avlopp
Som S0D
Kommunala avlopp
Som S0D
Som S0C
Som S0D
Som S0D
Som S0C
Som S0D
Som S0D
S4
Vegetationsremsa för E. coli, Crypto spp. hög Som S0D
djurhållning
infektionsnivå
Som S0C, fast
50 m Filterstrip
Som S0D
Som S0D
S5
Åtgärder för enskilda
avlopp
E. coli, Crypto spp. hög Som S0D
infektionsnivå
Som S0C
Som S0A, fast Som S0D
99 % redukt.
S6
Åtgärder för
bräddavlopp
E. coli, Crypto spp. hög Som S0D
infektionsnivå
Som S0C
Som S0D
Som S0D, fast 1 logreduktion ytterligare
S7
Åtgärder för
avloppsreningsverk
E. coli, Crypto spp. hög Som S0D
infektionsnivå
Som S0C
Som S0D
Som S0D, fast 1 logreduktion ytterligare
Scenario
S1
S2
S3
Beskrivning
Gödsling enbart
under våren
Nationella Dricksvattenkonferensen, Uppsala 14-15 april 2015
Modellområden - Tre områden i två ytvattentäkter
Trollhättan, uppströms vattenverket
Slumpån
Nationella Dricksvattenkonferensen, Uppsala 14-15 april 2015
Modellområden
Mälaren, uppströms Stäket
Nationella Dricksvattenkonferensen, Uppsala 14-15 april 2015
Resultat, basscenarier Mälaren
S0A
S0B
S0C
S0D
S0E
S0B SUB 35
10000
Cryptosporidium (oocystor/100 ml/dygn)
Cryptosporidium (oocystor/100 ml/dygn)
100000
S0A SUB 35
10000
1000
100
10
1
0,1
0,01
Flödesstation
Härnevi
Flödesstation
Skälnora
Utloppet vid
Stäket
Delavrinningsområde Mälaren
1000
100
10
1
0,1
0,01
Utloppet vid Stäket
S0D SUB 35
Nationella Dricksvattenkonferensen, Uppsala 14-15 april 2015
Resultat, åtgärdsscenarier Mälaren
• Dygnsmedelhalt
S2
S3
S4
S5
1,5
1
0,5
0
-0,5
-1
Flödesstation
Härnevi
Flödesstation
Skälnora
S1
S7
Utloppet vid
Stäket
Delavrinningsområde Mälaren
Log-reduktion i dygnsmaxhalt
Cryptosporidium
Log-reduktion i dygnsmedelhalt
Cryptosporidium
S1
• Dygnsmaxhalt
S2
S3
S4
S5
S7
1,5
1
0,5
0
-0,5
-1
Flödesstation
Härnevi
Flödesstation
Skälnora
Utloppet vid
Stäket
Delavrinningsområde Mälaren
Nationella Dricksvattenkonferensen, Uppsala 14-15 april 2015
Resultat, basscenarier Slumpån
S0B
S0C
S0D
S0E
10000
1000
100
10
1
0,1
0,01
0,001
Flödesstation
Vrångebäcken
Nedströms
Sjuntorp
Utlopp i Göta
älv
Delavrinningsområde Slumpån
S0A SUB 13
Cryptosporidium (oocystor/100 ml/dygn)
Cryptosporidium (oocystor/100 ml/dygn)
S0A
S0B SUB 13
S0D SUB 13
350
300
250
200
150
100
50
0
jan-07
jan-08
jan-09
jan-10
jan-11
jan-12
Nationella Dricksvattenkonferensen, Uppsala 14-15 april 2015
Resultat, åtgärdsscenarier Slumpån
S2
S3
S4
S5
S6
1,5
1
0,5
0
-0,5
-1
-1,5
Flödesstation
Vrångebäcken
Nedströms
Sjuntorp
Utlopp i Göta älv
Delavrinningsområde Slumpån
S1
Log-reduktion i dygnsmaxhalt Crypto
Log-reduktion i dygnsmedelhalt Crypto
S1
S2
S3
S4
S5
S6
1,5
1
0,5
0
-0,5
-1
-1,5
Flödesstation
Vrångebäcken
Nedströms
Sjuntorp
Utlopp i Göta älv
Delavrinningsområde Slumpån
Nationella Dricksvattenkonferensen, Uppsala 14-15 april 2015
Slutsatser
• Praktiskt om modellering i SWAT
–
–
–
–
Första gången SWAT använts för modellering av Cryptosporidium i Sverige
Omfattande dataunderlag, justeringsbehov i SWAT för svenska förhållanden
Tvärvetenskaplig kompetens i projektet har bidragit till rimliga antaganden
Det torde gå betydligt snabbare nästa gång!
• Nyttan av modelleringen
– Mikrobiologiska halter över tid ger underlag för MRA-analys
– Scenariomodellering ger
• Illustration av hur prevalensnivåer hos människor och djur påverkar halt över tid
• Underlag för hälsobaserade vattenskyddsåtgärder
– Komplement till traditionell analys av E. coli och parasiter i råvattnet
• Utmaningar
– Bra passning mot E. coli där punktkällor dominerar (Trollhättan), sämre där diffusa källor finns med
– Stokastiska processer (prevalens, utsöndringshalt m.fl.) svåra att beskriva i deterministisk modell
Nationella Dricksvattenkonferensen, Uppsala 14-15 april 2015
Tack för oss!
Johan Åström, Tyréns
Viktor Johansson, Chalmers
Finansiärer:
Sven Tyréns Stiftelse
Svenskt Vatten Utveckling