Modellering av patogen-spredning i et vanndistribusjonssystem etter forurensning forårsaket av undertrykk på ledningsnettet

Abstract

Waterborne disease outbreaks occur in both developed and developing countries with severe health-related consequences. The World Health Organization (WHO) recommends using preventive risk analyses in the water sector and has increasingly promoted quantitative microbial risk analysis (QMRA) as a tool for this purpose. QMRAs for drinking water often excludes the distribution system and don't account for the potential contaminations that may occur between the water treatment plant and the consumer, for example in the event of loss of water pressure in the distribution network. The Norwegian Institute of Public Health (NIPH) is in the process of conducting a study examining the association between incidents of pressure loss in the distribution network and health e ects in terms of gastrointestinal diseases with the aim of determining the e ectiveness of preventive measures. This provides an opportunity to compare epidemiological data from NIPH's study with the theoretical outcome of a QMRA of contamination events in the distribution network. In this thesis, an introductory stage of a QMRA for a distribution network has been performed. A hydraulic model of the water distribution system of Spydeberg municipality was built in EPANET, and simulations of the dispersal of pathogens in the model were run using EPANET Multi Species-Extension (EPANET-MSX) and EPANET-MATLABToolkit, alongside with an assessment of the suitability of these technological tools for the purpose of conducting a QMRA. Hydraulic and water quality analyses were successfully completed via MATLAB, but the network model needs further calibration to serve as a representative model for the analysed area. The access to EPANET and EPANETMSX within a MATLAB interface provides a powerful tool for large analyses, but long computation times using the current network model and the lack of graphical visualization o er challenges in the development of the intended QMRA-model.

Vannbårne sykdomsutbrudd med alvorlige helsekonsekvenser forekommer i både utviklings- og industriland. Verdens helseorganisasjon (WHO) anbefaler bruk av preventive risikovurderinger i vannsektoren og har i økende grad trukket fram kvantitativ mikrobiell risikoanalyse (QMRA) som analyseverktøy til dette formålet. QMRA for drikkevann ekskluderer ofte distribusjonssystemet fra analysen og tar dermed ikke hensyn til eventuelle forurensninger som kan oppstå på vei fra vannverk til forbruker, for eksempel som følge av hendelser med undertrykk på ledningsnettet. Folkehelseinstituttet (FHI) har en pågående studie om sammenheng mellom trykkløsepisoder på ledningsnettet og helsee ekt i form av gastroenteritt, med mål om å kartlegge e ekt av ulike forebyggende tiltak. Dette gir en mulighet til å sammenligne epidemiologiske data fra FHI med teoretiske utfall av en QMRA for forurensnings-hendelser på ledningsnett. I denne oppgaven er en innledende fase av en QMRA for ledningsnett utført. En hydraulisk modell over Spydeberg kommunes distribusjonssystem ble bygget i EPANET og simuleringer av patogenspredninger i modellen ble gjennomført ved hjelp av EPANET Multi Species-Extension (EPANET-MSX) og EPANET-MATLAB-Toolkit, med en parallell vurdering av i hvilken grad disse verktøyene egner seg til tiltenkt QMRA-modell. Hydrauliske og vannkvalitet-analyser lot seg kjøre problemfritt, men det kreves ytterligere kalibrering av nettmodellen for å bli representativ for analyseområdet. Tilgangen på EPANET og EPANET-MSX i et MATLAB-grensesnitt tilbyr et potensielt svært nyttig verktøy i større analyse-prosjekter, men lang beregningstid med nåværende nettmodell samt manglende visualiserings-verktøy byr på utfordringer i utviklingen av QMRAmodellen.