Geografiska informationssystem (GIS) för analys av parasitkällor i ytvattentäkter

Transkript

1 Geografiska informationssystem (GIS) för analys av parasitkällor i ytvattentäkter Johan Åström, Seminariedag på SMI 5 december 2013

2 Bakgrund Utbrottet av Cryptosporidium i Östersund 220 miljoner kr Ger vattenskyddsområdet ett tillräckligt parasitskydd? Cryptosporidium och Giardia sprids från både däggdjur och fåglar Råvattenhalter ett resultat av spridning inom avrinningsområdet Hälsorisk för dricksvattnet givet att arterna är zoonotiska Mikrobiell riskanalys och God Desinfektionspraxis Geografiska informationssystem (GIS) ett outnyttjat verktyg.

3 Syfte med projektet Klargöra hur GIS kan användas för att analysera parasitkällor i avrinningsområdet Litteraturstudie av Cryptosporidium och Giardia hos däggdjur och fåglar Litteraturstudie av hydrologiska GISmodeller för parasitspridning! Östersund Tillgång till underlagsdata Trollhättan Energi AB, Miljö och hälsa i Östersund Oslo!( Karlstad!(!( Stockholm Helsinki!( Referensgrupp SMI, SVA, Göteborg Vatten och Chalmers. Trollhättan Copenhagen!( Aktuella avrinningsområden

4 Geografiska informationssystem (GIS) John Snows utredning av kolera, London 1854 Inmatning, lagring, bearbetning och presentation i GIS-miljö GIS ett etablerat verktyg i samhällsplaneringen GIS-modeller för spridning av näringsämnen Möjlighet att beskriva tillskottet från både punktkällor och diffusa källor GIS-modeller för patogenspridning Alla modellresultat styrs av indata och antaganden.

5 Spridning av Cryptosporidium spp. från människor Sprids från kommunala och enskilda avloppssystem Anmälningsplikt i Sverige sedan 2004 ger statistik över tid (incidens) Mellan 100 och 390 rapporterade fall i Sverige per år, 2006 till 2010 Hos patienter dominerade C. parvum följt av C. hominis och C. meleagridis (Insulander et al. 2013) Prevalens 1 % utifrån prov från Sydsverige (Atterholm, Castor & Norlin 1987) Prevalens i Finland beräknad till 1 % i genomsnitt, 2,9 % hos personer med magsjukesymtom (Hörman et al. 2004) Giardia vanligare än Cryptosporidium, statistiken bekräftas av högre halter i avloppsvatten (ex. Ottoson et al. 2006).

6 Spridning av Cryptosporidium spp. från övriga däggdjur Djurslag Beskrivning Land Antal prov % positiva Rapporterade arter (vanligast först) Nötkreatur Kalvar, mjölkdjur Sverige Nötkreatur Kalvar, mjölkdjur Sverige C. bovis, C. parvum, C. ryanae Nötkreatur Kalvar, mjölkdjur ekologisk Sverige C. bovis, C. parvum Nötkreatur Kalvar, mjölkdjur Sverige C. bovis, C. ryanae konventionell Nötkreatur Kalvar, mjölkdjur Sverige 279 6,1 Nötkreatur Kalvar, mjölkdjur Norge Nötkreatur Kalvar, mjölkdjur Danmark C. parvum, C. bovis, C. deer-like Nötkreatur Kalvar, köttdjur (1997) Danmark C. andersoni, C. parvum Nötkreatur Kalvar, köttdjur (1998) Danmark C. andersoni, C. parvum Nötkreatur Ungdjur, mjölkdjur Sverige C. bovis, C. ryanae, C. andersoni Nötkreatur Ungdjur, mjölkdjur Danmark C. bovis, C. deer-like, C. parvum, C. suislike Nötkreatur Ungdjur, köttdjur (1997) Danmark C. andersoni, C. parvum Nötkreatur Ungdjur, köttdjur (1998) Danmark C. andersoni, C. parvum Nötkreatur Vuxna, mjölkdjur Sverige 250 5,6 C. bovis Nötkreatur Vuxna, mjölkdjur ekologisk Sverige 129 3,1 C. bovis Nötkreatur Vuxna, mjölkdjur Sverige 130 3,8 C. bovis konventionell Nötkreatur Vuxna, mjölkdjur Danmark C. parvum Nötkreatur Vuxna, köttdjur (1997) Danmark C. andersoni, C. parvum Nötkreatur Vuxna, köttdjur (1998) Danmark C. andersoni, C. parvum

7 Spridning av Cryptosporidium spp. från övriga däggdjur (forts.) Djurslag Beskrivning Land Antal prov % positiva Rapporterade arter (vanligast först) Hästar Årsgamla Norge 42 0 Grisar Griskultingar Danmark C. suis, Pig genotype II Grisar Avvanda smågrisar Danmark Pig genotype II, C. suis Grisar Suggor Danmark Får Lamm, två orter Norge 97 3,1 Får Tackor, två orter Norge 54 0 Får Lamm, maj-juni 2008 Norge ,7 Cervine genotype, C. xiaoi Får Lamm, juni 2008 Norge ,7 Cervine genotype Getter Killingar Norge 18 0 Getter Vuxna Norge 11 0 Rödräv Unga och vuxna Norge 269 2,2 Älg Kalvar, ettåringar och Norge 455 3,3 vuxna Kronhjort Kalvar, ettåringar och Norge 289 0,3 vuxna Rådjur Kalvar, ettåringar och Norge 291 6,2 vuxna Ren Kalvar, ettåringar och Norge vuxna Hundar Unga hundar Norge Hundar Varierande ålder Finland C. canis

8 Hydrologiska GIS-relaterade modeller för parasitspridning Modell A B C D E F Publikation Coffey et al. (2010) Development of a pathogen transport model for Irish catchments using SWAT (Soil and Water Assessment Tool) Ferguson et al. (2007) Development of a process-based model to predict pathogen budgets for the Sydney drinking water catchment Dorner et al. (2004) Assessing levels of pathogenic contamination in a heavily impacted river used as a drinking-water source, samt: Dorner et al. (2006) Hydrologic modeling of pathogen fate and transport Medema & Schijven (2001) Modelling the sewage discharge and dispersion of Cryptosporidium and Giardia in surface water Hofstra et al. (2013). "Exploring global Cryptosporidium emissions to surface water." Science of the Total Environment Samadder et al. (2010) Spatial Distribution of Risk Factors for Cryptosporidium Spp. Transport in an Irish Catchment. G Walker & Stedinger (1999) Fate and transport model of Cryptosporidium USA Utvärderingsområde i publikationen Irland Australien Kanada Nederländerna Globalt Irland

9 Jämförelse av GIS-modellerna A till G Modell Spridningskällor A B C D E F G Avloppsreningsverk x x x x x Bräddavlopp (x) x x Nödavlopp (x) (x) x Enskilda avlopp (x) x (x) Nötkreatur x x x x x Får och annan boskap x x x x Vilda djur (x) x x Fåglar (x) x Stallgödselspridning x x x Justerbart i modellen x x? x

10 Jämförelse av GIS-modellerna A till G (forts.) Modell Riskfaktorer och spridningsmekanismer A B C D E F G Antal spridningskällor x x x x Avloppsreningsverk x x x x Enskilda avlopp x x (x) Inbindning till fekalier/jord x x (x) (x) Andel som lösgörs från gödsel x x Gödselålderns betydelse x Direktsläpp i vatten x Marklutning x x x Avstånd till vattendrag (x) (x) x Transport ovan mark x x x x x Transport i vatten x x x x x Sedimentering x x (x) Inaktivering x x x x

11 Jämförelse av GIS-modellerna A till G (forts.) Modell Typ av modellresultat A B C D E F G Belastning per område x x x x x Belastning per spridningskälla x (x) x (x) (x) (x) Händelsekategorier x Råvattenhalt x x x x Tidsserie x x Säsongsvariationer x x x x x Belastning per år x x Känslighetsanalys redovisad x x x (x) Programvara och beräkningsmiljö A B C D E F G ArcGIS-miljö x (x) (x) WebbGIS-applikation x Fortran-miljö x Deterministiska beräkningar x x x x x Probabilistiska inslag (x) (x)

12 Frågeställningar och förutsättningar för modellering i Trollhättan Aktuella frågeställningar för Trollhättan Energi, driftansvariga på vattenverket Analys av mikrobiell risk (MRA) Utökat antal barriärer på vattenverket (UV) Driftsoptimering utifrån varierande patogenhalter Tillgång till GIS-data Digital höjdmodell 2x2 m Markanvändning Jordarter Djurbesättningar inom kommunen Avloppsutsläpp Geodata-samverkan

13 Frågeställningar och förutsättningar för modellering i Östersund Aktuella frågeställningar för tillsynsmyndigheten Miljö och Hälsa Erfarenheter från det vattenburna utbrottet, UV-steg Önskan att bedriva riskbaserad tillsyn på olika verksamheter. Stort avrinningsområde och snabb reglering av Storsjön Åre som expansiv kommun med säsongsboende Tillgång till GIS-data Digital höjdmodell Markanvändning Jordarter Djurhållare inom kommunen Avloppsutsläpp Geodata-samverkan

14 Slutsatser från SVU-projektet Växande antal studier i Norden på Cryptosporidium och Giardia hos däggdjur, viss information om zoonotisk potential Geografiska informationssystem lämpligt verktyg för lokalisering av spridningskällor i avrinningsområdet Sju hydrologiska GIS-relaterade modeller för parasitspridning jämförda Modell A (SWAT) mest heltäckande och intressant att gå vidare med Nytt analysverktyg vid upprättande av vattenskyddsområden och förfinad mikrobiell riskanalys (MRA) Stort intresse för angreppssättet i Trollhättan och Östersund, god tillgång till GIS-data.

15 Fortsättningsprojekt: Implementering av GIS-modell Implementering av GIS-modellen SWAT i tre avrinningsområden 14 Råvattenhalt modellerad Spridningsmodellering av E. coli och Cryptosporidium spp. Kalibrering och validering Informationsvärde och arbetsinsats Tyréns AB, Trollhättan Energi och Chalmers Finansiering från Tyréns stiftelse, sökt medel från SVU Referensgrupp med expertis inom bl.a. veterinärmedicin och gödselspridning januari 2009 januari 2010 januari 2011 Cryptosporidium spp., oocystor/10 liter

16 Läs vidare i SVU-rapport: Geografiska informationssystem för analys av parasitkällor i ytvattentäkter ( )