Zapewnienie jakości wody w kąpieliskach po ekstremalnych burzach w Barcelonie, Hiszpania

Kluczowe nauki

O regionie

Figure 1: Location of Barcelona. Image Credit: Britannica

Zagrożenia klimatyczne

Podobnie jak wiele innych wybrzeży Morza Śródziemnego i Europy, katalońskie wybrzeże jest bardzo podatne na zmianę klimatu ze względu na złożone wzajemne zależności między klimatem, bogatą różnorodnością biologiczną i wysoką działalnością człowieka. Wzrost poziomu mórz zagraża nisko położonym wybrzeżom (zwłaszcza deltom i ujściom rzek) wraz z rosnącym ryzykiem powodzi i wtargnięciem soli. Częstsze i intensywniejsze burze morskie wpływają na zasoby przybrzeżne i zagrażają lokalnym gatunkom i różnorodności biologicznej. Niedobór wody jest chronicznym problemem, pogłębionym przez zmianę klimatu i zwiększoną turystykę, a zaopatrzenie w wodę w dużym stopniu opiera się na transferach rzek, zakładach odsalania i odzyskanej wodzie. Rosnąca zmienność opadów pogłębia gwałtowne powodzie – powodzie związane z ulewnymi deszczami i występujące w czasie krótszym niż sześć godzin – i powoduje szkody, co jest szczególnie problematyczne na gęsto zaludnionych obszarach, gdzie powodzie morskie stanowią dodatkowe zagrożenie.

Ocena wpływu przepełnionych systemów kanalizacyjnych na jakość wody i zdrowie publiczne

Figure 2: Bogatell channel discharge in Barcelona. Sampling point location. Image Credit: Google Maps

Rosnące globalne temperatury i częstsze ekstremalne zjawiska deszczowe prawdopodobnie doprowadzą do częstszych i bardziej intensywnych przypadków skojarzonego przelewu ścieków, co wymaga ulepszonych strategii monitorowania i zarządzania.

Przewidywanie zagrożeń dla zdrowia wynikających z przelewów ścieków za pomocą danych w czasie rzeczywistym

Aby oszacować ryzyko dla zdrowia kąpiących się narażonych na skażoną wodę morską, zespół projektowy IMPETUS opracował ilościowy model oceny ryzyka mikrobiologicznego i przetestował go na miejskiej plaży w Barcelonie. Łącząc dane środowiskowe w czasie rzeczywistym, takie jak pogoda, warunki morskie i przypadki przelewania ścieków, model przewiduje, kiedy i gdzie jakość wody stanowi zagrożenie dla zdrowia.

Symuluje, w jaki sposób patogeny rozprzestrzeniają się z punktu zrzutu i szacuje stężenia w pobliskich strefach kąpielowych. Model rozważa również, w jaki sposób czynniki środowiskowe, takie jak prądy, światło słoneczne i temperatura, wpływają na przetrwanie patogenów.

Narzędzie to wspiera bardziej świadome i terminowe decyzje mające na celu ochronę zdrowia publicznego po przepełnieniu ścieków i można je przenieść na inne miejskie obszary przybrzeżne stojące przed podobnymi wyzwaniami.

Ilościowy model oceny ryzyka mikrobiologicznego stanowi cenne podejście do proaktywnego zarządzania jakością wody i ustanowienia systemów wczesnego ostrzegania. Przewiduje ryzyko mikrobiologiczne dla kąpiących się w różnych sytuacjach skojarzonego przelewu ścieków i identyfikuje obszary, które stanowią największe zagrożenie.

Mireia Mesas Suárez, Eurecat (partner projektu IMPETUS)

Rysunek 3 pokazuje, jak działa model ilościowej oceny ryzyka mikrobiologicznego w celu oszacowania ryzyka zakażenia związanego z narażeniem na mikroorganizmy w ściekach.

Po pierwsze, zbiera dane o pogodzie, wodzie morskiej i przelewach ścieków. Następnie oblicza, w jaki sposób patogeny rozprzestrzeniają się i jak prawdopodobne jest, że spowodują infekcje. Na rysunku rozróżniono etapy zawarte w module obliczeniowym (na zielono), potrzebne dane wejściowe (na niebiesko) oraz różne ulepszenia uwzględnione w modelu dotyczącym wstępnego modelu ilościowej oceny ryzyka mikrobiologicznego opracowanego w poprzednich projektach (zaznaczonego na czerwono).

Wyjaśnia to, w jaki sposób zanieczyszczenie przemieszcza się z punktu zrzutu do otaczających wód w kąpieliskach.

Model obejmuje również procesy degradacji, na które wpływają czynniki środowiskowe, takie jak temperatura, promieniowanie słoneczne i zasolenie. Parametry te mogą znacząco wpłynąć na przeżywalność patogenów i wskaźniki próchnicy.

Figure 3: Outline of the QMRA model workflow, upgraded items highlighted in red. Image Credit: Eurecat.

Po zatrzymaniu zrzutu ścieków ilość patogenu w wodzie przepływającej przez kanał zrzutowy szybko spada.

Pokazuje to, że zanieczyszczenie w kanale nie trwa długo, po zakończeniu zdarzenia przelewowego, co jest ważne dla oszacowania, jak długo obszar kąpieliska może pozostać niebezpieczny.

Figure 4: The model output shows the predicted concentration risk, considering the favourable scenario for sea conditions and average CSO intensity (considering 2023-2024 data). Image Credit: Eurecat.

Aby lepiej przygotować się na przyszłe ekstremalne zdarzenia pogodowe wpływające na jakość wody w kąpieliskach, w symulacjach z wykorzystaniem modelu transportu i ryzyka zbadano scenariusze oparte na prądach morskich, warunkach wiatru i połączonych zrzutach ścieków. Dla każdego scenariusza model przewidywał ruch patogenów i ich rozproszenie, szacując ryzyko dla pływaków i wskazując, jak długo plaża może pozostać niebezpieczna po ulewnych opadach deszczu. Takie podejście wspiera podejmowanie decyzji i planowanie, ponieważ zmiana klimatu zwiększa częstotliwość takich zdarzeń.

Po wejściu do morza niektóre patogeny zaczynają tracić siłę lub umierać z powodu naturalnych procesów; Na przykład światło słoneczne pomaga zniszczyć wiele z nich. Ciepłe temperatury i sól w wodzie morskiej również wpływają na czas przeżycia tych zarazków. W związku z tym utrzymywanie się patogenów zmienia się sezonowo, co pokazuje, że wskaźniki degradacji są wyższe latem ze względu na zwiększoną ekspozycję na światło słoneczne, co wspiera degradację patogenów. Sposób poruszania się morza, zwłaszcza prędkość i kierunek prądów, ma duży wpływ na rozprzestrzenianie się patogenów. Wiosną i jesienią prądy wodne są na ogół silniejsze i bardziej dynamiczne, co pomaga szybciej usuwać i rozcieńczać zanieczyszczenia. W rezultacie ryzyko infekcji zwykle znika szybciej w tych porach roku.

Wykorzystanie wskaźników bakteryjnych w celu poprawy oceny ryzyka

Aby lepiej oszacować zagrożenia dla zdrowia związane z zanieczyszczoną wodą, zespół projektowy udoskonalił związek między powszechnie monitorowanymi bakteriami (stosowanymi jako wskaźniki zanieczyszczenia) a faktycznymi patogenami wywołującymi choroby. Dzięki lepszemu zrozumieniu model oceny ryzyka może dokładniej odzwierciedlać rzeczywiste warunki dla zdrowia kąpiących się.

Kampanie pobierania próbek na obszarze objętym studium przypadku wspierały monitorowanie w czasie rzeczywistym powszechnie monitorowanych bakterii jako wskaźników, w szczególności podczas przelewów ścieków. Dane te pomogły stworzyć bardziej realistyczne mapy pokazujące, gdzie zagrożenia dla zdrowia są najwyższe, co z kolei sprzyja szybszym i skuteczniejszym decyzjom w sprawie jakości wody i bezpieczeństwa publicznego, w tym wczesnemu ostrzeganiu i ukierunkowanym działaniom.

Wkład gospodarczy, wyzwania i perspektywy

Opracowany system wczesnego ostrzegania, oparty na ilościowym modelu oceny ryzyka mikrobiologicznego, pomaga zmniejszyć ryzyko dla zdrowia i zapobiegać niepotrzebnym zamykaniu plaż, identyfikując, kiedy i gdzie zanieczyszczenie stanowi zagrożenie. Pozwala to uniknąć zbyt ostrożnych decyzji i wspiera reputację i gospodarkę obszarów przybrzeżnych zależnych od turystyki. W ten sposób rozwiązanie przynosi korzyści zarówno zdrowiu publicznemu, jak i lokalnym przedsiębiorstwom.

Pomimo utrzymujących się wyzwań, takich jak ograniczony dostęp do szczegółowych danych i różnice w lokalnych przepisach, tego rodzaju narzędzie może odgrywać kluczową rolę w opracowywaniu systemów wczesnego ostrzegania o bezpieczeństwie wody w kąpieliskach. Umożliwia władzom podjęcie działań, zanim sytuacja stanie się krytyczna, chroniąc zarówno zdrowie publiczne, jak i środowisko.

W przyszłości integracja sztucznej inteligencji (takiej jak uczenie maszynowe) mogłaby usprawnić system poprzez uczenie się na podstawie przeszłych zdarzeń w celu lepszego przewidywania ryzyka infekcji w przyszłych sytuacjach, co jest szczególnie przydatne w przypadku miast nadbrzeżnych mających na celu przygotowanie się na ekstremalne zdarzenia pogodowe.

Streszczenie

Dalsze informacje

Kontakt