RIVM_Logo_Engels

Introduction to the modelling of virus transport in groundwater in the Netherlands

Publiekssamenvatting

De huidige bescherming van waterwingebieden in Nederland is gebaseerd op de aanname dat een verblijftijd van 60 dagen van met pathogene micro-organismen besmet grondwater voldoende is voor een zodanige afbraak van de aanwezige kiemen, dat er geen gevaren voor de volksgezondheid resulteren (CBW, 1980). In de Verenigde Staten heeft de Environmental Protection Agency (USEPA) een regelgeving ontwikkeld om grondwaterwinningen die kwetsbaar zijn voor besmetting met virussen te identificeren, de zogenaamde "Ground Water Disinfection Rule" (GWDR, 1992). Uitgangspunt hierbij is dat een winning voldoende beschermd is als er voldoende natuurlijke desinfectie heeft plaatsgevonden zodat de maximaal toelaatbare virusconcentratie van 2 x 10-7 pvp/l op de plaats van winning niet wordt overschreden. Volgens de GWDR zijn daartoe afhankelijk van de mate van virusinactivatie verblijftijden van het grondwater van 9 tot 24 maanden nodig, wat veel langer is dan de in Nederland gehanteerde verblijftijd van 60 dagen. De benodigde verblijftijden volgens de GWDR zijn mogelijk nog onderschat (Yates, 1993). Gezien de beperkte onderbouwing van een beschermingszone van 60 dagen verblijftijd, maar ook gezien de onzekerheden in de desinfectiecriteria volgens de GWDR is nader onderzoek van de kwetsbaarheid van de Nederlandse grondwaterwinningen voor besmetting met virussen nodig. In dit rapport wordt voorgesteld hoe dit onderzoek kan worden uitgevoerd. Er zal een keuze gemaakt worden uit een aantal freatische winningen, die in stedelijk gebied liggen. Hierbij zullen lekkende rioleringen in de verzadigde zone gesimuleerd worden waaruit virus vrijkomt met een initiele concentratie van 10x4 pvp/l. Met behulp van het Landelijk Grondwater Model (LGM ; Kovar et al., 1992) de in de USA ontwikkelde modelprogramma's VIRALT (Park et al., 1992 en 1994a) en CANVAS (Park et al., 1994b) en andere beschikbare programma's zal voor deze winningssituaties de doorbraak van virus bij de winningen worden berekend. De berekeningen zullen voor alle modelprogramma's gebaseerd zijn op dezelfde virus-transportvergelijking (Yates et al., 1991). In Nederland wordt een voorlopig beleidsstandpunt voorbereid van een maximaal toelaatbare gemiddelde concentratie bij de plaats van winning van 2 x 10-7 pvp/l gebaseerd op infectie met rotavirus. Uitgaande van een virusconcentratie van 10-4 pvp/l op de plaats van besmetting kan dus een benodigde virusreductie van 11 logeenheden worden afgeleid. Het resultaat van de berekeningen is de vaststelling van de omvang van het gebied dat door middel van natuurlijke desinfectie en virusreductie van tenminste 11 logeenheden garandeert. Een globale inventarisatie van freatische winningen gegeven in de provinciale grondwaterbeschermingsplannen, alsmede van het aantal potentiele besmettingsbronnen (rioleringen) binnen het berekende beschermingsgebied kan een indruk geven van de grootte van het mogelijke kwetsbaarheidsprobleem. Onderdeel van de modelberekeningen zal ook een gevoeligheidsanalyse voor de verschillende parameters in het transportmodel zijn. Ook zal een analyse van de onzekerheden in de verschillende parameters en dientengevolge in de vaststelling van de omvang van het te beschermen gebied worden uitgevoerd. Voor calibratie van de modelberekeningen zullen experimenten met bacteriofagen als microbiele tracers worden voorgesteld. De gegevens van gevallen van virusdoorbraak of van tracing-experimenten berekend uit de literatuur zullen ook gebruikt worden voor calibratie.

Synopsis

Protection policy of ground water supplies in the Netherlands is currently based on the assumption that a travel time of 60 days of the ground water to the well head is sufficient for reducing pathogenic micro-organisms to levels that do not lead to unacceptable public health risk (CBW, 1980). In the United States the Environmental Protection Agency (USEPA) has developed the Ground Water Disinfection Rule (GWDR, 1992) that gives guidance for determining whether a ground water system is at risk from virus contamination. Protection is sufficient if through natural disinfection the level of the maximum allowable virus concentration of 2 x 10-7 pfp/l at the wellhead is not exceeded. According to the GWR a ground water travel time of 9 to 24 months is needed, depending on the rate of virus inactivation. This is much longer than the travel time of 60 days currently applied in the Netherlands. Moreover, the travel fimes given as natural disinfection citeria in the GWDR are possibly underestimated (Yates, 1993). In view of both the limited scientific basis for the travel time of 60 days used in the Netherlands and of the uncertainties in the disinfection criteria according to the GWDR, further investigations of the vulnerability of Dutch ground water supplies to virus contaminations is necessary. In this report the following investigation is proposed: some phreatic wells situated in urban areas will be selected. At these sites leaking sewage pipes in the saturated zone that are releasing viruses at an initial concentration of 10x4 pfp/l will be simulated. With the use of the "Landelijk Grondwater Model" (LGM ; Kovar et al., 1992), VIRALT (Park et al., 1992 en 1994a), CANVAS (Park et al., 1994b) and other modeling programs virus breakthrough at the well will be calculated. The calculations will be based on the same viral transport equation (Yates et al., 1991) for all modeling programs. In the Netherlands a provisional point of view of a maximum allowable average virus concentration at the well head of 2 x 10-7 pfp/l based on rotavirus infection is in preparation. Thus, based on an initial virus concentration of 10x4 pfp/l at the source of contamination a reduction in virus concentration of 11 units on log-scale is needed. As a result of these simulations a protection zone will be delineated that guarantees virus reduction through natural disinfection of at least 11 log. A survey of phreatic wells together with the number of potential sources for virus contamination (sewage pipes) within the protection zone will give an impression of the extent of the vulnerability-problem in the Netherlands. These simulations will also include a sensitivity analysis for charges in the transport parameters and an uncertainty analysis, of both the different parameters and the delineation of the protection zone. For calibration of the models tracing experiments using bacteriophages as microbial markers will be proposed. Data from cases of virus breakthrough known from literature will also be used for calibration

 

Home / Documents and publications / Introduction to the modelling of virus transport in groundwater in the Netherlands

RIVM Committed to health and sustainability
Menu