Dynamic modelling of bathing water quality with biodegradation of Escherichia coli in TELEMAC-3D
(2018) In TVVR18/5001 VVRM05 20172Division of Water Resources Engineering
- Abstract
- Bathing water is of great concern as almost all bodies of water in Sweden today are affected by human activities. Usage of models for bathing water quality may give the possibility to assess and evaluate short-term contamination. The main objective of this thesis was to develop and evaluate a script for degradation of the faecal indicator bacteria Escherichia coli, E. coli, in an aquatic environment. This to deeper understand, predict and identify spreading and degradation of E. coli in bathing water in the future. A literature study focusing on how bathing water quality is classed and how E. coli is degraded in aquatic environments was performed. The literature study formed the basis for an implementation of an exponential first-order... (More)
- Bathing water is of great concern as almost all bodies of water in Sweden today are affected by human activities. Usage of models for bathing water quality may give the possibility to assess and evaluate short-term contamination. The main objective of this thesis was to develop and evaluate a script for degradation of the faecal indicator bacteria Escherichia coli, E. coli, in an aquatic environment. This to deeper understand, predict and identify spreading and degradation of E. coli in bathing water in the future. A literature study focusing on how bathing water quality is classed and how E. coli is degraded in aquatic environments was performed. The literature study formed the basis for an implementation of an exponential first-order degradation model of E.coli in TELEMAC-3D and a performed sensitivity analysis of the used degradation model of E.coli. It has been concluded that the developed script for degradation of E. coli in TELEMAC-3D is operating in accordance with the used exponential first-order degradation model of E.coli. However, there is limited information found of how E.coli is degraded and described mathematically. It was found that the major factors controlling the degradation of E. coli are light intensity at the surface and water temperature. A simplified case with the set-up of an experiment in a form of a simple geometry was modelled. For the simplified case, the results from calculations by hand, a simulation in TELEMAC-3D and the experiment were compared. It could be concluded that the calculations by hand and the simulation in TELEMAC-3D are best correlating with each other, while the experiment differs from the analytical calculations by hand and simulation in TELEMAC-3D. A reason for this might be that information concerning how the experiment was conducted were limited. On the other hand, that the calculations by hand and the simulation in TELEMAC- 3D was correlating shows that the developed script is working in accordance with the used exponential first-order degradation model of E. coli. Overall, it can be said that empirics and research of how E. coli are degraded is restricted and further research is needed to gain a deeper knowledge of bathing water quality. (Less)
- Popular Abstract (Swedish)
- När städerna växer, ökar risken för fekal kontaminering på våra badplatser. Kontamineringen är oftast kortvarig men utgör en hälsorisk för badarna. Hur kan vi lösa detta?
Information kring badvattenkvalité är idag begränsad. Ändå påverkas vårt dagliga liv av kvalitén på vattnet i och med att våra badplatser ofta ligger nära stadsområden. De flesta badplatserna i Sverige idag visar god vattenkvalitet under merparten av året. Dock är badplatserna troligen drabbade av fekal kontaminering dvs kontaminering från avföring från närliggande avloppsreningsverk samt andra utsläppskällor från stadsområden. Påverkan från fekal kontaminering kan därför inte uteslutas i sjöar och kustområden. På samma gång finns det ett ökat intresse att ha... (More) - När städerna växer, ökar risken för fekal kontaminering på våra badplatser. Kontamineringen är oftast kortvarig men utgör en hälsorisk för badarna. Hur kan vi lösa detta?
Information kring badvattenkvalité är idag begränsad. Ändå påverkas vårt dagliga liv av kvalitén på vattnet i och med att våra badplatser ofta ligger nära stadsområden. De flesta badplatserna i Sverige idag visar god vattenkvalitet under merparten av året. Dock är badplatserna troligen drabbade av fekal kontaminering dvs kontaminering från avföring från närliggande avloppsreningsverk samt andra utsläppskällor från stadsområden. Påverkan från fekal kontaminering kan därför inte uteslutas i sjöar och kustområden. På samma gång finns det ett ökat intresse att ha badplatser nära stadsområden vilket lett till ett ökat engagemang för badvattenkvalitet.
Enligt Badvattenförordningen (2008: 218) med stöd i Miljöbalken utförs i Sverige idag analytiska undersökningsmetoder för långtidskontaminering av badvattenkvalitet. Detta examensarbete är ett steg mot en framtida bedömning och utvärdering av korttidskontaminering av badvatten. Detta genom att tillämpa nedbrytning av den fekala bakterien Escherichia coli (E. coli) i programvaran TELEMAC-3D. Med hjälp av modeller kan halter av fekala bakterier som är för låga att upptäcka med standardanalysmetoder detekteras. Modellen ger också möjlighet att studera spridningen i vattnet, med transport till och från den förorenade platsen samt utspädning.
Detta skulle kunna leda till införandet av varningar om badvattenkvalité i badvattenområden i Sverige som drabbas av kortvariga föroreningar. På den danska kusten har sådana badvattenvarningar redan implementerats. Införandet av en badvattenvarning skulle kunna leda till att badplatser stängs där det finns en hälsorisk på grund av förekomst av fekala bakterier.
I arbetet utfördes en litteraturstudie med fokus på hur badvattenkvalitén klassificeras i Sverige idag samt hur E. coli bryts ner i marina miljöer. Litteraturstudien bildade grunden för utformningen av en känslighetsanalys samt tillämpning av en matematisk nedbrytningsmodell för E. coli i TELEMAC-3D. Ett förenklat fall med information från ett experiment i form av en enkel tank modellerades och jämfördes mot beräkningar för hand.
Enligt litteraturstudien och känslighetsanalysen kunde man se att de faktorer som kontrollerar nedbrytningen av E. coli mest är ljusintensitet och vattentemperatur. Den implementerade matematisk nedbrytningsmodellen för E. coli i TELEMAC-3D fungerade övergripande i enlighet med de analytiska beräkningarna. Vid jämförelse av en utförd simulering och ett utfört experiment sågs stora osäkerheter. Den främsta orsaken tros vara den begränsade informationen som hittades om hur experimentet utfördes.
Resultaten ger en större förståelse för den begränsade information som finns om hur E. coli bryts ner i marina miljöer samt hur detta beskrivs matematiskt. Det kan därför sägas att ytterligare forskning behövs på området. Detta för att kunna göra modeller som är baserade på djupare kunskaper om badvattenkvalitet både gällande provtagning och matematisk beskrivning för nedbrytning av E. coli. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
http://lup.lub.lu.se/student-papers/record/8934308
- author
- Selméus, Louise LU
- supervisor
- organization
- alternative title
- Dynamisk modellering av badvattenkvalité med biologisk ned- brytning av Escherichia coli i TELEMAC-3D
- course
- VVRM05 20172
- year
- 2018
- type
- H2 - Master's Degree (Two Years)
- subject
- keywords
- Escherichia coli, Bathing water quality, TELEMAC-3D, Biodegradation
- publication/series
- TVVR18/5001
- report number
- 18/5001
- ISSN
- 1101-9824
- language
- English
- additional info
- Examiner: Professor Magnus Persson
- id
- 8934308
- date added to LUP
- 2018-02-06 11:54:01
- date last changed
- 2018-02-06 11:54:01
@misc{8934308,
abstract = {{Bathing water is of great concern as almost all bodies of water in Sweden today are affected by human activities. Usage of models for bathing water quality may give the possibility to assess and evaluate short-term contamination. The main objective of this thesis was to develop and evaluate a script for degradation of the faecal indicator bacteria Escherichia coli, E. coli, in an aquatic environment. This to deeper understand, predict and identify spreading and degradation of E. coli in bathing water in the future. A literature study focusing on how bathing water quality is classed and how E. coli is degraded in aquatic environments was performed. The literature study formed the basis for an implementation of an exponential first-order degradation model of E.coli in TELEMAC-3D and a performed sensitivity analysis of the used degradation model of E.coli. It has been concluded that the developed script for degradation of E. coli in TELEMAC-3D is operating in accordance with the used exponential first-order degradation model of E.coli. However, there is limited information found of how E.coli is degraded and described mathematically. It was found that the major factors controlling the degradation of E. coli are light intensity at the surface and water temperature. A simplified case with the set-up of an experiment in a form of a simple geometry was modelled. For the simplified case, the results from calculations by hand, a simulation in TELEMAC-3D and the experiment were compared. It could be concluded that the calculations by hand and the simulation in TELEMAC-3D are best correlating with each other, while the experiment differs from the analytical calculations by hand and simulation in TELEMAC-3D. A reason for this might be that information concerning how the experiment was conducted were limited. On the other hand, that the calculations by hand and the simulation in TELEMAC- 3D was correlating shows that the developed script is working in accordance with the used exponential first-order degradation model of E. coli. Overall, it can be said that empirics and research of how E. coli are degraded is restricted and further research is needed to gain a deeper knowledge of bathing water quality.}},
author = {{Selméus, Louise}},
issn = {{1101-9824}},
language = {{eng}},
note = {{Student Paper}},
series = {{TVVR18/5001}},
title = {{Dynamic modelling of bathing water quality with biodegradation of Escherichia coli in TELEMAC-3D}},
year = {{2018}},
}