Computational modeling of health effects from indoor dispersion of airborne biological and chemical agents

Abstract

Biologisk eller kjemisk terror, der biologiske eller kjemiske stoffer benyttes for å skade eller ta livet av sivile, er en trussel med store potensielle konsekvenser. Flere kjemiske og biologiske trusselstoffer kan være dødelige eller forårsake varig helseskade. Ved fordamping eller aerosolisering kan slike stoffer spres gjennom lufta og derved pustes inn av mennesker. Konsenstrasjonen av et giftig stoff i luft er sterkt scenarioavhengig og vanskelig å fastslå, men kunnskap om dette er nødvendig for å beregne inhalert dose. Det kreves ofte omfattende eksperimentelt arbeid eller detaljerte numeriske simuleringer for å få et godt anslag over hvordan konsentrasjonsfeltet varierer i tid og rom, slik at for eksempel antall tapte menneskeliv kan estimeres.

Denne rapporten har som mål å synliggjøre hvordan populasjonsdødelighet kan beregnes ved hjelp av numeriske spredningssimuleringer for trusselstoffer. Målet er å øke den generelle forståelsen av realistiske spredningsprosesser innendørs. Samtidig ønsker vi å demonstrere mulighetene som ligger i avanserte numeriske beregningsmetoder for å vurdere konsekvenser av spesifikke trusselscenarioer. Vi har brukt et innendørs gassutslipp på et konferansesenter for å vise hvordan de mulige konsekvensene av utslippet kan kvantifiseres gjennom for eksempel populasjonsdødelighet og tilgjengelig evakueringstid. Slike resultater kan bidra til økt teknisk trusselforståelse og bedre konsekvensvurderinger både innenfor sivil beredskap og i militære operasjoner.

Numerous chemical and biological agents can be lethal or cause permanent human injury. Through evaporation or aerosolization, many such agents can be dispersed through air and subsequently be inhaled by people. The concentration of a toxic agent in air, required to estimate the inhaled dosage, is highly case-dependent and difficult to ascertain. For a given scenario, extensive experimental work or rigorous numerical simulations are needed to get a good estimate of how the concentration field varies in space and time, thereby enabling estimation of e.g. human casualty rates.

The present report aims to show how human casualty rates can be estimated by numerical simulations of dispersion of a released toxic agent in air. The goal is to increase the general understanding of realistic indoor dispersion processes, as well as to demonstrate the possibilites of advanced numerical simulation methods to assess consequences of specific threat scenarios. An indoor scenario at a conference center is used to exemplify how numerical simulations can quantify the potential consequences, such as casualty rates and time available for evacuation, of the release of a CB agent. Such results can help improve risk assessment and consequence evaluation within both civil emergency preparedness and military operations.