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Coupled Epidemiological and Wastewater Modeling at the Urban Scale: A Case Study for Munich

Bicker, Julia und Tomza, Natalie und Wallrafen-Sam, Karina und Schmid, Nina und Hofmann, Andreas F. und Korf, Sascha Alexander und Schengen, Alain und Javanmardi, Jasmin und Wieser, Andreas und Kühn, Martin Joachim und Hasenauer, Jan (2025) Coupled Epidemiological and Wastewater Modeling at the Urban Scale: A Case Study for Munich. Science Advances. American Association for the Advancement of Science (AAAS). ISSN 2375-2548. (eingereichter Beitrag)

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Kurzfassung

Disease surveillance and epidemiological modeling are critical to guide public health interventions, but model performance depends on data availability and quality. While clinical reports often suffer from under-ascertainment and delays, wastewater-based surveillance (WBS) can rapidly capture community infection dynamics by detecting viral RNA from both symptomatic and asymptomatic cases. However, WBS data can be difficult to interpret. Here, we present a coupled model of infectious disease and wastewater dynamics designed for scalability to large cities. We calibrate the model to the first COVID-19 wave in the city of Munich and quantify how sampling protocols, precipitation infiltration, viral decay, normalization strategies, and intervention timing can shape the relationship between wastewater measurements and disease prevalence, thereby improving the interpretability and practical value of wastewater data for epidemiological decision-making. We find that when appropriate sampling, normalization, and analysis strategies are utilized, wastewater data can reveal changes in prevalence earlier than clinical reports and provide advance warning of upcoming increases in disease burden. Our results guide WBS design and integration into predictive early-warning systems. Our modeling framework is generalizable to other COVID-19-like pathogens to help enable robust, cost-efficient disease monitoring.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/219494/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Coupled Epidemiological and Wastewater Modeling at the Urban Scale: A Case Study for Munich
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Bicker, Juliajulia.bicker (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-9382-4209NICHT SPEZIFIZIERT
Tomza, Natalienatalie.tomza (at) tandler.comNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Wallrafen-Sam, Karinas69kwall (at) uni-bonn.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Schmid, Ninanina.schmid (at) uni-bonn.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Hofmann, Andreas F.andreas.hofmann (at) tandler.comNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Korf, Sascha AlexanderSascha.Korf (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-1431-3046NICHT SPEZIFIZIERT
Schengen, AlainAlain.Schengen (at) dlr.dehttps://orcid.org/0009-0005-3966-3324NICHT SPEZIFIZIERT
Javanmardi, JasminJasmin.Javanmardi (at) med.uni-muenchen.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Wieser, AndreasWieser (at) mvp.lmu.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Kühn, Martin JoachimMartin.Kuehn (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-0906-6984NICHT SPEZIFIZIERT
Hasenauer, Janjan.hasenauer (at) uni-bonn.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:September 2025
Erschienen in:Science Advances
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Ja
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Verlag:American Association for the Advancement of Science (AAAS)
ISSN:2375-2548
Status:eingereichter Beitrag
Stichwörter:Epidemiology, Mathematical Modeling, Wastewater Modeling, Agent-based Modeling
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Technik für Raumfahrtsysteme
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R SY - Technik für Raumfahrtsysteme
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Aufgaben SISTEC
Standort: Köln-Porz
Institute & Einrichtungen:Institut für Softwaretechnologie > High-Performance Computing
Institut für Softwaretechnologie
Hinterlegt von: Bicker, Julia
Hinterlegt am:24 Nov 2025 09:32
Letzte Änderung:24 Nov 2025 09:32

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