Качество питьевой воды подземных источников водоснабжения сельских территорий: состояние и оценка риска для здоровья

Введение

Особое значение среди факторов среды обитания, влияющих на здоровье населения, по мнению как отечественных [1‒4], так и зарубежных [5‒7] авторов, имеет качественная и безопасная питьевая вода. В докладе Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) [8] отмечено, что в 2022 г. 2,2 млрд человек по-прежнему не обеспечены безопасной питьевой водой. Среди 142 стран Россия по доле населения, обеспеченного безопасной питьевой водой, отнесена к четвёртому кластеру с показателем от 75‒99% [8]. С 01 января 2025 г. реализуется федеральный проект «Вода России» национального проекта «Экологическое благополучие», созданный во исполнение Указа Президента Российской Федерации¹. К целевым задачам данного проекта отнесены сохранение уникальной экологической системы озера Байкал и формирование бережного отношения к водным ресурсам. Качество и показатель безопасности питьевой воды зачастую не соответствуют гигиеническим нормативам², что обусловлено влиянием природных и антропогенных факторов [2, 9‒12]. К природным факторам, определяющим качество воды подземных водоисточников, относится воздействие паводков, наводнений и маловодия на территории южного Прибайкалья [13, 14], к антропогенным факторам относятся промышленные и сельскохозяйственные предприятия, Восточно-Сибирская железная дорога, федеральная автомобильная дорога «Байкал» (Р258), определённое воздействие оказывает Иркутская ГЭС [15, 16]. В связи с этим понимание причин нарушений качества и безопасности питьевой воды может помочь в разработке оптимальных подходов к преодолению этих проблем, особенно в сельских районах. На территории южного Прибайкалья в Республике Бурятия расположены девять муниципальных образований, в которых, по итогам Всероссийской переписи населения 2020 г. [17], проживает 58,7% населения республики.

В связи с вышеуказанным цель настоящего исследования ‒ оценка качества и безопасности питьевой воды из подземных источников водоснабжения для здоровья населения, проживающего на сельских территориях южного Прибайкалья.

Материалы и методы

В исследовании использованы данные регионального информационного фонда за 2015‒2024 гг. Оценивали органолептические, обобщённые, микробиологические, химические и радиологические показатели по результатам исследования 13 385 проб питьевой воды, отобранной из подземных источников нецентрализованной системы холодного водоснабжения (НСХВ) сельских населённых пунктов девяти муниципальных образований Республики Бурятия (Кяхтинский, Джидинский, Селенгинский, Мухоршибирский, Бичурский, Иволгинский, Тарбагатайский, Прибайкальский, Кабанский).

Для трансформации полученных мониторинговых данных проведена интегральная оценка питьевой воды с помощью оптимизированного индекса качества воды (ИКВ) [18] в соответствии с уравнением (1):

где С – концентрация (содержание) веществ; ПДК – предельно допустимая концентрация; к – канцерогенные вещества; н – неканцерогенные вещества 1-го и 2-го классов опасности; ст ‒ вещества 3-го класса опасности с санитарно-токсикологическим показателем вредности; ОКБ – общие колиформные бактерии; ОМЧ – общее микробное число; р – радиологические показатели; о – органолептические показатели.

Для расчётов оптимизированного ИКВ нами использованы максимальные концентрации 10 показателей, приоритетных для Республики Бурятия, – нитраты, фтор, общие колиформные бактерии (ОКБ), удельная суммарная альфа- и бета-активность, радон, запах, привкус, цветность и мутность. Для микробиологических показателей принят стандартизированный рейтинг (по шкале от 0 до 10) [19]. На основе полученных значений ИКВ качество питьевой воды исследуемых территорий ранжировали по пяти категориям: очень чистая (ИКВ < 25), чистая (ИКВ = 26‒50), умеренно загрязнённая (ИКВ = 51‒75), грязная (ИКВ = 76‒100) и очень грязная (ИКВ > 100) [19], непригодная для потребления [20, 21].

Проведена оценка влияния химических веществ в питьевой воде НСХВ на здоровье населения. Модель количественной оценки неканцерогенного риска выполнена в соответствии с Руководством³. Расчёт коэффициентов опасности проводили для среднего уровня поступления химических элементов с питьевой водой (средняя центильная тенденция Ме и максимальный 95-й процентиль). Расчёт средней суточной дозы произведён в соответствии со стандартными значениями факторов экспозиции при пероральном поступлении химических веществ с питьевой водой. Предполагаемое суточное потребление и риски для здоровья, связанные с высоким содержанием химических веществ, оценивали для взрослого и детского населения. Предполагалось, что человек подвергается воздействию этих веществ 350 дней в году, при этом взрослые подвергались воздействию в течение 30 лет, дети – 6 лет. Средней массой взрослого человека считали 70 кг. Средняя масса ребёнка (23,66 кг) определена на основании анкетирования родителей 228 обучающихся в возрасте 7 лет из четырёх образовательных организаций Республики Бурятия [22]. Среднесуточные дозы рассчитывали по среднему для выборки содержанию химических веществ в питьевой воде НСХВ. Для расчёта неканцерогенных рисков использовали референтные уровни воздействия (референтные дозы RfD, мг/кг). Оценку неканцерогенного риска (HQ) для здоровья, связанного с воздействием химических контаминантов, проводили по данным средней суточной дозы поступления их с питьевой водой. Предельно допустимые концентрации загрязняющих веществ в воде составляли 45 мг/л для нитратов (NO₃^–), 1,5 мг/л для фтора (F), 0,3 мг/л для железа (Fe) и 0,1 мг/л для марганца (Mn)². Референтные дозы фтора, марганца и железа, рассчитанные на основе уровня отсутствия наблюдаемых неблагоприятных эффектов (NOAEL), выражались в миллиграммах на килограмм в сутки (мг/кг/сут). Значения RfD составили 1,6 для нитратов, 0,06 для фтора, 0,14 для марганца и 0,7 для железа³.

Статистический анализ проводили с использованием пакета прикладных программ Statistica v. 6.0 для Windows. Для количественных переменных рассчитывали среднемноголетние за пятилетние периоды: центильная тенденция в виде средней арифметической и её доверительный интервал (ДИ), минимальная, максимальные концентрации, 95-й процентиль. Качественные данные оценивали по удельному весу и ошибке показателя. Полученную выборку проверяли на нормальность распределения с помощью коэффициентов асимметрии и эксцесса. Собранные данные анализировали с помощью t-критерия Стьюдента. Статистический уровень значимости установлен при p < 0,05.

Результаты

Из 13 385 исследованных проб питьевой воды НСХВ по органолептическим, обобщённым, микробиологическим, химическим, радиологическим показателям в анализируемых 9 муниципальных образованиях Республики Бурятия (РБ) 7,43% не соответствовали гигиеническим нормативам² (далее – нормативы). Отметим, что за 2020‒2024 гг. по сравнению с 2015‒2019 гг. качество воды улучшилось. Увеличилось количество исследованных проб питьевой воды в 2,16 раза (с 4234 до 9151), а исследованных показателей ‒ с 47 до 54. При этом удельный вес проб, не соответствующих нормативам, снизился в 1,39 раза. Отмечено снижение удельного веса проб, не соответствующих нормативам по обобщённым показателям, в 1,16 раза (с 7,23 до 1,08%), по микробиологическим показателям – в 2,85 раза, по химическим – в 1,12 раза. Вместе с тем вырос удельный вес проб, не соответствующих нормативам по органолептическим показателям, в 1,16 раза, по радиологическим показателям – в 2,21 раза (с 7,69 до 17,01%) (табл. 1).

Сравнительный анализ средних значений (М) показателей качества и безопасности питьевой воды НСХВ показал ухудшение качества воды в Кабанском районе по семи показателям, в том числе по двум органолептическим, трём микробиологическим и двум химическим. Балльная оценка привкуса повысилась в 4,43 раза (р = 0,000), единиц мутности ‒ в 3,63 раза (р = 0,002). Увеличилось общее микробное число ‒ от отсутствия в установленном объёме до 0,54 (р = 0,000), содержание общих колиформных бактерий – до 0,75 (р = 0,000), энтерококков – до 0,05 (р = 0,000). Содержание аммиака возросло в 4 раза (р = 0,000), железа – в 2 раза (р = 0,017).

В Иволгинском районе качество воды улучшилось, в том числе по общей жёсткости среднее значение снизилось в 1,21 раза (р = 0,013), по содержанию нитратов – в 1,73 раза (р = 0,000), по микробиологическим показателям – ОКБ в 2,18 раза (р = 0,005), ТКБ – с 1,71 до отсутствия бактерий в установленном объёме (р = 0,000).

В Селенгинском и Бичурском районах содержание нитратов в питьевой воде НСХВ в 2020‒2024 гг. по сравнению с 2015‒2019 гг. увеличилось в 3,18 (р = 0,000) и 1,4 раза (р = 0,000) соответственно. В Мухоршибирском районе отмечено уменьшение содержания в воде нитратов в 1,52 раза (р = 0,000). В Тарбагатайском районе среднее значение удельной суммарной альфа-активности в 2020‒2024 гг. по сравнению с 2015‒2019 гг. увеличилось в 20,33 раза (р = 0,023).

Для общей оценки качества питьевой воды НСХВ в девяти районах РБ за 2015‒2024 гг. рассчитан оптимизированный ИКВ с учётом четырёх гигиенических критериев качества: санитарно-токсикологического, микробиологического, радиационного и органолептического (см. рисунок на вклейке). По результатам интегральной оценки питьевая вода НСХВ в семи районах (Кяхтинский, Джидинский, Селенгинский, Бичурский, Мухоршибирский, Тарбагатайский, Прибайкальский) отнесена к категории «очень чистая», в двух районах (Иволгинском и Кабанском) – к категории «умеренно загрязнённая». Наибольший вклад в формирование умеренного загрязнения питьевой воды НСХВ в Иволгинском районе (56,8%) вносят радиологические показатели, в Кабанском районе – микробиологические (73,6%).

Оценка неканцерогенного риска проведена в четырёх муниципальных образованиях, где выявлено превышение содержания нитратов в питьевой воде подземных источников НСХВ (табл. 2).

Коэффициенты опасности (HQ) при пероральном поступлении нитратов с питьевой водой НСХВ по средней центильной тенденции (Me) были допустимыми в Селенгинском и Бичурском районах. Самая неблагоприятная ситуация сложилась в Мухоршибирском районе. Для детского населения пероральное поступление нитратов с питьевой водой оценивалось как недопустимое в 2015‒2019 гг. на уровне Me (HQ = 1,16), где среднегодовая концентрация нитратов составила 64,48 мг/л. В остальных случаях коэффициенты опасности были допустимыми и не превышали единицы.

На уровне 95-го процентиля HQ > 1 выявлен для взрослого и детского населения Мухоршибирского района за весь период исследования. В Селенгинском районе для взрослого населения в 2020‒2024 гг. HQ на уровне 95-го процентиля составил от 1,45, для детского – 2,14. В Бичурском районе для взрослого населения в 2020‒2024 гг. HQ на уровне 95-го процентиля составил от 1,05, для детского – от 1,11 до 1,55 в 2015‒2019 и 2020‒2024 гг. соответственно. При оценке качества питьевой воды настораживает увеличение рисков для здоровья жителей Селенгинского, Бичурского и Иволгинского районов, обусловленное пероральным поступлением нитратов с питьевой водой в 2020–2024 гг. При этом в Мухоршибирском районе неканцерогенные риски HQ, обусловленные пероральным поступлением нитратов с питьевой водой НСХВ, в 2020‒2024 гг. по сравнению с предыдущим пятилетним периодом снижаются на уровне Me в 1,53 раза, 95-го процентиля ‒ в 1,39 раза.

Оценка неканцерогенного риска для здоровья населения Иволгинского и Кабанского районов при пероральном поступлении с питьевой водой НСХВ химических веществ показала, что по содержанию аммиака/аммоний-иона (NH₃/NH₄⁺), железа, марганца, фтора HQ < 1. В Иволгинском и Кабанском районах отмечалось низкое содержание фтора (Me) в питьевой воде НСХВ, в 2015‒2019 гг. оно составляло от 0,05 до 0,8 мг/л, в 2020‒2024 гг. – от 0,04 до 0,28 мг/л.

Обсуждение

Применение оптимизированного ИКВ, предложенного Г.Н. Красовским с соавт. (2015) [18], позволило выделить две категории качества питьевой воды НСХВ в Республике Бурятия: «очень чистая», не предполагающая каких-либо серьёзных ограничений использования, в семи районах и «умеренно загрязнённая» ‒ в двух районах (Иволгинском и Кабанском). Выявление территорий риска по ИКВ может в последующем стать основанием для разработки рекомендацией по коррекции объёмов и кратности социально-гигиенического мониторинга. В исследованных образцах питьевой воды, отобранных в населённых пунктах Кяхтинского, Джидинского, Селенгинского, Бичурского, Мухоршибирского, Прибайкальского районов, расположенных в горно-степных пространствах, не обнаружено микробиологических рисков, которые могли бы повлиять на здоровье населения. В указанных районах проживает 31,39% населения Республики Бурятия. Несоответствие воды микробиологическим критериям качества, отмечаемое в населённых пунктах Тарбагатайского, Иволгинского и Кабанского районов, расположенных преимущественно на равнине, вероятно, обусловлено влиянием антропогенных факторов, несоблюдением требований к зонам санитарной охраны подземных источников водоснабжения. Кроме этого, в последние годы эти районы характеризуются увеличением туристического потока и рекреационной нагрузки на водные объекты [14]. В трёх указанных районах проживает 27,31% населения РБ.

Ареал нитратного загрязнения питьевой воды НСХВ в Селенгинском, Мухоршибирском, Бичурском, Иволгинском районах несколько расширился по сравнению с предыдущими периодами исследования [24]. Оценка риска показала, что на уровне 95-го процентиля существует вероятность неблагоприятного воздействия нитратов при пероральном поступлении на кроветворную систему детей данных районов и взрослых Иволгинского района. Как ранее отмечали [24], нитратное загрязнение воды обусловлено преимущественно деятельностью животноводческих комплексов, несанкционированными выпасами скота и другими антропогенными факторами. Выявление территорий риска по нитратному загрязнению необходимо для принятия соответствующих управленческих решений в муниципальных образованиях РБ.

Микробиологические и нитратные загрязнения воды подземных источников водоснабжения указанных районов объясняются гидрогеологическими условиями. По данным [25], гидрогеологические условия территории Республики Бурятия разнообразны. Артезианские бассейны подземных вод характеризуются небольшими размерами, отсутствием выдержанных на больших площадях водоупорных слоёв. Защищённый водоносный горизонт в Кяхтинском, Джидинском районах находится на глубине от 80 до 100 м, в Мухоршибирском – от 150 до 200 м. В Селенгинском районе водоносные и водоупорные слои не выдержаны, что относит их к относительно защищённым. В Бичурском районе водоупорные слои отсутствуют, питание подземных вод происходит преимущественно от атмосферных осадков и окружающих водоносных комплексов. В Тарбагатайском, Иволгинском и Кабанском районах водоупорные слои отсутствуют на глубине до 100 м либо относятся к слабозащищённым.

Многие исследователи [26‒28] отмечают, что недостаточное содержание фтора в питьевой воде (менее 0,5 мг/л) может негативно сказаться на прочности зубов и привести к кариесу, а избыточная концентрация (более 2–4 мг/л) – к нарушениям в развитии скелета, флюорозу зубов и повреждению головного мозга. Отметим, что по результатам проведённого нами анализа вызывают обеспокоенность не столько превышение содержания фтора в образцах питьевой воды НСХВ, сколько его недостаточные концентрации в Иволгинском и Кабанском районах (ниже 0,5 мг/л) (см. табл. 1), что, по данным ВОЗ, повышает риск кариеса зубов и ослабления костных тканей [23]. Низкое содержание фтора в питьевой воде подземных источников данных районов, вероятно, обусловлено тесной гидравлической взаимосвязью с поверхностными водотоками и разбавлением грунтовых вод поверхностными [25].

Расчёты по аддитивной формуле [23] суммы радионуклидов (суммарной альфа- и бета-активности) показали, что в Иволгинском районе 7 проб питьевой воды, исследованных в 2024 г., были с превышением 1. Это потребовало дополнительных исследований, по результатам которых установлено соответствие содержания полония нормативам.

Ограничения исследования. В данном исследовании оценка качества и безопасности питьевой воды проведена по среднегодовым показателям без распределения по сезонам года, учёта температуры и атмосферных осадков. Вместе с тем в большинстве случаев несоответствие показателей гигиеническим нормативам носит мультифакториальный характер, что требует дальнейших исследований.

Заключение

Качество воды подземных источников нецентрализованного водоснабжения сельских территорий южного Прибайкалья за анализируемый десятилетний период улучшилось. Вместе с тем в питьевой воде зарегистрированы превышения гигиенических нормативов по 18 показателям и повышенные коэффициенты опасности для здоровья населения по содержанию нитратов и фтора. Оценка неканцерогенного риска воздействия нитратов и фтора на здоровье населения свидетельствует, что для детей Мухоршибирского и Иволгинского районов существует вероятность развития вредных эффектов при ежедневном поступлении данных веществ с питьевой водой в течение жизни (HQ > 1). В воде подземных источников Тарбагатайского, Иволгинского и Кабанского районов отмечено несоответствие гигиеническим нормативам, обусловленное антропогенными факторами, сохранению влияния которых способствуют гидрогеологические условия залегания подземных вод. Оптимизированный индекс качества воды в сельских территориях южного Прибайкалья позволяет выделить две категории, из которых к категории «очень чистая» может быть отнесена вода в семи районах, к категории «умеренно загрязнённая» ‒ в двух районах. Данное исследование направлено на повышение осведомлённости специалистов и общественности о проблемах, связанных с качеством и безопасностью питьевой воды в сельских районах Республики Бурятия.

¹ Указ Президента Российской Федерации от 07.05.2024 г. № 309 «О национальных целях развития Российской Федерации на период до 2030 года и на перспективу до 2036 года», опубликован на официальном интернет-портале правовой информации, 07.05.2024 г. (https://www.kremlin.ru/acts/bank/50542/page/1).

² Санитарные правила и нормы 1.2.3685‒21 «Гигиенические нормативы и требования к обеспечению безопасности и (или) безвредности для человека факторов среды обитания», утверждённые постановлением Главного государственного санитарного врача Российской Федерации от 28.01.2021 г. № 2, опубликованы на официальном интернет-портале правовой информации 03.02.2021 г. (https://publication.pravo.gov.ru/document/0001202102030022).

³ Руководство по оценке риска здоровью населения при воздействии химических веществ, загрязняющих среду обитания. Руководство Р 2.1.10.3968‒23.