Автореферат и диссертация по медицине (14.00.07) на тему:Гигиенические аспекты применения геоинформационных технологий в оптимизации условий питьевого водопользования (на примере Белгородской обл.)

На правах рукописи

Ковалева Галина Ивановна

ГИГИЕНИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПРИМЕНЕНИЯ ГЕОИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В ОПТИМИЗАЦИИ УСЛОВИЙ ПИТЬЕВОГО ВОДОПОЛЬЗОВАНИЯ

(на примере Белгородской области) 14.00.07 - Гигиена

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата медицинских наук

Москва-2005

Работа выполнена в Федеральном научном центре гигиены им. Ф.Ф. Эрисмана и Центре Госсанэпиднадзора в Белгородской области

Научные руководители:

доктор медицинских наук, профессор Тулакин Андрей Васильевич доктор медицинских наук Евдокимов Валерий Иванович

Официальные оппоненты:

доктор медицинских наук, профессор Новичкова Надежда Ивановна доктор медицинских наук Денисов Леонид Анатольевич

Ведущая организация: Российский государственный медицинский университет

Диссертационного совета Д.208.107.01 при Федеральном научном центре гигиены им.Ф.Ф. Эрисмана по адресу: 141000, г. Мытищи Московской обл., ул. Семашко, д.2.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Федерального научного центра гигиены им. Ф.Ф.Эрисмана.

Защита

2005 года в 12 часов на заседании

Автореферат разослан

Ученый секретарь Диссертационного совета, доктор медицинских наук, профессор

ишн

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы.

В условиях комплексного использования водных ресурсов Центрального Черноземья обеспечение населения качественной питьевой водой является приоритетной гигиенической задачей (Г.Г. Онищенко, 2000; Ю.В. Новиков и соавт., 2002; Н.ПМамчик, И.И. Механтьев, 1999).

На территории Белгородской области при использовании для питьевых целей подземных вод острота проблемы обусловлена рядом факторов, как природных, так и антропогенных.

Природные особенности формирования водных систем связаны, главным образом, с наличием богатых залежей железной руды, мела и других полезных ископаемых. Это обуславливает разнообразие качества подземных вод по показателям жесткости (от 0,5 до 24,0 м.моль/л), содержанию железа (до 1,5 -2,0 мг/л), уровню биогенных (фтор, марганец, йод, медь и др.) микроэлементов (И.Г. Махотина, 2002).

С другой стороны, интенсивное освоение железорудных месторождений открытым (Стойленский, Лебединский ГОКи) и подземным способом (Комбинат КМАруда, Яковяевский рудник) привело к выраженным нарушениям целостности природного ландшафта. Произошло нарушение гидрогеологического режима территорий, физико-химических процессов в водоносных горизонтах. Определенные изменения претерпела и санитарно-эпидемиологическая ситуация в части снижения безопасности условий водопользования (Г.И. Махотин, 1998; В.И.Пивень, 1999; A.B. Понкратов, 1999; Б.Н. Сучалкин, 2000).

Сложность гидрогеологических условий, территориальные особенности региона, многообразие антропогенного воздействия на водоносные горизонты определили необходимость применения геоинформационных технологий для анализа качества вод и разработку на этой основе региональной модели обеспечения гигиенической безопасности р^т""""*""""""" "я/ч^дии

Использование компьютерных технологий позволит выявить вероятные источники загрязнения, пространственно оценить очаги загрязнения по различным ингредиентам, дать прогнозную оценку развития санитарной ситуации. Разработка мероприятий по оптимизации условий водопользования будет способствовать рациональному расходованию водных ресурсов, повышению барьерной роли водопроводных сооружений, обеспечению нормативного качества питьевой воды, и, следовательно, сохранению здоровья населения. Именно это определило актуальность настоящего исследования.

Работа выполнена в Федеральном научном центре гигиены им. Ф.Ф. Эрисмана и центре Госсанэпиднадзора в Белгородской области, в рамках реализации «Комплексной программы развития горно-металлургических предприятий Белгородской области на 1996-2005гг.» (разд. «Водоснабжение»), региональной программы по внедрению компьютерных технологий «РОЛЛ -2000» и отраслевой программы МЗ РФ «Системная разработка мероприятий по гигиенической безопасности России» на период 2001-2005гг.

Цель работы - установление причинно-следственных связей между показателями качества питьевой воды на различных территориях и состоянием здоровья населения, научное обоснование региональной модели оптимизации условий питьевого водопользования на базе геоинформационных технологий.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. Изучить санитарно-топографические и гидрогеологические особенности формирования водных систем Белгородской области;

2. Выполнить оценку реальных условий эксплуатации подземных водозаборов и водопроводов на проблемных территориях: гг. Белгород, Губкин, Старый Оскол;

3. Установить роль водного фактора в формировании инфекционной и неинфекционной заболеваемости, этиологически обусловленной качеством питьевой воды;

4. Определить роль и место геоинформационных технологий в решении задач гигиенического благополучия водоснабжения территорий;

5. Обосновать региональную модель применения геоинформационных технологий для оптимизации условий питьевого водопользования населения Белгородской области.

Научная новизна работы

На основании комплексных данных многолетних гигиенических исследований:

- установлено влияние территориальных санитарно-топографических, климатогеографических и гидрогеологических особенностей на формирование качества водоисточников в условиях выраженной техногенной нагрузки;

- научно обоснованы методические подходы интегрального анализа степени санитарно-эпидемиологического благополучия питьевого водопользования, позволяющие выявить зависимость состояния здоровья населения от конкретных условий водоснабжения;

- выявлена причинно-следственная зависимость между показателями качества воды подземных водоисточников (жесткость, низкое содержание биогенных элементов), питьевой воды (жесткость, содержание железа, мутность, микробиологические показатели) и показателями здоровья населения;

- научно обоснована необходимость использования геоинформационных технологий при разработке комплекса гигиенических рекомендаций, профилактических и реабилитационных мероприятий по обеспечению гигиенической безопасности питьевого водоснабжения, а также при проведении регионального мониторинга качества вод.

Практическая значимость работы.

Полученные результаты комплексных гигиенических исследований использованы на практике путем разработки предложений для долгосрочных и оперативных целевых программ, направленных на оптимизацию водоснабжения и охрану здоровья населения проблемных территорий Белгородской области.

Результаты исследований использованы при подготовке:

- пособия для врачей "Интегральная оценка степени санитарно-эпидемиологического благополучия питьевого водопользования" (М., 2003 г.);

- методических рекомендаций по применению СП 2.1.5.1059-01 «Гигиенические требования к охране подземных вод от загрязнения» (проект);

гигиенических рекомендаций "Прогнозирование условий водопользования и заболеваемости населения железодобывающих территорий" (Белгород, 2000; Старый Оскол, 2001; Губкин, 2003);

проекта №050 01*6/180-2000 «Оценка эколого-гигиенического состояния подземных источников питьевых вод населенных пунктов Белгородской области» (Белгород, 2000);

материалов к государственному докладу "О санитарно-эпидемиологическом благополучии населения Российской Федерации" (1998 -2004 гг.);

- материалов к докладу "О состоянии окружающей природной среды Белгородской области" (1998 - 2003 гг.);

- комплексной областной «Программы улучшения качества жизни населения Белгородской области» (утв. Законом Белгородской области от 02.04.2003 № 74);

- постановлений главы администрации от 29.06.98 г. № 363 "Об областной целевой программе водоснабжения сельских населенных пунктов Белгородской области на 1998 - 2001 годы" и от 18.09.01 г. № 592 "О мерах по улучшению питьевого водоснабжения жителей Белгородской области";

- программы "Оздоровление экологической обстановки в Белгородской области на 2000 - 2002 годы" (утв. постановлением областной Думы от 04.07.2000г.).

Материалы исследований внедрены в практику работы ЦГСЭН в Белгородской области, ЦГСЭН в гг. Белгород, Губкин, Старый Оскол, УЖКХ Белгородской области, предприятий водопроводно-канализационного хозяйства в гг. Белгород, Губкин, Старый Оскол.

Результаты исследований доложены и обсуждены: на научно-практических конференциях «Актуальные проблемы и основные направления развития профилактической науки» (Харьков, 1997), «Региональные проблемы охраны здоровья населения Центрального Черноземья» (Белгород, 2000), «Гигиеническая наука и практика в решении вопросов санэпидблагополучия населения в центральных регионах России» (Липецк, 2003), «Региональные гигиенические проблемы и стратегия охраны здоровья населения» (Старый Оскол, 2004), на 7 Международном симпозиуме «Освоение месторождений минеральных ресурсов и подземное строительство в сложных гидрогеологических условиях» (Белгород, 2003).

Апробация диссертации проведена на межотдельческой научной конференции Федерального научного Центра гигиены им Ф.Ф. Эрисмана 7 апреля 2005 года.

Положения, выносимые на защиту:

1. Степень гигиенического неблагополучия питьевого водоснабжения Белгородской области определяется условиями формирования водоносных горизонтов, выраженностью антропогенной нагрузки на водоисточники, санитарно-техническим состоянием систем водоснабжения.

2. Питьевая вода является фактором риска возникновения инфекционных и неинфекционных заболеваний, этиологически обусловленных влиянием водного фактора.

3. Пути оптимизации условий питьевого водопользования, обоснованные с использованием геоинформационных технологий.

Публикации: По теме диссертации опубликовано 8 печатных работ.

Объем и структура диссертации. Работа изложена на 190 страницах, иллюстрирована 27 таблицами и 30 рисунками, состоит из введения, литературного обзора, 4 глав собственных исследований, заключения, выводов, библиографического указателя, включающего 187 источников, в том числе 20 иностранных, 24 приложений.

ОБЪЕКТЫ, ОБЪЕМ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Исследования выполнялись в рамках 4-х направлений (Табл. 1): Для решения поставленных задач применен комплекс современных гигиенических, эпидемиологических, санитарно-химических,

микробиологических, математических, санитарно-топографических и статистических методов и программ, позволивших реализовать запланированный объем исследований

В качестве основных объектов исследования были использованы подземные воды (г.г. Белгород, Губкин, Старый Оскол и др.), дренажные воды, питьевая вода коммунальных и ведомственных водопроводов, массивы данных для геоинформационных компьютерных систем, официальная медицинская отчетность. Всего выполнено около 65 тыс. наблюдений.

Оценка качества воды водоисточников и условий их формирования проводилась на основе данных лабораторных исследований, полученных лабораториями центров Госсанэпиднадзора области, производственными лабораториями предприятий водопроводно-канализационного хозяйства г.г. Белгород, Губкин, Старый Оскол, Алексеевка, Шебекино; материалов Главного управления природных ресурсов по Белгородской области; ФГУ «Белгородгеомониторинг».

Гигиеническая оценка качества воды подземных водоисточников Белгородской области проведена с учетом территориальных особенностей: в районах с открытым (карьерным) способом добычи железной руды (г.г. Губкин и Старый Оскол); в районах с закрытым (рудничным) способом добычи железной руды (г. Губкин); в районах с разведанными залежами железной руды, где ее добыча в настоящее время не осуществляется (г. Белгород), но имеются иные источники техногенного воздействия на подземные воды.

Для анализа были использованы данные по качеству воды водоисточников и питьевой воды, полученные при проведении собственных

исследований (1998 - 2004гг.), а также фондовые материалы МУП ЖКХ и ВКХ г.г. Белгород, Губкин, Старый Оскол и др. (1995 - 2004 гг.).

Таблица 1

Основные направления, объекты и объем исследований

№ п/п Направления исследований Объекты исследований Число наблюдений

1. Характеристика водных объектов Белгородской области Материалы ЦГСЭН в Белгородской области, данные территориальных ЦГСЭН и ведомственных лабораторий (за период 1995-2004 гг.) - санитарно-химические - микробиологические - физиологические - радиологические - 24 000 -1 500 -500 -1 500

2. Интегральная оценка условий питьевого водопользования проблемных территорий Материалы ЦГСЭН в Белгородской области, территориальных ЦГСЭН, управлений ВКХ (1998 - 2004 гг.): - водоисточники - водоподготовка транспортировка (питьевая вода) -2 500 -2 400 -1 500

3. Анализ демографических показателей, изучение здоровья населения, оценка общей и инфекционной заболеваемости Материалы управления здравоохранения администрации Белгородской области и комитета госстатистики, материалы статистической отчетности ЛПУ, органов госстатистики за 1993 - 2003 гг. 3 000

4. Прогнозирование санитарной ситуации и разработка мероприятий по оптимизации водопользования Массив санитарно-химических показателей качества подземных вод по материалам ЦГСЭН в Белгородской области и ЗАО «Белнедра» 28 000

Всего 64 900

Имеющиеся данные были сгруппированы по показателям, характеризующим органолептические свойства (запах, цветность, мутность, железо), безвредность химического состава (фтор, нитраты, свинец, никель и др.), эпидемическую (ОКБ, ТКБ, ОМЧ) и радиационную (суммарная альфа-

активность) безопасность воды, а также ее физиологическую полноценность (жесткость, общая минерализация).

Расчет комплексных и интегральных показателей проведен с использованием методических подходов, разработанных ФНЦГ им. Ф.Ф. Эрисмана (МР «Комплексная оценка хозяйственно-питьевого водопользования в городах с выраженным санитарно-эпидемиологическим неблагополучием» -М., 1996 г., № 01-19/33-17; Пособие для врачей «Интегральная оценка степени санитарно-эпидемиологического благополучия питьевого водопользования» -М., 2003).

Рис.1. Модель комплексной оценки факторов, формирующих хозяйственно-питьевое водоснабжение

В основу методики положена модель (Рис.1), состоящая из комплекса отдельных блоков, представляющая собой последовательно выполняемые этапы работ по гигиенической оценке системы хозяйственно-питьевого водоснабжения населения: «водообеспечение», «источник», «водоподготовка», «питьевая вода», «транспортировка», «лабораторный контроль». Критериями неблагополучия являются показатели, получаемые сопоставлением фактических данных с величиной гигиенических нормативов.

В качестве основных информационных источников оценки общественного здоровья использованы данные лечебно-профилактических учреждений и официальной статистической отчетности: (№№ 12, 85,252у. 362у

и др.). Полученные данные анализировались с использованием традиционных методов медицинской статистики при нормальном распределении показателей (критерий Стьюдента) и непараметрических моделей.

Для оценки вклада водного фактора в формирование заболеваемости населения применены алгоритмы корреляционного анализа. Взаимосвязь заболеваемости с комплексными и частными показателями качества питьевой воды оценивались на основе расчета коэффициентов корреляции. Оценка степени риска водного фактора выполнялась с использованием общепринятых методических подходов (В.Г. Маймулов, 2000; С.М. Новиков, 2003).

Разработка мероприятий по оптимизации условий водопользования базировалась на профессиональных компьютерных технологиях GeoMedia, MGE, ERMA корпорации Intergraph; Surfer корпорации Golden Software. Для моделирования пространственного распространения показателей качества воды использовался аппарат статистической интерполяции (Крайгинг-интерполляция). Данный раздел работы выполнялся совместно с ЗАО «Белнедра», владеющим опытом работы с приложениями в области охраны окружающей среды.

Работа по формированию баз данных в системе СГМ с последующей оценкой результатов выполнена автором в полном объеме с использованием пакета прикладных статистических программ «EXELL», Office-Professional.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Белгородская область с общей численностью населения более 1,5 млн. человек (Рис. 2) характеризуется высокой плотностью населения, развитым агропромышленным комплексом, интенсивной добычей и переработкой железорудного сырья.

Хозяйственно-питьевое водоснабжение базируется на подземных водоисточниках. На территории области известно 14 водоносных горизонтов и комплексов, однако для питьевых целей используется преимущественно вода турон-маастрихтского и альб-сеноманского водоносных горизонтов.

ХУГ'ЯлЯОЯДЛсП

Условные обозначения

--- Административные границы областей

--- Административные границы районов

о Месторождение пресных питьевых вод

« Месторождение минеральных вод

Рис. 2. Административная карта Белгородской области с месторождениями подземных вод

На территории области функционирует 1118 водопроводов хозяйственно-питьевого назначения, эксплуатируется более 7,5 тысяч артезианских скважин. Централизованным водоснабжением охвачено 86 % населения области.

Природными особенностями воды эксплуатируемых водоносных горизонтов, в целом по области, является повышенная жесткость - до 24 м.моль/л, низкое содержание фтора - менее 0.5 мг/л, а в ряде случаев -сверхнормативное содержание железа. Качество воды отдельных скважин характеризуется высокими показателями мутности (до 5 мг/л), запаха (до 4 баллов), нитратов (до 1,2 ПДК), сероводорода.

На качестве воды источников и систем питьевого водоснабжения сказывается санитарно-техническое состояние объектов, нарушения в режимах землепользования и сброса сточных вод, масштабные изменения гидрогеологии водоносных горизонтов, связанные с добычей и переработкой железной руды. Наиболее проблемными по условиям водопользования являются города Белгород, Губкин, Старый Оскол.

Интегральная оценка степени санитарно-эпидемиологического благополучия питьевого водопользования указанных территорий, проведенная

на основании анализа базовых данных об эксплуатационных запасах подземных вод и фактическом водопотреблении, состоянии охраны и качестве воды источников водоснабжения, эффективности водоподготовки, состоянии систем транспортировки и качестве потребляемой воды, позволила установить вклад частных критериев в формирование обобщенного комплексного показателя неблагополучия питьевого водоснабжения (Табл. 2).

Таблица 2

Обобщённый комплексный показатель неблагополучия питьевого водоснабжения отдельных территорий Белгородской области

№ п/п Обследованные территории Комплексные показатели по частным критериям неблагополучия Обобщённый комплексный показатель

\У2 \УЗ \У5 \У6

1. г. Белгород (зона высокого техногенного прессинга) 0,35 1,7 0,8 0,39 1,15 0 0,383 0,68

2. г. Ст. Оскол (зона с открытым способом добычи железной руды) 0,3 1,54 0,49 0 0,38 0 0,264 0,425

3. г. Губкин (зона со смешанной добычей железной РУДЫ) 0 1А 0,4 0 1,0 0 0,325 0,445

Примечание: Wl-вoдooбecпeчeниe; W2-санитарная надёжность охраны водоисточника; >УЗ-качество воды водоисточника; \У4-водоподготовка; \У5-транспортировка; лабораторный контроль; \У7-питъевая вода

Установлено, что максимальный вклад в формирование санитарного неблагополучия питьевого водоснабжения гг. Белгород, Губкин, Старый Оскол вносит недостаточная санитарная надежность охраны водоисточников, а в гг. Белгороде и Губкине, кроме того - транспортировка воды. Последнее обусловлено высокой степенью изношенности водопроводных сетей, ухудшением качества питьевой воды в точках водоразбора. Наиболее неблагоприятная ситуация сложилась в г. Белгороде, где обобщенный комплексный показатель составил 0,68 (против 0,425-0,445 в гг. Губкин и Старый Оскол).

Следует отметить, что существенный вклад в суммарное неблагополучие водопользования районов железорудных разработок вносят нарушение гидрогеологического режима, дефицит водных ресурсов, расширение депрессионных зон. При этом величину комплексного показателя снижения санитарной надежности питьевого водоснабжения формируют недостаточная обеспеченность населения водными ресурсами на 70-85%, низкая надежность санитарной охраны водоисточников на 15-30%.

Выполненные исследования по интегральной оценке качества питьевых вод Белгородской области в целом свидетельствуют о высокой величине компоненты их физиологической неполноценности (59-82%) и эпидемической опасности (18-27%). Ведущими показателями являются жесткость, содержание железа и микробиологические показатели.

На основании данных социально-гигиенического мониторинга установлено, что в целом по области воду с повышенным содержанием железа (более 0,3 мг/л) постоянно использует для питьевых целей 16,6% населения, в том числе с концентрацией 3 ПДК и более - 5,2%. Под воздействием воды с жесткостью более 7 м.моль/л находится 48,2%, в том числе с жесткостью более 10 м.моль/л - около 5% населения.

К числу территорий, подверженных воздействию повышенных концентраций железа и величин общей жесткости, можно отнести г. Белгород, где воду с жесткостью более 7 м.моль/л употребляет 94% населения. В г. Старый Оскол под воздействием сверхнормативных концентраций железа в питьевой воде находится более 13% населения.

С учетом полученных данных о качестве воды источников и систем питьевого водоснабжения была изучена роль водного фактора в развитии инфекционной и неинфекционной заболеваемости.

На протяжении последних лет демографическая ситуация в Белгородской области характеризуется выраженным отрицательным приростом населения, преобладанием смертности над рождаемостью.

Оценка динамики первичной заболеваемости населения за 1999 - 2003 годы выявила рост уровня заболеваемости, превышение среднероссийских показателей, как по уровню заболеваемости, так и по темпам прироста по большинству нозологических форм.

Среди детского населения отмечался максимальный рост уровней заболеваемости болезнями крови и кроветворных органов, болезнями системы кровообращения (в 2,4 раза), болезнями мочеполовой системы.

У взрослого населения наиболее выражены темпы прироста болезней системы кровообращения (99,6%), болезней мочеполовой системы (70,4%), новообразований (57,7%).

Уровень инфекционной заболеваемости населения Белгородской области по сумме ОКИ, а также бактериальной дизентерией и ВГА на протяжении последних 10 лет был ниже, чем в Российской Федерации (Рис. 3 и 4). В то же время, прослеживается связь заболеваемости острыми кишечными инфекциями и ВГА с показателями эпидемической безопасности питьевой воды (1=0,76 при 1=2,5). Ежегодно регистрируется вспышечная заболеваемость, обусловленная действием водного фактора.

Рис. 3. Динамика заболеваемости Рис. 4. Динамика заболеваемости

населения Белгородской области и РФ гепатитом А по Белгородской области за бактериальной дизентерией за период период 1994 - 2003 годы

1994-2003 годы

Проведенное ранжирование свидетельствует, что к территориям с превышением среднеобластных показателей первичной заболеваемости, в том числе заболеваемости, этиологически обусловленной действием водного фактора относятся гг. Белгород, Губкин, Старый Оскол. Это в определенной

мере подтверждает обоснованность выбора в качестве приоритетных территорий указанных городов.

Дальнейший анализ влияния качества питьевой воды на состояние здоровья населения был проведен с учетом особенностей потребляемой воды, уровней первичной заболеваемости и темпов ее прироста, на основании ранжирования территорий по уровню заболеваемости и интенсивности воздействия фактора.

Для изучения были взяты два основных показателя качества питьевой воды (жесткость и железо), несоответствие которых гигиеническим нормативам может способствовать развитию таких этиологически зависимых заболеваний, как болезни системы кровообращения (БСК) и мочеполовой системы (БМПС).

К числу экспонируемых территорий были отнесены гг. Белгород, Губкин и Старый Оскол. В качестве контрольной территории была взята Белгородская область в целом. Расчет исходной информации проводился с помощью таблицы четырех полей (Б.И. Марченко, 1997; А.П. Щербо, 2002).

В ходе сравнительного анализа (Табл. 3) было выявлено, что частота заболеваемости БСК в исследуемых группах выше, чем в контрольной группе,

Таблица 3

Количественная оценка степени риска в связи с воздействием предполагаемых причинных факторов (жесткость, железо) на заболеваемость населения _

Показатель Исследуемая группа Контрольная группа

г. Белгород г. Ст. Оскол г. Губкин Белгородская область

Болезни системы кровообращения

Частота заболеваний 2,51% 2,2% 2,6% 2,5

Значение критерия ^ 0,1 85,5 1,44

Относительный риск (ОР) 3,9 -1,5 -0,16

Доверительный интервал ОР 0,46-2,12 0,45-1,65 0,65-4,60

Непосредственный риск (НР) -0,01% -0,33% 0,06%

Болезни мочеполовой системы

Частота заболеваний 5,5% 6,7% 3,4% 4,5%

Значение критерия 6,7 106,33 243,50

Относительный риск (ОР) 6,76 -1,93 0,18

Доверительный интервал ОР 0,57-2,61 0,78-2,88 0.47-1,15

Непосредственный риск (НР) 0,95% 2,16% -1,13%

за исключением г.Старый Оскол; БМПС выше, чем контрольной группе, за исключением г. Губкина.

Количественная оценка степени относительного риска в связи с воздействием предполагаемых причинных факторов показала, что заболеваемость населения г. Белгорода БМПС выше в 6,7 раза по сравнению с контрольной территорией. При этом на каждые 100 лиц этой исследуемой группы дополнительно заболевает 1 чел. Воздействие изучаемых факторов в г. Белгороде также может приводить к учащению заболеваемости БМПС минимум на 57%, максимум - в 2,6 раза

Кроме того, в целом по области (Табл. 4) выявлена определенная взаимосвязь между показателями эпидемической безопасности воды (ОКБ, ТКБ) и инфекционными болезнями (г=0, 76, 1=2,5), уровнем жесткости и болезнями системы кровообращения (г=0,83, 1=2,8), болезнями мочеполовой системы (г=0,7,1=2,1).

Таблица 4

Коэффициенты корреляции между показателями качества питьевой _ воды и уровнем заболеваемости населения_

Показатели качества Стат. критерий Коэффициенты корреляции (г) по классам болезней

Инф. болезни Болезни крови Болезни крово-обращ. Болезни пищева рения Болезни кожи Болезни МПС Болезни KMC

Жесткость г - - 0,83 2,8 0,37 0.9 - 0,7 2,1 0,63 2,0

Железо г 1 - 0,59 1,8 - 0,41 1,0 0,65 2,04 - -

Минерализация г 1 - - - 0,54 1,6 - - 0,6 1,9

Нитраты г г - 0,46 1,5 - - - - -

ОКБ, ТКБ г 1 0,76 2,5 - - 0,45 1,1 - 0,4 1Д -

Проведенные исследования с использованием традиционных методов оценки позволили выявить приоритетные факторы формирования санитарно-эпидемиологического неблагополучия питьевого водопользования, установить влияние качества питьевой воды на здоровье населения. В то же время,

исследования такого рода сопровождаются, как правило, обработкой десятков и сотен тысяч анализов, выполненных различными лабораториями, и требуют автоматизации работ и унификации полученных результатов.

В условиях разнообразного и постоянно меняющегося техногенного воздействия на водоисточники возникает настоятельная необходимость выявления степени распространённости изменений качества природных вод с географической привязкой определения источников и очагов загрязнения, создания динамичной модели состояния подземных вод.

В этой связи, следующий этап исследований представлялось обоснованным провести с применением геоинформационных технологий (ГИС - технологий). Предложенная нами региональная модель использования геоинформационных технологий в системе гигиенической оценки качества вод представлена на Рис. 5.

Технологический процесс региональной оценки санитарно-гигиенического состояния подземных вод, с использованием геоинформационных технологий семейства ОеоМесНа, включает экспертизу протоколов исследований проб, формирование банка данных качественного состава вод и его наполнение, обработку данных, компьютерное плановое и объемное картографирование показателей качества, пространственный анализ, классификацию источников питьевых вод.

Модель предусматривает унифицированный подход к сбору и обработке исходных данных, проведению зонирования территорий и водоисточников, распределению территорий по степени опасности, населения по группам риска (с формированием тематических карт), разработку мероприятий по оптимизации водопользования с выходом на управленческие решения.

Данная модель была применена на объектах водоснабжения городов Белгород и Старый Оскол. Использование модели позволило определить фоновые показатели качества природных вод, выявить очаги и локальные участки загрязнения в пределах изучаемых городов, сделать выводы о причинах и масштабах распространения изменений природного состава вод с

нанесением границ очагов на карты городов. В частности, в пределах г. Белгорода выявлено четыре очага и три локальных загрязнения природных вод, в г. Старом Осколе локализован очаг нитратного загрязнения. С использованием полученных данных были разработаны и обоснованы гигиенические рекомендации по оптимизации условий водопользования населения Белгородской области.

8

I»

£3

I

£ х

У

использованием ГИС-тетолмнй

-данные ЦГСЭН данные МУП «Водоканал» -данные Гидрогеологии

-оиеакаеиштариойетуыпи -оценка гидрогеологических условий -выявление тенденций изменения

территорий« водоисточников

-выявление факторов, определяющих динамическое изменение качества вод -эколого-гигиеническое ранжирование

здоровью

-идентификация опасности -оценка зксшниции -характеристика риска -оценка неопределенностей

■* Медацо-ппшциет раижировадов

-распределение территорий по степени опасности

-распределение населения по группам

риск»

-мероприятия воаоохраны -вюышеяяе эффективности водопольэовааня

-санитарный надмр ял транспортировкой питьевой воды

-оптимизация качества питьевой воды

-территориальный ЦГСЭН -те)рриторналын)е управление геологии -адмивистрации территорий

Рис. 5. Региональная модель использования геоинформационных технологий в системе гигиенической оценки качества вод

К числу основных мероприятий следует отнести оздоровление водосборных территорий, обеспечение должного режима землепользования в пределах зон санитарной охраны, совершенствование систем водоподготовки (умягчение, обезжелезивание и др.), повышение санитарной надежности сетей и сооружений водопроводов.

Эффективность от внедрения разработанных предложений можно проследить по показателям снижения числа нестандартных проб питьевой воды на 7 - 12%, улучшению общей санитарной ситуации на 30% территорий Белгородской области.

Внедрение и широкое использование компьютерных технологий позволит в перспективе проводить региональный гигиенический мониторинг и пространственно-временной анализ качества подземных вод, прогнозировать изменение санитарно-эпидемиологической обстановки и показателей здоровья населения на проблемных территориях, моделировать стратегию управления качеством вод.

Практическое применение полученных результатов данной работы может найти свое отражение при создании эколого-гигиенического атласа Белгородской области, при разработке ряда распорядительных и информационных документов и реализации градостроительной концепции развития городских и пригородных территорий.

ВЫВОДЫ

1. Комплексная гигиеническая оценка пространственно-временного сочетания проблемных ситуаций выявила ухудшение качества подземных вод на 20% территорий Белгородской области по показателям мутности (до 5 мг/л), запаха (4 балла), нитратов (до 1,2 ПДК), жесткости (до 24,0 м.моль/л), содержания железа (до 1,32 мг/л) и фтора (0,45 мг/л). Наиболее неблагоприятными оказались районы размещения предприятий горнорудной и химической промышленности (гг.Старый Оскол, Губкин, Белгород).

2. Установлены санитарно-гигиенические особенности формирования водоисточников и питьевой воды в условиях городского прессинга. Оценка систем водоснабжения г. Белгорода позволила ранжировать селитебную территорию по степени неблагополучия питьевого водопользования и установить причинно-следственную зависимость в системе «надежность водоисточника — водоподготовка — транспортировка». Обобщенный комплексный показатель неблагополучия достигает 0,68.

3. Основной вклад в суммарное неблагополучие водопользования районов железорудных разработок (гг.Старый Оскол, Губкин) вносят нарушение гидрогеологического режима, дефицит водных ресурсов, расширение депрессионных зон. Величину комплексного показателя неблагополучия 0,425-0,445 формируют недостаточная обеспеченность водным ресурсом (85%), низкая надежность санитарной охраны и неблагополучие водоисточников (до 30%). Данные интегральной оценки свидетельствуют о высокой величине компоненты физиологической неполноценности (59-82%) и эпидемической опасности (18-27%) воды.

4. Сравнительный анализ показателей качества питьевой воды и уровней заболеваемости населения выявил определенную их взаимосвязь: между показателями эпидемической безопасности (ОКБ; ТКБ; мутность) и инфекционными болезнями (г=0,76; 1=2,5); уровнем жесткости и болезнями системы кровообращения (г=0,83; 1=2,8), болезнями мочеполовой системы (г=0,7; 1=2,1).

5. Фактор влияния микробного загрязнения питьевой воды на заболеваемость населения ОКИ установленной этиологии в наибольшей степени реализуется в районах разработки железорудных месторождений (г. Старый Оскол); факториальное влияние в отдельных районах достигает 7587% (при вероятности суждения 95%). Динамика заболеваемости ОКИ в целом диктует необходимость проведения реабилитационных мероприятий в системах транспортировки питьевой воды.

6. Разработана и апробирована территориальная информационно-аналитическая система на базе геоинформационных технологий семейства GeoMedia для целей оценки качества вод, выявления очагов загрязнения, оценки риска здоровью населения, научного обоснования рекомендаций по оптимизации условий водопользования. Эффективность от внедрения системы заключается в снижении степени неблагополучия питьевого водопользования на 5-7%, главным образом, за счет оптимизации режимов эксплуатации водозаборов, изменения состава и масштабов государственного санитарного контроля качества вод.

7. Благоприятный прогноз наиболее вероятен при реализации комплекса первоочередных и долгосрочных мероприятий по оптимизации условий водопользования, который включает организационные, санитарно-гигиенические и технологические решения. С учетом выявленных приоритетов гигиенически обоснованы учет выраженности проблемных ситуаций на базе информационно-аналитических компьютерных технологий, повышение степени благоустройства территории и эффективности санитарного надзора.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

1. Евдокимов В.И. Ковалева Г.И. Качество питьевой воды и здоровье населения // Актуальные проблемы и основные направления развитая профилактической науки и практики / Материалы научно - практической конференции. - Харьков, 1997. - С. 96 - 98.

2. Евдокимов В.И., Ковалева Г.И. Гигиенические проблемы централизованного питьевого водоснабжения области // Региональные проблемы охраны здоровья населения Центрального Черноземья/ Материалы научно-практической конференции. - Белгород, 2000. - С. 158 - 164.

3. Евдокимов В.И., Ковалева Г.И. Гигиеническая оценка состояния промышленных городов области // Вопросы обеспечения санэпидблагополучия

в Центральных регионах России / Научные труды ФНЦГ им Ф.Ф. Эрисмана -Вып. 6. - Воронеж, 2002. - С. 112 - 115.

4. Евдокимов В.И., Ковалева Г.И., Квачев В.Н. Санитарно-гигиеническая оценка состояния источников питьевых вод в Белгородской области // Гигиеническая наука и практика в решении вопросов обеспечения санэпидблагополучия населения в центральных регионах России / Научные труды ФНЦГ им. Ф.Ф. Эрисмана - Вып. 8. - Липецк, 2003. - С. 90 - 92.

5. Квачев В.Н., Рогачева О.Н., Евдокимов В.И., Ковалева Г.И. Качество питьевых вод городов Белгородской области и первоочередные мероприятия по их улучшению // Освоение месторождений минеральных ресурсов и подземное строительство в сложных гидрогеологических условиях / Материалы 7-го Международного симпозиума. - Белгород, 2003. - С.443 - 452.

6. Квачев В.Н., Рогачева О.Н., Евдокимов В.И., Ковалева Г.И. Об экологическом состоянии источников питьевых вод городов Белгородской области // Там же. - С. 458 - 466.

7. Евдокимов В.И., Ковалева Г.И. Городская среда и здоровье населения // Региональные гигиенические проблемы и стратегия охраны здоровья населения / Научные труды ФНЦГ им Ф.Ф. Эрисмана. - Вып. 10. - Старый Оскол, 2004. -С. 75-79.

8. Ковалева Г.И. О проблемах коррекции дефицита фтора в условиях Белгородской области // Региональные гигиенические проблемы и стратегия охраны здоровья населения / Научные труды ФНЦГ им Ф.Ф. Эрисмана. - Вып. 10. - Старый Оскол, 2004. - С. 272 - 275.

Отпечатано с готового оригинал-макета

Подписано в печать$,0-04 формат 60x90 1/16. Бумага 80 г/м2 Гарнитура «Тайме». Ризография. Усл. печ. л. Тираж <60 Экз. Заказ

Издательство Московского государственного университета леса. 141005, Мытищи-5, Московская обл., 1-я Институтская, 1, МГУЛ. Телефоны: (095) 588-5762, 588-5348,588-5415. Факс: 588-5109. E-mail: izdat@mgul.ac.ru

р-8 620

РНБ Русский фонд

2006-4 5843

Актуальность проблемы. В условиях комплексного использования водных ресурсов Центрального Черноземья обеспечение населения качественной питьевой водой является приоритетной гигиенической задачей (Г.Г. Онищенко, 2000; Ю.В. Новиков и соавт., 2002; Н.П.Мамчик, И.И. Механтьев, 1999).

На территории Белгородской области при использовании для питьевых целей подземных вод острота проблемы обусловлена рядом факторов, как природных, так и антропогенных.

Природные особенности формирования водных систем связаны, главным образом, с наличием богатых залежей железной руды, мела и других полезных ископаемых. Это обуславливает разнообразие качества подземных вод по показателям жесткости (от 0,5 до 24,0 ммоль/л), содержанию железа (до 1,5 - 2,0 мг/л), уровню биогенных (фтор, марганец и др.) микроэлементов (И.Г. Махотина, 2002).

С другой стороны, интенсивное освоение железорудных месторождений открытым способом (Стойленский, Лебединский ГОКи) привело к выраженным нарушениям целостности природного ландшафта. Произошло нарушение гидрогеологического режима территорий, физико-химических процессов в водоносных горизонтах. Определенные изменения претерпела и санитарно-эпидемиологическая ситуация в части снижения безопасности условий водопользования (Г.И. Махотин, 1998; В.И.Пивень, 1999; A.B. Понкратов, 1999).

Добыча железной руды подземным способом (Яковлевский рудник, комбинат КМАруда) имеет ряд своих особенностей, связанных с предварительным водопонижением в районе рудных тел и осушением мест залегания руды системой дренажных выработок (Б.Н. Сучалкин, 2000).

Сложность гидрогеологических условий на территории Белгородской области, территориальные особенности региона, многообразие антропогенного воздействия на водоносные горизонты обусловили необходимость использования геоинформационных технологий и специализированных программных продуктов для анализа качеств вод и разработку на этой основе региональной модели обеспечения гигиенической безопасности водопользования населения.

Использование компьютерных технологий позволяет выявить вероятные источники загрязнения по различным ингредиентам, дать прогнозную оценку развития санитарной ситуации. Разработка мероприятий по оптимизации условий водопользования будет способствовать рациональному расходованию водных ресурсов питьевого качества, повышению барьерной роли водопроводных очистных сооружений, обеспечению нормативного качества питьевой воды и, следовательно, сохранению здоровья населения. Именно это определило актуальность настоящего исследования.

Работа выполнена в Федеральном научном Центре гигиены им Ф.Ф. Эрисмана и центре Госсанэпиднадзора в Белгородской области, в рамках реализации "Комплексной программы развития горнометаллургических предприятий Белгородской области на 1996 - 2005 годы" (раздел "Водоснабжение"), региональной программы по внедрению компьютерных технологий «РОЛЛ-2000» и отраслевой программы МЗ РФ "Системная разработка мероприятий по гигиенической безопасности России на период 2001 - 2005 годы»)

Цель работы - установление причинно-следственных связей между показателями качества питьевой воды на различных территориях и состоянием здоровья населения, научное обоснование региональной модели оптимизации условий питьевого водопользования на базе геоинформационных технологий.

Задачи исследования:

1. Изучить санитарно-топографические и гидрогеологические особенности формирования водных систем Белгородской области при различных способах добычи железной руды;

2. Выполнить оценку реальных условий эксплуатации водозаборов и водопроводов на проблемных территориях: гг. Белгород, Губкин, Старый Оскол;

3. Установить роль водного фактора в формировании инфекционной и неинфекционной заболеваемости, этиологически обусловленной качеством питьевой воды;

4. Определить роль и место геоинформационных технологий в решении задач гигиенического благополучия водоснабжения территорий;

5. Обосновать региональную модель использования геоинформационных технологий для оптимизации условий питьевого водопользования населения Белгородской области.

Научная новизна работы

На основании комплексных данных многолетних гигиенических исследований: установлено влияние территориальных санитарно-топографических, климатогеографических и гидрогеологических особенностей на формирование качества вод подземных источников в условиях интенсивного освоения железорудных месторождений;

- научно обоснованы методические подходы интегрального анализа степени санитарно-эпидемиологического благополучия питьевого водопользования, позволяющие выявить зависимость состояния здоровья населения от конкретных условий питьевого водоснабжения, что позволяет определить риск водного фактора на отдельных территориях; выявлена причинно-следственная зависимость между показателями качества воды водоисточников (жесткость, низкое содержание биогенных элементов и т.д.), питьевой воды (содержание железа, уровень фтора, микробиологические показатели) и показателями здоровья населения;

- дан прогноз развития санитарной ситуации по условиям водопользования населения для отдельных населенных пунктов Белгородской области; научно обоснована необходимость использования геоинформационных технологий при разработке комплекса гигиенических рекомендаций, профилактических и реабилитационных мероприятий по обеспечению гигиенической безопасности питьевого водоснабжения в районах интенсивной добычи железной руды, а также при проведении регионального мониторинга качества вод.

Практическая значимость работы

Полученные результаты комплексных гигиенических исследований использованы на практике путем разработок предложений для долгосрочных и оперативных целевых программ, направленных на оптимизацию водоснабжения и охрану здоровья населения проблемных территорий Белгородской области.

Результаты исследований использованы в следующих документах:

- пособие для врачей "Интегральная оценка степени санитарно-эпидемиологического благополучия питьевого водопользования" (М., 2003 г.);

- методические рекомендации по применению СП 2.1.5.1059-01 «Гигиенические требования к охране подземных вод от загрязнения» (Белгород, 2004);

- гигиенические рекомендации "Прогнозирование условий водопользования и заболеваемости населения железодобывающих территорий" (Белгород, 2000; Старый Оскол, 2001; Губкин, 2003);

- проект №050 ОК6/18С-2000 "Оценка эколого-гигиенического состояния источников питьевых вод населенных пунктов Белгородской области" (Белгород, 2000 - 2005 гг.);

- материалы к государственному докладу "О санитарно-эпидемиологическом благополучии населения Российской Федерации" (1998-2004гг.);

- материалы к докладу "О состоянии окружающей природной среды Белгородской области" (1998 - 2003 гг.);

- комплексная «Программа улучшения качества жизни населения Белгородской области» (утв. законом Белгородской области от 02.04.2003. №74);

- постановления главы администрации от 29.06.98 г. № 363 "Об областной целевой программе водоснабжения сельских населенных пунктов Белгородской области на 1998 - 2001 годы" и от 18.09.01 г. № 592 "О мерах по улучшению питьевого водоснабжения жителей Белгородской области"; программа "Оздоровление экологической обстановки в Белгородской области на 2000 - 2002 годы" (утв. постановлением областной Думы от 04.07.2000.).

Материалы исследований внедрены в практику работы ЦГСЭН в Белгородской области, ЦГСЭН в гг. Белгород, Губкин, Старый Оскол, УЖКХ Белгородской области, предприятий водопроводно-канализационного хозяйства в гг. Белгород, Губкин, Старый Оскол и позволили обеспечить механизм практического совершенствования системы Госсанэпиднадзора и ведения социально-гигиенического мониторинга за состоянием питьевого водоснабжения указанных территорий Белгородской области.

Результаты исследований доложены и обсуждены: на научно-практических конференциях «Актуальные проблемы и основные направления развития профилактической науки» (Харьков, • 1997); «Региональные проблемы охраны здоровья населения Центрального Черноземья» (Белгород, 2002); «Гигиеническая наука и практика в решении вопросов санэпидблагополучия населения в центральных регионах России» (Липецк, 2003); «Региональные гигиенические проблемы и стратегия охраны здоровья населения» (Старый Оскол, 2004). 7 Международном симпозиуме «Освоение месторождений минеральных ресурсов и подземное строительство в сложных гидрогеологических условиях» (Белгород, 2003).

Апробация диссертации проведена на межотдельческой научной конференции Федерального научного Центра гигиены им Ф.Ф. Эрисмана 7 апреля 2005 года.

Положения, выносимые на защиту:

1. Степень гигиенического неблагополучия питьевого водоснабжения Белгородской области определяется условиями формирования водоносных горизонтов, выраженностью антропогенной нагрузки на водоисточники, санитарно-техническим состоянием систем водоснабжения.

2. Питьевая вода является фактором риска возникновения инфекционных и неинфекционных заболеваний, этиологически обусловленных влиянием водного фактора.

3. Пути оптимизации условий питьевого водопользования, обоснованные с использованием геоинформационных технологий.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 печатных работ.

Объем и структура диссертации. Работа изложена на 190 страницах, иллюстрирована 27 таблицами и 30 рисунками, состоит из введения, литературного обзора, 4 глав собственных исследований, заключения, выводов, библиографического указателя, включающего 187 источников, в том числе 20 иностранных, 24 приложений.

1. Комплексная гигиеническая оценка пространственно временного сочетания проблемных ситуаций выявила ухудшение ка чества подземных вод на 20% территорий Белгородской области по по казателям мутности (до 5 мг/л), запаха (4 балла), нитратов (до 1,2 ПДК), жесткости (до 24,0 ммоль/л), содержания железа (до 1,32 мг/л) и фтора (0,45- мг/л). Наиболее неблагоприятными оказались районы размещения предприятий горнорудной и химической промышленности (гг.Старый Оскол, Губкин, Белгород).2. Установлены санитарно-гигиенические особенности формиро вания водоисточников и питьевой воды в условиях городского прес синга. Оценка систем водоснабжения г. Белгорода позволила ран жировать селитебную территорию по степени неблагополучия питьевого водопользования и установить причинно-следственную зависимость в системе «надежность водоисточника — водоподго товка — транспортировка». Обобщенный комплексный показа тель неблагополучия достигает 0,68.3. Основной вклад в суммарное неблагополучие водопользо вания районов железорудных разработок (гг.Старый Оскол, Губкин) вносят нарушение гидрогеологического режима, дефицит водных ре сурсов, расширение депрессионных зон. Величину комплексного показателя неблагополучия 0,425-0,445 формируют недостаточная обес печенность водным ресурсом (85%), низкая надежность санитарной охраны и неблагополучие водоисточников (до 30%). Данные инте гральной оценки свидетельствуют о высокой величине компоненты фи зиологической неполноценности (59-82%) и эпидемической опасности (18-27%) воды.4. Сравнительный анализ показателей качества питьевой во ды и уровней заболеваемости населения выявил определенную их взаимосвязь: между показателями эпидемической безопасности (ОКБ; ТКБ; мутность) и инфекционными болезнями (r=0,76; t=2,5); уровнем жесткости и болезнями системы кровообращения (r=0,83; t=2,8), болез нями мочеполовой системы (r=0,7; t=2,l).5. Фактор влияния микробного загрязнения питьевой воды на заболеваемость населения ОКИ установленной этиологии в наи большей степени реализуется в районах- разработки железорудных месторождений (г. Старый Оскол); факториальное влияние в отдельных районах достигает 75-87% (при вероятности суждения 95%). Динамика заболеваемости ОКИ в целом диктует необходимость проведения реабилитационных мероприятий в системах транспортировки питье вой воды.6. Разработана и апробирована территориальная информаци онно-аналитическая система на базе геоинформационных технологий семейства GeoMedia для целей оценки качества вод, выявления оча гов загрязнения, оценки риска здоровью населения, научного обоснования рекомендаций по оптимизации условий водопользо вания. Эффективность от внедрения системы заключается в сни жении степени неблагополучия питьевого водопользования на 5-7%, главным образом, за счет оптимизации режимов эксплуатации водо заборов, изменения состава и масштабов государственного сани тарного контроля качества вод.7. Благоприятный прогноз наиболее вероятен при реализации комплекса первоочередных и долгосрочных мероприятий по оптимиза ции условий водопользования, который включает организационные, са нитарно-гигиенические и технологические решения. С учетом вы явленных приоритетов гигиенически обоснованы учет выраженности проблемных ситуаций на базе информационно-аналитических компью терных технологий, повышение степени благоустройства территории и эффективности санитарного надзора.