Подходы к определению территорий неблагополучия по показателям, характеризующим состояние питьевого водоснабжения

Введение. Основными целями Международного десятилетия действий «Вода для устойчивого развития»¹ являются комплексное управление водными ресурсами для решения социальных, экономических и экологических задач, достижения согласованных на международном уровне целей и задач, включая цели и задачи устойчивого развития на период до 2030 года².

Среди причин низкого качества питьевой воды в большинстве населенных пунктов России следует выделить неудовлетворительное санитарное состояние поверхностных и подземных источников водоснабжения, антропогенное загрязнение воды токсическими неорганическими и органическими веществами, инфекционными и паразитарными агентами, факторы природного характера [1–4]. В процессе водоподготовки в питьевой воде могут образоваться химические соединения, включая канцерогены, отсутствовавшие в воде водоисточника [1][5–9]. В частности, при хлорировании воды образуются галогеносодержащие соединения (например, хлороформ), обладающие неблагоприятными биологическими эффектами и вызывающие гепато-, ренотоксические реакции, нарушение функции системы кровообращения, нервной системы и, вероятно, злокачественные новообразования [1][10–12].

При разработке мероприятий по повышению качества питьевой воды важно определить территории неблагополучия, характеризующиеся высокой долей несоответствующих гигиеническим нормативам проб питьевой воды («неудовлетворительных проб»), что является предпосылкой к увеличению риска здоровья населения [13][14]. Разработаны методические подходы, позволяющие охарактеризовать качество питьевой воды и ранжировать территории по показателям микробного³, канцерогенного и неканцерогенного рисков⁴, радиационной безопасности⁵. Кроме того, возможно проведение интегральной оценки питьевой воды централизованных систем водоснабжения по показателям химической безвредности⁶, которая позволяет не только получить характеристику отдельных компонентов риска здоровью, но и определить их вклад в суммарный риск здоровью населения [1][15][16]. Также возможно деление территорий в зависимости от типов водопользования [17], регионы могут классифицироваться по степени санитарно-эпидемиологической надежности систем централизованного питьевого водоснабжения [18], разработаны способы ранжирования территорий в зависимости от степени риска в эпидемиологии инфекционных и неинфекционных болезней [19–21]. Всемирная организация здравоохранения [22] и ряд других международных организаций⁷ в качестве способа ранжирования стран и регионов предлагают использование DALY score, то есть показателя, характеризующего количество лет жизни, скорректированных на инвалидность (состояние, отличное от удовлетворительного состояния здоровья). Несмотря на то, что данный подход ориентирован на реальные результаты, а не на потенциальные риски, что могло бы способствовать рациональной расстановке приоритетов в сфере обеспечения санитарно-эпидемиологического благополучия, «применение метода DALY к химическим веществам на практике ограничивается проблемами в информации»⁸.

Таким образом, универсальных подходов к ранжированию территорий по всему комплексу показателей, характеризующих состояние питьевого водоснабжения, в настоящее время не существует, что вынуждает исследователей разрабатывать собственные критерии оценки. Как следствие, возникает необходимость проверки правильности классификации территорий и их отнесения к категории «территория неблагополучия». Одним из таких способов проверки является дискриминантный анализ, который позволяет выявить различия между двумя и более группами объектов сразу по нескольким переменным, что дает возможность выполнить классификацию объектов по принципу «максимального сходства»⁹. Дискриминантный анализ широко применяется в эпидемиологических и гигиенических исследованиях [22][23], позволяя разрабатывать эффективные мероприятия по управлению риском здоровью среди групп населения, проживающих на территориях неблагополучия.

Цель настоящего исследования заключалась в разработке подходов к ранжированию субъектов Российской Федерации по показателям, характеризующим состояние питьевого водоснабжения, и определению территорий неблагополучия.

Материалы и методы. В исследование было включено 11 субъектов Северо-Западного Федерального округа (СЗФО), а также 4 субъекта федерации, полностью или частично входящих в Арктическую зону Российской Федерации (АЗРФ), анализировались показатели качества питьевой воды и характеристики систем водоснабжения из формы федерального статистического наблюдения № 18 «Сведения о санитарном состоянии субъекта» за 2021 год.

Выполнен дискриминантный анализ (с принудительным включением независимых переменных), в котором использованы методы максимального правдоподобия:

1. расчет априорных вероятностей принадлежности к классу, когда нет никакой дополнительной информации об объектах;
2. расчет условных вероятностей принадлежности к классу, каждая из которых равна вероятности получить соответствующее значение дискриминантной функции при условии, что объект принадлежит классу [24][25].

Создана прогностическая модель для выявления принадлежности к определенной группе. Данная модель строит дискриминантную функцию в виде линейной комбинации предикторных (предсказывающих) переменных, которая обеспечивает наилучшее разделение групп. Дискриминантная функция строится по набору наблюдений, для которых их принадлежность к группам известна, при этом в дальнейшем данная функция может применяться к новым наблюдениям с известными значениями предикторных переменных, но неизвестной групповой принадлежностью⁹. Дополнительно проведен корреляционный анализ (корреляция Спирмена) между суммарным баллом, характеризующим состояние питьевого водоснабжения, и долей населения, обеспеченного качественной питьевой водой из централизованных систем водоснабжения. Статистическая обработка результатов, корреляционный и дискриминантный анализ проводились с использованием программного продукта IBM SPSS Statistics v.22. Пространственное отображение результатов дискриминантного анализа выполнено с помощью программного продукта ESRI ArcGIS Desktop 10.5.

Результаты. Была проведена классификация субъектов федерации по состоянию питьевого водоснабжения с использованием 31 показателя из формы федерального статистического наблюдения № 18: удельный вес проб воды, несоответствующих санитарно-эпидемиологическим требованиям по микробиологическим, химическим, паразитологическим показателям; удельный вес населения, обеспеченного централизованным водоснабжением, качественной питьевой водой. Показатели, выбранные для дикриминантного анализа, были объединены в 4 группы: источники централизованного питьевого водоснабжения, водопроводы, распределительная сеть, обеспечение населения питьевой водой (рис. 1). Учитывались группа источника водоснабжения (поверхностный, подземный) и тип населенного пункта (городской и сельский).

Первичная (априорная) классификация проводилась путем присвоения каждому анализируемому показателю в каждом из субъектов определенного балла. Одному баллу соответствовала величина показателя, меньшая или равная среднему значению показателя в Российской Федерации в целом, двум баллам – величина, превышающая средний российский показатель. Дополнительно анализировались доля населения, обеспеченного централизованным водоснабжением, и доля населения, обеспеченного качественной питьевой водой; 1 балл присваивался регионам, где не менее 87,35 % населения обеспечено качественной питьевой водой и не менее 94,6 % населения обеспечено централизованным водоснабжением (средние российские показатели на 2021 год¹⁰). В дальнейшем баллы суммировались, субъекты федерации с суммарным баллом 31–40 были отнесены к группе «удовлетворительное состояние питьевого водоснабжения» (территории благополучия), 41 балл и выше – «неудовлетворительное состояние питьевого водоснабжения» (территории неблагополучия). Выполненное априорное ранжирование субъектов федерации показало, что 7 регионов России можно отнести к территориям неблагополучия (таблица).

Установлено, что между долей населения, обеспеченного качественной питьевой водой из систем централизованного водоснабжения, и суммарным баллом, характеризующим состояние питьевого водоснабжения, существует статистически значимая сильная обратная корреляция (ро Спирмена –0,704, p = 0,003).

Проведенный дискриминантный анализ показал, что 93,3 % исходных сгруппированных наблюдений классифицировано правильно, к неправильно классифицированным территориям была отнесена лишь Ленинградская область. Пространственное распределение субъектов федерации исходя из результатов дискриминантного анализа приведено на рис. 2.

Существенный вклад в отнесение субъектов федерации к территориям неблагополучия внесли показатели качества питьевой воды в сельской местности. Главным образом, регистрировался высокий удельный вес неудовлетворительных проб по санитарно-химическим показателям. Самые высокие значения этих показателей среди проанализированных субъектов федерации отмечались в Республике Саха (Якутия): 67,9 % в водопроводах, 89,13 % в поверхностных водоисточниках. Вклад микробиологических показателей при отнесении регионов к территориям неблагополучия был меньше, за исключением Республики Саха (Якутия), где наблюдался также и самый высокий удельный вес неудовлетворительных проб по микробиологическим показателям в сельских водопроводах (37,0 %). Кроме того, было установлено, что в рамках данного исследования Республика Саха (Якутия) является единственным субъектом федерации, отнесенным к группе «неудовлетворительное состояние», в котором в 2021 году не проводились мероприятия по повышению качества питьевой воды. Вместе с тем, помимо Республики Саха (Якутия) по показателю «доля населения, обеспеченного качественной питьевой водой из систем централизованного водоснабжения» можно выделить еще два региона – Вологодская область и Ненецкий автономный округ, характеризующихся наиболее низкой среди анализируемых субъектов долей населения, обеспеченного качественной питьевой водой из централизованных систем водоснабжения (59,39 %, 55,38 % и 56,3 % соответственно при среднем российском уровне 87,35 % в 2021 году)¹¹ .

Обсуждение. По результатам дискриминантного анализа установлено, что по показателям качества питьевой воды и характеристикам систем водоснабжения 6 субъектов Российской Федерации отнесены к группе «неудовлетворительное состояние питьевого водоснабжения» (Новгородская область, Республика Карелия, Архангельская область, Ненецкий автономный округ, Республика Саха (Якутия), Чукотский автономный округ), 9 субъектов федерации – к группе «удовлетворительное состояние питьевого водоснабжения» (Санкт-Петербург, Ленинградская, Псковская, Мурманская, Вологодская и Калининградская области, Республика Коми, Ямало-Ненецкий автономный округ, Красноярский край). Следует отметить, что ошибочность отнесения по результатам априорной оценки Ленинградской области к территории неблагополучия косвенно подтверждается высокой долей обеспеченного качественной питьевой водой населения региона (83,43 % населения), что незначительно отличается от аналогичного показателя в Российской Федерации (87,35 %).

Использованные в рамках данного исследования показатели качества питьевой воды и характеристики систем водоснабжения, содержащиеся в форме федерального статистического наблюдения № 18, в достаточной степени характеризуют состояние питьевого водоснабжения на региональном уровне ввиду их универсальности для всех территорий. Справедливость такого подхода также подтверждается статистически значимой сильной обратной корреляцией между долей населения, обеспеченного качественной питьевой водой из систем централизованного водоснабжения, и рассчитанным суммарным баллом, характеризующим состояние питьевого водоснабжения.

В то же время использованный авторами выбор показателей для дискриминантного анализа не является исчерпывающим, и в дальнейшем он может быть изменен и/или дополнен, в том числе с учетом региональных особенностей. Например, величина удельного веса неудовлетворительных проб не дает ответа на вопрос, какие именно показатели его формируют, в рамках анализа могут быть выделены отдельные химические вещества. Также следует учитывать, что при ранжировании территорий по степени неблагополучия потребуется уточнение степени негативного влияния на здоровье населения каждого из показателей (например, по величине канцерогенного и неканцерогенного рисков). Кроме того, включение в дискриминантный анализ дополнительных показателей может негативно сказаться на логической значимости его результатов: в ряде регионов определенные показатели качества питьевой воды в силу ряда причин могут не оцениваться (и формально они равны нулю), но их отсутствие не исключено. Одним из решений данной проблемы может стать замена пропущенного значения средней величиной, вычисленной исходя из фактических значений по другим территориям; такой алгоритм предусмотрен в ряде специализированных программных продуктов по статистической обработке данных.

Выводы

1. По результатам дискриминантного анализа установлено, что по показателям качества питьевой воды и характеристикам систем водоснабжения 6 субъектов Российской Федерации отнесены к группе «неудовлетворительное состояние питьевого водоснабжения» (Новгородская область, Республика Карелия, Архангельская область, Ненецкий автономный округ, Республика Саха (Якутия), Чукотский автономный округ), 9 субъектов федерации – к группе «удовлетворительное состояние питьевого водоснабжения» (Санкт-Петербург, Ленинградская, Псковская, Мурманская, Вологодская и Калининградская области, Республика Коми, Ямало-Ненецкий автономный округ, Красноярский край). Существенный вклад в отнесение субъекта федерации к территории неблагополучия внесли санитарно-химические показатели качества питьевой воды в сельской местности.
2. Проведенное исследование показало корректность выбора показателей, характеризующих состояние питьевого водоснабжения, для отнесения региона к территории благополучия (группа «удовлетворительное состояние») или неблагополучия (группа «неудовлетворительное состояние»), что было подтверждено результатами дискриминантного анализа: 93,3 % исходных сгруппированных наблюдений классифицировано правильно, к неправильно классифицированным территориям была отнесена лишь Ленинградская область.
3. Ранжирование территорий по показателям, характеризующим состояние питьевого водоснабжения, позволит разработать управленческие решения по повышению качества питьевой воды и определить приоритетные регионы, нуждающиеся в первоочередных мерах по совершенствованию технологий водоподготовки, реконструкции распределительных сетей и охране водоисточников, что будет способствовать повышению эффективности санитарно-противоэпидемических мероприятий в субъектах Российской Федерации, направленных на сохранение здоровья населения.