ОЦІНКА БЕЗПЕКИ ПІДЗЕМНИХ ВОД ЗА ДОПОМОГОЮ БАГАТОМОДЕЛЬНОГО ІНДЕКСУ ЯКОСТІ ВОДИ ТА ПОКАЗНИКІВ РИЗИКУ ДЛЯ ЗДОРОВ’Я
Безсонний Віталій Леонідович
Харківський національний економічний університет імені С. Кузнеця, Харків, Україна
https://orcid.org/0000-0001-8089-7724
Пономаренко Роман Володимирович
Національний університет цивільного захисту України, Черкаси, Україна
https://orcid.org/0000-0002-6300-3108
Пляцук Леонід Дмитрович
Сумський державний університет, Суми, Україна
https://orcid.org/0000-0003-0095-5846
Третьяков Олег Вальтерович
Державний університет «Київський авіаційний інститут», Київ, Україна
https://orcid.org/0000-0001-9868-0486
DOI: 10.52363/2522-1892.2025.1.5
Ключові слова: підземні води, індекс якості води, WQI, HRWM, EWM, ISWM, токсикологічна оцінка, ризик для здоров’я, моніторинг вод, вагові коефіцієнти
Анотація
У статті розглянуто підхід до оцінки якості підземних вод, що базується на багатомодельному аналізі індексу якості води (Water Quality Index, WQI) із застосуванням різних методів зважування показників: експертного (ISWM), ентропійного (EWM) та ризик-орієнтованого (HRWM). Метою дослідження є визначення найбільш чутливого та об’єктивного методу зважування для оцінки підземних вод із урахуванням токсикологічних характеристик забруднювачів і ризику для здоров’я людини.
Методологія ґрунтується на нормалізації гідрохімічних показників, розрахунку WQI для шести свердловин Ізюмського району (Харківська область) та обчисленні ризиків згідно з методикою USEPA. У HRWM використано референтні дози (RfD) і канцерогенні коефіцієнти (CIC) для визначення ваги кожного забруднювача у загальній оцінці.
Результати дослідження показали, що HRWM є найбільш чутливим до токсичних компонентів (NO2–, Fe, Mn), виявляє ризик навіть за концентрацій нижчих за гранично допустимі, та краще виділяє пріоритетні джерела загрози. Метод дозволив виявити свердловини з найвищим індексом ризику, які потребують першочергового контролю.
До обмежень дослідження слід віднести обмежену кількість проаналізованих свердловин, а також використання лише доступних параметрів із токсикологічною класифікацією, що може зменшити повноту оцінки для деяких регіонів.
Практична цінність полягає у можливості адаптації HRWM для реального екологічного моніторингу підземних вод у регіонах з обмеженими ресурсами. Метод може бути інтегрований у системи управління якістю питного водопостачання та природоохоронного планування.
Наукова новизна роботи полягає в поєднанні трьох моделей зважування в єдиному дослідженні, а також у кількісному порівнянні їх ефективності з точки зору виявлення екологічно та медично значущих ризиків. Запропоновано підхід, що дозволяє краще інтегрувати медико-біологічні критерії у класичні моделі оцінювання якості води.
Посилання
1. Development of river water quality indices – a review / A. D. Sutadian, N. Muttil, A. G. Yilmaz, B. J. C. Perera. Environmental Monitoring and Assessment. 2016. Vol. 188. Art. 5050. DOI: 10.1007/s10661-015-5050-0.
2. Zhang Q., Xu P., Qian H. Groundwater quality assessment using improved water quality index (WQI) and human health risk (HHR) evaluation in a semi-arid region of Northwest China. Exposure and Health. 2020. Vol. 12. P. 191–216. DOI: 10.1007/s12403-020-00345-w.
3. Pesce S. F., Wunderlin D. A. Use of water quality indices to verify the impact of Córdoba City (Argentina) on Suquía River. Water Research. 2000. Vol. 34. P. 2915–2926. DOI: 10.1016/S0043-1354(00)00036-1.
4. Application of water quality indices for evaluating water quality and anthropogenic impact assessment / S. Tavakoly Sany et al. International Journal of Environmental Science and Technology. 2018. Vol. 16. P. 1894–1906. DOI: 10.1007/s13762-018-1894-5.
5. Feng Y., Yi F., Li C. Improved entropy weighting model in water quality evaluation. Water Resources Management. 2019. Vol. 33. P. 4673–4689. DOI: 10.1007/s11269-019-02227-6.
6. Assessment of water quality using entropy-weighted quality index, statistical methods and electrical resistivity tomography, Moti village, northern Pakistan / U. B. Nisar et al. Journal of Contaminant Hydrology. 2024. Vol. 264. Art. 104368. DOI: 10.1016/j.jconhyd.2024.104368.
7. Fanghui Y., Chen L., Yan F. The health risk weighting model in groundwater quality evaluation. Human and Ecological Risk Assessment: An International Journal. 2018. Vol. 24(5). P. 1201–1215. DOI: 10.1080/10807039.2018.1488581.
8. Adimalla N., Wu J. Groundwater quality and associated health risks in a semi-arid region of south India: Implication to sustainable groundwater management. Human and Ecological Risk Assessment: An International Journal. 2019. Vol. 25(1–2). P. 191–216. DOI: 10.1080/10807039.2018.1546550.
9. Evaluation of shallow groundwater quality at regional scales using adaptive water quality indices / P. Bretcan et al. International Journal of Environmental Research and Public Health. 2022. Vol. 19. Art. 10637. DOI: 10.3390/ijerph191710637.
10. Nguyen T., Huynh N. Characterization of groundwater quality and human health risk assessment. Civil Engineering Journal. 2023. Vol. 9(3). P. 618–628. DOI: 10.28991/CEJ-2023-09-03-09.
11. Integrated approach for the investigation of groundwater quality through hydrochemistry and water quality index (WQI) / G. Krishan et al. Urban Climate. 2023. Vol. 47. Art. 101383. DOI: 10.1016/j.uclim.2022.101383.
12. Estimation of the groundwater quality index and investigation of the affecting factors their changes in Shiraz drinking groundwater, Iran / A. Badeenezhad et al. Groundwater for Sustainable Development. 2020. Vol. 11. Art. 100435. DOI: 10.1016/j.gsd.2020.100435.
13. Застосування принципу максимальної інформативності при мінімальній надмірності інформації для вибору оптимального числа параметрів якості води / В. Л. Безсонний, О. В. Третьяков, Л. Д. Пляцук, Р. В. Пономаренко. Техногенно-екологічна безпека. 2024. Т. 15, № 1. С. 46–53. DOI: 10.52363/2522-1892.2024.1.4.
14. Оцінка техногенно-екологічної безпеки водотоку за показниками ризику в умовах воєнної небезпеки / В. Л. Безсонний, Л. Д. Пляцук, Р. В. Пономаренко, О. В. Третьяков. Техногенно-екологічна безпека. 2022. № 2(12). С. 72–79. DOI: 10.52363/2522-1892.2022.2.9.
15. Безсонний В. Л. Вибір індикативного показника екологічного стану поверхневого джерела водопостачання. Комунальне господарство міст. 2022. № 3(170). С. 26–34. DOI: 10.33042/2522-1809-2022-3-170-26-34.
16. Безсонний В. Л., Пляцук Л. Д., Третьяков О. В. Засоби математичного прогнозування оцінки екологічного стану поверхневих водних об’єктів. Екологічні науки. 2022. № 5(44). С. 64–68. DOI: 10.32846/2306-9716/2022.eco.5-44.9.
17. Визначення екологічного стану Кременчуцького водосховища на основі інформаційної ентропії / В. Л. Безсонний, Л. Д. Пляцук, Р. В. Пономаренко, О. В. Третьяков. Техногенно-екологічна безпека. 2023. № 1(13). С. 20–26. DOI: 10.52363/2522-1892.2023.1.3.
18. Risk assessment guidance for superfund (RAGS), Volume I: Human health evaluation manual (Part A). United States Environmental Protection Agency (USEPA), 2021. URL: https://www.epa.gov/risk/risk-assessment-guidance-superfund-rags-part (дата звернення 12.03.2025).
19. Drinking water quality and human health risk in Charsadda district, Pakistan / S. Khan et al. Journal of Cleaner Production. 2013. Vol. 60. P. 93–101. DOI: 10.1016/j.jclepro.2012.02.016.
20. Weber G., Kubiniok J. Spring waters as an indicator of nitrate and pesticide pollution of rural watercourses from nonpoint sources: results of repeated monitoring campaigns since the early 2000s in the low mountain landscape of Saarland, Germany. Environmental Sciences Europe. 2022. Vol. 34. Art. 53. DOI: 10.1186/s12302-022-00632-0.
21. Artificial neural network modeling of the river water quality – a case study / K. P. Singh, A. Basant, A. Malik, G. Jain. Ecological Modelling. 2009. Vol. 220. P. 888–895. DOI: 10.1016/j.ecolmodel.2009.01.004.