城市河流水污染的经济成本：来自墨西哥中部阿托亚克河的案例启示

《Physics and Chemistry of the Earth, Parts A/B/C》：Economic cost of urban river water pollution: Insights from the Atoyac River case, Central Mexico.

　　摘要• 部门GDP与废水排放密切相关，将经济活动与水体污染水平联系起来。• COVID-19期间的限制措施表明，经济活动的减少带来了水质可测量的改善。• 避免污染物排放的估计成本（每吨270万美元）远远超过建设和维护废水处理厂的相对成本。• 提出的方法量化了经济-环境之间的权衡关系。引言水质受到自然和人为因素的负面影响。未经处理的国内、工业和农业废水排放是河流等水体的主要污染源（Akhtar等人，2021年；Anh等人，2023年）。河流在生态平衡中发挥着至关重要的作用，即使在没有人干预的情况下，它们也能承受一定程度的污染。河流是自调节系统，涉及物理、化学和生物过程（Hernandez-Ramirez等人，2019年）。然而，随着人为活动的增加，对自然资源的压力也在增大（Anh等人，2023年）。水污染严重破坏了环境和人类健康，影响了生物多样性，并因降低生产力而阻碍了社会经济发展。这一影响导致许多国家的国内生产总值（GDP）损失高达5%（du Plessis，2022年）。因此，应该鼓励一种将可持续性纳入商品生产和资源高效管理中的经济和社会发展模式。在墨西哥，水污染是一个关键问题，60%的河流系统严重受污染（Mora等人，2021年）。一个突出的例子是位于普埃布拉和特拉科特兰之间的阿托亚克河，它流经该国第四大都会区，并拥有一个拥有近14,000家企业的主要工业走廊（Pérez Castresana等人，2018年）。这些企业分布在14个工业区，包括汽车、纺织、金属加工、冶金、制药和食品等部门（Covarrubias Lopez等人，2021年；Hernandez-Ramirez等人，2019年）（图1）。这些行业排放多种污染物，包括有机化合物、金属、纺织染料、粪大肠杆菌以及有毒和致癌物质（Estrada-Rivera, Díaz Fonseca等人，2022年；Montero等人，2006年；Mora等人，2021年），严重影响了该地区的社会经济和环保状况。因此，为应对这些影响，通过实时监测系统记录了水的物理和化学特征，作为"阿托亚克河水质保护、保持和改进监测网络"项目的一部分（Hernandez-Ramirez等人，2019年）。从2012年到2020年，在三个战略站点进行了监测：Quetzalcoatl（QZ）、Barranca del Conde（BC）和Ecoparque（EP）。该监测框架使人们能够分析流域尺度的水文变异性与污染物运输、转化和命运之间的动态关系，反映了控制其共同发生和沿工业化受影响河流系统空间分布的水文和生物地球化学过程。2019冠状病毒病（COVID-19）大流行严重冲击了全球经济和公共卫生（Hunt等人，2023年）。170多个国家采取了措施以减缓疾病传播带来的影响（Devereux等人，2023年；A. Liu等人，2023年；M. Yang等人，2022年）。这些措施包括社交距离、隔离、在线教育、关闭省际和国际边境和工业企业，以及减少经济活动。大流行提供了一个真实场景，用于分析污染物排放突然减少的环境和经济动态（Alava & Singh，2022年；Devereux等人，2023年；Kutralam-Muniasamy等人，2022年；Mohinuddin等人，2023年；Yao等人，2021年）。在不同地区观察到了环境的明显改善，如空气和水质。例如，爱尔兰水质改善了17%（Uddin等人，2023年）；在中国，河流水质指数提高了67.4%（D. Liu等人，2022年）；在印度的一条河流中，在封锁期间溶解氧增加了49.69%，浊度下降了72.85%（Chakraborty等人，2021年）。然而，此前尚无研究评估环境对减少人为压力的反应，同时估算所避免的污染排放的经济价值。然后，本研究通过以下目标填补了这一空白：描述阿托亚克河从2012年到2020年物理化学参数和污染物质量负荷的长期时间动态；量化COVID-19大流行期间经济收缩（2018-2020）相关的污染物负荷减少量；利用从部门GDP和废水排放数据中得出的污染生成系数（K和Z）估算水污染的经济成本；并将这些成本与建设能够实现等效减少的废水处理厂所需投资进行比较。本研究的创新性在于其整合的环境-经济框架，提供了在工业化流域中为河流污染分配经济价值的可复制方法，并支持基于证据的环境政策。分节摘要研究区域上阿托亚克流域（北纬19°42'10.82"至18°51'42.27"，西经97°57'34.07"至98°17'43.23"）面积约4,000平方公里，周长364.74公里。最高海拔为伊察奇瓦特尔火山，海拔5,200米；最低海拔为曼努埃尔·阿维拉·卡马乔水库，海拔2,016米。有11个土壤群，特别是灰化土、Cambisols和Luvisols，共同覆盖46.41%的表面。研究区域的特点是……监测站：数据处理和统计分析（2012–2020）图2显示了阿托亚克河水体的pH值、电导率、溶解氧、浊度和流量的物理性质随时间的变化（图3）。蓝色和红色轴分别代表浓度和污染物负荷。图2和图3代表从三个监测站获得的平均值。2012年至2020年每个监测站的物理和化学特征见表1，每种物质的质量负荷……结论阿托亚克河的长期监测（2012–2020年）揭示了这个工业化流域的持续性污染，被水质指数（OIP）归类为严重污染。COVID-19大流行起到了一次自然实验的作用，工业活动的减少导致水质出现了可量化的改善，证明了经济活动与污染动态之间的直接联系。经济收缩（-普埃布拉州GDP的9.6%）避免了195.2吨总固体、975.2吨化学需氧量（COD）以及……的排放。CRediT作者贡献声明佩德罗·弗朗西斯科·罗德里格斯-埃斯皮诺萨：撰写-审阅与编辑，撰写-原始草稿，监督，资源，项目管理，方法论，调查，资金获取，形式分析，数据整理，概念化。雅各布·塔布拉-埃尔南德斯：撰写-审阅与编辑，撰写-原始草稿，监督，项目管理，方法论，调查，资金获取，形式分析，数据整理，概念化。阿德里安娜·纳胡姆·古铁雷斯-洛佩斯：撰写-……未引用参考Estrada-Rivera等人，2022年。利益冲突声明? 作者声明他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系，这可能影响本论文中报告的工作。致谢特别感谢国家理工学院（IPN）、普埃布拉州人民大学（UPAEP）和SECIHTI。PFRE感谢国家理工学院（IPN）的研究生与科研秘书处对本研究论文发表的财政支持以及项目编号：SIP20242228和SIP20250654。JTH感谢项目编号SIP20242849和SIP20241915的财政支持。PFRE、EMT、JTH、AMV和ANGL感谢国家研究者系统（SNII）。EMT……作者：佩德罗·弗朗西斯科·罗德里格斯-埃斯皮诺萨 | 雅各布·塔布拉-埃尔南德斯 | 阿德里安娜·纳胡姆·古铁雷斯-洛佩斯 | 阿尔丰索·门多萨-维拉韦克 | 埃斯特凡尼亚·马丁内斯-塔韦拉 | 阿基莱奥·加布里埃尔·埃尔南德斯-拉米雷斯 | 埃萨乌·洛佩斯-马丁内斯