综合水质指数作为评估径流式小水电环境影响的创新工具：以波兰博布尔河为例

《Water Resources and Industry》：Integrated water quality indices as tools for evaluating small hydropower impacts

本研究针对径流式小水电（RoR HPs）对河流水质影响评估方法不足的问题，研究人员系统评估了五种水质指数（WQIs），包括CCME WQI、OWQI、OIP、DWQI和UWQI，在波兰博布尔河六个水电站的应用效果。结果表明，水电站运行对水质指数变异性影响微小（上下游差异通常≤5%），径流式水电站对河流水质影响远小于水库型水电站。该研究强调了不同分类系统间的差异，为在欧洲框架内标准化水电可持续性评估提供了重要依据。

　　

在全球能源转型和气候变化的背景下，水电作为重要的可再生能源，其环境可持续性日益受到关注。然而，水电开发，特别是小水电，对河流生态系统的影响，尤其是对水质的影响，尚未得到充分理解和标准化评估。传统的水质监测方法虽然能够识别特定污染物，但难以提供水质的整体、综合性评价。水质指数（Water Quality Indices, WQIs）作为一种将复杂水质参数综合为单一数值的工具，在水资源管理中显示出巨大潜力，但其在评估水电设施环境影响方面的应用仍十分有限，尤其缺乏针对径流式水电站（Run-of-River Hydropower Plants, RoR HPs）的系统研究。波兰博布尔河流域拥有丰富的小水电资源，但该地区水电相关的环境影响研究相对缺乏，这使得在该流域开展相关研究具有重要的科学价值和现实意义。

为填补这一研究空白，由Pawe? Tomczyk领导的波兰弗罗茨瓦夫环境与生命科学大学研究团队，在《Water Resources and Industry》期刊上发表了一项开创性研究。该研究首次系统地将五种国际通用的水质指数——加拿大环境部长理事会水质指数（CCME WQI）、俄勒冈水质指数（OWQI）、综合污染指数（OIP）、Dinius水质指数（DWQI）和通用水质指数（UWQI）——应用于评估六个径流式小水电站对博布尔河水质的影响，并比较了波兰（新旧两种）和葡萄牙三种国家水质分类系统的差异，旨在为水电可持续性评估提供标准化方法。

研究人员为开展此项研究，主要应用了以下关键技术方法：在博布尔河上下游及参考点进行了为期两年的月度水样采集与25项理化及微生物参数分析；基于CCME WQI等五种指数模型的水质综合评价算法；运用三种国家（波兰新/旧标准、葡萄牙标准）水质分类系统的对比分析框架；以及针对径流式与水库式水电站环境影响的差异化统计比较方法。

3.1. 基本统计数据——原始水质数据

对25项水质参数的统计分析显示，水电站上下游（D/U）多数参数的差异在5%的常规测量误差范围内。少数参数如大肠杆菌（Escherichia coli）和氨氮（NH₃-N）在下游出现较高值，但整体上水电站运行对原始水质参数的影响有限。数据集的总体变异性在不同点位组间相似，表明其他因素（如土地利用）对水质的影响可能大于水电站运行本身。

3.2. 水电站范围内CCME WQI值的变异性

CCME WQI值在37.86至57.48之间，主要对应于Ⅲ类（中等）水质。水电站上下游的指数值变化大多不超过5%，未引起水质等级的改变。但在不同国家分类系统下，水质等级判定存在显著差异，例如葡萄牙分类系统下多数点位水质被判定为“差”。对指数计算中三个关键组分（F₁-范围、F₂-频率、F₃-幅度）的分析表明，总磷（TP）和总氮（TN）是导致水质标准超标的主要参数，但水电站的运行并未显著改变这些参数的超标模式。

3.3. CCME WQI值与OWQI、OIP、DWQI和UWQI的比较

五种水质指数的综合评价表明，大多数结果指向中等水质。不同指数间结果差异较大，这源于各自不同的计算原理、参数选择和设计目的。与水库型水电站的对比分析明确显示，径流式水电站对水质指数的影响远小于水库型水电站（例如，OIP变化：径流式-1.59% vs. 水库型-18.81%）。研究还发现，像OWQI这类指数容易因单一参数（如磷）的低子指数值而导致整体评价失真，提示在实际应用中需谨慎选择并解读指数结果。

该研究得出结论，径流式小水电站对博布尔河水质的影响较小，其引起的变化大多在自然变异范围之内。这一结论通过多种水质指数和分类系统的综合比较得到了验证，增强了结果的可靠性。然而，研究也揭示了一个关键问题：不同水质指数之间以及不同国家的水质分类系统之间存在显著不一致性。这种不一致可能源于各指数方法的固有假设、所选参数的差异以及对本地水文地理条件适应性的不同。例如，为美国俄勒冈州设计的OWQI其阈值可能不完全适用于中欧的博布尔河，而葡萄牙的分类标准因其不同的气候和水文特征，在直接应用于波兰河流时也产生了明显偏差。

这项研究的重要意义在于，它首次系统地将多指数、多分类系统的评估框架应用于径流式小水电的环境影响研究，为理解和量化这类可再生能源设施的生态效应提供了更全面、更客观的工具。研究结果强调，未来在水电项目的环境影响评估和可持续性认证中，需要推动评估方法的标准化和本地化，特别是要开发或选择那些能够充分反映特定区域水文、气候和生态特征的水质评价指标。这对于在欧盟水框架指令（Water Framework Directive）下协调各国水电可持续发展策略、实现联合国可持续发展目标具有积极的推动作用。研究的发现告诫政策制定者和水资源管理者，不应依赖单一指数进行决策，而应采用综合性的评估体系，并充分考虑当地实际情况，以确保水电能源的发展真正实现与环境保护的共赢。