Budowa Zbiornika Trzech Przełomów jest największą i najdroższą inwestycją w elektrownię wodną na świecie. Jak zawsze w przypadku budowy dużych zapór, zyski i straty są istotne. Zyski nie ograniczają się jedynie do finansowych, gdyż elektrownia dostarcza dziesięć procent energii elektrycznej dla Chin, co pozwala na znaczne zmniejszenie emisji gazów ze spalania węgla ze wszystkimi tego pozytywnymi skutkami dla środowiska. Oprócz tego, zbiornik pozwolił na: kontrolę zjawisk powodziowych, poprawę żeglowności środkowego odcinka rzeki Yangtze i ujść dopływów, magazynowanie wody i zaopatrzenie w nią w okresach susz, oraz na zwiększenie zatrudnienia w rejonie zbiornika. Z kolei negatywne konsekwencje dotyczą między innymi: bardzo istotnych ograniczeń w biodywersyfikacji w rzece Yangtze, eutrofizacji wód tej rzeki i ujść jej dopływów, przesiedleń ludności na dużą skalę, zniszczenia siedlisk różnorodnych zwierząt, trudności w ochronie delty rzeki Yangtze i innych. W pracy zostały przedstawione wybrane zagadnienia związane z budową i eksploatacją tego zbiornika.
1. Wstęp
Chiny przeżywają niespotykanie szybki rozwój od roku 1979, kiedy rozpoczęła się tam polityka otwartych drzwi, pod którym to terminem pod koniec dziewiętnastego i na początku dwudziestego wieku rozumiano podejście Stanów Zjednoczonych do handlu zgodnie z którym należało utrzymać jednakowe przywileje dla wszystkich krajów mających interesy handlowe w Chinach, a więc dla Wielkiej Brytanii, Niemiec, Francji, Włoch, Japonii oraz Rosji. Takie stanowisko zostało rozesłane w formie pisemnej do rządów tych państw w latach 1899 oraz 1900.
W 1978 roku termin ten zyskał nowe znaczenie w związku z umożliwieniem przez władze Chin inwestycji obcego kapitału na terenie tego kraju, co stanowiło początek niespotykanej gdzie indziej szybkości rozwoju gospodarczego. W kilku ostatnich latach roczny przyrost dochodu narodowego kształtował się na poziomie 9,8%, a przez wiele lat był nawet dwucyfrowy [22]. Od 1979 roku liczba ludności Chin wzrosła o około 30%, przekraczając jeden miliard trzysta tysięcy osób. Skoncentrowanie się na rozwoju wymagało przez lata prowadzenia wydajnej i taniej produkcji przemysłowej i rolniczej, a słowo „taniej” nie oznaczało „z zachowaniem należytego stanu środowiska”. Industralizacja oznaczała wielkie migracje ludności ze środka i zachodu na wschód i południe Chin. Jednocześnie bardzo wzrosło zużycie wody i w wielu regionach pogorszyła się jej jakość. W 30 spośród 32 chińskich miast przekraczających milion mieszkańców występują problemy z dostarczeniem wody pitnej w wymaganej ilości i jakości [22]. Braki wody szczególnie odczuwa się na terenie zlewni nazywanym 3H od trzech wielkich rzek, których nazwy zaczynają się od tej litery (Huang River – Yellow River, Huai River oraz Hai River). Szacuje się, że na tym terenie brakuje 56,5 miliarda m3 wody [22].
Wyczerpywanie zasobów statycznych wody doprowadziło do zanikania stawów i zmniejszania przepływów w ciekach poniżej wartości gwarantowanych. Należy pamiętać, że w Azji żywność oparta jest w dużej części na produkcji ryżu. Tymczasem wyprodukowanie jednego kilograma ryżu wymaga użycia pięciu metrów sześciennych wody, co powoduje, że zapotrzebowanie na wodę dla rolnictwa w Azji jest nieporównywalnie większe niż na innych kontynentach [3, 4].
Drugim powodem braku przydatnej w gospodarce wody jest jej niska jakość. W Chinach wody powierzchniowe klasyfikowane są w pięciu klasach jakości. Monitoring jakości wód prowadzony jest w około 500 stacjach badawczych. Według oficjalnych danych, w 2011 roku ze 103 monitorowanych zbiorników prawie 59% zakwalifikowanych zostało do pierwszych trzech klas, co oznacza stan dobry, co nie byłoby złym wynikiem, gdyby nie to, że trzy największe zbiorniki: Tai, Chao oraz Dianchi są najbardziej zanieczyszczone i nawet nie mieszczą się w piątej klasie. Bazując na tej klasyfikacji, ponad 40% długości rzek jest poważnie zanieczyszczonych, a stawy i jeziora w dużej części są zeutrofizowane [17].
Skala problemów związanych z brakiem wody o odpowiedniej jakości jest w Chinach znacznie poważniejsza niż w Polsce.
Kolejnym problemem są powodzie. Od 1980 roku wprowadza się w Chinach metody prognozowania powodzi, gdyż straty nimi spowodowane są bardzo duże. Niemniej, system prognozowania wymaga rozwoju i uściślenia. Chociaż, tak jak w Polsce w okresie powojennym, w Chinach stosuje się gospodarcze plany pięcioletnie, to w styczniu 2011 roku opublikowano prognozę dziesięcioletnią, zgodnie z którą w tym czasie mają zostać wydane środki stanowiące równowartość 635 miliardów dolarów USA na poprawę gospodarki wodnej. Zapisane w tym dokumencie stwierdzenia świadczą o tym, że stan środowiska, a więc w tym przypadku stan wód, został dostrzeżony jako jeden z istotnych czynników wpływających na poziom życia oraz stanowiący przeszkodę w dalszym intensywnym rozwoju gospodarczym. Tak więc, w Chinach otwiera się duży rynek na prace z zakresu gospodarki wodno-ściekowej. Natomiast budowa tak dużego zbiornika rzecznego doprowadzi również do trudności w ochronie delty rzeki Yangtze [8].
Na tle tak zarysowanej sytuacji w zakresie potrzeb oraz stanu wód w Chinach, omówiono aspekty gospodarcze i ekologiczne największej inwestycji na świecie, jaką była elektrownia wodna Zbiornika Trzech Przełomów na rzece Janges Jiang (Yangtze lub Chang Jiang).
2. Budowa Zbiornika Trzech Przełomów
Zapora Trzech Przełomów, wybudowana z żelbetu, betonu i stali, o wysokości 181 metrów, jest największą zaporą na świecie pod względem ilości produkowanej energii elektrycznej, długości i objętości retencjonowanej wody. Budowę rozpoczęto w grudniu 1994 r., a zakończono w maju 2006 r. Napełnianie zakończono w 2010 roku. Dla porównania wysokość wieży Eiffla wynosi 300 m, a wieży widokowej Drzewo Nieba w Tokyo 634 m. Inwestycja Zbiornik Trzech Przełomów składa się nie tylko z tej największej tamy świata, ale również z kilku mniejszych tam, a utworzony sztuczny zbiornik częściowo podtopił atrakcyjne widokowo trzy przełomy na rzece Janges Jiang (Jangcy), która jest trzecią co do długości rzeką świata (ponad 6300 kilometrów) po Amazonce i Nilu. Co do całkowitych kosztów projektu, to nie ma w literaturze zgodności. Z uwagi na wysoką rentowność elektrowni wodnych pierwotnie Bank Światowy miał w dużej części udzielić kredytów na tę inwestycję, ale zmienił zamiary w wyniku oprotestowania jej przez USA oraz nacisków organizacji ekologicznych.
W tym miejscu należy zauważyć, że w 2010 roku wyprodukowano w elektrowniach wodnych Zbiornika Trzech Przełomów prąd w ilości ok. 84 TWh [11]. Taka produkcja energii elektrycznej bez emisji zanieczyszczeń do atmosfery pozwala na pokrycie aktualnie 10% zapotrzebowania na energię elektryczną w Chinach i ma ogromne znaczenie dla środowiska. Wymienić można dalsze korzyści wynikające z budowy zbiornika [10], takie jak poprawa warunków transportu wodnego, umożliwienie retencjonowania wody w okresie powodzi oraz dostarczenie pracy dla dziesiątków tysięcy ludzi. Przy samej budowie zapory pracowało ich 60 000. Korzyści wynikające z budowy Zbiornika Trzech Przełomów okupione zostały stratami środowiskowymi, takimi jak uniemożliwienie wielu gatunkom ryb wędrówki w górę rzeki Yangtze oraz jej dopływów w celu rozrodczym. Wśród około 300 gatunków ryb występujących w rzece Yangtze [18] szczególnie zagrożone są jedyne w Chinach delfiny zamieszkujące wody słodkie. Prowadzone są próby znalezienia dla nich alternatywnych miejsc, ale jak dotychczas zakończone niepowodzeniem [12].
3. Pochodzenie zanieczyszczeń
Źródła zanieczyszczeń przemysłowych i bytowo-gospodarczych zostały zidentyfikowane wzdłuż rzeki Yangtze i użyte do budowy modelu jakości wody w samej rzece i w zbiorniku wodnym Trzech Prełomów [15]. Model ten został zbudowany z myślą o optymalizacji procesów oczyszczania ścieków powyżej zbiornika. W miarę budowy coraz bardziej sprawnych oczyszczalni ścieków większego znaczenia nabiorą zanieczyszczenia obszarowe, w tym z rolnictwa, oraz zrzuty z przelewów burzowych kanalizacji ogólnospławnej [6, 7] oraz z przelewów awaryjnych w kanalizacji bytowo-gospodarczej [5].
4. Eutrofizacja wód
W Chinach, podobnie jak w krajach Unii Europejskiej, obowiązuje pięciostopniowa klasyfikacja jakości wód powierzchniowych. Pierwsze trzy klasy są przydatne do uzdatniania w celu zaopatrzenia ludności w wodę, klasy czwarta i piąta mogą być wykorzystane w mniej wymagających gałęziach przemysłu i w rolnictwie, podczas gdy wody pozaklasowe tracą całkowicie swoją funkcjonalność. Eutrofizacja jest stanem trofii w którym dochodzi do nadmiernego rozwoju planktonu [16], którego jedną z przyczyn jest wzrost żyzności wody, a więc głównie zawartości pierwiastków biogennych – fosforu i azotu. Niektórzy definiują eutrofizację jako podniesienie do niebezpiecznych granic stężenia pierwiastków biogennych, podczas gdy większość rozumie eutrofizację jako skutek nadmiernego rozwoju planktonu. Fosfor i azot są najczęściej występującymi biogenami, to znaczy pierwiastkami niezbędnymi do rozwoju organizmów roślinnych i jednocześnie występujących w małych stężeniach. W szczególnych przypadkach krzem może być takim biogenem w odniesieniu do okrzemków.
Budowa Zbiornika Trzech Przełomów ma istotne znaczenie dla eutrofizacji środkowego odcinka rzeki Yangtze oaz jej dopływów. Zakwity glonów zależą bowiem nie tylko od żyzności wody, ale również od takich czynników jak nasłonecznienie, stężenie dwutlenku węgla oraz wiatr [16]. Działanie promieniowania słonecznego zależy od czasu działania, a więc zwiększenie czasu przetrzymania wody stwarza dogodne warunki do zakwitów. Ponadto fosfor jest okresowo zatrzymywany i uwalniany z osadów dennych, co ma duże znaczenie dla eutrofizacji wody. Dlatego już w pierwszym okresie po napełnieniu zbiornika zaobserwowano wzrost stężenia chlorofilu w wodzie zbiornika oraz stężenia komórek glonów.
5. Aktywność sejsmiczna
Dobrze wiadomo, że duże sztuczne zbiorniki wodne wzmagają działalność sejsmiczną w ich rejonie [13]. Niektórzy nawet przypuszczają, że trzęsienie ziemi w miejscowości Zipingpu, w którym zginęło ponad 80 tysięcy osób, zostało wywołane przez infiltrację wody do podłoża gruntowego i ciśnienie hydrodynamiczne od ogromnego sztucznego zbiornika Sichuan, przy którym wystąpiło epicentrum trzęsienia. Pozostawiając domysły i prasowe doniesienia [19] należy pamiętać, że potwierdzono wzmożenie aktywności sejsmicznej wokół 19 dużych zbiorników wodnych w Chinach, spośród których 15 ma podbudowę geologiczną podobną do tej pod Zbiornikiem Trzech Przełomów. Udokumentowano również statystycznie istotną zależność pomiędzy gwałtownym napełnianiem i opróżnianiem tego zbiornika a liczbą mikrowstrząsów sejsmicznych [1], których odnotowano ponad 3400 w okresie sześciu lat od 2003 do 2009 r. Wstrząsy te nie przekraczały 2,9 w skali Richtera, ale najsilniejszy wstrząs, o sile 4,1 w tej skali, zdarzył się w czasie próby napełnienia zbiornika do największej dopuszczalnej wysokości, po czym próbę przerwano ze względu na niewystarczającą ilość wody [1]. Pomimo tego, że budowa Zbiornika Trzech Przełomów niewątpliwie zwiększyła częstość mikrowstrząsów, teren wokół zbiornika nadal uważany jest za stosunkowo mało aktywny sejsmicznie, a siła wstrząsów nie odbiega od danych archiwalnych [23].
6. Wpływ na dopływy
Zapora Trzech Przełomów utworzyła typowo rzeczny zbiornik, którego długość wynosi prawie 668 kilometrów, a szerokość zaledwie od jednego do półtora kilometra. Takie zbiorniki rzeczne charakteryzują się między innymi tym, że w okresie opadów zachowują się jak rzeki, a w czasie suszy jak zbiorniki [16].
W rzece Yangtze okresy powodziowe występują latem, a przepływy niżówkowe zimą i wiosną [14]. Budowa zbiornika w okresie kilku lat doprowadziła do tego, że ryby typowe dla wód płynących straciły dominację na rzecz ryb bytujących głównie w zbiornikach wodnych [14]. Podniesienie zwierciadła wody w Zbiorniku Trzech Przełomów spowodowało cofkę na dopływach na dużej długości rzeki Yangtze [16], tak, że na końcu niektórych dopływów prędkości przepływu wynoszą obecnie ok. 1 mm/s. Takie warunki hydrodynamiczne sprzyjają zakwitom glonów, szczególnie w okresach intensywnego nasłonecznienia i bezwietrznej pogody.
7. Oczekiwana poprawa sytuacji ekologicznej
Poprawa sytuacji ekologicznej w odniesieniu do skutków budowy Zbiornika Trzech Przełomów jest możliwa jedynie w ograniczonym zakresie, gdyż zmian w biodywersyfikacji w rzece Yangtze nie da się odwrócić, ani też przywrócić siedlisk dla rozlicznych gatunków zwierząt, czy sprowadzić na nowo wysiedlonych mieszkańców. Stan jakości wód podziemnych i powierzchniowych jest w Chinach zły [9], a w zakresie wód podziemnych w znacznym stopniu nierozpoznany. Przykładowo, 90% przebadanych i raportowanych [9] ujęć wód podziemnych przekraczało stężenia azotu azotanowego według standardów US EPA lub europejskich. J. Schapiro uważa, że stan tych wód należy do najgorszych na Ziemi [21]. Prezydent Chin, Xi Jinping, stwierdził publicznie, że dalszy intensywny rozwój Chin nie może odbywać się kosztem strat w środowisku [2]. Chiny obecnie są świadome wartości czystej wody dla bytowania ludności, jak również dla dalszego intensywnego rozwoju gospodarki. W 2014 roku premier Li Keqiang ogłosił intensyfikację działań proekologicznych, a w kwietniu 2015 roku władze państwowe opublikowały dziesięciopunktowy plan zapobiegania zanieczyszczeniom wody i kontroli jej jakości. Ograniczony postęp w poprawie wskaźników fizyczno-chemicznych wód podziemnych i powierzchniowych jest ostatnio zauważalny. Według oceny przeprowadzonej w 2016 roku [2], 10,1% przebadanych prób wód podziemnych należało do pierwszej klasy czystości, 25,4% do drugiej, 4,4% do trzeciej, 45,4% do czwartej, a 14,7% należało sklasyfikować jako pozaklasowe. Tak więc, w sumie 60,1% prób wody należało uznać za pozostające w złym i bardzo złym stanie. Postęp pomiędzy latami 2014-2016 odnotowano w zakresie jakości wód gruntowych, a więc płytkich. W tym czasie liczba prób ocenionych jako bardzo złe spadła z 35,5% do 19,8% .Natomiast liczba prób zakwalifikowanych jako wyśmienite i bardzo dobre (I i II klasa) wzrosła z 15,2% do 24%. Gorzej było z próbami wód gruntowych w zlewni głównych rzek Chin. Badania jakości wody powierzchniowej wykazały na przestrzeni lat 2011-2016 lekką poprawę, w tym rzeki Yangtze oraz rzeki Żółtej.
W sumie liczba pobranych prób w latach 2013-2016 zakwalifikowanych do pierwszej i do drugiej klasy czystości zwiększyła się z 81,8% do 82,3%, natomiast zakwalifikowanych do piątej klasy zmniejszyła się z 6,1% do 3,5% [2]. Tyle oficjalnej statystyki. Należy pamiętać, że w ostatnich latach rozpoczyna się inwestowanie w działania prowadzące do poprawy jakości wód, a więc między innymi zwiększa się liczba przekrojów pomiarowych i pobieranych do analiz prób wody. Tak więc, porównuje się dane przynależne do różnych zbiorów, co może tłumaczyć podawane w oficjalnych statystykach zmiany na lepsze jakości wód gruntowych, które wymagają dłuższego okresu czasu.
Przypomnijmy, że występują pewne analogie do sytuacji w Polsce, gdyż do 2015 roku Chiny miały uzyskać status dobry dla wszystkich jednolitych części wód i, niestety, zadanie to nie zostało wykonane.
Przechodząc teraz do działań planowanych w związku z budową Zbiornika Trzech Przełomów w rozwoju przemysłu urządzeń do oczyszczania ścieków, pierwszorzędną rolę ma odegrać miasto Chongquing, leżące na początku Zbiornika Trzech Przełomów. Jest to miasto o historycznej nazwie Yuzhou, którą zmienił na Chongquing (Bliźniacze Szczęście) cesarz Zhao Dun z dynastii Song. Miasto to liczy ponad 30 milionów mieszkańców i ma dobrze rozwinięty przemysł elektromaszynowy, hutniczy, materiałów budowlanych i odlewniczy, a więc jest dobrze przygotowane do pełnienia tej roli. Główne punkty planu władz miejskich Chongquing co do opracowania przez nie projektu poprawy sytuacji ekologicznej w zbiornikach Trzech Przełomów Jangcy i pomocy we wdrażaniu go są następujące:
- wprowadzenie zunifikowanych rozwiązań technologicznych w oczyszczalniach ścieków;
- opracowanie i demonstracja zalecanych schematów technologicznych w oczyszczaniu ścieków na obszarze zlewni rzecznych poniżej zbiorników;
- poprawa i sformalizowanie przepisów dotyczących oczyszczania ścieków;
- promowanie inwestycji w zakresie oczyszczania ścieków i doradztwo wykonawcom;
- zorganizowanie przetargów na inwestycje;
- zorganizowanie i wdrożenie modelowych rozwiązań sposobu prowadzenia inwestycji;
- opracowanie i stosowanie opracowanego na ten cel sposobu sprawdzania właściwej jakości prowadzonych robót;
- wydzielenie terenów na powstanie fabryk produkujących zunifikowane urządzenia do oczyszczania ścieków.
Zakres niezbędnych prac dla ochrony wód w zbiorniku jest bardzo duży, ale planuje się krótszy okres zwrotu kosztów niż 10 lat, co ma przyciągnąć inwestorów. Bowiem z uwagi na potrzeby inwestycji na dużą skalę zaangażowane mają być nie tylko fundusze centralnych i lokalnych władz, ale również pochodzące z ekokonwersji długu Chińskiej Republiki Ludowej oraz indywidualnych inwestorów.
Literatura
[1] Adams P.: Once again: Sichuan quake highlights dam risk, Probe International, Toronto, https://journal.probeinternational.org/2011/06/01/chinese-study-reveals-three-gorges-dam-triggered-3000-ea.
[2] China Water Risk – Ministry of Environmental Protection, 2016 State of Environment Report Review – China water risk review, 2017, June 14.
[3] Dąbrowski W., Kaniewska A., Dąbrowska B.: Tendencje w zużyciu wody, Gospodarka Wodna, 2013, 11, 437-442.
[4] Dąbrowski W., Kaniewska M., Dąbrowska B.: Alternatywne źródła zaopatrzenia w wodę, Gospodarka Wodna, 2014, 9, 340-344.
[5] Dąbrowski W.: Poważny brak danych o przyczynach zanieczyszczeń rzek i kąpielisk, Technologia Wody, 2015, 5, 43, 26-30.
[6] Dąbrowski W.: Przewidywanie , obliczanie i pomiar krotności działania przelewów burzowych, Gaz, Woda i Technika Sanitarna, 2007, 11, 19-23.
[7] Dąbrowski W.: Strategia postępowania z przelewami burzowymi, Gaz, Woda i Technika Sanitarna, 2007, 6, 13-19.
[8] Dąbrowski W.: Zmiany ukształtowania odpływów rzek wywołane zbiornikami wodnymi, Technologia Wody, 2017, 9/4, 28-32.
[9] Dongmei H. , Matthew, J. Currell, Guoliang C.: Deep challenges for China’s war on water pollution, Environmental Pollution, 2016, 218, 1222-1233.
[10] http://factsanddetails.com/china/cat13/sub85/item1046.html.
[11] https://www.budowle.pl/budowla,zapora-trzech-przelomow.
[12] https://www.mtholyoke.edu/~lpohara/Pol%20116/enviro.html, The Three Gorges Dam Project Environmental Impacts.
[13] https://www.telegraph.co.uk/news/worldnews/asia/china/4434400/Chinese-earthquake-may-have-been-man-made-say-scientists.html.
[14] Jianzhu W., Lei L., Xu J., Binhe G.: Initial response of fish trophic niche to hydrological alteration in the upstream of Three Gorges Dam, Ecological Processes, 2016, 5,11, 1-9.
[15] Li Y., Huang S., Qu X.: Water Pollution Prediction in the Three Gorges Reservoir Area and Countermeasures for Sustainable Development of the Water Environment, Int. J. Environ. Res. Public Health 2017 Oct 27; 14(11).
[16] Ling-ling W., Zhen-zhen Y., Hui-chao D., Qing-huaC.: Eutrophication model for river-type reservoir tributaries and its applications, Water Science and Engineering, 2009, 2, 1, 16-24.
[17] Liu J., Yang G.W.: Water sustainability for China and beyond, Science, 2012, 337, 649-650.
[18] Lopez-Pujol J., Ming-Xun R.: Biodiversity and the Three Gorges Reservoir: a troubled marriage, Journal of Natural History, 2009, 43, 43-44, 2765-2786.
[19] Moore M.: Chinese earthquake may have been man-made, say scientists, The Telegraph, 2 lutego 2009.
[20] Qing-Hua C., Hu Zheng Y.: Studies on eutrophication problem and control strategy in the Three Gorges Reservoir, Acta Hydrobiologica Sinica, 2006, 30, 1, 7-11.
[21] Shapiro J.: China’s Environmental Challenges, Cambridge, Policy Press, 2012, 205 str., wydanie pierwsze.
[22] Yanan J., Faith Ka Shun Chan, Joseph Holden, Yaqian Z., Dabo G.: China’s water management – challenges and solutions, Environmental Engineering and Management Journal, 2013, 12, 7, 1311-1321.
[23] Yunsheng Y., Qiuliang W., Jinggang L., Xueling S., Yuyang K.: Seismic hazard assessment of the Three Gorges project, Geodesy and Geodynamics, 2013, 4, 2, 53-60.
prof. dr hab. inż. Wojciech Dąbrowski
Politechnika Krakowska
Kong Shifeng
Tianjin Polytechnic University
Fot. ze strony: http://friends-club.info/three-gorges-dam-rotation-earth-065522/
źródło: Technologia Wody 6/2018
