Tři soutěsky - čínská dimenze

Pokud se zamyslíme nad hydroenergetickou výstavbou v Číně musíme především opustit evropská měřítka. Již v roce 2003 přesáhl instalovaný výkon hydroelektráren v zemi 80 000 MW, což bylo o něco více než obdobný údaj z USA (nezahrneme-li přečerpávací vodní elektrárny). Čína se soustředila na urychlený rozvoj všech energetických zdrojů. Například zde má být do roku 2050 vybudována plná třetina nových jaderných elektráren. Pokud jde o využití vodní energie, každoročně by mělo přibýt v průměru 10 000 MW instalovaného výkonu, aby se v roce 2020 dosáhlo plánovaných 270 000 MW. Plných 70 % má být pokryto novou výstavbou v horním povodí řeky Jang-tse.
O velkém realizačním úsilí svědčí skutečnost, že v různých stadiích výstavby jsou vodní elektrárny o celkovém výkonu přes 50 000 MW. Na rozdíl od Tří soutěsek jsou budovány bez pozornosti médií, i když se jedná o takové projekty, jako je například Longtan (5400 MW), Lawixa (4700 MW), Jineping s nejvyšší přehradou na světě (305 m) či Xiloudu (12 600 MW). Ve vztahu k těmto globálním statistickým údajům, přibližujícím energetické potřeby Číny, a ve vztahu k hydrologickým charakteristikám horního toku Jang-tse nám parametry vodního díla Tři soutěsky (TGP) nebudou připadat již tak gigantické. Průměrný průtok v přehradním profilu je 14 300 m³/s, maximum 100leté povodně dosahuje 83 700 m3/s, plocha povodí je 1 084 000 km².

Tři soutěsky - situační plánek

Hlavní účely díla

Projekt předpokládal od prvních studií víceúčelové využití, kladl důraz na zmírnění povodňových škod, výrobu elektrické energie a zlepšení plavebních podmínek. Při prezentaci ochranného účinku nádrže TGP jsou často uváděny údaje o počtu obětí v povodí řeky během povodní v letech 1931 a 1935, v obou případech téměř 150 tisíc. Z pozdějších obdobných událostí je zřejmé, že se podařilo uskutečnit mnohé v ochraně před ničivými účinky extrémních povodní. V roce 1998 se až na jednu ochrannou hráz podařilo po dobu dvou měsíců úspěšně bránit města i zemědělsky využívaná území proti zaplavení. I když 1592 obětí je hrozivé číslo, ve srovnání s minulostí jde o výrazný pokrok. Přesto povodňové škody byly velké, uvádí se, že větší než celkové investiční náklady na TGP.
Z celkového objemu nádrže 39,3 miliard m³ (což není nijak rekordní, existují nádrže i násobně větší) se pro zachytávání objemů povodní počítá s více než 22 miliardami m³. Nejde však o stabilně prázdný prostor, odtokové poměry z povodí jsou uspořádané. S povodněmi je třeba počítat v jarním a v letním období, již v říjnu je každoročně možno nádrž doplnit a zvýšit spád ~ o 30 m pro výrobu elektřiny v zimním období.
Díky retenčnímu účinku se dosáhne zvýšení úrovně ochrany na stoletou povodeň, společně s dalšími opatřeními níže na toku i vyšší, zejména v hospodářsky nejvýznamnějších oblastech (Jing-jang). Četnými studiemi se prokázalo, že z pohledu protipovodňového efektu není k projektu Tří soutěsek jiná reálná alternativa.
Z energetického hlediska vyrobí 26 soustrojí o jednotlivém výkonu 700 MW ročně v průměru 84,7 TWh. Hltnost turbín přibližně odpovídá průměrnému průtoku řeky, tudíž se nepočítá s produkcí soustředěnou do odběrových špiček, i když již dříve vybudované vodní dílo Gezhouba (asi 40 km níže po toku Jang-tse) by špičkový provoz mohlo vyrovnat.
Řeka Jang-tse je mimořádně významná vodní cesta, a proto se věnovala plná pozornost i dostatečné kapacitě, kterou musí zvládnout navržené plavební komory a lodní výtah. Kromě toho TGP přispěje ke zlepšení podmínek pro plavbu po celé délce toku též zvýšením minimálních průtoků z ~ 3000 m³/s v původním stavu na 5000 m³/s.

Hlavní objekty TGP

V rámci projektu se studovalo přibližně 15 přehradních profilů a uvažovalo se o různé výšce přehrady (160 m i nad 200 m). Zvolená lokalita se vyznačuje kvalitním skalním podložím na bázi žuly bez výrazných poruchových zón. Seizmicky jde o oblast s nevýznamnými projevy.
Vodní dílo má tyto hlavní části:

• vzdouvací stavbu zahrnující centrální přelivnou a výpustnou sekci a po stranách vtoky vodních elektráren;
• vodní elektrárny - na levém boku s 14 soustrojími a na pravém boku s 12 soustrojími;
• plavební zařízení tvoří: - dvě samostatné větve s plavebními komorami - vertikální lodní zdvihadlo;
• plavební komora sloužící po dobu výstavby díla.

Přehrada

V daných podmínkách byla zřejmě nejvýhodnější vcelku tradiční betonová gravitační přehrada, zejména s ohledem na nutnost umístit napříč vzdouvací stavbou přelivná, výpustná a odběrná vedení. Výška nad nejnižší úrovní základové spáry je 181 m, délka v koruně přehrady 2310 m. Ve střední přelivné, respektive výpustné části o délce 483 m je vestavěno 23 výpustí o průřezových rozměrech 7x9 m, výškově umístěných v úrovni 90 m, a dále 22 přelivných polí o šířce 8 m, hrazených na výšku 17 m stavidlovými uzávěry. Ve třetí etapě výstavby převádí dalších 23 dočasných spodních výpustí povodňové průtoky přes staveniště. Celková kapacita těchto pojistných zařízení přesahuje 100 000 m3/s. Levá vtoková sekce o délce 643,7 m zahrnuje přívodní potrubí na 14 soustrojí a standardní vybavení vtoků včetně hlavních a provizorních uzávěrů. V pravé sekci je v přehradních blocích osazeno 12 odběrných tlakových potrubí, konstrukčně řešených stejně jako levá část.

Odstřel poslední ochranné hráze hlavní přehradní zdi

Vodní elektrárna

K rozdělení hydroenergetické části, tj. vodní elektrárny při patě přehrady, na dva samostatné provozy zřejmě vedly požadavky na kontinuitu povodňových průtoků v centrální části řečiště, hlavně s ohledem na převádění plavenin.
Uspořádání jednotlivých turbínových bloků je vcelku tradiční, odhlédneme-li od jejich půdorysných rozměrů vyplývajících z dimenzí turbín a generátorů (např. průměr oběžného kola turbín je 9,8 m). Dodávka strojního, elektrotechnického i automatizačního vybavení s významným podílem zahraničních výrobců byla velmi náročná.
Z hlediska výstavby rovněž nebylo snadné zvládnout velký objem konstrukcí z vyztuženého betonu v horní stavbě elektrárny, stejně jako v exponovaných částech masivní spodní stavby.
Dodatečně byla navržena podzemní elektrárna, kde v podzemní strojovně bude umístěno dalších šest soustrojí o celkovém výkonu 4200 MW. Výstavba elektrárny bude probíhat v bezprostřední návaznosti na původní objekty.

Příčný řez přehrady s vodní elektrárnou

Příčný řez přehrady

Plavební zařízení

Objekty jsou situovány na levém břehu a svými rozměry a zejména objemy výkopů ve skalním prostředí se rovněž vymykají běžným představám.
Dvě samostatné větve plavebních kanálů jsou vylámány ve skále a v nich jsou osazeny stupnice plavebních komor překonávajících rozdíl hladin v nádrži a v korytě pod přehradou. Půdorysný rozměr jednotlivých komor je 280x34 m. Jsou dimenzovány pro provoz lodí o nosnosti 10 000 t.
Vertikální lodní zdvihadlo pro dopravu osobních i nákladních lodí má nosnost 3000 t. Je umístěno bezprostředně při dočasně fungující plavební komoře o rozměrech 240x24,5 m a zajišťuje plavbu v některých fázích výstavby. Navrhovaná kapacita vodní cesty v jednom směru je 50 milionů tun ročně. Výkopové práce ve skalním prostředí v dotyku s přehradou si vynucovaly trvalou pozornost z důvodů narušení skalního masivu odstřely. Díky použití šetrných technologií (presplit atd.) a soustavné kontrole dynamických účinků se i tento problém podařilo zvládnout. Přitom objem výkopových prací na těchto objektech (asi 56 milionů m³) představoval přes 50 % celkového objemu výkopů. Za pozornost stojí i rozsah použití kotev (předpjatých i s tuhou výztuží) pro zajištění trvalé stability zdí komor i strmých skalních svahů.

Pětistupňové zdymadlo u města I-čchang ve střední Číně

Postup výstavby

Z logiky výstavby na velkých řekách vyplynulo rozdělení stavebních prací a převádění vody přes staveniště na tři navazující etapy. Bylo nutné respektovat požadavky plavby.
První etapa (1993-1997) zahrnovala přípravné práce a výstavbu podélné rozdělovací jímky z válcovaného betonu v korytě.
Ve druhé etapě (1998-2003) se příčnými jímkami přehradila sekce řeky při levém břehu. Po provedení výkopových prací se realizovalo založení levé elektrárenské části přehrady, spodní stavby levé elektrárny a přelivné sekce. Současně se rozvinuly práce na plavebních objektech.
V probíhající třetí etapě (2004-2009) se vysokou jímkou z válcovaného betonu přehradilo koryto při pravém břehu. Po její realizaci se vzdula voda nádrže o cca 135 m. Tato operace byla možná až po uvedení plavebních objektů do provozu. Rovněž první soustrojí levé elektrárny zahájilo výrobu. V této etapě již bylo původní koryto řeky zcela přehrazeno, voda se převádí trvalými, popřípadě i dočasnými výpustmi v přelivné sekci. Zajímkování umožnilo rozvinout výstavbu pravého křídla přehrady a pravé vodní elektrárny. Doba výstavby byla rozvržena na 17 let.

Betonářské práce

Celkový objem uloženého betonu, cca 28 milionů m³, překračuje několikanásobně dosavadní rekordy přehradní výstavby (např. Grand Coulee - USA). Jde převážně o masivní betonové konstrukce, u nichž má mimořádný význam zvládnutí problému hydratačního tepla a omezení rizika vzniku trhlin. Použití velmi výkonných zařízení pro výrobu, dopravu a zpracování betonové směsi je nezbytnou podmínkou vyplývající z plánovaného velkého objemu prací.
Problémy se řešily jednak v rámci složení betonové směsi, kde bylo použito kamenivo o maximálním zrnu až 150 mm a až 45 % pojiva tvořil popílek, jednak v kontrole počáteční teploty betonové směsi. Ochlazovalo se kamenivo, použilo se i jistého podílu ledu v záměsové vodě. Uložený beton se vnitřně ochlazoval zabudovanými potrubními okruhy, značná péče byla věnována i ochraně lícních ploch nově vybetonovaných částí.
Největší výkony betonáže byly 500 až 600 tisíc m³ za měsíc (ve druhé etapě výstavby). V roce 2000 se uložilo 5,5 milionů m³ směsi, která se vyráběla v devíti betonárnách o kapacitě celkem 2400 m³ za hodinu. Pro dopravu betonové směsi se využívaly hlavně komplexní sestavy pásových dopravníků a jeřáby (včetně lanových).
Je až překvapující, že výstavba probíhá v souladu s připraveným harmonogramem, uvážíme-li komplikace, které stavební práce takového rozsahu vždy provázejí, mimo jiné i narušení povodňovými událostmi (například v roce 1998). Na realizaci se kromě domácích odborníků podílí četná nadnárodní konsorcia, využívá se i účasti špičkových zahraničních expertů. S ohledem na zvýšený celosvětový zájem o stavbu i ze strany médií je zajištěna i zvýšená odborná i veřejná kontrola výstavby.

Přesídlení milionu obyvatel

Nucené vystěhování velkého počtu obyvatel (plánovací údaj je 1,13 milionů) je nejčastějším předmětem kritiky odpůrců výstavby díla. Argumenty, které uvádějí řádově větší množství lidí, jimž výstavba přinese ochranu, mohou mít ze sociálně-politického hlediska váhu, eticky jsou irelevantní. Vymožeností zvýšené protipovodňové ochrany budou převážně využívat jiní lidé než ti, kterých se výstavba dotkne.
Zde je vhodné připomenout, že jde o programově uskutečňovanou akci podle stanovených zásad, v nichž vedle individuální kompenzace jsou zvažována i hlediska rozvoje oblasti, využívání přírodních zdrojů s akcentem na ?udržitelnost? atd. Uvádí se, že téměř polovina z plánovaných nákladů stavby bude věnována komplexnímu programu přesídlení, který zřejmě bude přesahovat termín dokončení stavby.
Vyjde-li se z údaje o aktualizovaných nákladech výstavby 20 až 25 miliard US$, pak je možno dospět k orientační sumě 250 tisíc Kč na jednoho přesídlence. Tento údaj lze obtížně hodnotit zejména evropskými měřítky. Prokazuje však snahu o poskytnutí přiměřené kompenzace stavbou dotčených jedinců, a to v souladu s vyhlášením Mezinárodní přehradní asociace (ICOLD) o vztahu přehrad a prostředí.

Problém zanášení nádrže

Kritikové výstavby TGP často poukazují na riziko ztráty užitku díla v relativně krátké době v důsledku zanesení nádrže usazenými plaveninami.
Je vhodné připomenout desítky let výzkumných prací v této oblasti v Číně i bohaté praktické zkušenosti v tomto směru z minulé hydrotechnické výstavby (zejména z VD Gezhouba, vybudovaného před více než 20 lety poněkud níže na řece Jang-tse). Výsledky výzkumných prací s využitím matematických a také fyzikálních modelů napomohly k formulování manipulačních zásad, které zajistí, aby i po 80 až 100 letech nedošlo k poklesu využitelných nádržních objemů pod 86 až 92 % projektových hodnot.
Zjednodušeně se dá říci, že v období červen až září, kdy za povodní probíhá transport přibližně 84 % pevných částic, se při snížení hladiny cca o 30 m a otevření výpustí o velké kapacitě dosáhne v nádrži režimu proudění, který bude bránit významnému usazování plavenin. V následujícím období (říjen atd.) se již čistou vodou doplní objem nádrže pro zvýšenou energetickou produkci v zimním období.
Nádrž TGP bude proti zanášení chránit i soustava většího počtu vodních děl výše v povodí, plánují se i změny ve využívání pozemků (land use). Příznivě též působí kaňonovitý charakter zaplaveného údolí.

Interakce s prostředím

Tak velký projekt musí nutně zasáhnout zásadním způsobem do původní krajiny i se značnými negativními účinky. V novodobých projektech se jejich minimalizaci věnuje velká pozornost, což se uplatnilo v případě TGP. Přispěl k tomu i tlak mezinárodní veřejnosti. Bohužel není reálné kompenzovat přerušenou kontinuitu toku v podélném profilu, dotčenou již před lety vybudováním VD Gezhouba. Je samozřejmě možné programově přispívat např. k rozvoji rybí osádky v řece, včetně kvalitativní skladby, případně k posilování biologické hodnoty toku, náhrada přirozeného režimu však není reálná.

Místo závěru

Když se v roce 1974 stala Čína členem Mezinárodní přehradní asociace (ICOLD), vznikl poměrně závažný technický problém - prezentace její přehradní výstavby ve Světovém registru přehrad. Ten původně nabádal národní komitéty členských států k tomu, aby do této publikace zařadily přehrady nad 15 m výšky. Když čínští zástupci sdělili, že v jejich případě by šlo o počet opravdu mimořádný (přes 80 tisíc), narušující proporcionalitu dokumentu, rozhodlo se, že v případě Číny budou zařazeny přehrady o výšce nad 60 m. Touto epizodou je možno dokumentovat velkou tradici výstavby nádrží a přehrad v Číně i odborné znalosti a zkušenosti čínských přehradářů. V současné době se tu staví nejvýznamnější světová vodní díla a o zakázky se ucházejí renomované světové společnosti. Některé zprávy z loňského roku o tom, že na Třech soutěskách se objevily závady ohrožující bezpečnost okolí, které převzala i naše média, zřejmě vycházely z až naivních představ o úrovni čínského inženýrského stavitelství.

Použitá literatura
[1] Wang Jia Zhu. The Construction and Financing of Three Gorge Project. Transactions of the ICOLD Workshop. Dresden: 2001.
[2] Wu Wenhao. Progress with China’s major programme of hydro development. Hydropower and Dams, 2, 2004.
[3] Youmei Lu. Three Gorges Project: A project improving ecological environment of the Yangtze. Transactions of the 20th Congress ICOLD. Beijing: 2000.
[4] Chaoran Zhang, Huichao Dai. Three Gorges Project and flood control in Yangtze River. Transactions of the 20th Congress ICOLD. Beijing: 2000.