's Werelds grootste waterwerk in uitvoering

Het South-North Water Transfer Project
De zoetwatervoorziening wordt wel de achilleshiel van China genoemd. In het zuiden is er een wateroverschot, in het noorden een groot tekort. Daarom wordt zwaar geïnvesteerd in de hydrologische infrastructuur. Dit project is van ongekende dimensies. Onlangs is een deel in gebruik genomen.

In Geografie van januari 2013 belichtte Henk Donkers het Chinese waterprobleem en vooral de nationale en internationale geopolitieke aspecten ervan. Dit artikel gaat in op de technische en waterstaatkundige aspecten van China's South-North Water Transfer Project, 's werelds grootste waterbouwkundige project van dit moment.

Zuid-China heeft een moessonklimaat met in de zomer, via ZO-winden, forse aanvoer van vochtige lucht uit zowel de Grote als de Indische Oceaan. Dit geeft overvloedige neerslag in het oostelijke en centrale deel van het land. In het westen, op de overgang naar het Tibetaans Plateau (boven de 3000 meter), neemt de hoeveelheid neerslag door stijgingsregens nog eens aanzienlijk toe. Dit leidt vaak tot grote overstromingen in het lagere, centrale en oostelijke deel van het land. In de winter neemt de neerslag af en valt deze in de hogere delen in de vorm van sneeuw. Noord-China heeft in het westen een woestijnklimaat (de Taklamakan- en de Gobi-woestijn) en in het noordoosten een landklimaat (Mantsjoerije). De jaarlijkse hoeveelheid neerslag is hier veel geringer.

De watervoorziening van China wordt gedomineerd door twee hoofdrivieren: de Chang Jiang (in het Nederland de Blauwe Rivier, ook bekend onder de oude naam Jangtse) en de Huang He (de Gele Rivier), met stroomgebieden van respectievelijk 1,8 miljoen vierkante kilometer en 0,75 miljoen vierkante kilometer. Dat het stroomgebied van de Chang Jiang ongeveer tweemaal zo groot is, komt doordat de afwatering van het Tibetaans Plateau voornamelijk via de Chang Jiang plaatsvindt, mede door een aantal belangrijke zijrivieren. De Chang Jiang is goed voor 80 procent van de Chinese watertoevoer en de Huang He slechts voor 15 procent.

Aan de oostkant van China ligt een grote, alluviale vlakte, gevormd door de sedimentatie van zand en klei uit rivieren. Sinds mensenheugenis wordt deze vlakte zomers gedeeltelijk overstroomd, waardoor er vruchtbaar fijn materiaal bezinkt. Dit lage, vlakke en vochtrijke landschap leent zich uitstekend voor de landbouw. Hier liggen dan ook de bakermat van de Chinese cultuur en het historische zwaartepunt van het land. Vanaf het begin van de bewoning vond er al irrigatie plaats, die in de loop van de geschiedenis tot een ware kunst zou uitgroeien. 

Onlesbare dorst

Op dit moment leeft bijna de helft van de 1,3 miljard Chinezen in het stroomgebied van de Huang He in het drogere noorden. De watervraag is hier - net als in de rest van China - de afgelopen decennia enorm toegenomen door de onstuimige groei van de Chinese economie en de sterke industrialisatie en urbanisatie. Bovendien stelt de Chinese regering zich op het standpunt dat het land in de eigen voedselbehoeften moet kunnen voorzien en er heel weinig voedsel geïmporteerd mag worden. Dit leidde ook in Noord-China tot een intensivering van de landbouw en het watergebruik, met een nog grotere vraag naar oppervlaktewater en onttrekking van grondwater.

De Chinese hydroloog Yong Jiang noemt in een artikel in 2009 alarmerende cijfers: 45 procent van de bevolking leeft in Noord-China, maar heeft slechts toegang tot 19 procent van de landelijke watervoorraad. In het Hai He-bekken is de waterbeschikbaarheid 314 kubieke meter per persoon per jaar en in het bekken van de Huang He 672 kubieke meter. Dat is ver beneden de WHO-norm van de minimale behoefte van 1000 kubieke meter. In het Hai-bekken bedraagt de use rate (een indicatie voor het gebruik van beschikbaar water) momenteel al 92 procent. De voorraad is dus erg klein. Bij ongewijzigd beleid zal het totale water tekort in de drie stroomgebieden (de 3 H's: de Hai He, de Huai He en de Huang He) waarschijnlijk oplopen tot circa 55 miljard kubieke meter in 2050.

De kolenproductie, die vooral in het noorden geconcentreerd is, dekt 75 procent van de Chinese energiebehoefte, maar gaat gepaard met ongeveer een zesde van het totale Chinese watergebruik. Naar verwachting is dat in 2040 het dubbele. Circa 45 procent van het Chinese bruto nationaal product komt uit de provincies met een watertekort. Ongeveer 300 miljoen mensen in China, een kwart van de bevolking, drinken onvoldoende gezuiverd water.

De wateraanvoer van de Huang He, vroeger in de natte tijd een formidabele stroom, is de laatste dertig jaar zo geslonken dat deze in de winter praktisch droogvalt voordat de zee wordt bereikt. In de nabij Beijing gelegen provincie Hebei zijn zo'n tweehonderd meren opgedroogd. Boeren gebruiken daar afvalwater voor de irrigatie. De overheid heeft de boeren daarom opgedragen van de verbouw van rijst over te stappen op graan. Alleen Beijing consumeert jaarlijks al zo'n 3,6 miljard kubieke meter water. Dit is veel meer dan de 2,1 miljard kubieke meter die de 3H-rivieren kunnen leveren. De rest komt uit het grondwater. De grondwaterstanden dalen in sommige gebieden dan ook gemiddeld zo'n 1 à 1,5 m per jaar. In de regio Beijing is de grondwaterstand sinds 1960 zo'n 100-300 meter gedaald. Als drastische maatregelen uitblijven, zullen de aquifers halverwege deze eeuw praktisch leeg zijn en zullen de meeste rivieren in Noord-China een groot deel van het jaar droogvallen.

Daar komt bij dat de waterconsumptie in de toekomst zeker zal stijgen, zowel door de bevolkingsgroei als door de urbanisatie. De Chinese bevolking zal tot 2020 naar verwachting nog groeien tot 1,4 miljard mensen. Die zullen vooral in de steden wonen. Volgens Johan Borchert is het aantal stedelingen de afgelopen 25 jaar verdubbeld en vormden zij in 2011 de helft van de totale populatie. In 2030 zal dit naar verwachting zo'n 70 procent zijn. De stedelijke waterconsumptie is aanzienlijk groter dan de rurale.

Het waterprobleem in het noorden is zo nijpend dat de Chinese regering eind jaren '90, maar vooral begin deze eeuw vergaande en ingrijpende maatregelen heeft getroffen om het watersysteem te reorganiseren. Aanvankelijk ging men uit van wateropslag in spaarbekkens, die in de natte tijd gevuld zouden worden en in de droge tijd water zouden leveren. In de bovenloop van rivieren werden duizenden grote en kleinere stuwdammen gebouwd. Lokaal kon men hierdoor redelijk in de watervraag voorzien. Maar in de snel uitbreidende agglomeraties in het noorden en oosten groeiden de tekorten snel. Een eerste grote stap om de waterafvoer van de Chang Jiang beter te gebruiken was de bouw van de Drieklovendam (1994-2009) in de middenloop van de rivier (zie Geografie, augustus 2010). Deze enorme dam (145 meter hoog, 2335 meter lang) creëerde een immens stuwmeer van 40 miljard kubieke meter. De dam diende behalve de wateropslag en -verdeling ook de elektriciteitsopwekking en de scheepvaart en heeft een functie in het afvlakken van afvoerpieken in de natte tijd. 

South-North Water Transfer Project

Nog gedurfder en grootschaliger is het plan om water uit het stroomgebied van de Chang Jiang af te tappen en naar het noorden te voeren, het South-North Water Transfer Project. Het uiteindelijke doel is om jaarlijks zo'n 45 miljard kubieke meter zoet water naar het drogere, geïndustrialiseerde noorden te leiden via drie routes: een oostelijke vanuit de Chang Jiang door het Grote Kanaal naar de havenstad Tianjin; een centrale route vanuit de bovenloop van de Han He (zijtak van Chang Jiang bij Wuhan) naar Beijing, en een westelijke route door kunstmatige aantapping van drie zijrivieren in de bovenloop van de Chang Jiang vanuit het Tibetaans Plateau naar de Huang He. Deze drie routes zijn in totaal 4350 km lang (een afstand als tussen de oost- en westkust van de Verenigde Staten) en lopen via pijpleidingen en gigantische tunnels onder rivierkruisingen door met talloze pompstations en afgedamde spaarbekkens. Het project vereist de verplaatsing en herhuisvesting van zo'n 350 duizend mensen.

De kosten werden aanvankelijk geschat op 62 miljard dollar maar medio 2014 was er al meer dan 79 miljard uitgegeven (meer dan 2,5 keer zo veel als voor de Drieklovendam). Het is niet alleen de meest drastische ingreep in een natuurlijke afwatering, maar ook 's werelds grootste en duurste waterbouwkundige werk van dit moment.

In 2002 startten de voorbereidingen van het project en in 2008 werd het besluit tot aanleg genomen. De oostelijke en de centrale route zijn volgens plan in respectievelijk 2012 en begin 2015 in gebruik genomen. De westelijke route vormt het meest gecompliceerde onderdeel van het project en verkeert nog in een planstadium. De snelheid waarmee dit complexe en omvangrijke project wordt gerealiseerd, is ongekend. 

Oostelijke route

De oostelijke route omvat de verbetering van het oude Grote Kanaal. De oudste delen zijn zo'n vijfhonderd jaar voor Christus aangelegd en het kanaal is in de loop van de tijd sterk verlengd, verdiept en verbreed. Het heeft sinds de oudheid gediend voor het vervoer van vooral graan vanuit het rijke zuiden naar de hoofdstad Beijing. Het huidige kanaal is 1150 kilometer lang (ongeveer de afstand Amsterdam-Marseille).

Het deel dat in de oostelijke route is opgenomen, ligt in een laag en vlak gebied, dat licht zuidoostwaarts afhelt. Bij het inlaatpunt van het water van de Chang Jiang, bij Jiangdu, ligt de kanaalbodem één meter onder zeeniveau en op het hoogste punt, bij Jinjing, 38,5 meter boven zeeniveau. Tel daarbij op het waterniveau in het kanaal. In totaal moet het water zo'n 65 meter omhoog worden gevoerd. Het opvoeren en regelen van de waterstand gebeurt door dertien pomptrappen met een opvoerhoogte variërend tussen de 2 en 6 meter. Voor de wateraanvoer is langs de Chang Jiang een serie van vier inlaatpompstations gebouwd met een totale capaciteit van 400 kubieke meter per seconde, dat is 12,6 kubieke meter per jaar (1 kubieke kilometer = 1 miljard kubieke meter ). Het kanaal verbindt een aantal grote meren, die als tijdelijke buffer fungeren.

Ter hoogte van het inlaatpunt is de totale afvoer van de Chang Jiang gemiddeld zo'n 920 kubieke kilometer per jaar en de minimumafvoer zo'n 600 kubieke kilometer in de droogste jaren (vergelijk de Rijn: 70 kubieke kilometer ). De wateronttrekking uit de rivier neemt geleidelijk toe van zo'n 9 kubieke kilometer per jaar naar 10,5 en later circa 15 kubieke kilometer per jaar. Dus de wateronttrekking uit de Chang Jiang schommelt tussen de 1 en 1,5 procent van het gemiddelde jaarlijkse debiet. De oostelijke route is goed voor een kwart tot een derde van de beoogde 45 kubieke kilometer water van het totale project.

Onderweg kruist het kanaal de Huang He. Het Chang Jiang- water wordt hier met een tunnel onderdoor gevoerd. Daarna wordt het water weer opgepompt tot het maaiveld om verder onder natuurlijk verval noordwaarts te stromen, gedeeltelijk in een lang aquaduct, en uit te monden in twee grote meren bij Tianjin. 

Centrale route

De centrale route begint in het stuwmeer van de Danjiangkou in de Han-rivier, een zijtak van de Chang Jiang. De dam ligt in bergachtig gebied en het reservoir ligt dus in dalen met steile wanden. In het kader van het SNWT-project werd de dam verhoogd van 162 meter tot 176 meter, waardoor de inhoud van het reservoir toenam tot circa 29 kubieke kilometer. De instroom in het reservoir bedraagt gemiddeld zo'n 40 kubieke kilometer per jaar. Het is de bedoeling dat 30 procent van het water uit het stuwmeer naar het noorden wordt geleid. Daartoe is een kanaal/pijplijntracé aangelegd tot aan Beijing met een aftakking naar Tianjin, over een afstand van circa 1260 kilometer. Het water kan onder vrij verval, dus zonder pompstations, afvloeien. In de lagere gedeelten van het tracé zijn over depressies aquaducten aangelegd. Het kanaal mondt bij Beijing uit in een groot reservoir. Het noordelijke deel van het kanaal (300 kilometer) werd in 2008 opgeleverd en fungeerde als waterbron tijdens de Olympische Spelen. Het benodigde water kwam uit een aantal reservoirs in de omgeving. Het zuidelijke deel, inclusief het regelwerk van het stuwmeer is eind 2014 gereed gekomen. Door deze route zal jaarlijks zo'n 9,5 kubieke kilometer water vloeien, met een prognose voor 2030 van 13-14 kubieke kilometer. Onvoorstelbare hoeveelheden, maar ze illustreren wel de dimensies.

Op twee plaatsen zijn er grote tunnels in het tracé aangelegd. De grootste ondertunneling betreft die onder de Huang He: twee tunnels ieder met een lengte van 3,5 kilometer, een doorsnede van 8,5 meter en een debiet van 500 kubieke meter per seconde. Deze route is begin 2015 in bedrijf gekomen.

Bij de aanleg van centrale route moest een aantal belangrijke problemen worden opgelost. Het kanaal ligt in een aardbevingsgevoelig gebied. De dam en de kunstwerken moeten op hard gesteente gefundeerd zijn. De kanaalwanden moeten resistent zijn tegen liquefactie (vervloeiing) bij aardschokken, wandafschuivingen in erosiegevoelige lössafzettingen en inzakking van onderliggende kolen- en andere mijnen en grotten. Verder moesten er 260 bruggen, zowel voor wegen als spoorwegen, worden aangelegd en tal van watervoerende tunnels onder het tracé door. De Danjiangkou-dam heeft ook een belangrijke functie in de energievoorziening. De Han-rivier is een zogenoemde energiecascade. Hiervoor zijn inmiddels acht dammen met stuwmeren aangelegd en zijn er nog vier in aanbouw en drie dammen gepland. Water- en energiebeheer gaan hier hand in hand.

Op dit moment wordt een studie verricht om water van het stuwmeer van de Drieklovendam naar het Danjiangkou-reservoir te leiden via het dal van de Du He, een zijrivier van de Han. Ook hiervoor zou een tunnel door de waterscheiding moeten worden aangelegd. Maar deze route zou een aanzienlijke toename van de waterleverantie naar het noorden mogelijk maken. 

Westelijke route

De westelijke route verkeert nog in een planstadium, maar is niet minder ambitieus. Het plan voorziet in het aftappen van water uit zijrivieren in de bovenloop van de Chang Jiang naar de bovenloop van de Huang He. De route ligt aan de oostkant van het Tibetaans Plateau op enige duizenden meters boven zeeniveau. Het huidige plan behelst de onttrekking van 20 kubieke kilometer per jaar water uit de drie voedingsrivieren van de Chang Jiang, namelijk de Tongtian, de Yalong en de Dadu. Tussen het stroomgebied van de Chang Jiang en de Huang He ligt echter het hoge en harde Bayan Har-gebergte. Bovendien ligt de bedding van de Huang He 80-450 meter hoger dan die van de drie genoemde zijrivieren. Er zijn nu twee mogelijkheden in studie. De eerste is op een geschikte plaats een gigantische dam van 200 dan wel 300 m hoogte bouwen (ongeveer anderhalf tot tweemaal de hoogte van de Drieklovendam), waardoor er een hoog opgezet stuwmeer ontstaat, waaruit water kan worden geput en via tunnels naar de bovenloop van een zijrivier van de Huang He kan worden gevoerd. Het alternatief is om rechtstreeks door het gebergte een aantal tunnels te boren van honderden kilometers naar lager gelegen gebied in het noorden. Om een indruk te geven van de dimensies: in een geologisch en geotechnisch onderzoek voor de verbinding van de Yalong met de Huang He gaat het om 8 kubieke kilometer water, door te voeren in zo'n 350 kilometer tunnels met diameters van 7,5 tot 9,5 meter in 14 segmenten. Deze tunnels liggen gemiddeld op 500 meter en maximaal op 1150 meter diepte in het gebergte. Ook voor beide andere bronrivieren zijn projecten van deze omvang in studie.

Het is de bedoeling jaarlijks 3,8 kubieke meter water aan de Huang He te leveren en nog zo'n 15 kubieke kilometer voor de industrialisatie en bevolkingsgroei en de irrigatielandbouw in Noordoost-China. De keuze van tracés, de uitvoerbaarheid en de financiering zijn nog in onderzoek, maar het plan maakt al wel onderdeel uit van het South-North Water Transfer Project.

Er wordt ook nagedacht over een nog veel omvattender plan, namelijk om jaarlijks 200 kubieke meter water uit de bovenloop van zes rivieren in Zuidwest-China, waaronder de Mekong, de Tsangpo (Brahmaputra) en de Salween, naar de Chang Jiang en de Huang He te voeren door een systeem van reservoirs en tunnels en natuurlijke rivieren. Dit project wordt nu nog als te ambitieus en kostbaar beschouwd om in de planning op te nemen, maar de blauwdrukken liggen er al. Een belangrijk punt is dat deze optie grensoverschrijdend is en ook rivieren in India, Bangladesh, Myanmar, Laos, Thailand, Cambodja en Vietnam zal beïnvloeden (zie het artikel van Henk Donkers). Vooralsnog lijkt daar geen draagvlak voor. 

Keerzijde

Zo'n megaproject heeft naast voordelen uiteraard ook nadelen. Het South-North Water Transfer Project ontmoette veel oppositie, zowel van de bevolking en de provincies als van wetenschappelijke instellingen. We noemen de voornaamste kritiekpunten.

Het project vergde de herhuisvesting van 350 duizend mensen (officiële cijfers, andere bronnen noemen 500 duizend), die woonden in de gebieden van de nieuw te vormen stuwmeren, kanalen en omgevende werken (pompstations, aquaducten, elektriciteitscentrales, kantoren). De mensen kregen wel nieuwe woningen aangeboden, maar werden beroofd van hun bestaansmogelijkheden, hun traditionele landbouwgebieden, de dorpssamenlevingen en de graven van hun voorouders. Hun verzet was tevergeefs.

Ook zijn er negatieve milieueffecten: de inname van (sterk) vervuild water in de centrale en oostelijke routes, ondanks de bouw van meer dan vierhonderd zuiveringsinstallaties, en de mogelijke verspreiding van besmettelijke ziekten (onder andere bilharzia) van zuid naar noord. Negatief zijn ook de aanleg van dammen en spaarbekkens in ecologisch kwetsbare gebieden en de afname van de vorming van wetlands door reductie van de sedimentatie in deze gebieden.

Het wegleiden van grote hoeveelheden water van zuid naar noord betekent een vermindering van de afvoer van de bronrivieren naar de benedenstroomse gebieden. Dit geldt vooral bij de westelijke route, waar een groot debiet onttrokken wordt aan de bovenloop van de Chang Jiang. Dat is vooral problematisch in de droge tijd, waarin de benedenstroomse gebieden nu al een groot watertekort hebben.

Er is vrees voor het optreden van aardbevingen en -verschuivingen, vooral langs de stuwmeren en de locaties van de dammen. Dit betreft vooral het gebied van de centrale en westelijke route; de laatste ligt in een actief aardbevingsgebied. Natuurlijk is er vooraf uitgebreid en intensief geologisch en geotechnisch onderzoek gedaan om het veiligste tracé te vinden. De stuwdammen zijn gefundeerd op sterk en hard gesteente, zo ver mogelijk verwijderd van tektonische breuklijnen. De tracés van de tunnels zijn gekozen in resistent gesteente in tektonisch rustige gebieden. Ook zijn seismische monitoringsystemen ingericht. Wel hebben de geologen Liu, Xu en Talwani geconstateerd dat vlak na het vullen van het stuwmeer in diverse reservoirs zettingsbevingen van 2 tot 4 op de schaal van Richter optreden, als gevolg van de druk van het ingelaten water op de ondergrond. Een dam gerelateerde, verwoestende aardbeving is echter niet uit te sluiten, al is de kans daarop klein wanneer aan de geotechnische voorwaarden is voldaan. In China zijn duizenden stuw meren gebouwd, vooral voor de opwekking van energie. Mochten dammen door een aardbeving worden verzwakt en/of doorbreken, dan heeft dat dramatische gevolgen. Er kan een enorme vloedgolf ontstaan, die ook benedenstrooms gelegen dammen bedreigt. Er kunnen dan vele slachtoffers vallen en de schade zal immens zijn.

Een ander probleem is dat bij een aardbeving tunnels gedeeltelijk kunnen instorten of geblokkeerd raken, en kanaalwanden kunnen afschuiven, waardoor het watertransport wordt onderbroken. Het herstel van de beschadigingen kan moeilijk en tijdrovend zijn. Dit kan ernstige consequenties hebben voor de benedenstroomse gebieden, die van dit water afhankelijk zijn.

Zowel in China als in het Westen is uitgebreide gediscussieerd of de aanleg van zo veel dammen en stuwmeren van deze omvang überhaupt verstandig is, onder andere vanwege de onzekerheden over de tektonische stabiliteit. Ook werd de vraag gesteld of de gigantische bedragen niet beter geïnvesteerd hadden kunnen worden in een rigoureuze sanering van de vervuilende lozingen, sanering van de waterkwaliteit, hergebruik van water, een efficiënter gebruik van irrigatiewater en de aanvulling van de grondwatervoorraden. Maar deze maatregelen zijn niet op korte termijn op grote schaal te realiseren. De energie- en waterbehoeft en in China zijn zo acuut dat de regering ervoor heeft gekozen het South-North Water Transfer Project zo snel mogelijk uit te voeren.

De kritiek heeft wel effect gehad. De centrale regering heeft kennelijk geleerd van de sterke oppositie bij de aanleg van de Drieklovendam. De uitvoering van het project werd vertraagd (van 2010 naar 2015) om mitigerende milieumaatregelen te nemen, onder andere de versnelde aanleg van honderden waterzuiveringsinstallaties vooral in de centrale route. China beseft dat de bestrijding van de waterverontreiniging essentieel is voor de toekomstige watervoorziening van het land (dat geldt overigens ook voor de luchtverontreiniging). In het vorige Vijfjarenplan (2006-2010) investeerde China zo'n 45 miljard dollar in duurzaam watergebruik en nog eens zoín bedrag in allerlei andere lokale waterverbeteringsprogramma's. Naast technische voorzieningen kunnen er andere middelen worden toegepast, zoals de uitgift e van waterrechten door de overheid en waterbeprijzing. Drinkwater is in China nog erg goedkoop en dekt geenszins de kosten.

Ondanks de gigantische dimensies biedt het South-North Water Transfer Project geen afdoende oplossing. Een studie van het Columbia Water Centre uit 2011 geeft de verwachting dat de watervraag verder zal stijgen door de waterbehoeften van de groeiende stedelijke bevolking, het toenemende energieverbruik, de verdere industrialisatie en de voedselbehoeften. Voor 2050 is de watervraag op zo'n 200 kubieke kilometer per jaar geschat, waarvan het huidige project nog geen kwart kan leveren.