На этом острове, где среднегодовое количество осадков составляет 2500 мм — «дождливый остров» — водные ресурсы всё равно часто оказываются недостаточными. Весна без мейю, лето, миновавшее тайфуны, делают «напряжённую водную обстановку» ежегодным ключевым словом Тайваня. От Шуймэнь до Цзэньвэнь, от Фэйцзюй до Наньхуа — система тайваньских водохранилищ обеспечивает водоснабжение 23 миллионов человек.
Природные условия водных ресурсов Тайваня
Обилие, но неравномерность осадков
Тайвань находится в зоне субтропического муссонного климата, среднегодовое количество осадков составляет около 2500 мм — в 2,6 раза выше мирового среднего. Но эта цифра обманчива, поскольку осадки крайне неравномерны во времени и пространстве.
Во времени около 80 % осадков Тайваня выпадает в водный период с мая по октябрь, при этом наибольшее количество дождей приходится на сезон тайфунов. Один средний тайфун может принести более 1000 мм осадков, но эти дожди идут интенсивно и кратковременно, большая часть воды сразу уходит в океан, не успевая быть эффективно использованной.
В пространстве на востоке острова годовое количество осадков может превышать 4000 мм, а на юго-западе — быть менее 1500 мм. Барьерный эффект Цжуньшань (Центрального хребта) создаёт явные зоны тени дождей. Цзянаньская и Каосюнская равнины — главные аграрные районы — как раз تقع в относительно засушливом юго-западном регионе, где спрос на воду велик, а естественное предложение невелико.
Влияние рельефа на водные ресурсы
Тайвань горный и крутой, реки короткие, среднее расстояние от Цжуньшань до побережья менее 100 км. Такая рельефная специфика заставляет дождевую воду быстро уходить в море, естественная регулирующая способность очень слаба.
Реки к западу от Цжуньшань — Чжоушуйси, Каопиньси, Цзэньвэньси и др. — хотя имеют большие площади бассейнов, но из-за крутого рельефа расходы в низководный и высоководный периоды меняются крайне сильно. В высоководный период возможны серьезные наводнения, в низководный — реки могут полностью обмелеть.
Геологические условия также влияют на использование водных ресурсов. Западная равнина состоит преимущественно из аллювиальных отложений, грунтовые воды богаты, но легки к переэксплуатации и просадке грунта; на востоке преобладают твердые породы, накопление воды затруднено, но качество воды лучше; на юге встречаются известняковые ландшафты, легко формируются подземные водные системы, но они также уязвимы для загрязнения.
История развития тайваньских водохранилищ
Японский колониальный период: отправная точка современного гидротехнического дела
Современное строительство водохранилищ на Тайване началось в японский колониальный период. Водохранилище Ушаньтоу, завершённое в 1930 г., стало первым крупным водохранилищем, спроектированным и построенным Хаттой Ёити, главным образом для оросительного водоснабжения Цзянаньского большого канала. Технологии строительства этого водохранилища были весьма передовыми для того времени: использовалась полугидронасыпная плотина из грунта и камня, полезная вместимость достигла 150 млн куб. м.
Успех Ушаньтоу превратил Цзянаньскую равнину из полей, зависящих от неба, в плодородные земли, урожай риса резко вырос. Этот проект также заложил техническую базу тайваньского гидротехнического дела и воспитал местные кадры.
В японский период также было построено водохранилище Жьжьюйтань, но его главной целью была гидроэнергетика, а не водоснабжение. Оно использовало естественный рельеф озера Жьжьюйтань для строительства гидроэлектростанции, став важной базой развития тайваньской электроэнергетики.
Послевоенный период восстановления: фокус на бытовое водоснабжение
После войны население Тайваня быстро росло, урбанизация ускорялась, спрос на бытовое водоснабжение резко возрастал. Правительство начало планировать строительство водохранилищ, основным назначением которых было водоснабжение.
В 1964 г. было завершено водохранилище Шуймэнь — первое послевоенное крупное многоцелевое водохранилище Тайваня. Оно одновременно выполняло функции водоснабжения, энергетики, паводкозащиты, туризма, став образцом тайваньского водохранилищного строительства. Шуймэнь обеспечивает водой Таоюань и части Ньбэй, его вклад в развитие Северного Тайваня неоценим.
В 1973 г. началось планирование Фэйцзюй, в 1987 г. — завершение строительства. Это водохранилище было построено специально для водоснабжения Тайбэя, применяется строгий контроль бассейна накопления, гарантирующий высокое качество воды. Успех Фэйцзюй сделал Тайбэй единственным городом Тайваня, не испытывающим дефицита воды.
1980–1990-е: период масштабного строительства
В 1980-х экономика Тайваня взлетела, промышленный спрос на воду вырос, правительство вело крупномасштабное строительство водохранилищ. В этот период были завершены Цзэньвэнь, Дэцзи, Вушэ и другие важные водохранилища.
Цзэньвэнь завершён в 1973 г. — крупнейшее водохранилище Тайваня, полезная вместимость 700 млн куб. м. Главное назначение — аграрное и промышленное водоснабжение Цзянаньского региона, ключевое значение для развития Южной Тайваня.
Дэцзи находится на верхнем течении Дадзяси, завершён в 1974 г., обеспечивает водой Тайчжун. Это высокогорное водохранилище (высота более 1000 м) с отличным качеством воды, но также сталкивается с проблемой заиления из-за селевых потоков при тайфунных ливнях.
Недавнее развитие: рост экологического сознания
После 1990-х рост экологического сознания создал новые препятствия для строительства водохранилищ. Проекты Мэйnung, Цзиян (искусственное озеро) и др. были заморожены из-за экологических споров. Общество начало сомневаться в необходимости крупных водохранилищ и их экологической цене.
В последние годы строительство водохранилищ сосредоточено на малых и средних, таких как Хушань, реконструкция Агундыня. Одновременно правительство начало уделять внимание обслуживанию существующих водохранилищ, продвигая работы по очистке от иловых отложений, обновлению сооружений.
Обзор основных водохранилищных систем
Северная водоресурсная система
Фэйцзюй — важнейший источник воды для Тайбэйской агломерации, одно из наиболее успешно управляемых водохранилищ Тайваня. В бассейне накопления строго контролируется развитие, качество воды длительное время сохраняется на высоком уровне. Водохранилище оснащено двухъярусным водозабором, позволяющим выбирать слой забора в зависимости от качества воды, обеспечивая качество водоснабжения.
Шуймэнь обслуживает Таоюань и части Ньбэй — важный источник воды Северной Тайваня. Но это водохранилище сталкивается с серьезной проблемой заиления, полезная вместимость снижается год от года. Правительство продвигает план обновления Шуймэнь, включая очистку от иловых отложений, повышение плотины.
Синьшань, Чэньфу и другие малые и средние водохранилища выполняют дополнительные функции водоснабжения. Хотя их масштаб невелик, в низководный период они способны играть ключевую роль.
Центральная водоресурсная система
Дэцзи находится на верхнем течении Дадзяси, главный источник воды для Тайчжуня. Это высокогорное водохранилище с отличным качеством воды, но из-за хрупкой геологии бассейна накопления тайфунные ливни часто приводят к большим селевым потокам, проблема заиления остра.
Лиюйтань обеспечивает водой Мяоли, применяет проект внеплотинного водохранилища, избежав проблемы заиления главной речной корки. Эта проектная идея позже была применена в других вновь строимых водохранилищах.
Хушань — последнее завершённое крупное водохранилище Тайваня, начало эксплуатации в 2016 г., главное назначение — водоснабжение Юньлиня. Современный проект, оснащённый完善ной системой мониторинга и мерами экологической защиты.
Южная водоресурсная система
Цзэньвэнь — крупнейшее водохранилище Тайваня, работает в каскаде с Ушаньтоу, образуя систему Цзэньвэнь—Ушаньтоу. Эта система является главным источником аграрного и бытового водоснабжения Цзянаньского региона, оросительная площадь достигает 150 тыс. га.
Наньхуа обеспечивает водой Тainanь, Каосюн частично, применяет более новые проектные принципы, обладает хорошими мерами защиты качества воды. Но площадь бассейна накопления относительно мала, водоснабжающая способность ограничена.
Агундынь — первое на Тайване грунтокаменная плотина, долгая история, но устаревшее оборудование. В последние годы проводится реконструкция, повышающая водоснабжающую способность и безопасность.
Плотина на реке Каопиньси хотя и не является водохранилищем, но важный водозаборный сооружение Каосюня. Повышая уровень воды плотиной, увеличивается стабильность водозабора.
Вызовы управления водными ресурсами
Заиление: хроническое заболевание водохранилищ
Тайваньские водохранилища повсеместно сталкиваются с серьезной проблемой заиления. Из-за хрупкой геологии бассейнов накопления тайфунные ливни приносят огромные объёмы грунта и камней, накапливающихся в водохранилищах и снижающих вместимость.
Заиление Шуймэнь наиболее серьезное: полезная вместимость снизилась с проектных 200 млн куб. м до 170 млн куб. м. У Дэцзи коэффициент заиления достиг 47 %, серьезно затрагивая водоснабжающую способность.
Очистка от иловых отложений — основной метод решения, но затраты высоки, эффект ограничен. В последние годы правительство продвигает «План усиленной охраны и управления бассейнами накопления водохранилищ», надеясь снизить приток грунта и камней с истока. Одновременно разрабатываются новые технологии очистки: гидрослюдоудаление, наземная экскавация и др.
Защита качества воды: дилемма развития и охраны
Защита качества воды в бассейнах накопления водохранилищ — вечная задача. Сельское хозяйство, животноводство, туризм и др. виды деятельности в бассейнах могут влиять на качество воды. Правительству необходимо находить баланс между экономическим развитием и защитой качества воды.
Управление Фэйцзюй наиболее строгим: в бассейне накопления запрещено развитие, даже доступ туристов ограничен. Такая строгая регуляция гарантирует высокое качество воды, но ограничивает местное развитие.
У других водохранилищ контроль бассейнов накопления более слабый, давление загрязнения выше. В бассейне Цзэньвэнь ведётся сельское хозяйство, туризм, управление качеством воды более сложное. Правительство продвигает экологические методы, снижение загрязнения, надеясь совместить развитие и охрану.
Новые вызовы изменения климата
Изменение климата ставит перед управлением водными ресурсами Тайваня новые вызовы. Меняются режимы осадков, растут экстремальные погодные явления, традиционные методы планирования водных ресурсов могут стать неприменимыми.
В последние годы на Тайване часто наблюдается феномен «весенние дожди не приходят», в мейю сезон осадков уменьшается, водохранилища не могут эффективно накапливать воду. Столетняя засуха 2021 г. принесла уровень заполнения многих водохранилищ к историческим минимумам, остро выявив угрозу изменения климата.
Изменение траекторий тайфунов также влияет на водные ресурсы. Раньше часто приносившие обильные осадки тайфуны в последние годы часто проходят в стороне, уменьшая дождевую пополняемость. Даже если тайфун приходит, из-за слишком большой интенсивности дожди идут слишком резко и интенсивно, не успевая быть эффективно использованными.
Неравенство региональных водных ресурсов и перераспределение
Северо-южный разрыв: контраст избытка и дефицита
Распределение водных ресурсов Тайваня крайне неравномерно, образуя явный северо-южный разрыв. На севере Фэйцзюй, Шуймэнь и другие крупные водохранилища, источники воды относительно достаточны; на юге, хотя есть Цзэньвэнь и другие крупные водохранилища, давление водопотребления больше.
Тайбэйская агломерация благодаря обильным водным ресурсам Фэйцзюй практически не сталкивалась с кризисами дефицита воды. Даже во время серьезной засухи 2021 г. Тайбэйский регион смог сохранить нормальное водоснабжение. В то же время Центральные и Южные районы часто страдают от напряжённой водной обстановки.
Этот разрыв вызван не только природными условиями, но и историческим развитием. Север из-за важного политического статуса получал больше инвестиций в гидротехническое строительство; юг, хотя аграрно развит, имел относительно менее развитую гидротехническую инфраструктуру.
Конкуренция между аграрным и бытовым водопотреблением
Аграрное водопотребление Тайваня составляет более 70 % от общего, а доля сельского хозяйства в ВВП — менее 2 %. С трансформацией экономической структуры давление перевода аграрного водопотребления на бытовое и промышленное растёт.
Распределение водных ресурсов в Цзянаньском регионе наиболее сложно. Система Цзэньвэнь—Ушаньтоу главным образом обслуживает аграрное орошение, но Тянаньский научный парк и другие промышленные зоны также нуждаются в больших объёмах воды. Как удовлетворить разные потребности в ограниченных водных ресурсах — серьезный вызов для управления.
Правительство продвигает политику перераспределения аграрной воды, поощряя фермеров в низководный период сокращать орошение, передавая водные ресурсы бытовому и промышленному потреблению. Но этот подход вызывает недовольство фермеров, считающих, что это вредит аграрному развитию.
Технические вызовы межрегионального водопереброса
Для решения проблемы неравномерности региональных водных ресурсов правительство планировало ряд проектов межрегионального водопереброса. Но рельеф Тайваня сложен, межрегиональный водопереброс сталкивается с большими техническими трудностями.
Проект «Переброс южных вод на север» надеялся перебросить водные ресурсы юга на север, но из-за слишком высокой стоимости и технических сложностей приостановлен. «Переброс восточных вод на запад» надеялся использовать обильные осадки востока для пополнения спроса запада, но также сталкивается с рельефными препятствиями.
На данный момент более реалистичны краткосрочные региональные перераспределения. Например, совместное регулирование между Тайбэем и Ньбэй, поддержка между Таоюань и Синьчжу. Хотя масштаб невелик, в чрезвычайных ситуациях они способны сыграть роль.
Развитие альтернативных источников воды
Десалинация морской воды: добыча воды из океана
Перед лицом дефицита водных ресурсов десалинация морской воды становится важной альтернативой. Тайвань окружен морем со всех сторон, десалинация обладает преимуществами стабильности, независимости от климата.
В настоящее время на Тайване работает несколько заводов по десалинации: на островах Пэньху, Цзиньмэнь, Мацзу (острова Мацзу), а также в Юнкань (Тайнань), Синьчжу и др. Эти сооружения преимущественно используют технологию обратного осмоса, стоимость десалинации продолжает снижаться.
Но десалинация имеет ограничения. Большое энергопотребление: на производство 1 тонны пресной воды требуется 3–5 кВт·ч; сбрасываемая высокосолёная вода может влиять на морскую среду; высокие затраты на обслуживание, необходимы профессиональные технологии. Сможет ли десалинация развиться в крупномасштабном порядке в будущем — потребуется преодолеть эти вызовы.
Использование регенеративной воды: практика круговой экономики
Регенеративная вода — это очищенные сточные воды, повторно используемые, важный способ кругового использования водных ресурсов. Тайваньская регенеративная вода преимущественно используется для промышленного охлаждения, ландшафтного полива, смыва унитазов и др.
Синьчжунский научный парк — пионер использования регенеративной воды, уже в 1990-х построил завод регенеративной воды, снабжающий предприятия парка. Этот успешный опыт позже распространился на другие научные парки.
Продвижение бытовой регенеративной воды сложнее, главная проблема — принятие населением. Хотя качество обработанной регенеративной воды хорошее, большинство жителей всё ещё испытывают психологический барьер. Правительство продвигает просвещение по регенеративной воде, надеясь изменить представления населения.
Накопление дождевой воды: мудрость локального использования
Накопление дождевой воды — древний, но эффективный способ использования водных ресурсов. В высокоурбанизированном Тайване накопление дождевой воды не только увеличивает источники воды, но и снижает риски городских затапливаний.
Правительство продвигает «Стандарты установки сооружений накопления дождевой воды на строительных участках», требуя от новых зданий устанавливать сооружения накопления дождевой воды. Эти сооружения могут собирать крышную дождевую воду для полива, уборки и др.
Сообщественные системы накопления дождевой воды также постепенно распространяются. Через установку крупных накопительных сооружений всё сообщество может совместно использовать дождевые водные ресурсы. Этот подход особенно подходит климатическим особенностям Тайваня — обильным, но неравномерно распределённым осадкам.
Будущее умного управления водой
Применение технологий IoT
Технологии интернета вещей приносят революционные изменения в управление водными ресурсами. Через установку датчиков в водохранилищах, трубопроводных сетях, на стороне потребителей можно в реальном времени мониторить уровень воды, качество, расход и др. данные, реализуя точное управление.
Тайваньская водоснабжающая компания продвигает план «Умная водосеть», через умные водомеры, мониторинг давления, обнаружение утечек и др. технологии повышая эффективность водоснабжения. Эти технологии позволяют рано обнаруживать проблемы утечек, снижая потери водных ресурсов.
Управление водохранилищами также внедряет технологии IoT. Через метеомониторинг, предупреждение уровней воды, автоматизированную операцию и др. системы можно точнее проводить регулирование водных ресурсов. Применение технологий искусственного интеллекта позволяет прогнозировать спрос на воду, оптимизировать стратегии водоснабжения.
Технологии цифровых двойников
Технология цифровых двойников (Digital Twin) воссоздаёт реальные гидротехнические сооружения в виртуальном пространстве, позволяя моделировать различные сценарии, оценивать эффект разных стратегий.
Эта технология особенно подходит для операционного управления водохранилищами. Через построение цифровой модели водохранилища можно моделировать изменения уровня воды при различных сценариях осадков, разрабатывать оптимальные операционные стратегии. Также можно оценивать эффект инженерных проектов улучшения, снижая риски реального строительства.
Управление трубопроводными сетями также может применять технологию цифровых двойников. Построение полной цифровой модели трубопроводной сети позволяет моделировать изменения давления, влияние утечек и др., помогая составлять планы обслуживания.
Прогнозирование искусственным интеллектом
Искусственный интеллект демонстрирует огромный потенциал в прогнозировании водных ресурсов. Через анализ исторических метеоданных, данных водопотребления и др. можно точнее прогнозировать количество осадков, спрос на воду и др. ключевые показатели.
В краткосрочном прогнозировании ИИ может предсказывать спрос на воду на ближайшие несколько дней, помогая регулировать источники воды. В долгосрочном — оценивать влияние изменения климата, планировать будущее гидротехническое строительство.
Раннее предупреждение экстремальных событий — важное применение ИИ. Через анализ метеоданных можно заранее предупреждать засуху или ливни, выигрывая время для реагирования. Для Тайваня с его резкими климатическими изменениями это особенно важно.
Международный опыт и уроки для Тайваня
«Четырехводная стратегия» Сингапура
Сингапур — успешный образец управления водными ресурсами, его «четырехводная стратегия» заслуживает изучения Тайванем. Четыре воды включают местные источники, импорт воды, регенеративную воду, десалинацию, гарантируя безопасность водоснабжения.
Технологии регенеративной воды Сингапура особенно передовые, качество регенеративной воды даже позволяет пить её напрямую. Через бренд «Ньюотер» (NEWater) правительство успешно изменило восприятие населения регенеративной водой. Этот опыт очень вдохновляет для продвижения регенеративной воды на Тайване.
В десалинации Сингапур постоянно улучшает технологии, снижая затраты и энергопотребление. Его заводы десалинации используют самые передовые мембранные технологии, эффективность значительно повышена. Тайвань может ссылаться на его технологии и управленческий опыт.
Израильское водосберегающее земледелие
Израиль в засушливых районах разработал передовые технологии водосберегающего земледелия, включая капельное орошение, микрополив, интегрированное водно-удобрительное применение. Эти технологии резко повысили эффективность использования водных ресурсов, превратив пустыни в оазисы.
Хотя Тайвань не является засушливым регионом, аграрное водопотребление велико, технологии водосберегающего земледелия также важны. Правительство продвигает умное земледелие, включая точное орошение, мониторинг почвы и др. технологии, надеясь повысить эффективность аграрного водопользования.
Водная тарифная политика Израиля также заслуживает ссылки. Через ступенчатые тарифы поощряется экономия воды; за сверхнормативное потребление взимаются высокие налоги, сдерживающие расточительство. Такой рыночный механизм эффективнее административного регулирования.
Устойчивое будущее тайваньских водных ресурсов
Перед вызовами изменения климата и роста населения Тайвань должен построить более устойчивую систему управления водными ресурсами. Это требует совместных усилий правительства, бизнеса, населения.
В технологическом аспекте необходимо продолжать развивать технологии регенеративной воды, десалинации, умного управления, повышая эффективность использования водных ресурсов. Одновременно улучшать существующие сооружения: очистку водохранилищ от иловых отложений, замену трубопроводных сетей и др.
В институциональном аспекте необходимо установить более разумный тарифный механизм, отражающий истинную стоимость водных ресурсов. Одновременно совершенствовать систему водных прав, позволяя водным ресурсам эффективно распределяться между разными видами использования.
В социальном аспекте необходимо усилить просвещение населения по экономии воды, воспитывать концепцию бережного водопользования. Бизнес также должен нести социальную ответственность, внедрять водосберегающие технологии, снижать расточительство водных ресурсов.
Вода — источник жизни, основа экономического развития. На этом прекрасном острове мы должны ценить каждую каплю воды, мудро управлять водными ресурсами, гарантируя, что будущие поколения также смогут наслаждаться достаточными чистыми водными ресурсами. Это не только ответственность правительства, но и миссия каждого.
Дополнительное чтение: