Me käytämme patoja estämään tai pysäyttämään veden virtauksen jokea pitkin. Vaikka tämä insinöörirakenne liitetään yleisesti vesivoiman tuotantoon, käytämme niitä myös moniin eri tarkoituksiin. Kun joki padotetaan, sen taakse syntyy keinotekoinen järvi, jota voidaan käyttää juomaveteen, virkistyskäyttöön ja kasteluun.
Ensimmäisiä ihmisen luomia patoja pidettiin painovoimapatoina. Ne tehtiin muuratusta tai betonista, jotka pystyivät vastustamaan vesikuormaa painonsa vuoksi. Muinaisten egyptiläisten uskotaan rakentaneen ensimmäisen padon, ja sen nimi oli Sadd el-Kafara. Nimi tarkoittaa arabiaksi ”pakanoiden patoa”. Arkeologit uskovat, että rakenne oli 37 metriä korkea ja lähes 350 metriä leveä harjallaan. Rakenteen rakentamiseen käytettiin yli 100 000 tonnia kiveä ja soraa, mutta se romahti muutaman vuoden kuluttua ylivuotojen vuoksi.
Patojen useita etuja ja haittoja on syytä tarkastella, kun tarkastelemme tämän teknologian välittömiä ja pitkän aikavälin vaikutuksia.
Luettelo patojen eduista
1. Padot tarjoavat meille puhtaan energian lähteen.
Vesivoima vastaa 19 prosentista maailman energiahuollosta ja tarjoaa vuosittain yli 3000 terawattia. Voimme tuottaa energiaa patojen avulla, koska veden liikkeiden liike-energia saa turbiinit pyörimään. Sen ansiosta voimme tuottaa sähköä, joka on puhdasta ja uusiutuvaa. Kun pato saadaan kokonaan rakennettua, emme ole enää riippuvaisia fossiilisista polttoaineista, jotka ovat vastuussa energiasta, jota tarvitsemme nykyaikaisen elämäntyylin ylläpitämiseksi.
Yhdysvallat on nykyään yksi maailman suurimmista vesivoiman tuottajista, vaikka toiminnassa olevia laitoksia on vähennetty. Amerikkalaiset tuottavat tällä resurssilla yli 103 000 megawattia uusiutuvaa sähköä, ja vain Kanada tuottaa tällä hetkellä enemmän sähköä tällä tavoin.
2. Padot auttavat meitä säilyttämään vesivarantomme.
Kun käytämme tilaisuutta padota joki, vesi kerääntyy kasaan muodostaen säiliön rakenteen taakse. Tämän lopputuloksen ansiosta kyseisen alueen asutuskeskukset voivat kerätä makeaa vettä runsaiden sateiden aikana käytettäväksi kuivan kauden tai kuivuuden aikana. Käytämme tätä tekniikan ihmettä myös tulvavesien hallintaan tai kiinteän nestemäärän toimittamiseen ympäröiville alueille maatalouden kastelua varten.
Tämä tarkoittaa, että pato voi tarjota koko alueelle puskurin sään ääri-ilmiöitä tai epäsäännöllisiä sademääriä vastaan.
3. Tämä tekniikka tarjoaa meille ratkaisevan tärkeitä vapaa-ajanviettomahdollisuuksia.
Padot voivat tarjota meille monenlaisia taloudellisia, ympäristöllisiä ja sosiaalisia etuja. Lukuisat tekoaltaat ympäri Yhdysvaltoja tarjoavat mahdollisuuksia retkeilyyn, veneilyyn ja vesihiihtoon. Ne antavat alueille, joilla ei yleensä olisi pääsyä veteen, paikan, jossa on venelaituri, joka tukee kaupallista kalastustoimintaa. Nämä kohteet voivat olla täydellinen paikka piknikille, vaellukselle ja perheen kanssa vietetylle ajalle.
4. Hyvin rakennettu pato tarjoaa useita tulvasuojeluhyötyjä.
Padot auttavat ehkäisemään omaisuusvahinkoja ja vähentävät samalla vuotuisten tulvatapahtumien ihmishenkiin kohdistuvaa riskiä. Nämä rakenteet voivat padota tulvavedet padon takana olevaan altaaseen, jolloin ne voidaan päästää hallitusti pois tai varastoida tulevaa käyttöä varten. Voimme ohjata liialliset sademäärät kuntien käyttöön raikasta juomavettä varten, luoda lisää kastelumahdollisuuksia ja täyttää erilaisia energiaan liittyviä tarpeita.
Niilijoki on kuuluisa arvaamattomasta vuotuisesta virtaamastaan kautta historian. Ilmastonmuutoksen edetessä Tyynenmeren El Nino- ja La Nina -mallit tulevat edelleen lisääntymään. Tämä tarkoittaa, että meillä tulee olemaan enemmän liiallisen sademäärän ja kuivuuden jaksoja, ja padot voivat auttaa meitä säätelemään tätä ongelmaa.
5. Patojen avulla voimme kastella peltoalueita, jotka eivät välttämättä saa riittävästi kosteutta.
Yhdysvaltojen peltoalueista noin 10 prosenttia kastellaan nykyisin padon taakse varastoituihin säiliöihin varastoidulla vedellä. Kymmenettuhannet työpaikat ovat suoraan sidoksissa kasvintuotantoon ja muuhun maataloustoimintaan, joka tapahtuu tämän hyödyn ansiosta. Elintarvikkeiden jakeluverkostomme pysyvät aktiivisina ja johdonmukaisina tämän edun ansiosta, ja sen ansiosta voimme tehdä enemmän viljelyponnisteluillamme kuin jos luottaisimme pelkästään kausittaisiin sademäärämalleihin.
6. Pato voi tarjota vakaan merenkulkujärjestelmän.
Voimme käyttää jokien patoja vakaan sisävesikuljetusjärjestelmän tarjoamiseen. Yhdysvaltojen purjehduskelpoisten vesiväylien, kuten Mississippi-joen, käyttö voi olla joillekin veneille haastavaa vaihtelevien vedenkorkeuksien vuoksi. Asentamalla sulkujärjestelmä tällä tekniikalla luodaan meille turvallinen paikka tavaroiden kuljettamiselle ja monenlaisia lisähyötyjä.
Jossain tilanteissa padot voivat jopa parantaa ympäristönsuojelua. Tällä tekniikalla voidaan toimittaa vaarallisia aineita pidättämällä tai vähentää sedimentaation vaikutusta haavoittuviin jokiin.
7. Patoaltaat voivat toimia juomaveden lähteenä.
Koska padon taakse patoaltaaseen varastoitu vesi on tuoretta, voimme käyttää sitä juomaveden lähteenä läheisille kaupungeille. Ei ole epätavallista, että yhdysvaltalaiset yhteisöt hankkivat koko vesivarantonsa lähellä sijaitsevista puroista tai joista. Voimme käyttää suuria kanavia, putkia ja muita kuljetusmenetelmiä varmistaaksemme, että jokaisessa kodissa on saatavilla turvallista ja puhdasta juomavettä.
Luettelo patojen haitoista
1. Padot voivat syrjäyttää huomattavan määrän ihmisiä.
Padot ovat kahden viime vuosisadan aikana syrjäyttäneet arviolta 500 miljoonaa ihmistä kunkin rakenteen taakse muodostuvien altaiden vuoksi. Kun ympäröivät kuivat alueet tulvivat, meillä ei ole enää mahdollisuutta käyttää maata, joka aiemmin oli käytettävissä erilaisiin tarkoituksiin. Tämä tarkoittaa, että paikallinen maataloustoiminta käy läpi häiriöprosessin, vaikka lopulta käytettävissä olevan veden lisääntyminen tukeekin enemmän kastelua.
2. Padon takana olevat altaat voivat johtaa kasvihuonekaasupäästöjen lisääntymiseen.
Kun kasvillisuus joutuu veden alle, kasvit kuolevat lopulta. Kun tämä lopputulos tapahtuu, kuolleesta orgaanisesta materiaalista vapautuu metaania, joka päätyy lopulta ilmakehään. Kasvihuonekaasujen tuotannon lisääntyminen on merkittävää, koska metaani on jopa 20 kertaa voimakkaampi heijastin kuin hiilidioksidi.
Padon käyttö tietyillä alueilla voi myös edistää metsien häviämistä. Kun menetämme samanaikaisesti merkittävän määrän puita, tapahtuu vastaavaa hiilidioksidin ottoa, koska fotosynteesiprosesseja tapahtuu päivittäin vähemmän.
3. Tämä tekniikka häiritsee paikallisia ekosysteemejä.
Padot luovat tulvaongelman rakenteen taakse keinona muodostaa säiliö. Tämä ei ainoastaan häiritse ihmisten toimintaa, vaan se myös tuhoaa olemassa olevia villieläinten elinympäristöjä. Tämä asia voi häiritä kokonaisia ekosysteemejä, millä voi olla haitallinen vaikutus koko alueelliseen eliölajistoon. Jokien esteettömän virtauksen varassa elävään merieläimistöön, kuten vaelluskaloihin, voi vaikuttaa haitallisesti päätös patoamisesta.
4. Osa jokien sedimentistä on hyödyllistä.
Padoilla voi olla syvällinen vaikutus alueen koko vesiekosysteemiin. Yläjuoksulla tapahtuva muutos aiheuttaa laskeuman puutetta, joka siirtyy vesistöä alaspäin tukemaan koko merellistä elinympäristöä. Se voi myös aiheuttaa muutoksia lämpötilassa, kemiallisessa koostumuksessa ja rantojen vakaudessa. Monet patoaltaat isännöivät myös vieraslajeja, kuten leviä tai etanoita, jotka heikentävät joessa aiemmin eläneiden kasvien ja eläinten luonnollisia yhteisöjä.
Padon alapuolella olevat jokiuomat voivat erodoitua useita metrejä ensimmäisen vuosikymmenen aikana. Tämä vahinko voi ulottua satojen kilometrien päähän alavirtaan sen jälkeen.
5. Padot aiheuttavat tulvariskin, jos ne rikkoutuvat.
Me saatamme käyttää patoja eräänlaiseen tulvasuojeluun, mutta tämän rakenteen rikkoutumisella voi olla tuhoisia seurauksia alajuoksulla sijaitseville yhteisöille. Vajontin pato murtui vuonna 1963, vain neljä vuotta sen jälkeen, kun sen rakentaminen oli saatu päätökseen aivan Venetsian ulkopuolella Italiassa. Alkutäytön aikana tapahtunut maanvyöry laukaisi altaassa tsunamin, joka aiheutti yli 50 000 000 kuutiometriä tulvavettä, joka vaikutti läheisiin kaupunkeihin ja kyliin. Joidenkin raporttien mukaan aallon korkeus oli yli 820 jalkaa.
Lähes 2 000 ihmistä kuoli tässä katastrofissa, ja kaikki tämä johtui siitä, että pato sijaitsi geologisesti epävakaalla alueella. Kun Banqiaon patoaltaan pato murtui vuonna 1975 Kiinassa, se aiheutti arviolta 171 000 kuolonuhria.
6. Padot voivat vaikuttaa haitallisesti pohjaveden pinnan tasoon.
Kun jokiuomat kokevat syvenemisen, niin tämä ongelma aiheuttaa pohjaveden pinnan tason alenemisen joen varrella. Tämä tarkoittaa, että kasvien juurien on haastavampaa saavuttaa se, mitä selviytyminen edellyttää. Lähistöllä asuvien kodinomistajien on myös kaivettava syvempiä kaivoja saadakseen vettä kotitalouksiinsa. Tämä ongelma voi jopa muuttaa nesteen mineraalipitoisuutta ja suoloja, mikä aiheuttaa vahinkoa maaperän rakenteille matkan varrella.
7. Padon rakentaminen on kallis investointi.
Suuri pato määritellään rakenteeksi, joka on yli 15 metriä korkea. Tämä määritelmä tarkoittaa, että maailmassa on yli 57 000 rakennetta. Suuret padot ovat yli 150 metriä korkeita, ja niitä on yli 300. Niitä on eniten Kiinassa, jossa on yli 23 000 toiminnassa olevaa laitosta. Yhdysvallat on toisena, mutta kaukana jäljessä 9 200:lla. Suuren padon kustannukset voivat nykyään olla yli 20 miljardia dollaria, ja sen rakentaminen voi kestää 7-10 vuotta. Nämä ovat resursseja, jotka monet yhteisöt voisivat käyttää paremmin.
8. Padot voivat estää veden etenemisen eri osavaltioihin, maakuntiin ja maihin.
Kun pato rakennetaan kahden osavaltion, maakunnan tai maan väliselle rajalle tai sen läheisyyteen, se saattaa myös estää veden etenemisen jommallakummalla näistä alueista. Se tarkoittaa, että saman joen tarjonta naapurimaassa ei ole enää heidän suorassa hallinnassaan. Tämä haitta voi johtaa vakaviin ongelmiin naapureiden välillä ja luoda jatkuvan konfliktinlähteen, joka voi joskus johtaa jopa sotaan.
9. Se voi tehdä vedestä liian matalaa merenkulun kannalta.
Padoilla pyritään välttämään ympäristövaikutuksia vapauttamalla vettä alajuoksulla ja luomalla merieläinkanavia, jotka mahdollistavat liikkumisen ylävirtaan. Vaikka tämä lähestymistapa on epätäydellinen, tämän suunnitteluprosessin päivityksillä on ollut joitakin etuja. Se, mitä ei ratkaista tämän prosessin avulla, on alajuoksulla mahdollisesti käytettävissä oleva veden syvyys. Colorado-joki on erinomainen esimerkki tästä ongelmasta, koska vesiväylä ei pääse useimpina vuosina purkautumaan uomaansa kaiken patoamistoiminnan vuoksi.
Jos vesi on liian matalaa käytettäväksi joessa, sitä ei voida käyttää kuljetushyötyihin. Tämä asia muuttaa myös asutusprofiilia niin, että marssit ja kosteikot eivät enää saa joelta tarvitsemaansa terveellistä tukea.
10. Patoaltaat voivat olla haastavia ylläpitää.
Kun kuivuus on merkittävä ongelma yhdyskunnalle, padon takana oleva patoallas voi olla elintärkeä voimavara. Tämän uuden vesimuodostuman ylläpito tuo mukanaan omat haasteensa, sillä haihtumista voi tapahtua kuivina aikoina ja johtaa ympäristöongelmien lisääntymiseen. Tämän haittatekijän myötä sedimenttiin kertyy yleensä myös merkittävästi orgaanista ainesta, mikä johtaa mahdollisesti syöpää aiheuttaviin trihalometaaneihin, kun vesi kloorataan juomavedeksi.
Johtopäätös
Klamath-joki on toiminut neljän padon vaikutuksen alaisena lähes 60 vuoden ajan. Nämä rakenteet tuottavat vuosittain keskimäärin 82 megawattia sähköä. Tämä energia saattaa olla uusiutuvaa, mutta se ei ole vapaa ympäristövaikutuksista. Nämä rakenteet veivät dynaamisen ekosysteemin ja korvasivat sen surkealla jäljitelmällä itsestään. Jopa patojen omistaja päätti, että rakenteiden ylläpitokustannukset eivät ole enää sen arvoisia, ja niinpä ne puretaan.
Costa Ricassa sijaitseva Reventazon pato kertoo hyvin erilaisen tarinan. Insinöörit ovat viimeisten kuuden vuoden aikana saaneet joen tasaisesti kuriin niin, että laitos voi tuottaa vuosittain 305 megawattia sähköä. Tämä hanke on suurin laatuaan Keski-Amerikassa, ja se takaa melkeinpä sen, että maan sähköverkosta tulee lähes 100-prosenttisesti uusiutuvaa energiaa.
Kun tarkastelemme patojen etuja ja haittoja, on olennaista muistaa, että molemmat näkökulmat esittävät perusteltuja väitteitä siitä, että ne tekevät sen, mikä on ympäristön kannalta parasta. Näitä rakenteita saatetaan kaataa Yhdysvalloissa, mutta niitä rakennetaan kaikkialla muualla maailmassa. Tämä tarkoittaa, että tämä tekniikka tulee olemaan menneisyyttä joillekin väestöryhmille, mutta se tulee olemaan myös tulevaisuutta toisille.