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编者按

本期大坝新闻继续推出，由中国大坝协会与国务院南水北调工程建设委员会办公室联合策划的科普专题《南水北调》，使读者进一步理解认识南水北调工程的建设和发展情况。下篇包括第三部分：南水北调工程建设、第四部分：百年大计造福子孙，欢迎转发收藏~

第三部分：南水北调工程建设---1“三横四纵”格局三条“水龙”穿越大半个中国

想象一下，从南向北铺设三条水道，齐头并进穿越崇山峻岭、河湖港汊；逢山开洞，遇河架槽、钻地，低水位时提升，高水头时自流，就像三条水龙上下翻腾，直济黄淮海流域，何等壮观！南水北调工程是迄今为止世界上最大的调水工程，东线、中线、西线三条线路的年调水总规模约亿立方米，约为当今中国全年用水量的1/10，相当于十几个北京市的用水量，可以基本缓解北方严重缺水的危急局面。

这项水利工程横穿长江、淮河、黄河、海河四大流域，涉及十余个省（自治区、直辖市）。输水线路长，穿越河流多，工程涉及面广，社会和生态效益巨大。它包括水库、湖泊、运河、河道、大坝、泵站、隧洞、渡槽、暗涵、倒虹吸、PCCP管道、明渠等水利工程项目，是一个十分复杂的巨型水利工程，其规模和难度在国内外均无先例。仅东线、中线一期工程，土石方开挖量为17.8亿立方米，土石方填筑量6.2亿立方米，混凝土使用量万立方米。

三条线路分别从长江下、中、上游向北方调水，与长江、黄河、淮河和海河相互连接，组成一个水网，形成“四横三纵”总体格局。通过对水量跨流域重新调配，可协调东、中、西部社会经济发展对水资源需求关系，达到我国水资源“南北调配、东西互济”的优化配置目标。

东线工程从长江下游的扬州市江都水利枢纽抽水，利用京杭大运河和其他南北向河道向北输水，经过泵站逐级提水至黄河南岸的东平湖。出了东平湖分两路输水：一路向北，穿过黄河，输水到鲁北、冀东和天津市；另一路向东，通过胶东地区输水干线经济南输水到烟台、威海等胶东地区城市。总体工程规划分三期实施，第一期先送水到鲁北和胶东，二期可达到天津。

中线工程从长江支流—汉江上游的丹江口水库陶岔渠首闸引水，沿线开挖渠道，沿唐白河平原北缘、华北平原西部边缘，在郑州以西孤柏嘴处穿过黄河，沿京广铁路西侧北上，水可基本自流到北京、天津。整个工程规划分两期实施。

西线工程在长江上游通天河、支流雅砻江和大渡河上游筑坝建库，开凿穿过长江与黄河的分水岭巴颜喀拉山的输水隧洞，调长江水入黄河上游，补充黄河水资源的不足，西线工程主要解决涉及青海、甘肃、宁夏、内蒙古、陕西、山西等黄河上中游地区和渭河关中平原的缺水问题。整个工程规划分三期实施。

由于工程量浩大，三条调水线路工程均需分期实施，建设时间约需40～50年。从当前缺水形势以及我国经济社会发展的需要等综合分析，先期实施东线和中线一期工程。目前，东、中线一期工程已分别于年和年开工。预计东线一期工程将于年底实现全线通水，中线一期工程将于年汛后实现全线通水。截至目前，南水北调工程已建成项目已经部分投入使用，在区域调水、改善生态、防汛抗旱工作中发挥出实际的效益。

南水北调工程的线路长、涉及面广、技术要求高，是由多项目组成的庞大项目集群。它不仅仅是一项跨流域调水的水利工程，也是一项宏大的社会工程、经济工程和生态环境工程。这项复杂的系统工程在设计、建设、运行等方面，面临诸多技术挑战。它所采用的许多硬技术和软科学都是世界级的，是水利学科与多个边缘学科联合研究的前沿领域。

南水北调的三条线路根据地形不同各有特点

东线从长江下游取水，经13级泵站逐级提水，与途径的河湖交汇，经洪泽湖、骆马湖、南四湖，最终提到东平湖最高水位，然后自流而下。用个形象的比喻，一连串的湖泊就像管道连起来的一个个水盆，一个比一个高，从低水盆逐级把水提到高水盆，水盆起到蓄水的作用，水道与整个水系融在一起。

中线取水自长江支流汉江，利用丹江口水库与北京之间约米落差，通过一条新开的渠道直流到北京，途中不与任何水系交融，全封闭、全立交，是一条真正的“水龙”。

西线取水于长江源头支流，由于地形复杂，虽然存在落差，但无法从地表直流，主要是通过隧洞连接两河源头，可以说是条“钻地水龙”。

2东线工程：长江下游取水13级泵站提水65米，让水往高处流

长江是东线工程的主要水源，水资源丰富平均每年入海水量达多亿立方米，即使在特枯年也有多亿立方米。江苏扬州位于长江下游，附近的长江水质平均为II类，为东线工程提供了优越的水源条件。20世纪60年代初，为解决淮河流域灌溉和排水的平衡问题，开始建设“江水北调”工程，其中江都提水站是工程的核心。至年共修建了4个泵站，有33台机组，每秒钟可提引江水立方米，形成强大的提水能力。

东线一期工程充分利用和改造现有的江水北调工程，并在其基础上扩大规模，向北延伸。调水线路从江苏扬州出发，利用现有的天然河道、人工河道（京杭大运河等）、天然湖泊为输水线路。从长江至黄河以南沿途串联起4个湖泊：洪泽湖、骆马湖、南四湖、东平湖，将水逐级由南向北输送。黄河以北和胶东地区还兴建了3座平原水库，起到蓄水的作用。原江水北调工程主要沿京杭运河输水（简称运河线），南水北调工程在运河线西侧又新辟了“运西”输水线，采用双线输水。江苏境内输水线路按照调蓄湖泊分为三段：长江至洪泽湖段，从长江北岸的三江营（主引水口门）和高港引水，利用原里运河-苏北灌溉总渠输水线，新辟三阳河-金宝航道输水线；洪泽湖至骆马湖段，利用原中运河线，新辟徐洪河线送水；骆马湖至南四湖段，利用中运河-不牢河线，新辟中运河-韩庄运河线输水；从南四湖再往北，则为南水北调工程扩建、延伸的新的输水渠道。一期工程调水主干线全长约公里，其中长江至东平湖公里，黄河以北.5公里，胶东输水干线.8公里，穿黄河段7.9公里。

东线工程输水线路最高点位于山东省境内的东平湖，其水位比长江引水口的水位高出大约40米。要想让水从低处流到高处，只能用水泵扬水。根据地形由低向高分为13个梯级，逐级提水。沿途设立了22处枢纽，共计34座泵站，总扬程高度达65米（每一级到下一级之间水头会有一定的损失，总提水高度可以达到40米）。提水到最高点东平湖后,然后分成两路自流水道，一路向北穿过黄河送往鲁北地区，一路向东送往山东半岛。

东线一期工程的供水范围是苏北、皖东北、鲁西南、鲁北和山东半岛，将使21座地级以上城市，69个县市区获益。整个东线工程计划分三期完成，总计需新建泵站51座，泵机台。三期工程全部完工后，总装机容量52.9万千瓦，总装机流量每秒立方米。

江都水利枢纽

东线工程引水源头。江都水利枢纽工程是目前我国乃至远东地区规模最大的电力排灌工程。由4座大型电力抽水站、12座大中型水闸、3座船闸、2座涵洞、2条鱼道以及输变电工程、引排河道组成，是一个集泄洪、灌溉、排涝、引水、通航、发电、改善生态环境等多项功能于一体的大型水利枢纽。其中4座抽水站共装有大型立式轴流泵机组33台套，设计流量为每秒立方米，与新建的宝应抽水站同为东线工程第一梯级泵站，两站合计总装机流量为每秒立方米。改造后将彻底解决设备老化、运行效率低等问题。

3东线工程：提水40米世界上最大的泵站群

把水从长江下游提到东平湖，有40米的高程，而且输水距离较远，又要跨越多个水系，一座泵站不可能完成如此艰巨的任务.所以，整个提水段分拆为13个梯级，每个梯级有1～5座泵站，组成一个连续的提水系统。

在东线一期工程中，共设有34座泵站，水泵总装机有台，总装机流量每秒.2立方米。这些泵站的特点是：扬程低（一般在3～8米之间）、流量大（泵站设计规模一般在立方米每秒以上）、运行时间长（年运行时间约为0小时），对机组可靠性、运行效率要求高。

根据地形和扬水高度要求不同，泵站设计各有不同，但每一个泵站都由进水池、泵房、出水池这三部分组成。这些泵站集群协同提水，一级一级跃升，把低处的水逐步提到高处。

东线工程的调水活动，使一些水位得不到保障的河道能及时补充水量，不仅改善了生态环境，而且大大提高了京杭大运河的通航保证率。

灯泡贯流泵

普通水泵的电动机，电能转化为机械能的效率只有75%，剩余的25%的能量变为热量散失了。南水北调工程中使用的水泵有1/3是灯泡贯流泵，它的电机为永磁电机，能量转换效率可达到惊人的81%。灯泡贯流泵是指将泵和电机集成为一体化的筒体结构，浸没在水下。电机和传动轴位于灯泡形状的密封体内，水泵叶片伸出灯泡体外，电机定子热套在密封壳体中。贯流泵运行时，水泵叶片驱动水体，使之获得能量，水体流过灯泡密封体的同时完成对电机的冷却。

山东省万年闸泵站全貌

立式轴流泵泵站剖面图

第二级淮安四站

第四级泗阳站

第五级刘老闸二站

第六级皂河二站

三东台儿庄泵站

年闸出水池

南水北调东线工程输水干线纵断面示意图

4中线工程：大坝加高利用多米水头，沿0多公里渠道顺流而下

南水北调中线工程的水源地在汉江的丹江口水库。汉江是长江第二大支流，不但水资源丰富，而且是我国中部区域水质最好的大河，丹江口水库库区水质常年在II类以上，可以直接进入水厂。丹江口水库是年主要为江汉平原防洪修建的，地势较高，与北京相比有多米的落差。这样，在输水过程中就无需泵站加压，水可以自流到北京。

南水北调中线一期工程从加坝扩容以后的丹江口水库陶岔渠首闸引水，一路自流向北，最终到达北京、天津。沿线开挖渠道，经唐白河流域西部过长江流域与淮河流域的分水岭—方城垭口，在郑州以西李村附近穿过黄河，此后继续沿京广铁路西侧北上直到终点，输水干线全长公里。后期工程将从长江干流引水。

中线包括从起点陶岔渠首闸至终点北京团城湖的总干渠全长公里，天津干渠公里，输水工程以明渠为主。北京段采用PCCP管和暗涵输水，天津干渠采用暗涵输水。一期工程设计调水流量为：陶岔渠首每秒立方米,穿黄河每秒立方米，进河北每秒立方米，进北京每秒50立方米，进天津每秒50立方米。

丹江口水库的大坝经过加高加厚，正常蓄水位从米提高至米，相应库容达到.5亿立方米，新增库容亿立方米。一期工程可向河南、河北、北京、天津等四省市的20多座城市年调水95亿立方米，受水区面积约15万平方公里。

另外，升船机规模由吨级增加到吨级，水力发电厂装机规模仍为6×15万千瓦不变。大坝加高以后，不仅可以满足受水区需调水量的要求，还可以使汉江中下游防洪标准大大提高，由目前的20年一遇提高到近年一遇，两岸数十万人基本解除了洪水威胁。丹江口水利枢纽的功能转变为防洪、供水、发电、航运。

丹江口大坝加高需要在原坝体的基础上加高培厚。但是新老混凝土的结合不是一件容易的事情。如果在老坝体上直接浇筑新的混凝土，尽管新老混凝土都具有很高的机械强度，但是在它们的结合面上却非常脆弱，只要很小的剪切力就能使它们沿着结合面分成两个部分。这样的现象如果发生在水坝上，后果不堪设想。

南水北调的工程师使用了这样的方法：详细地调查大坝的结构之后，先将老大坝的顶层部分爆破，露出内部的混凝土。为满足大坝加高新老混凝土结合的需要，对老坝体下游面需开凿大量的三角形键槽。新增键槽按水平方向布置，键槽断面为不等边三角形，增大新老混凝土结合面的咬合强度。这时在大坝上钻入数以万计的钢筋，然后浇筑新的混凝土。使新老坝体牢牢地结为一个整体。

丹江口大坝升级改造的主体工程于年9月25日正式开工，陆续进行了贴坡、加高以及其他附属设施的改造。目前整个工程已进入全面收尾阶段，计划于年6月前全部完成。

中线工程开始实施调水后，由于汉江下泄流量减少，势必对汉江中下游生产、生活和生态用水有一定的影响。为减少或消除因调水产生的不利影响，在汉江中下游建设了兴隆水利枢纽、引江济汉、部分闸站改造、局部航道整治四项工程。

丹江口大坝加高模拟图

陶岔渠首

陶岔渠首枢纽位于河南省淅川县，是丹江口水利枢纽的副坝，也是中线工程的渠首闸。在开闸输水的同时，还具有5万千瓦的发电能力。

5中线工程：渡槽、穿黄隧洞上渡下钻全立交，跨江越河的巨龙

南水北调中线工程跨越长江、黄河、淮河和海河四大流域，与河流存在多处交叉，一般明渠无法跨越。这时，就要使用渡槽或隧洞。渡槽又称输水桥，是为水特别修建的一条“高速公路”，是输送渠道水流跨越河渠、溪谷、洼地和道路的常用方式。大型渡槽是南水北调中线工程的一道风景线。

渡槽组装工地又是加工厂

在湖北省丹江口到河南省新郑市之间的大型渡槽中，水流量最高可达每秒立方米。这样苛刻的条件需要渡槽具有既轻便又结实的特点。如果采用箱基渡槽，即横截面为矩形的渡槽，面积最大，水流量较多。但是这种渡槽有个缺点，在承载水流时，底边两个90°直角处将承受很大的集中作用力，超过了渡槽自身的结构强度。若只是用加厚渡槽的办法来弥补这一缺点的话，渡槽的自重将成倍地增加，相应的桥墩也要提高支撑能力，使建造成本翻倍。

为了解决这个难题，水利工程师设计出一种横截面是U形的梁式渡槽。这种渡槽的优点在于，底部圆滑，水流作用在任何一点上的力都是均匀分布的。这样就使得渡槽不用特别加厚就能达到较高的结构强度，减轻了重量，降低了工程造价。U形渡槽只用在中线输水工程中跨度大、渡槽长、流量大的区域，而多数渡槽的截面形状还是矩形的。

渡槽是钢筋混凝土结构的，每一榀（每一节）的内径为9米，单跨跨度最大可达40米，重量可达0吨。如此庞大的工程构件难以远距离运输，因此，渡槽的铸造和起吊都在工地现场进行。

由于输水线路很多部分都是明渠，在冬天有可能结冰影响输水，所以在这些线路中布置了防冰和排冰措施，同时采用人工捞冰、机械排冰等工程措施，保证中线水路畅通。

倒虹吸穿越黄河

水从丹江口大坝流出后，水位较高，沿着渡槽、明渠一路向北奔流，被黄河拦住了去路。是用“跨河渡槽”，还是用“穿黄隧洞”渡过黄河？经多方论证，最终选用了“河下隧洞”的方案。也就是在黄河底下凿一条隧洞，让进水端高于出水端，进水端水压高，出水端水压低，靠水自身的重力差把水压向出水端，这就是所谓的倒虹吸。

中线穿黄工程位于河南省郑州市以西约30公里的孤柏嘴，是中线总干渠穿越黄河的关键性工程。过河隧洞的进口为斜井、出口为竖井，退水设施位于南岸，这种布置方案既可以保证隧洞有良好的运行与检修条件，还能节省工程投资。

中线工程的穿黄隧洞工程采用盾构的方式，这里的地质条件复杂，施工难度较大。此处的黄河河床底部主要由黏土、砂土混合而成，盾构掘进时要注意河底地层中存在的钙质结核、块石、古木。另外，地层成分的变化和顶部黄河水压力的变化都会对穿黄隧道的施工安全造成威胁。例如，在中线穿黄隧洞工程中，经常出现盾构机的刀盘被河床中的淤泥糊上的情况，使盾构机一时间无法前进，施工人员需要把刀盘上的淤泥铲除干净后才能继续行进。

黄河北岸和南岸施工竖井之间的穿黄隧洞长米，隧洞内径为7米，设计2条隧洞。隧洞的洞壁为2层钢筋混凝土衬砌，内、外层衬砌之间有弹性防水垫层相隔。隧洞内布置了许多监测设施，用来随时监控隧洞运行的状态和检修期工作状态。

沙河渡槽沙河渡槽工程位于河南省鲁山县薛寨村北，是南水北调中线工程里规模最大、技术难度最高的控制性工程之一，全长11.公里，跨越沙河、将相河、大浪河三条大河，其中明渠长2.89公里，建筑物长9.05公里，是目前世界上规模最大的渡槽工程。

架设安装渡槽。渡槽构件要用特制的大型起重机直接从铸造现场吊到输水线路上，然后下放在可以在输水桥上移动的小车上，再用另一架小型的起重机直接在桥上安置渡槽构件，逐步推进。这条生产线的施工方式效率很高，每周时间可以安装3个渡槽构件。

倒虹吸

南水北调工程中应用的倒虹吸，是在渠道与道路、河流发生交叉或在渠道穿越山谷时经常采用的一种水工建筑物。当渠道与道路或河沟高程接近，为了不影响河道行洪和道路交通功能，需要修一建筑物，使水从路面或河沟下穿过。与虹吸管相比，倒虹吸在纵剖面上也呈弓形，不同的是，其弓弯向下。虽然倒虹吸管和虹吸管的输水原理相同，即都借助于上下游的水位差，但倒虹吸在开始工作时不需人为地制造管中的真空，因而在实际的工程建设中更为普及。

倒虹吸在南水北调中线和东线工程中有多处使用，例如漳河倒虹吸、蒲阳河倒虹吸、滹沱河倒虹吸、唐河倒虹吸工程、东线穿黄隧洞。

湍河渡槽

三东济平断调水明渠

6东线工程：利用原有河道南水北调工程使古老的运河恢复活力

京杭大运河是世界上里程最长的人工运河，总长公里，始于北京，途径天津、河北、山东、江苏和浙江，最终到达杭州。它连接起海河、黄河、淮河、长江和钱塘江五大河流。京杭大运河始凿于公元前五世纪的春秋战国时期在扬州开凿的邗沟，迄今已有近2年的历史。此后的秦汉时期、魏晋南北朝、隋～北宋、南宋～民国时期，大运河不断地改变线路。然而令它名扬天下的是隋代（公元～年）的大运河。

大运河纵贯南北，是中国重要的南北水上运输干线。它的主要港口有济宁、徐州、邳州、淮阴、淮安、宝应、高邮、扬州、镇江、常州、无锡、苏州、吴江和杭州等。沿线地区是中国最富庶的农业区之一，工业生产也很发达。在兖州、济宁、枣庄、滕州市、丰县、沛县、徐州、邳州及两淮等地还分布着大、中型煤矿。

千百年来，京杭大运河一直是中国古代重要的“漕运通道”和经济命脉。但由于各种原因，很多河段年久失修，有些已经干涸，退化严重。

南水北调东线工程是京杭大运河整治的一次机遇。东线一期工程除了对原有的河段进行修缮，还在曾经的京杭大运河的线路遗迹上重新开凿，另外还开凿了一些全新的河段。南水北调工程对航道进行了整治，恢复断流区域的通航，使千年古运河重新焕发青春，为大运河的保护和发展创造条件。

东线一期工程中，有公里长的干线，其中利用已有的河道公里，新挖、扩挖河道公里。其中长江至东平湖公里中，大部分利用原有的河道。目前，京杭大运河江苏扬州至山东济宁已形成10个梯级，各个河段已经全部渠化，使调水、通航的功能加强。京杭运河的通航里程为公里，其中全年通航里程为公里。

今天，开凿的运河新线路同样承担着水路运输的主要功能，是京杭大运河在新时期的发展。全新的“京杭大运河”与其他天然河道和湖泊一起，组成了我国东部地区南水北调的大水网和航运的黄金水道。

中间的输水主干道，平时被节制闸阻拦，排涝时打开向下游泄水。一支水路显示水经过泵站提高扬程，另一支水路显示航船可以通过船闸双向通航。泵站、船闸、节制闸的相对位置，随着不同地形略有变化。

泗阳水利枢纽

京杭大运河春色

7中线工程：渠道施工多种手段打通输水渠道

中线工程大部分渠道采用明渠的形式，这也是输水工程中最常用、最省力、最经济的水道形式。但是在明渠途径的区域往往地质条件多变，有的地区不能直接开挖明渠，有的地区地理环境复杂，不能使用明渠，而必须让输水线路从地下穿过。

制服膨胀土

南水北调渠道工程中遇到的膨胀土就是最棘手的“拦路虎”。膨胀土在湖北、河南、河北、江苏等地均有不同范围的分布。全长约公里的干渠中，有公里的渠道要穿越膨胀土地区。膨胀土为渠道的边坡带来极大的隐患，需要加固处理。

膨胀土具有多裂隙性、超固结性、强胀缩性和边坡浸水时强度衰减等特点，在工程建设和运营中起到极大的破坏作用，如地基隆起、路面开裂、边坡失稳等。而且这种破坏具有反复性和长期性，被土建工程师视为“工程中的癌症”。

对于膨胀作用下的边坡滑动破坏特性，南水北调中线工程师研究出了全方位方案：在现场除了换填非膨胀土之外，一是水泥改性，通过在膨胀土中加入水泥，使其改变性质，变成水泥改性土；二是土工格栅加筋，通过在膨胀土回填料中铺设格栅状的土工合成材料，增加土体的强度，约束膨胀土变形，减少滑坡的可能性；三是使用土工袋装填膨胀土料填筑渠坡，减少膨胀土的变形，提高渠坡稳定性；四是封闭，使用土工膜，隔水防渗，不让土发生水交换。通过试验对比，确定了水泥改性作为中线膨胀土渠坡保护的主要方法，确保了边坡的稳定性，攻克了膨胀土边坡屡治屡滑的技术难题，确立了“以膨胀土治理膨胀土”的环保新理念。对于裂隙强度控制下的边坡滑动破坏模式，采用抗滑桩、锚杆、混凝土框格梁等相结合的支挡措施，提高了膨胀土渠坡的稳定性。

PCCP管道技术

中线工程北端的惠南庄-大宁输水干线位于北京市房山区，共穿越铁路4条，等级公路19条，河流27条，由于地形复杂，全段采用地下压力管道输水，避免与地面工程和建筑相互干扰，这段使用的就是PCCP管道。

PCCP管道全长56.4公里，是国内首次大规模使用管道内径达到4米的超大口径PCCP管道工程。

PCCP是预应力钢筒混凝土管的简称，是一种新型的刚性管材。它是带有钢筒的高强度混凝土管芯缠绕预应力钢丝，喷以水泥砂浆保护层，采用钢制承插口，同钢筒焊在一起，承插口有凹槽和胶圈形成了滑动式胶圈的柔性接头，是钢板、混凝土、高强钢丝和水泥砂浆几种材料组成的复合结构，具有钢材和混凝土各自的特性。

PCCP预应力钢筒混凝土管承受内外压较高、接头密封性好、抗震能力强、施工方便快捷、防腐性能好、维护方便，被工程界所