世界最大调水工程藏着哪些“科技密码”？

自古以来，我国的基本水情一直是夏汛冬枯、北缺南丰，水资源时空分布极不均衡。怎么打破这个困境？一项“世纪工程”——南水北调应运而生。

南水北调是优化我国水资源配置、保障国家水安全的重大战略性基础设施，也是国家水网的主骨架、大动脉。今年12月12日，南水北调东中线一期工程迎来全面通水十周年，十年来，工程累计调水量超760亿立方米，惠及沿线7省市45座大中城市，直接受益人口超1.85亿人，为沿线经济社会高质量发展提供了有力的水资源支撑和水安全保障。

长江水还能穿过黄河？怎么能实现“水往高处流”？作为迄今为止世界上最大的跨流域调水工程，南水北调究竟如何实现“一泓清水永续北上”？

“如有可能”的科学探索变身“时代赋能”的大国重器

水是生命之源、生产之要、生态之基。而在我国广袤的大地上，水资源的时空分布极不均衡，南方水资源丰富，北方则面临着严重的缺水问题，黄淮海流域也成为我国水资源承载能力与经济社会发展矛盾最为突出的地区。中国南水北调集团有限公司战略投资部副主任张杰平介绍，作为破解我国水资源分布“北缺南丰”问题的超级工程，南水北调应运而生。

张杰平：1952年，毛泽东主席视察黄河时说：“南方水多，北方水少，如有可能，借点水来也是可以的。”我国水资源短缺，人均水资源量只有世界人均水平的25%，而且时空分布不均。为缓解黄淮海流域日益严重的水资源短缺状况，改善生态环境，促进经济发展和社会进步，国家决定在加大节水、治污力度和污水资源化的同时，实施南水北调工程。

南水北调中线陶岔渠首

从“如有可能”的科学探索到“时代赋能”的大国重器，历经半个世纪的反复论证，南水北调工程从社会、经济、环境、技术等方面反复分析比较50多种规划方案，逐步形成了从长江下游、中游和上游调水的东中西三条调水线路的总体规划。

张杰平：南水北调工程规划了东线、中线、西线三条调水线路，与长江、淮河、黄河、海河相互联接，构成我国“四横三纵、南北调配、东西互济”的水资源配置格局。三条调水线路互为补充，不可替代，规划最终调水规模448亿立方米。

从“世界第一渡槽”到“万里黄河第一隧”

南水北调中线一期工程以湖北、河南交界的丹江口水库为起点，依太行、穿黄河，润泽华北平原，惠及沿线20多座大中城市200多个县市。中国南水北调集团中线有限公司河南分公司穿黄管理处副处长徐霖介绍，中线工程途经河南、河北，最终抵达北京团城湖和天津的外环湖，这条奔流北上的旅途长达1432公里。

徐霖：南水要想自流北上，必须将丹江口大坝加高，加高后的水位与终点形成南北98.8米的高差，全程基本靠自流形式。南水从丹江口水库向北进发，幸运地从群山中一条“缝隙”方城垭口经过继续北上。工程与所有现状河流均不交叉，通过27座渡槽架桥引水“上天”，其中沙河渡槽全长超过9公里，巨大的U型槽段重达1200吨，被誉为“世界第一渡槽”。

南水北调中线穿黄工程

滔滔南水在明渠中一路向北，行至河南郑州附近的邙山脚下，却遇到了一道天然屏障——黄河天堑。这可怎么办？长江水如何能穿越黄河？作为南水北调中线工程的“咽喉”，穿黄工程由此诞生，开邙山、破泥沙、出河滩，工程在黄河河床之下几十米处修建了两条“地下河”，北上的长江水与东流的黄河水形成立体交叉，实现了历史性“握手”，形成壮观的“立交河”。徐霖介绍，洁净的南水在两条穿黄隧洞中潜行4250米，直到涌向黄河北岸明渠而重返地面，而黄河河床下复杂的地质条件，造就了穿黄隧洞别出心裁的“夹心饼干”构造。

徐霖：穿黄隧洞采用双线平行布置，是我国第一次采用大直径隧洞穿越黄河，也是我国第一次采用泥水平衡盾构机进行水工隧洞的掘进施工。穿黄隧洞要承受内水和外水压力，对防渗技术要求非常高，因此，穿黄隧洞结构采用外衬管片、内衬预应力钢筋混凝土、中间设弹性排水垫层的结构型式，像是“夹心饼干”，能够抵御双重水压，称得上是“万里黄河第一隧”。

东线工程梯级泵站群实现“水往高处流”

与中线全线基本自流不同，在南水北调东线，长江水需要一路“爬台阶”北上，要爬多少个台阶呢？答案是13个，也就是13梯级抽水泵站。位于江苏扬州的江都水利枢纽是南水北调东线一期工程的源头，也是13梯级中的第一梯级，这里设有4座泵站，总装机容量达到49800千瓦。中国南水北调集团东线有限公司总调度中心副主任侯煜介绍，滚滚长江水从这里出发，利用京杭大运河及与其平行的河道输水，逐级向北提水进入洪泽湖、骆马湖、南四湖，最后流入东平湖，之后变为自流输水，整个调水主干线全长达1467公里。而东线一期工程也成为目前世界最大规模、最复杂的长距离、多目标、多功能梯级泵站群调水工程。

侯煜：东线一期工程以黄河为脊背，分别向南北两侧倾斜，山东境内的东平湖是东线工程最高点，跟位于江苏境内的长江引水口水位相差40米。所以，考虑到地形由南向北渐次升高，工程在黄河以南的输水线路上布设了13个梯级，类似于13个“台阶”，然后在每个梯级布设了1-4座泵站，总共利用34座泵站、159台泵站机组为水流提供源源不断的能量，这样就实现了水流由低处往高处爬升，也就是“水往高处流”的景象。

南水北调东线江都水利枢纽

从江都水利枢纽北上，坐落在洪泽湖畔的洪泽泵站发挥着防洪、发电、航运等一系列重要功能。在洪泽泵站数字孪生系统大屏上，水泵运行指标、监控画面、水质监测数据等一目了然。侯煜表示，近年来，通过数字孪生建设，有效提升了泵站整体智能化、自动化水平，泵站安全、高效、经济运行能力得到进一步提高。

侯煜：建立了智能调控应用系统，可以综合考虑泵站上下游水位、扬程、机组运行台时等因素，为泵站调控运行方案提供决策支持，提高机组效率和调水的经济性。通过采用声纹AI监测技术，实现主机组运行异常声音监测和报警，如果工程出现异常或者故障，系统可以进行识别、诊断，实现故障实时响应、实时分析，还能自动推荐处理方案，可以大幅提升故障的处理效率。

引江补汉加速推进，数字孪生加力发展

引江补汉工程首台TBM“江汉先锋号”

当前，南水北调后续工程首个开工建设的重大项目——中线引江补汉工程建设正全面加速推进。就在本月初，12月2日，在引江补汉工程4标8号检修交通洞施工现场，随着刀盘缓缓转动，工程首台超大直径硬岩掘进机“江汉先锋号”TBM实现顺利始发。中国南水北调集团江汉水网公司建管二部主任彭春林介绍，“江汉先锋号”TBM开挖直径12.23米，整机长度约160米，重约2800吨，是目前国内引水隧道项目中使用的最大直径单护盾硬岩掘进机。

彭春林：设备搭载了综合地质预报系统、刀具磨损及状态监测系统、护盾卡机预警及评估系统、盾体润滑系统等，能够有效应对沿线埋深大、外水压力高、突泥涌水、软岩大变形等复杂地质条件。进入掘进施工的“江汉先锋号”TBM将以月平均进尺225米的速度向前迸进，预计将于2029年底完成掘进任务。

南水北调东线邓楼泵站调度室

世界建设规模最大、供水规模最大、调水距离最长、受益人口最多……南水北调工程成就了调水工程史上众多“世界之最”。中国南水北调集团有限公司科技发展部副主任石海峰表示，东中线一期工程建设了多个运行管理系统，形成了以监测感知、调度决策、运行控制为核心功能的南水北调工程调度运行信息化支撑能力，探索建设多项工程的数字孪生平台，支撑工程的智慧运行管理。

石海峰：下一步将进一步拓展数字孪生建设范围，在东线骆马湖至南四湖段开展数字孪生水网试点建设。数字孪生南水北调中线1.0于2023年底建设完成，在2023-2024年度冰期输水中，通过动态优化调度供水，比计划多供水3.4亿立方米。目前，数字孪生南水北调中线2.0建设工作正在推进，计划于今年年底完成。

监制丨王磊

记者丨刘梦雅

编辑丨魏然

图片丨中国南水北调集团供图