南水北调，难！（上）_风闻

↑一群国********家地理控，专注于探索极致世界

本文是星球研究所

最长的一篇的文章

我们用前后20天的时间

才完成这项系统工程最基本的解构

希望能解答你的疑问

也希望更多人能了解它的故事和过往

北京五棵松地铁站

和全国所有地铁站一样

站台之上

列车年复一年穿梭呼啸

乘客日复一日来往匆匆

但和全国其他地铁站不同

这座站台之下仅3.67米处

两条巨大的混凝土涵道

横贯站台、穿行而过

来自千里之外的滔滔江水

由此奔腾北上

它们将一路穿越

2条铁路、4条河流

8座过街天桥、23座立交桥

与100多条地下管线纵横交错

最终流向河湖、流向水库

流向千家万户

（北京五棵松地铁站纵向结构示意，制图@陈睿婷/星球研究所）

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也许在站台上穿梭的人们

永远都不会感受到

脚下竟是澎湃的水流

整个华北平原之上

40多座大中城市

260多个县区、约1.2亿人

也几乎不会感受到

因为一项史无前例的超级工程

自己的生活、城市的命运

都早已悄然改变

这项工程

人称**“南水北调”**

（请横屏观看，南水北调水渠流经河南新乡市辉县的农田，摄影师@韩自豪）

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01

干渴的华北

在中国

若以人均水资源量计算

最为“干渴”的并非是

沙漠广布的西北地区

而是华北平原

尤其在京津冀地区

养育着全国8%的人口

贡献了全国10%的GDP

但人均水资源量

却远远低于国际标准中

人均500立方米的极度****缺水红线

（中国人均水资源量空间分布情况，制图@王朝阳&陈睿婷/星球研究所）

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不仅如此

日益膨胀的人口

快速扩张的城镇

迅猛发展的工业

让流经华北平原的黄河、淮河和海河

一度成为全国地表水质量最恶劣的地区

最严重时几乎是

“有河皆枯、有水皆污”

（21世纪初中国七大水系水质状况，以2003年为例，制图@王朝阳&陈睿婷/星球研究所）

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水量短缺、水体污染

可用的地表水所剩无几

于是人们不得不

超采地下水、回用再生水

甚至挤占维系生态功能的水源

来填补庞大的用水缺口

（河南省许昌市襄城县田间打井，图片来源@VCG）

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到了21世纪初

京津冀的地下水开采程度

均已超过100%

一个面积超过9万平方千米

并且还在不断扩大的

地下水超采区

在华北平原下迅速形成

（地下水开采程度可用开采系数表示，即实际开采量与可开采资源量之比，若系数大于100%则为超采；下图为1980年和2000年华北地区浅层地下水埋深对比，制图@王朝阳&陈睿婷/星球研究所）

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在北京

供给城市生活用水的密云水库

仅1999-2003年的4年间

库存水量就萎缩了3/4

全市超过70%的用水量

只能靠抽取地下水维持

令北京平原地区的地下水位

以每年1米的速度持续下降

（2009年11月3日，密云水库露出库底近5平方千米，图片来源@VCG）

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在济南

地下水的严重超采

令大量涌泉景观彻底消失

昔日的“泉城”岌岌可危

而在开采更为强烈的

河北省部分地区

预计不到20年后

便会面临无地下水可采的局面

（2009年2月10日，河北省石家庄市元氏县干裂的农田，图片来源@VCG）

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尽管从2003年后的十年里

北京通过各项节水措施

万元GDP用水量已下降近七成

22%的用水也已被再生水替代

但地表水稀缺的现实、用水量增长的趋势

却依然难以改变

地下水位也依然在逐年下降

中国的南北大地

本应拥有相同的发展机会

但水资源的极度短缺

却成了限制华北地区发展的枷锁

干渴的华北大地

迫切地需要新的水源

而千里之外浩瀚的长江

多年平均径流量约9600亿立方米

是黄淮海三河总径流量的近7倍

长江之水能否北上?

人们怀抱着一线希望

然而

要建设一个

跨越1000多千米的调水工程

又谈何容易？

02

艰难的工程

早在1952年

南水北调的设想就已诞生

但直到2002年

大到线路如何布局、规模如何设置

小到渡槽什么结构、管道什么材质

不计其数的论证长达半个世纪

工程的总体规划才正式出炉

这意味着在数十年后

中国大地上将有东线、中线、西线

三条大型水道纵贯南北

与东西流向的

海河、黄河、淮河、长江

形成**“四横三纵”**的巨型水网

最终调水规模达448亿立方米

约为长江多年平均径流量的4.7%

却几乎是黄河多年平均径流量的80%

（规划中，东、中、西线最终调水规模为148、130和170亿立方米，已建成的东、中线一期工程调水规模为88和95亿立方米，西线工程还在论证中，以上调水规模都为多年平均值，实际调水量根据当年供需情况确定，制图@王朝阳&陈睿婷/星球研究所）

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尽管那时国内国外

已建成调水工程近400项

但南水北调的工程规模之大

涉及面积之广、覆盖人口之多

均堪称史无前例

因此

当2013年11月15日

和2014年12月12日

东、中线一期工程先后通水

南来之水第一次涌入北方大地

便成为世界水利史上

难以忘记的时刻

（2014年12月27日，南水北调中线一期工程终点团城湖明渠开闸放水，图片来源@VCG）

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可是这滚滚清流背后

  又是什么样的故事呢？

①

东线：水往高处流？

全长1785千米的东线工程

从江苏扬州一路北上

上跨淮河、下穿黄河

最终将长江之水送至

天津城区和山东半岛

（目前已建成的东线工程一期，干线长1467千米；下图为淮安水利枢纽，位于淮安市楚州区，上方渡槽为东线工程的调水通道，也是京杭大运河的航道，下方涵洞为淮河的入海水道，是亚洲最大的水上立交工程，摄影师@贺敬华）

▼

沿途中

包括京杭大运河在内

有数条南北向的河道

可作为江水北上的现成通道

（京杭大运河，拍摄于江苏省宿迁市宿豫区皂河镇，摄影师@李琼）

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洪泽湖、骆马湖、南四湖、东平湖等

数个南北串联的湖泊

可作为天然的调蓄水库

（请横屏观看，左边的骆马湖和右边的京杭大运河河道，摄影师@李琼）

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加之江苏省境内

又有江水北调工程作为基础

东线工程似乎已是地利人和

只待水到渠成

（淮阴三站，南水北调东线第三级抽水泵站，江水北调工程中已建设淮阴一站、淮阴二站，摄影师@缪宜江）

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然而事情却没有这么简单

从调水起点到黄河南岸

地面高程升高近40米

这意味着想要南水北上

必须实现**“水往高处流”**

直至水流越过最大高程点

才可顺流而下抵达天津

或沿引黄济青工程

奔向山东半岛

（南水北调东线路线及沿途高程示意，制图@王朝阳&陈睿婷/星球研究所）

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于是

仅东线一期工程沿线

便建有34处站点、160台水泵

共计13级泵站

这个世界最大的泵站群

从扬州江都水利枢纽开始

将长江水逐级提升近40米

一路送至黄河南岸

（扬州江都水利枢纽，图片来源@VCG）

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而为了降低泵站群的能耗

其中1/3的水泵

均使用我国技术人员

耗时3年自行研发的

灯泡贯流泵

这种装置拥有平直的流道

水流不需转弯便可直接通过

（灯泡贯流泵结构，制图@郑伯容/星球研究所）

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因此

与传统的立式轴流泵相比

贯流泵的电能转化率

可从65%提高至81%

大大提高了运行能效

（立式轴流泵结构，制图@郑伯容/星球研究所）

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经由这些泵站

东线一期工程的年调水能力

可达到88亿立方米

相当于每年为沿线的

江苏、安徽、山东各省

供给了600多个西湖的水量

（扬州江都水利枢纽主机层的立式轴流泵，摄影师@潘锐之）

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相较之下

南水北调中线工程

则显得“节能”多了

其干线上仅建有一座泵站

却依然完成了1432千米的超远距离调水

这又是如何实现的呢？

②

中线：一渠清水向北流

2005年9月

在湖北省汉江与丹江

交汇口下游800米处

一声爆破响彻群山之间

丹江口大坝的表层开始进行拆除

不久之后

在其上方将会浇筑新的混凝土

令大坝高度加高14.6米

水面面积增加至1022平方千米

几乎与三峡库区的水面面积相当

（请横屏观看，加高后的丹江口大坝，丹江口水库位于河南省淅川县与湖北省丹江口市交界处，图片来源@南水北调中线干线工程建设管理局宣传中心）

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然而

在一座已服役近40年的老坝上

重新浇筑一座“新坝”却并非易事

倘若新老混凝土因温度变化

产生不均匀的热胀冷缩

将令坝体间产生裂缝

后果便不堪设想

因此

除了严格控制混凝土的浇筑温度外

人们在大坝堰体的老混凝土上

切割出一道道键槽

并植入一根根钢筋

用以加强新老混凝土间的咬合和锚固

（丹江口大坝不同坝段结构存在差异，下图为大坝溢流坝段加高示意，键槽上植入的钢筋也称锚筋，制图@郑伯容/星球研究所）

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而在大坝顶部

则向20个垂直伫立的闸墩中

植入共计1164根钢筋

令闸墩更加坚固

（大坝溢流坝段加高示意，制图@郑伯容/星球研究所）

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加高工程历时近8年

升级改造后的坝体变得更高更厚

不仅库容量能满足调水需求

水位高程同时可达到170米

比北京高出100余米

这就意味着

来自丹江口水库的汩汩清水

不再需要泵站逐级提升

便能一路自流到达北京

（南水北调中线工程干线全长1432千米，其中至北京的总干渠1276千米，天津输水干线156千米；中线路线及沿途高程示意，制图@王朝阳&陈睿婷/星球研究所）

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或是经位于河北保定的

西黑山分水口

转而向东流入天津

（西黑山分水口，渠道向左通往北京，向右通往天津，图片来源@南水北调中线干线工程建设管理局宣传中心）

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更幸运的是在秦岭东部

分隔长江、淮河流域的分水岭

到了河南南阳的方城县附近

却在连绵的群山中留了一条“缝隙”

人称**“方城垭口”**

此处两侧山地的高程在200米以上

但垭口处却仅有145米

可令中线工程的渠道

在山峦夹持间穿行而过

避免挖掘数千米的穿山隧洞

（方城垭口地形示意，地处桐柏山和伏牛山间，渠段长7.6千米，制图@王朝阳&陈睿婷/星球研究所）

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然而鱼和熊掌二者不可兼得

即便不再需要建设泵站

但由于没有任何现成水道可以利用

1432千米的中线工程将全部从零新建

漫长的修建过程也注定困难重重

（陶岔渠首枢纽是中线工程的“水龙头”，位于河南省淅川县陶岔村，1973年建成的老闸已无法满足南水北调的需求，下图为重建的闸坝，图片来源@南水北调中线干线工程建设管理局宣传中心）

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中线工程沿途

需穿越大小河流****共686条

为了确保输水水质安全

避免受到洪涝及污染的影响

一座座庞大的“水上立交”横空出世

在其中的27座大型梁式渡槽上

南来之水源源不断凌空而过

如同一条蜿蜒北去的“天河”

（沙河渡槽，图片来源@南水北调中线干线工程建设管理局宣传中心）

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河南省境内

全长达11.9千米的沙河渡槽中

巨大的U形槽段重达1200吨

每次吊装都相当于

一次性起吊约1000辆轿车

（U型渡槽，拍摄于2012年5月10日正在施工的沙河渡槽，摄影师@何进文）

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而位于其南面的

湍河渡槽

体量则更为惊人

其内径达9米、单孔跨度达40米

每孔槽段的重量可达1600吨

（巨大的湍河渡槽和下方的施工车辆，图片来源@VCG）

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面对如此巨大的重量

工程师们干脆放弃了吊装设备

转而采用大型造槽机

现场完成混凝土浇筑

就这样一段接一段地

筑造出世界上规模最大的U形渡槽

（修建中的湍河渡槽上正在工作的造槽机，这是大型造槽机在我国的首次使用，图片来源@VCG）

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然而更多时候

中线工程则以倒虹吸的方式

在地表之下穿越道路或河流

其中难度最高、规模最大的

便是穿越黄河的

穿黄工程

（倒虹吸是指利用上下游水位差，令水流在垂直方向上呈弓弯向下的弓形流动，从而实现渠道立交；下图为黄河倒虹吸工程的简单示意，退水洞等结构有省略，制图@陈睿婷/星球研究所）

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黄河北岸

巨大的圆筒形竖井

内径16.4米、井深50.5米

几乎可以容纳一座15层的高楼

负责掘进隧道的大型盾构机

也将从这里出发

在深厚的砂土中前行超过4000米

才能穿越黄河天堑

（下图为中线穿黄工程北岸竖井中盾构机的始发现场，拍摄于2007年7月8日，图片来源@VCG）

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盾构机的刀盘日夜不休地旋转

被粉碎的砂砾土石随泥浆不断排出

最终在黄河河床下平均30米处

两条内径达7米的巨大的隧洞

逐渐出现在世人眼前

（穿黄工程为双洞结构，均使用双层衬砌，下图为其中一条隧洞正在进行第二层预应力钢筋混凝土衬砌，这种复合衬砌形式是世界上首次应用，图片来源@VCG）

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然而规模庞大的穿黄隧洞

在建设中却并非一帆风顺

由于砂土中石英含量较高

令盾构机的刀片产生严重的破损

工程人员只能依靠人力

前后进出近400次

才在充斥着泥水的盾构机前端

完成刀盘的修复和加固

最终

在大河之下穿行了500多个日夜后

巨大的盾构机终于在河道对岸

重见天日

（2009年12月22日，中线穿黄工程上游线过河隧洞顺利贯通，摄影师@王颂）

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自此

南来之水终于跨越黄河天堑

得以继续北上

（穿黄工程全景，此外在干旱时期，中线工程还可向黄河中补水，图片来源@南水北调中线干线工程建设管理局宣传中心）

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“上天入地”固然艰难

但在中线工程中约1/3的渠段内

即便是平地修渠

也面临着膨胀土的考验

这是一种吸水膨胀、失水收缩的土壤

剧烈的膨胀收缩下

极易造成渠道垮塌

然而在当时

全国上下尚无类似的工程先例

这意味着连设计施工标准

都必须从零开始制定

（2013年11月17日，河南省许昌市正在施工的南水北调中线渠道边坡，图片来源@VCG）

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同样必须从零起步的

还有在北京市境内

为了防止污染、减少占地而修建的

PCCP管道

（PCCP管是指“预应力钢筒混凝土管”，下图为2007年4月9日，南水北调工程北京段铺管对接，图片来源@VCG）

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这是一种复合结构管材

层层包裹的结构令其

防渗、抗震、可靠、耐久

（PCCP管道结构，制图@郑伯容/星球研究所）

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然而

中线工程中的PCCP管道

直径达4米、单管重78吨

工程人员经过大量实验

才最终确定建设标准

（2007年12月8日，南水北调工程北京段铺管对接，图片来源@VCG）

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此后

中线工程再经过长约13千米的

西四环暗涵工程

便可抵达中线工程的终点

北京团城湖

（团城湖明渠，全长885米，图片来源@南水北调中线干线工程建设管理局宣传中心）

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这些南来之水

将进入城市的各大水厂

或经京密引水渠

反向注入曾不堪重负的密云水库

（京密引水渠昌平段，摄影师@宋佳音）

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至此

中线工程全线贯通

再没有什么能够阻挡

滔滔江水一路北上

水道穿山越岭

（河北省保定市岗头隧洞，图片来源@南水北调中线干线工程建设管理局宣传中心）

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穿越城镇

（河南焦作是中线干渠唯一从城区穿过的城市，图片来源@南水北调中线干线工程建设管理局宣传中心）

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与31条水渠、51条铁路

和1238条公路

相互交错

（正定高铁平行段，图片来源@南水北调中线干线工程建设管理局宣传中心）

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全程27座渡槽、102座倒虹吸

17座暗渠、12座隧洞、1座泵站

476座排水建筑物

303座控制建筑物

将这条千里水脉

逐一串联

（2011年4月26日，位于河南省温县境内的南水北调中线工程工地正在吊装钢筋笼，图片来源@VCG）

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然而

庞大的泵站、巨大的水渠

仅仅只是整个工程的冰山一角

水质如何保障？污染如何治理？

移民如何安置？文物如何保护？

造成的生态问题又该如何补偿？

种种问题横亘在人们眼前

让这项本已困难重重的工程

愈发举步维艰

未完待续…