南水北調，難！（上）_風聞

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本文是星球研究所

最長的一篇的文章

我們用前後20天的時間

才完成這項系統工程最基本的解構

希望能解答你的疑問

也希望更多人能瞭解它的故事和過往

北京五棵松地鐵站

和全國所有地鐵站一樣

站台之上

列車年復一年穿梭呼嘯

乘客日復一日來往匆匆

但和全國其他地鐵站不同

這座站台之下僅3.67米處

兩條巨大的混凝土涵道

橫貫站台、穿行而過

來自千里之外的滔滔江水

由此奔騰北上

它們將一路穿越

2條鐵路、4條河流

8座過街天橋、23座立交橋

與100多條地下管線縱橫交錯

最終流向河湖、流向水庫

流向千家萬户

（北京五棵松地鐵站縱向結構示意，製圖@陳睿婷/星球研究所）

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也許在站台上穿梭的人們

永遠都不會感受到

腳下竟是澎湃的水流

整個華北平原之上

40多座大中城市

260多個縣區、約1.2億人

也幾乎不會感受到

因為一項史無前例的超級工程

自己的生活、城市的命運

都早已悄然改變

這項工程

人稱**“南水北調”**

（請橫屏觀看，南水北調水渠流經河南新鄉市輝縣的農田，攝影師@韓自豪）

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01

乾渴的華北

在中國

若以人均水資源量計算

最為“乾渴”的並非是

沙漠廣佈的西北地區

而是華北平原

尤其在京津冀地區

養育着全國8%的人口

貢獻了全國10%的GDP

但人均水資源量

卻遠遠低於國際標準中

人均500立方米的極度****缺水紅線

（中國人均水資源量空間分佈情況，製圖@王朝陽&陳睿婷/星球研究所）

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不僅如此

日益膨脹的人口

快速擴張的城鎮

迅猛發展的工業

讓流經華北平原的黃河、淮河和海河

一度成為全國地表水質量最惡劣的地區

最嚴重時幾乎是

“有河皆枯、有水皆污”

（21世紀初中國七大水系水質狀況，以2003年為例，製圖@王朝陽&陳睿婷/星球研究所）

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水量短缺、水體污染

可用的地表水所剩無幾

於是人們不得不

超採地下水、回用再生水

甚至擠佔維繫生態功能的水源

來填補龐大的用水缺口

（河南省許昌市襄城縣田間打井，圖片來源@VCG）

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到了21世紀初

京津冀的地下水開採程度

均已超過100%

一個面積超過9萬平方千米

並且還在不斷擴大的

地下水超採區

在華北平原下迅速形成

（地下水開採程度可用開採係數表示，即實際開採量與可開採資源量之比，若係數大於100%則為超採；下圖為1980年和2000年華北地區淺層地下水埋深對比，製圖@王朝陽&陳睿婷/星球研究所）

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在北京

供給城市生活用水的密雲水庫

僅1999-2003年的4年間

庫存水量就萎縮了3/4

全市超過70%的用水量

只能靠抽取地下水維持

令北京平原地區的地下水位

以每年1米的速度持續下降

（2009年11月3日，密雲水庫露出庫底近5平方千米，圖片來源@VCG）

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在濟南

地下水的嚴重超採

令大量湧泉景觀徹底消失

昔日的“泉城”岌岌可危

而在開採更為強烈的

河北省部分地區

預計不到20年後

便會面臨無地下水可採的局面

（2009年2月10日，河北省石家莊市元氏縣乾裂的農田，圖片來源@VCG）

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儘管從2003年後的十年裏

北京通過各項節水措施

萬元GDP用水量已下降近七成

22%的用水也已被再生水替代

但地表水稀缺的現實、用水量增長的趨勢

卻依然難以改變

地下水位也依然在逐年下降

中國的南北大地

本應擁有相同的發展機會

但水資源的極度短缺

卻成了限制華北地區發展的枷鎖

乾渴的華北大地

迫切地需要新的水源

而千里之外浩瀚的長江

多年平均徑流量約9600億立方米

是黃淮海三河總徑流量的近7倍

長江之水能否北上?

人們懷抱着一線希望

然而

要建設一個

跨越1000多千米的調水工程

又談何容易？

02

艱難的工程

早在1952年

南水北調的設想就已誕生

但直到2002年

大到線路如何佈局、規模如何設置

小到渡槽什麼結構、管道什麼材質

不計其數的論證長達半個世紀

工程的總體規劃才正式出爐

這意味着在數十年後

中國大地上將有東線、中線、西線

三條大型水道縱貫南北

與東西流向的

海河、黃河、淮河、長江

形成**“四橫三縱”**的巨型水網

最終調水規模達448億立方米

約為長江多年平均徑流量的4.7%

卻幾乎是黃河多年平均徑流量的80%

（規劃中，東、中、西線最終調水規模為148、130和170億立方米，已建成的東、中線一期工程調水規模為88和95億立方米，西線工程還在論證中，以上調水規模都為多年平均值，實際調水量根據當年供需情況確定，製圖@王朝陽&陳睿婷/星球研究所）

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儘管那時國內國外

已建成調水工程近400項

但南水北調的工程規模之大

涉及面積之廣、覆蓋人口之多

均堪稱史無前例

因此

當2013年11月15日

和2014年12月12日

東、中線一期工程先後通水

南來之水第一次湧入北方大地

便成為世界水利史上

難以忘記的時刻

（2014年12月27日，南水北調中線一期工程終點團城湖明渠開閘放水，圖片來源@VCG）

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可是這滾滾清流背後

  又是什麼樣的故事呢？

①

東線：水往高處流？

全長1785千米的東線工程

從江蘇揚州一路北上

上跨淮河、下穿黃河

最終將長江之水送至

天津城區和山東半島

（目前已建成的東線工程一期，幹線長1467千米；下圖為淮安水利樞紐，位於淮安市楚州區，上方渡槽為東線工程的調水通道，也是京杭大運河的航道，下方涵洞為淮河的入海水道，是亞洲最大的水上立交工程，攝影師@賀敬華）

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沿途中

包括京杭大運河在內

有數條南北向的河道

可作為江水北上的現成通道

（京杭大運河，拍攝於江蘇省宿遷市宿豫區皂河鎮，攝影師@李瓊）

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洪澤湖、駱馬湖、南四湖、東平湖等

數個南北串聯的湖泊

可作為天然的調蓄水庫

（請橫屏觀看，左邊的駱馬湖和右邊的京杭大運河河道，攝影師@李瓊）

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加之江蘇省境內

又有江水北調工程作為基礎

東線工程似乎已是地利人和

只待水到渠成

（淮陰三站，南水北調東線第三級抽水泵站，江水北調工程中已建設淮陰一站、淮陰二站，攝影師@繆宜江）

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然而事情卻沒有這麼簡單

從調水起點到黃河南岸

地面高程升高近40米

這意味着想要南水北上

必須實現**“水往高處流”**

直至水流越過最大高程點

才可順流而下抵達天津

或沿引黃濟青工程

奔向山東半島

（南水北調東線路線及沿途高程示意，製圖@王朝陽&陳睿婷/星球研究所）

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於是

僅東線一期工程沿線

便建有34處站點、160台水泵

共計13級泵站

這個世界最大的泵站羣

從揚州江都水利樞紐開始

將長江水逐級提升近40米

一路送至黃河南岸

（揚州江都水利樞紐，圖片來源@VCG）

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而為了降低泵站羣的能耗

其中1/3的水泵

均使用我國技術人員

耗時3年自行研發的

燈泡貫流泵

這種裝置擁有平直的流道

水流不需轉彎便可直接通過

（燈泡貫流泵結構，製圖@鄭伯容/星球研究所）

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因此

與傳統的立式軸流泵相比

貫流泵的電能轉化率

可從65%提高至81%

大大提高了運行能效

（立式軸流泵結構，製圖@鄭伯容/星球研究所）

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經由這些泵站

東線一期工程的年調水能力

可達到88億立方米

相當於每年為沿線的

江蘇、安徽、山東各省

供給了600多個西湖的水量

（揚州江都水利樞紐主機層的立式軸流泵，攝影師@潘鋭之）

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相較之下

南水北調中線工程

則顯得“節能”多了

其幹線上僅建有一座泵站

卻依然完成了1432千米的超遠距離調水

這又是如何實現的呢？

②

中線：一渠清水向北流

2005年9月

在湖北省漢江與丹江

交匯口下游800米處

一聲爆破響徹羣山之間

丹江口大壩的表層開始進行拆除

不久之後

在其上方將會澆築新的混凝土

令大壩高度加高14.6米

水面面積增加至1022平方千米

幾乎與三峽庫區的水面面積相當

（請橫屏觀看，加高後的丹江口大壩，丹江口水庫位於河南省淅川縣與湖北省丹江口市交界處，圖片來源@南水北調中線幹線工程建設管理局宣傳中心）

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然而

在一座已服役近40年的老壩上

重新澆築一座“新壩”卻並非易事

倘若新老混凝土因温度變化

產生不均勻的熱脹冷縮

將令壩體間產生裂縫

後果便不堪設想

因此

除了嚴格控制混凝土的澆築温度外

人們在大壩堰體的老混凝土上

切割出一道道鍵槽

並植入一根根鋼筋

用以加強新老混凝土間的咬合和錨固

（丹江口大壩不同壩段結構存在差異，下圖為大壩溢流壩段加高示意，鍵槽上植入的鋼筋也稱錨筋，製圖@鄭伯容/星球研究所）

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而在大壩頂部

則向20個垂直佇立的閘墩中

植入共計1164根鋼筋

令閘墩更加堅固

（大壩溢流壩段加高示意，製圖@鄭伯容/星球研究所）

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加高工程歷時近8年

升級改造後的壩體變得更高更厚

不僅庫容量能滿足調水需求

水位高程同時可達到170米

比北京高出100餘米

這就意味着

來自丹江口水庫的汩汩清水

不再需要泵站逐級提升

便能一路自流到達北京

（南水北調中線工程幹線全長1432千米，其中至北京的總乾渠1276千米，天津輸水乾線156千米；中線路線及沿途高程示意，製圖@王朝陽&陳睿婷/星球研究所）

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或是經位於河北保定的

西黑山分水口

轉而向東流入天津

（西黑山分水口，渠道向左通往北京，向右通往天津，圖片來源@南水北調中線幹線工程建設管理局宣傳中心）

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更幸運的是在秦嶺東部

分隔長江、淮河流域的分水嶺

到了河南南陽的方城縣附近

卻在連綿的羣山中留了一條“縫隙”

人稱**“方城埡口”**

此處兩側山地的高程在200米以上

但埡口處卻僅有145米

可令中線工程的渠道

在山巒夾持間穿行而過

避免挖掘數千米的穿山隧洞

（方城埡口地形示意，地處桐柏山和伏牛山間，渠段長7.6千米，製圖@王朝陽&陳睿婷/星球研究所）

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然而魚和熊掌二者不可兼得

即便不再需要建設泵站

但由於沒有任何現成水道可以利用

1432千米的中線工程將全部從零新建

漫長的修建過程也註定困難重重

（陶岔渠首樞紐是中線工程的“水龍頭”，位於河南省淅川縣陶岔村，1973年建成的老閘已無法滿足南水北調的需求，下圖為重建的閘壩，圖片來源@南水北調中線幹線工程建設管理局宣傳中心）

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中線工程沿途

需穿越大小河流****共686條

為了確保輸水水質安全

避免受到洪澇及污染的影響

一座座龐大的“水上立交”橫空出世

在其中的27座大型梁式渡槽上

南來之水源源不斷凌空而過

如同一條蜿蜒北去的“天河”

（沙河渡槽，圖片來源@南水北調中線幹線工程建設管理局宣傳中心）

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河南省境內

全長達11.9千米的沙河渡槽中

巨大的U形槽段重達1200噸

每次吊裝都相當於

一次性起吊約1000輛轎車

（U型渡槽，拍攝於2012年5月10日正在施工的沙河渡槽，攝影師@何進文）

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而位於其南面的

湍河渡槽

體量則更為驚人

其內徑達9米、單孔跨度達40米

每孔槽段的重量可達1600噸

（巨大的湍河渡槽和下方的施工車輛，圖片來源@VCG）

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面對如此巨大的重量

工程師們乾脆放棄了吊裝設備

轉而採用大型造槽機

現場完成混凝土澆築

就這樣一段接一段地

築造出世界上規模最大的U形渡槽

（修建中的湍河渡槽上正在工作的造槽機，這是大型造槽機在我國的首次使用，圖片來源@VCG）

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然而更多時候

中線工程則以倒虹吸的方式

在地表之下穿越道路或河流

其中難度最高、規模最大的

便是穿越黃河的

穿黃工程

（倒虹吸是指利用上下游水位差，令水流在垂直方向上呈弓彎向下的弓形流動，從而實現渠道立交；下圖為黃河倒虹吸工程的簡單示意，退水洞等結構有省略，製圖@陳睿婷/星球研究所）

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黃河北岸

巨大的圓筒形豎井

內徑16.4米、井深50.5米

幾乎可以容納一座15層的高樓

負責掘進隧道的大型盾構機

也將從這裏出發

在深厚的砂土中前行超過4000米

才能穿越黃河天塹

（下圖為中線穿黃工程北岸豎井中盾構機的始發現場，拍攝於2007年7月8日，圖片來源@VCG）

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盾構機的刀盤日夜不休地旋轉

被粉碎的砂礫土石隨泥漿不斷排出

最終在黃河河牀下平均30米處

兩條內徑達7米的巨大的隧洞

逐漸出現在世人眼前

（穿黃工程為雙洞結構，均使用雙層襯砌，下圖為其中一條隧洞正在進行第二層預應力鋼筋混凝土襯砌，這種複合襯砌形式是世界上首次應用，圖片來源@VCG）

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然而規模龐大的穿黃隧洞

在建設中卻並非一帆風順

由於砂土中石英含量較高

令盾構機的刀片產生嚴重的破損

工程人員只能依靠人力

前後進出近400次

才在充斥着泥水的盾構機前端

完成刀盤的修復和加固

最終

在大河之下穿行了500多個日夜後

巨大的盾構機終於在河道對岸

重見天日

（2009年12月22日，中線穿黃工程上游線過河隧洞順利貫通，攝影師@王頌）

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自此

南來之水終於跨越黃河天塹

得以繼續北上

（穿黃工程全景，此外在乾旱時期，中線工程還可向黃河中補水，圖片來源@南水北調中線幹線工程建設管理局宣傳中心）

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“上天入地”固然艱難

但在中線工程中約1/3的渠段內

即便是平地修渠

也面臨着膨脹土的考驗

這是一種吸水膨脹、失水收縮的土壤

劇烈的膨脹收縮下

極易造成渠道垮塌

然而在當時

全國上下尚無類似的工程先例

這意味着連設計施工標準

都必須從零開始制定

（2013年11月17日，河南省許昌市正在施工的南水北調中線渠道邊坡，圖片來源@VCG）

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同樣必須從零起步的

還有在北京市境內

為了防止污染、減少佔地而修建的

PCCP管道

（PCCP管是指“預應力鋼筒混凝土管”，下圖為2007年4月9日，南水北調工程北京段鋪管對接，圖片來源@VCG）

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這是一種複合結構管材

層層包裹的結構令其

防滲、抗震、可靠、耐久

（PCCP管道結構，製圖@鄭伯容/星球研究所）

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然而

中線工程中的PCCP管道

直徑達4米、單管重78噸

工程人員經過大量實驗

才最終確定建設標準

（2007年12月8日，南水北調工程北京段鋪管對接，圖片來源@VCG）

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此後

中線工程再經過長約13千米的

西四環暗涵工程

便可抵達中線工程的終點

北京團城湖

（團城湖明渠，全長885米，圖片來源@南水北調中線幹線工程建設管理局宣傳中心）

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這些南來之水

將進入城市的各大水廠

或經京密引水渠

反向注入曾不堪重負的密雲水庫

（京密引水渠昌平段，攝影師@宋佳音）

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至此

中線工程全線貫通

再沒有什麼能夠阻擋

滔滔江水一路北上

水道穿山越嶺

（河北省保定市崗頭隧洞，圖片來源@南水北調中線幹線工程建設管理局宣傳中心）

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穿越城鎮

（河南焦作是中線乾渠唯一從城區穿過的城市，圖片來源@南水北調中線幹線工程建設管理局宣傳中心）

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與31條水渠、51條鐵路

和1238條公路

相互交錯

（正定高鐵平行段，圖片來源@南水北調中線幹線工程建設管理局宣傳中心）

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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座排水建築物

303座控制建築物

將這條千里水脈

逐一串聯

（2011年4月26日，位於河南省温縣境內的南水北調中線工程工地正在吊裝鋼筋籠，圖片來源@VCG）

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然而

龐大的泵站、巨大的水渠

僅僅只是整個工程的冰山一角

水質如何保障？污染如何治理？

移民如何安置？文物如何保護？

造成的生態問題又該如何補償？

種種問題橫亙在人們眼前

讓這項本已困難重重的工程

愈發舉步維艱

未完待續…