2019年12月12日是南水北调中东线全线正式通水五周年纪念日，在这样一个看似有点特别却也平凡的时刻，我们有必要对南水北调工程做一个更全面的了解。
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。
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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”。
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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”的地方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。
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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”。
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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。
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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。
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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。
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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。
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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，论证了半个世纪后，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%。
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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的时候，便成为世界水利史上难以忘记的时刻。
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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。
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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。
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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。
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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。
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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。
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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。
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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。
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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。
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立式轴流泵结构，制图@郑伯容/星球研究所
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。
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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。
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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。
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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。
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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。
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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。
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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。
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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。
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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”。
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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。
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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。
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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。
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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。
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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。
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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。
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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。
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自此，南来之水终于跨越黄河天堑得以继续北上。
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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。
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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。
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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。
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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。
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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。
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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。
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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，
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穿越城镇，
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与31条水渠、51条铁路和1238条公路相互交错。
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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。
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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。
03、幕后的故事
2002年，南水北调终于正式开工，但东线工程沿线的城市却显得忧心忡忡。不过这并不出人意料，毕竟在当时的工程沿线，黄河以南的36个水质断面中仅有1个达到地表水III类标准，有的断面污染物甚至超标百余倍，完全无法作为饮用水源。
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这意味着，东线工程必须在10年内达到全线III类及以上水质，才能满足通水要求。一项庞大的污染治理工程刻不容缓，于是这10年内，山东超过700家造纸厂、江苏800多家化工企业皆因排放不达标纷纷关停。
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水面上，两省约4000艘水泥船、24000艘挂桨机被淘汰或拆改。
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河岸边，仅江苏省沿线就建成17座船舶垃圾收集站、43座污水/油回收站。到了2016年，沿线共9650千米的污水收集管网，以及接近全省1/5的污水处理能力，时刻镇守着入流河道的排放关卡。
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加之大面积的湖泊湿地，共计426项治理工程如“铠甲”一般，装备在1000多千米的线路上。到2012年东线通水前夕，沿线主要污染物入河总量减少85%，全线36个监测断面终于全部达标。
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而反观中线工程，其干渠水道全程封闭，两侧还划定了严格的水源保护区，基本杜绝了外界污染带来的影响，堪称一条“清水走廊”。但人们真的可以高枕无忧了吗？在中线水源地丹江口水库，20世纪80年代时水质达到I类的时间约有2/3，但到了21世纪初却仅有1/3。如何维持水源地的水质状况成为了无法被忽略的问题。
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然而，水库上游流域涉及陕西、湖北、河南三省内共计8市43县以及600多个乡镇，若要溯流清源将是一项浩大的工程。但人们别无选择，于是在丹江口水库上游流域，采矿冶炼、黄姜生产、汽车电镀众多排放不达标的高污染行业纷纷关停。截至2014年，城市污水处理厂由5座增长174座，垃圾处理场则由1座增至99座，还有共1.7万平方千米的水土流失面积得到治理。
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自中线工程通水至今，输水水质达到I类的断面比例从30%增长至80%，历时超过8年的水源保护工程的效果开始逐渐显现。
然而。青山绿水的丹江口水库在为中线工程提供绝佳水源的同时，却也付出了巨大的代价。当水库水位成功抬高13米的同时，周边超过300平方千米的土地将没入茫茫碧波之下，这就意味着曾经生活在库区周边40个乡镇、441个村的共计超过34万人将不得不搬离原本的家园。
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加之工程干线沿途占用土地，又需搬迁安置约9万人，整个中线工程可谓是一项浩大而艰巨的移民安置工程。
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于是，在即将被淹没的迁出地，每一村、每一户、每一间房、每一块地、每一口水井、每一片果树开始被调查、计算、公示，离开原有土地的人们，将按照这些土地被征收前三年平均产值的16倍获得征地补偿款和移民安置费。
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2009年8月15日，河南省南阳市淅川县滔河乡姬家营村移民搬运自家的家具，图片来源@视觉中国
而在迁入地，移民新村的建设同样紧锣密鼓。由于每家每户情况复杂，仅设计阶段就有十余套不同户型供移民群众自行选择。新村社区中，交通、供电、供水、排水学校、环保等公共基础设施也是一应俱全，大多数人的居住体验将从人均20平方米的土木房、土坯房，上升至人均24-34平方米的砖混楼房。
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此外，为了让迁移至此的人们有田可耕、有地可种，迁入地必须在有限的耕地中挤出条件优良的土地进行分配。人们一块块量、一遍遍算，最终确定了搬迁后人均大棚菜地不少于0.4亩，水田、果园不少于1.05亩，或旱地不少于4亩的分配标准。而搬迁前人均耕地仅有0.96亩。
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至此，一切都已万事俱备，超过34万移民将搭乘浩浩荡荡的车队，挥别祖祖辈辈生活的故土。
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他们将在一片陌生的土地重新建立未来的家园。
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丹江口水库的移民搬迁安置工作要在2年内基本完成，强度之大在世界水利移民史上前所未有。但艰难的并不只是工程强度本身，数十万移民告别的也不只是房屋和耕田，而是他们最熟悉的土地，是他们赖以生存的生活方式，也是他们世世代代的生活记忆。
因此若要他们真正融入新的家园，需要的也不仅仅是政府的支持和补偿，还有当地人的一视同仁、自己的勤劳、汗水和勇气以及一段漫长的时间。
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丹江口水库水位抬升后，受到淹没威胁的除了大量村庄、农田，还有214处文物保护点，其中就包括建于明代初期的武当山遇真宫。1967年丹江口水库初次蓄水时，武当山古建筑群中的净乐宫就因技术限制，永远沉没在水下。而40多年后的遇真宫绝不能再重蹈覆辙，于是人们制定了一个几乎“孤注一掷”的方案。
遇真宫现存的主体建筑和宫墙将进行整体拆除，所有的拆卸构件标记存放，待地面垫高后再重新复原。而山门、东西宫门三座建筑，将从地面整体抬高15米，相当于5层楼的高度。
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建筑主体由钢架加固，基座由混凝土浇筑，下方则由数十根千斤顶，将数千吨的山门一点点向上顶升。
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近半年后，三座山门将到达顶升高度。而在不久的将来，这片占地2.4万平方米的建筑群也将在全面加高的堤岸上恢复往日的模样。
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东、中线工程沿线总共涉及文物710处，让这项庞大的调水工程也成为一项规模空前的文物保护工程。从规划到施工期间，为了保护沿途的古迹遗址，工程经历多次让路、改线。而沿线区域的考古调查和紧急发掘更是从未停止，其中的9个项目先后被列入“全国十大考古发现”。
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2013年11月14日，距离中线工程正式通水还有不到400天，也正是在此时，在丹江口水库下游约400千米处，一座长2835米的大坝横亘于汉江之上，人称“兴隆水利枢纽”。
在其下游不远处，又有一条西南方向蜿蜒而来的水渠，每年将约30亿立方米的长江水注入汉江河道。这就是引江济汉工程。
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为避免中线工程调水导致汉江下游水位降低，影响农田灌溉和河流生态，兴隆水利枢纽和引江济汉工程将作为南水北调配套建设的生态补偿工程，通过上游蓄水、下游补水，令上游的灌溉面积增加60%以上，下游多年平均水位抬高0.15-0.30米。加之闸站的改建扩建以及局部航道的整治，从长江中游的荆州到汉江中游的襄阳，通航距离也将减少600千米。
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污染治理工程、水源保护工程、移民安置工程、文物保护工程、生态补偿工程……当涌入华北的滔滔江水为这片土地带来新的机遇时，却很少有人留意到，在南水北上的幕后还有多少“看不见”的工程。
04、下一个奇迹
南水北调一期工程的干支渠总长达5599千米，混凝土浇筑量6300万立方米，相当于三峡工程的2倍之多，可谓是我国水利工程建设的又一大奇迹。
工程通水后，长江水可直接供应近300个县市，替代北京城区超过七成的供水，郑州中心城区的全部供水，天津14个区的全部供水，以及石家庄、邯郸、保定、衡水等城市75%以上的主城区供水。
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上万平方千米的农田，可新增近20亿立方米的灌溉用水，而曾经被城市挤占的农业用水以及污水净化处理后的再生水，共计近60亿立方米的水资源将重新流入农田。
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在南水的补给下，密云水库的蓄水量逐年刷新，目前已突破26亿立方米，是2003年的3倍之多。
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可用水源的增加，令北方地区的地下水每年可减采近50亿立方米，甚至还有余量回补原先的亏空。截至2018年底，北京市地下水位比南水进京前回升了2.63米，而随着地下水使用的削减，北京自来水硬度下降近70%。
整个华北地区，更有超过500多万人结束了长期饮用高氟水和苦咸水的历史。
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在繁华的天津中心城区以及荷花荡漾的白洋淀，由于得到充足的生态补水，水体污染也得到明显改善。
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此外，东线一期工程建设后，京杭大运河成为一条自黄河以南直至长江全线都可通航的“黄金水道”，新增运力达到1350万吨，相当于在水上架设了一条新“京沪铁路”。
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是的，南水北调确实是一个奇迹，是一个在重重难关中规划论证、在重重限制中建设运营、曾经面临种种争议，却依然实现的奇迹。
也是一个由数十万移民群众、数十万工程建设者、数千名科技工作者，以及那些永远沉睡在岗位上的人们共同创造的奇迹。
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今天，源源不断的南来之水为长年干渴的华北大地带来了片刻的喘息，带来了发展的机遇。
而未来如何用好南水？如何节约用水？如何让翻山越岭而来的长江水不至于成为杯水车薪？
对受益于南水北调工程的40多座大中城市、260多个县区、近1.2亿人来说，这些问题正等待着他们的答案。
这片土地上的下一个奇迹，也等待着他们去创造。
全文完，感谢阅读。
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创作团队
- 编辑：张楠
- 图片：余宽、刘白
- 设计：陈睿婷、郑伯容
- 地图：王朝阳
- 审校：王朝阳、 @云舞空城
【致谢】南水北调中线干线工程建设管理局宣传中心，以及水利部发展研究中心王亦宁高级工程师为本文的创作提供了有力支持，特此感谢！
主要参考文献
- 北京市南水北调工程建设委员会办公室，北京市文物局. 《饮水思源——南水北调中线工程图录》[M]. 北京燕山出版社，2014
- 国务院南水北调工程建设委员会办公室. 《南水北调工程知识百问百答》[M]. 科学普及出版社，2015
- 《中国南水北调工程建设年鉴》编纂委员会. 《中国南水北调工程建设年鉴2017》[M]. 中国电力出版社，2017
- 文丹. 《南水北调中线工程》[M]. 长江出版社，2010
- 陈志康等. 《南水北调中线一期水源工程丹江口大坝加高设计》[C]. 大坝安全与新技术应用，2013
↑一群国家地理控，专注于探索极致世界
来源：知乎 www.zhihu.com
作者：星球研究所
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