南水北調背后的科技密碼

文／唐 婷

據新華社報道，5月13日下午，習近平總書記在河南省南陽市淅川縣考察南水北調中線工程。

中線工程全長1432公里，累計供水逾380億立方米，惠及沿線20余座大中城市約7900萬人，一路北上的南水正在改變北方的模樣。

全線自流，穿越黃河，冰期輸水……每一道技術難題的迎刃而解，都是無數水利人心血與智慧的結晶。讓我們從源頭走來，看看一渠清水北上背后的科技力量。

大壩“長高” 清水自流

要想一渠清水自流北上，讓庫區大壩“長高”是第一道難題。

丹江口庫區位于湖北、河南交界處，是南水北調中線的水源地。實現南水自流進京，需要增大庫容。

壩高水漲，才能使大壩在滿足防洪、發電、通航的基礎上，肩負起清水北上、潤澤沿線的重任。

按設計要求，要對丹江口大壩加高14.6米，壩頂高程從162米增高到176.6米，正常蓄水位從157米抬高到170米。

在一座服役近40年的老壩上重新澆筑“新壩”，難度不亞于新修一座大壩。在混凝土壩體上貼坡加厚、加高，新老混凝土在外部氣溫作用下，會產生排他反應，對結合面和壩體應力產生影響。

如何讓新老混凝土“永結同心”，并且“血肉相連、健康成長”，這是加高工程遇到的關鍵技術難題。對此，國家科技支撐計劃項目“丹江口大壩加高工程關鍵技術研究”課題組進行了科研攻關。

為確保加高工程萬無一失，長江設計院先后進行了多次新老混凝土結合試驗，并借鑒國外已有的成熟經驗，提出了以直接澆筑為主，在豎直接合面采用人工補鑿鍵槽，溢流壩段堰面采用寬槽回填為輔的總體方案。

自2005年開始，大壩加高壯舉歷時近8年終于完成。升級改造后的大壩加高到176.6米，水庫正常蓄水位抬高到170米，與北京形成約百米落差，保障南水自流北上。

隧洞穿黃 江水不犯河水

南水北上，黃河鄭州段是必經之地。

如何保證江水穿過黃河時互不相擾，不與黃河水發生水體交換以確保水質不受影響，復雜地質條件下中線穿黃隧洞工程關鍵技術研究功不可沒。

經過反復比選，在鄭州滎陽孤柏嘴處黃河河床底部開鑿兩條長達4250米的穿黃隧洞的方案被采用，實現南水由此穿越黃河北上。

如何從黃河底下復雜的地層中開鑿出數千米的隧洞？如何在承載內外水壓的情況下保證隧洞不漏水……作為中線工程最具技術難度的單項工程之一，穿黃工程被稱為南水北調中線的“咽喉”工程。

為保障穿黃工程的順利實施，國家科技支撐計劃項目“復雜地質條件下穿黃隧洞工程關鍵技術研究”課題組提供了有力的技術支撐，先后解決了包括抗震在內的13項關鍵技術難題。

穿黃隧洞采用雙線平行布置，兩洞相距28米。隧洞內徑7米，開挖直徑超過9.2米，深埋于黃河河床下23至35米深。據介紹，這是我國第一次采用大直徑隧洞穿越黃河，也是我國水利界第一次采用泥水平衡盾構機在軟土地基中進行水工隧洞的掘進施工。

國內最深的調水豎井、國內穿越大江大河直徑最大的輸水隧洞、國內水利工程最深的盾構始發……讓江水不犯河水的穿黃工程創下了多項國內水利工程之最。

冰期輸水 迎寒而上

南水北調中線總干渠長1432公里，沿途地域氣候差別很大，北方地區冬季氣溫較低。隆冬時節，一旦流水結冰，是否影響渠道輸水進程？

南水北調中線工程設計時，充分考慮了黃河以北地區冰期輸水問題，針對結冰期、冰封期、化冰期三個階段的輸水，進行了詳細論證和水力學控制方法研究。

在冰期輸水期間，在具備形成冰蓋氣溫條件的渠段，控制沿線節制閘，調整渠道水位和流速，使渠道形成穩定冰蓋，冰蓋下面可繼續輸水。

對不能形成冰蓋的渠段，則通過設置攔冰索，使冰塊攔截在建筑物（如：倒虹吸、隧洞、渡槽等）前。同時，各節制閘處設置了防冰凍設施，沿線配備了一定數量的破冰設備。

如果遇到長時間、大范圍的極端寒流天氣，可能遇到什么后果，該如何應對？專家指出，對總干渠運行的影響，主要在于可能進一步降低此期間的渠道輸水能力以及可能帶來渠道襯砌板的凍脹破壞，為此可通過進一步抬高渠道運行水位來提高渠道輸水能力并達到蓄水保溫的效果。

在2020-2021年冰期輸水突發冰情過程中，南水北調中線工程首次應用了冰情觀測信息化平臺，及時準確發布冰情信息，實現了冰情信息及時傳遞和冰情預測提前預警兩個功能，保障了冰期輸水工程的安全調度與平穩運行，提升了工程冰期輸水能力，破解了冰期輸水的難題。

2020年5月9日至6月21日，通過優化調度，中線一期工程首次以420立方米每秒設計最大流量輸水，并借機向沿線39條河流生態補水9.5億立方米，提升了華北地區地下水超采綜合治理成效，驗證了工程大流量輸水能力，集中檢驗了工程質量和運行管理水平。

水利部南水北調工程管理司司長李鵬程表示，“十四五”期間，將聚焦“南水北調高質量發展”這一主題，在加強南水北調東中線一期工程運行管理，確保工程安全平穩運行，保障供水、工程和水質安全的基礎上，不斷提升工程綜合效益。加快數字南水北調建設，通過數字化、智慧化工程建設，實現工程運行管理預報、預警、預演、預案現代化。推進東中線后續工程建設，深化西線工程方案比選論證，進一步優化我國水資源配置格局，為確保國家水安全提供堅實支撐。