1.2 国内外有关调水工程概况
地球上可利用的河川径流及湖库水资源的空间分布十分悬殊。以干旱著称的非洲，虽然有一半面积年均降水量在500mm以下，但刚果盆地和几内亚海湾沿岸一带年降水量却超过1500mm。苏联水资源总量较为丰富，其河川年均径流量仅次于巴西，位居世界第2位，但人口稀少的北部和东部高寒地区却占苏联水资源总量的88%；而集中了3/4人口和4/5的工农业产品的南部和西南部水资源量仅只占12%。美国东部湿润，水资源较丰富；西部干旱，年降水量多在550mm以下，其中有的地区不足100mm。我国东南沿海和西藏东部湿润，年降水量多在1000～2000mm，其中墨脱地区年降水量多达3000～4000mm；而西北地区干旱，年均降水量只有164mm，仅占全国年均降水量的9.5%，其中新疆塔里木盆地中心部分仅为10mm（陈玉恒，2002）。于是大规模、长距离、跨流域调水就自然成为人类重新分配水资源，缓解缺水地区供需矛盾的主要途径，引起国际社会的广泛重视，自20世纪中期跨流域调水规划便应运而生了。据不完全统计，目前世界已建、在建和拟建的大规模、长距离、跨流域调水工程超过160项，分布在24个国家，其经济效益和社会效益明显。
1.2.1 国外主要跨流域调水工程概况
在世界的大江大河上几乎都能找到跨流域调水工程的影子。世界著名的调水工程有：美国加利福尼亚州的北水南调工程、以色列的北水南调工程、澳大利亚的雪山工程、秘鲁东水西调工程、巴基斯坦的西水东调工程等，苏联的调水工程更是世界著名（陈玉恒，2002；庆晋，2004）。
1.美国：北水南调工程
美国已建大型调水工程10多处，但从工程规模、调水量、调水距离、工程技术和综合效益等方面衡量，最具代表性的是加利福尼亚州的北水南调工程，这也是美国最大的多目标开发项目。美国西海岸地区，狭长形，位于美国西南部，西临太平洋，面积41万km2，人口2300万人。加利福尼亚州北部气候湿润，萨克拉门托河水量丰沛；南部地势平坦，干旱少雨，光热条件好，是美国著名的阳光地带，圣华金河流域及以南地区水资源短缺。全州年径流量870亿m3，其中75%分布在北部，而80%的需水量位于南部。为了开发南部，联邦政府建设了中央河谷工程，加利福尼亚州政府建设了北水南调工程，两项工程相辅相成，共同把加利福尼亚州北部丰富的水资源调到南部缺水地区。此外，为缓解加州南部缺水，还建设了科罗拉多水道工程和洛杉矶水道工程。
2.以色列：北水南调工程
以色列北部湿润，南部干旱，降水多集中在每年冬季11月至次年3月，4—10月为干旱少雨的季节，中北部年降水量约为400～1000mm，南部年降水量为25～250mm，年降水总量约100亿m3，利用率约18%，其余则蒸发及注入海洋。由于南北降水相差悬殊，水资源地区分布极不均衡，即80%的水资源在北方，2/3需要灌溉的土地却在南方，南部地区严重干旱缺水，给经济和社会发展，尤其是农业发展带来很大困难。
北水南调工程是以色列最大的工程项目，也是以色列中南部的用水命脉和生命线，亦称以色列国家输水工程，即把北方较为丰富的水资源输送到干旱缺水的南方。起始水源地位于以色列东北部的太巴列湖，太巴列湖东为叙利亚，西为以色列，由于地处裂谷，湖水位为-213～-209m，高低水位差之间水容积为6.7亿m3，作为湖泊运行控制，湖底最深处-253m，湖水面积168km2，高水位时太巴列湖可蓄水43亿m3，除去损耗及下泄约旦河0.4亿m3，以色列北水南调工程年均抽太巴列湖水4.0亿m3左右。
3.澳大利亚：东水西调工程
澳大利亚位于南半球，四面临海，国土面积768万km2，全境年平均降水仅有470mm，是世界上降水量较少的地区；加之气候干旱、蒸发量大，因此又是一个水资源相对短缺的国家。为解决内陆干旱缺水问题，澳大利亚在1949—1975年期间修建了第一个调水工程——雪山工程，该工程位于澳大利亚东南部，运行范围包括澳大利亚东南部2000 km2的区域，通过大坝水库和山涧隧道网，从雪山山脉的东坡建库蓄水，将东坡斯诺伊河的一部分多余水量引向西坡的需水地区。沿途利用落差发电供首都堪培拉、墨尔本、悉尼等城市民用和工业用电，同时可提供灌溉用水74亿m3。该工程耗时25年，总投资9亿美元，是全世界最庞大、最复杂的综合水利和水电站工程之一，被认为是现代世界七大土木工程奇观之一。
4.巴基斯坦：西水东调工程
巴基斯坦大部分地区为亚热带气候，南部为热带气候，年均降水量不足300mm，干旱、半干旱地区占国土面积的60%以上。巴基斯坦为农业国，耕地集中在印度河平原，由于气候干旱，农业生产很大程度依靠引水灌溉。印度河是巴基斯坦最主要的河流。印度河流域灌溉历史悠久，有世界上最大的灌溉系统。巴基斯坦西水东调工程是当今世界上调水量最大的工程，年调水量为148亿m3。印度河发源于中国，经克什米尔进入巴基斯坦，全长2880km，年径流量2072亿m3。巴基斯坦为开发利用印度河水资源和水电资源发展经济，于1958年实施印度河流域计划，包括西水东调工程，从西三河向东三河调水，工程于1960年开始实施，到1977年基本建成。工程总投资21亿美元，灌溉农田2300万亩。工程进一步完善印度河平原的灌溉体系，使东三河流域广大平原地区的农、牧、工业等获得持续不断的发展，并使巴基斯坦由原来的粮食进口国变成不仅粮食自给，而且每年还可以出口小麦150万t、大米120万t的国家。
目前世界上著名的调水工程除了上面介绍的，还有非洲最大的引水项目——莱索托高地工程、印度萨尔达-萨哈亚克调水工程、哈萨克斯坦额尔齐斯-卡拉干达运河调水工程、伊拉克的底格里斯-塞尔萨尔湖-幼发拉底调水工程和马来西亚的东水西调计划等。苏联已建的大型调水工程有15项之多，年调水量达480多亿m3，主要用于农田灌溉，国内进行调水工程研究的研究所就有100多个。所有这些工程，都发挥了显著的生态效益和经济效益，直接影响到各国国力的增强，同时，也为我国南水北调工程和牛栏江-滇池补水工程、滇中引水工程等提供了有益的借鉴。
1.2.2 国内有关跨流域调水的相关典型案例
我国多年平均水资源总量为28124亿m3，其中多年平均河川径流量为27115亿m3，仅次于巴西、俄罗斯、加拿大、美国、印度尼西亚，居世界第六位（李浩然等，2007）。我国人均水资源量为2189m3，仅为世界平均值的29%左右，居世界第121位（宋先松等，2005）。同时受季风气候的影响，我国水资源的时空分布极不均衡，总体上由东南沿海向西北内陆逐渐减少，北方地区水资源贫乏，南方地区水资源相对丰富；夏秋季节雨水相对较多，冬春季节雨水稀少。由于我国水资源时空分布不均，加之南北方水资源与人口、耕地呈逆向分布，北方地区人多水少，单位耕地面积水资源量较低，农业灌溉用水紧张，地下水超采非常严重，严重制约了农业的进一步发展，尤其是西北地区，农业用水挤占了生态用水，导致区域生态环境持续恶化；南方地区经济社会较发达，但河湖水质污染较重，水质型缺水现象较为普遍，如“三湖（太湖、巢湖和滇池）”地区。结合国内外的调水经验，实施大规模、长距离、跨流域的调水就自然成为我国重新分配南北方水资源，缓解北方缺水地区（尤其是黄淮海流域及西北内陆河地区）供需矛盾的主要途径，使水资源跨流域的合理配置成为支撑我国经济社会可持续发展的必然选择。
目前我国跨流域或区域水资源配置工程主要包括三类：
（1）以解决流域或区域性水资源短缺为主，以保障受水区经济、社会与人口、资源与生态环境的协调发展，如南水北调工程、滇中引水工程、引黄济津工程、东深供水工程等。
（2）作为流域或区域水环境综合治理对策的有机组成部分，引相对清洁的水源进入受纳水域，以加快受纳水域的水动力条件，提高受纳水体的自净能力，缓解受水流域的水质污染情势，改善区域水环境质量，如引江济太工程、引钱（唐江）济西（湖）工程、引江济巢（湖）工程、牛栏江-滇池补水工程等。
（3）通过水利工程恢复历史原有的河湖水系连通格局，有效减缓因自然环境变迁和近代人类活动加剧对区域河湖水系和区域水资源配置的双重影响，并减缓人类活动对连通湖泊水质的影响，改善湖泊水生态环境质量，如武昌大东湖生态水网连通工程、呼伦湖水资源配置工程等。下面分别以南水北调工程、引江济太工程及武昌大东湖生态水网工程为代表，进行简要分析与说明。
1.南水北调工程
南水北调工程是解决我国北方黄淮海流域水资源严重短缺问题的特大型基础设施项目，通过跨流域调水进行水资源的合理配置，以保障受水区经济、社会与人口、资源、环境的协调发展。南水北调工程始于1952年毛泽东主席提出“南方水多，北方水少，如有可能，借点水来也是可以的”宏伟设想。1959年原长江流域规划办公室编制完成的《长江流域综合利用规划要点报告》中，提出分别从长江上、中、下游多处取水，调往西北和华北，接济黄河、淮河和海河的南水北调工程方案。水利部与有关部门和省（直辖市、自治区），通过50多年的规划设计、科学研究和反复研究论证，同时积极响应社会各界提出的众多建议方案或设想，规划选定了南水北调工程东线、中线、西线的调水水源、调水线路和供水范围，与长江、黄河、淮河和海河四大江河相互联接，构成“四横三纵”的工程总体布局。
长江是我国最大的河流，水资源丰富且较稳定，多年平均年径流量约9600亿m3，特枯年有7600亿m3，入海水量约占天然径流量的94%以上。从长江流域调出小部分水量，缓解北方地区缺水是可能的，这是南水北调工程选择以长江为水源地的基本依据。同时，从长江调水地理条件优越。长江自西向东流经大半个中国，上游靠近西北干旱地区，中下游与最缺水的黄淮海平原及胶东半岛相邻，兴建跨流域调水工程在经济技术条件方面具有显著优势。
全面分析研究我国的地势、山脉、水系、水土资源分布状况和经济社会状况及其发展趋势，是拟定以长江为水源的南水北调工程布局的依据。南水北调工程东、中、西3条线路的总体布局，可基本覆盖黄淮海流域、胶东地区和西北内陆河部分地区，基本可以安全、经济地解决北方缺水地区的需水与供水矛盾。西线工程布设在我国最高一级台阶的青藏高原上，居高临下，具有供水覆盖面广的优势；但长江上游水量有限，且工程任务艰巨、投资大，主要向黄河上中游和西北内陆河部分地区供水，相机向黄河下游地区补水。中线工程近期从长江一级支流汉江引水，远景从三峡库区取水。东线工程直接从长江干流下游取水，水量丰富，但因输水线路所处地势较低，在黄河以南需逐级抽水北送，黄河以北地区可以自流，故宜向黄淮海平原东部和胶东地区供水。
南水北调工程东线、中线、西线3条输水线路，可利用黄河由西向东贯穿我国北方的天然优势，采取工程措施后可以与黄河相连接，并通过优化运行调度，实现南水北调工程和黄河之间的水量合理配置。东线工程可利用现有的东平湖退水闸或穿黄工程的南岸输水渠退水闸向黄河补充长江水，又可通过位山引黄渠道、胶东地区输水工程由黄河补给山东的部分用水量。中线工程一方面在穿黄工程南岸设置了退水闸，遇汉江、淮河丰水年，在黄河枯水时可向黄河补水；另一方面规划了从黄河待建的西霞院水库与中线总干渠的连接渠，遇汉江特枯年份，可引黄河水进入中线总干渠应急补水，提高黄河以北地区的供水保证程度。西线工程建成后，除向黄河上中游和西北内陆河部分地区补水外，还可以通过黄河向中线和东线的输水渠道补水。
南水北调工程东线、中线、西线到2050年规划调水总规模为448亿m3，可基本满足受水区水资源严重短缺的状况，并逐步遏制因严重缺水而引发的生态环境日益恶化的局面。同时依托南水北调工程总体规划方案，随着“四纵三横”骨干水网的逐步形成和畅通，各流域和水系之间通过建设控制建筑物进行水力连接，运用现代化的测报、预报以及通信和监控手段，实施大范围的水资源优化调度，可较大幅度地提高各地区的供水保证程度和充分发挥南水北调工程的效益。
东线工程从长江下游引水，水源丰沛，可利用现有泵站和河道，工程较简单，投资较小，易于分期建设。黄河以南需建设13级泵站提水，总扬程65m。输水工程90%以上可利用现有的河道，沿线有洪泽湖、骆马湖、南四湖、东平湖等湖泊调蓄。沿线现有的河道、湖泊均有行洪、排涝、航运和调水功能，省际和地区间水事矛盾多，运行管理较复杂，且沿线水质污染问题突出，尤其是南四湖与东平湖周边地区污染较突出，这是实现东线工程的难点。
中线工程地理位置优越，可基本自流输水，工程投资较大。水源水质好，规划输水线路与现有河道全部立交，水质易于保护。输水渠线所处位置地势较高，可解决北京、天津、河北、河南4省（直辖市）京广铁路沿线城市供水问题，有利于改善受水区生态环境。近期从丹江口水库取水，远景可根据黄淮海平原的需水要求，从三峡库区调水到汉江，有充足的后续水源。作为中线近期水源的丹江口水库，从保证调水并结合防洪要求，需要按正常蓄水位170m加高大坝，移民安置约25万人将成为工程建设的重点和难点问题；同时为避免和减轻调水对汉江中下游工农业取水、航运和生态环境的影响，需要采取必要的工程措施。
西线工程从长江上游通天河、大渡河、雅砻江及其支流调水，与黄河上游距离较近，控制范围大，可向黄河上中游6个省（自治区）及西北内陆河部分地区供水，也可向黄河中下游相机补水，为西部大开发提供水资源保障，改善西部地区的生态环境。西线工程引水的水源点多，调水区水质好，但因地处上游，水量相对有限。西线工程位于青藏高原东南部，属高寒缺氧地区，自然环境较为恶劣，交通不便，且处于褶皱强烈、活动带较为发育的强地震带，地质条件较为复杂，工作技术难点相对较多，工程投资大。
2.引江济太工程
太湖毗临长江，且具有自引和泵引条件，因此引长江水进入太湖（以下简称“引江济太”）成为改善太湖及周边河网水环境综合整治措施的重要组成部分。引江济太是利用已建成的望虞河工程，通过长江口常熟水利枢纽和太湖贡湖湾望亭立交水利枢纽工程调度，经望虞河将长江水引入河网和太湖，再通过太浦河、东苕溪导流、环太湖口门等工程将太湖清水供给黄浦江上游地区、浙江杭嘉湖地区和环太湖周边地区。
望虞河与太湖周围的多个支流相连通，是引江济太的入湖通道。引水水质可通过望虞河上的众多闸门控制与调节。引水开始时，关闭望亭枢纽闸门抬高河道水位，将望虞河中的污水排入沿线支流。当望虞河中的水质提高到好于太湖水质时，打开望亭枢纽闸门并关闭望虞河沿线汇入支流的控制闸门，将长江水引入太湖东北部的贡湖湾。为了保证太湖的水量平衡以及避免雨季的洪水风险，太湖水可通过南岸的太浦河以及其他支流排出。
引江济太利用治太工程体系引长江清水入太湖及附近河网，并通过太湖向周边地区供水，以水治水，利用河道湖泊水体动力特性，加快湖泊及受水区河网的水体流动，提高河湖水体自净能力，增加太湖的进出水量，缩短湖泊水体的换水周期，同时通过引清入湖：①激活水流，加快河湖水体的水流流速，有利于河湖水体复氧，有利于耗氧污染物降解；② 净化湖泊底泥，减少并降低内源累积，增加底泥净化水质的能力；③ 改善受水区河网与太湖湖泊水质，增加水生生物量以净化水质；④ 抑制蓝藻水华的局部暴发，缓解突发水污染事故的环境危害，从而实现“以动治静、以清释污、以丰补枯、改善水质”的生态调水目标（水利部太湖流域管理局，2010）。
3.武汉大东湖生态水网工程
武汉市位于湖北省东部、长江与汉水交汇处，是全国特大城市和重要的交通枢纽，被誉为九省通衢，东西向有长江黄金水道，南北向有京广铁路，距离北京、上海、重庆、广州、西安等国内大城市都在1000km左右，区位优势明显，辐射影响力强，是华中地区和长江中游的经济、科技、教育和文化中心。
武汉市水资源十分丰富，水域面积广阔，湖泊星罗棋布，被誉为“百湖之市”，其中武昌东湖为国内最大的城中湖。“大东湖”区域是武汉的钢铁、石化和高新技术产业区，是武汉大学、华中科技大学等国家重点高等院校集中地，经济社会持续快速发展。长期以来，雨污合流，湖泊成为纳污水体，水体封闭，自净能力下降，湖泊污染趋势加重，水质恶化趋势明显，严重影响着区域经济社会发展和人民生活。
“大东湖”生态水网是以国家级风景名胜区——东湖为中心，由东沙湖水系和北湖水系的江、湖、港、渠构成的水网。“大东湖”生态水网构建的本质是对以城市湖泊群为重点的水环境生态系统的综合治理和保护，将东湖、沙湖、杨春湖、严西湖、严东湖、北湖等6个主要湖泊（水面面积62.6km2）以及青潭湖、竹子湖等湖泊连通，远期拓展到与汤逊湖水系连通，远景与梁子湖水系连通，实现江湖相通，构建生态水网湿地群。通过实施污染控制、生态修复、水网连通和建立监测研究评估平台等综合措施，改善整个“大东湖”水系的水生态环境，重建多样性的动植物生长、栖息、繁殖场所，再现自然生态天堂。