南水北調中線工程主要解決京津和華北地區城市缺水問題，通過將漢江優質水引入北方，緩解京津、華北地區城市用水矛盾，緩和城市擠佔生態與農業用水的矛盾，增加工業發展活力，改善生態環境，控制地下水超採。
南水北調中線一期工程設計多年平均調水95億m3，輸水工程（中線幹線工程）由南向北基本自流輸水，以明渠為主，北京段和天津段採用管涵。幹線工程全長1400多km，與之交叉的河流、道路、電力線路等全部採用立體交叉方式，沿線佈置渠道、管道、渡槽、倒虹吸、涵洞、隧洞、泵站、節制閘、分水閘、退水閘、保水堰等各類建築物2385座。
中線幹線工程沿線穿越膨脹(巖)土、溼陷性黃土、高地下水、煤礦採空區等不良地質渠道，且沿線無調節水庫，在設計、建設、輸水調度等方面，面臨諸多挑戰。
建設期開展的關鍵技術研究及成果
建設期，中線工程共開展科技項目研究50餘項（不包括設計單位開展的三維計算、河工模型試驗和施工現場開展的小型試驗項目等），其中由於技術難度大，有6個課題被列為國家“十一五”科技支撐計劃課題，1個項目被列為“十二五”科技支撐計劃項目。這些科技項目取得的創新成果，在工程設計和施工中推廣應用，保證了工程建設進度和質量，同時有力促進了國內大型調水工程設計、施工和建設管理技術水平的提高。
1.膨脹土（巖）渠道工程關鍵技術
南水北調中線工程涉及膨脹土（巖）渠道累計長度約387km，約佔輸水乾線總長的27%。中線工程膨脹土渠段最大挖深達50m左右，且分佈地域廣，大氣及土體乾溼變化大，膨脹土脹縮作用更為突出，膨脹土穩定性控制更加困難。與鐵路和公路等工程相比，水利工程渠道長年涉水，渠道邊坡穩定問題更加複雜。
中線工程膨脹土（巖）的研究成果直接用於工程設計、方案優化、施工和質量控制。值得一提的是，通過研究，對單一換填非膨脹黏性土的方案進行了比較大的優化和調整，有效減少了非膨脹土料的使用，減少了徵地與移民，最大程度節約土地資源和降低工程成本，取得了明顯的經濟效益、社會效益和環境效益。
2.總乾渠高填方渠道關鍵技術
中線工程填方高度超過6m的渠段共長約139.5km，全填方渠道長約66.3km，最大填方高度達23m。高填方一旦失穩，將危及渠道兩岸人民群眾生命財產安全。
高填方渠道的複雜性主要來自三方面:一是我國沒有填方渠道設計規範，目前工程設計主要參照土石壩或堤防設計規範，但中線工程填方渠道設計工況與土石壩或堤防存在很大差別，使得渠道的安全風險大增；二是長距離線性工程沿線地質條件多變、填築料源不一，加上填築時間順序先後差異，渠道差異沉降問題較突出；三是填方渠道風險源多，對這樣一個巨型線性工程原有的監測技術難以有效進行實時、連續的監控。
高填方段回填土厚度檢查
該課題研究成果主要體現在四個方面：一是優化了穿堤建築物與渠道結合部位的設計與施工，減小和控制了沉降差異；二是對渠段分段填築所形成缺口的回填料、施工工藝和措施等進行優化，縮短了工期；三是提出渠道預警預測指標體系及預警預測模型，進而提出中線工程自動化安全監控的支撐技術與建議方案；四是研製開發了高填方碾壓施工質量實時監控技術，為高填方碾壓施工質量的全過程、精細化在線控制提供了新的途徑。
3.超大口徑PCCP關鍵技術
南水北調中線北京段工程在我國首次採用了4m超大口徑PCCP，工程的結構安全和建設質量要求高，超大口徑管道的使用對製造、運輸、安裝、吊裝的難度加大，國內沒有相關設計、施工規範。
南水北調中線幹線北京段首次採用4m超大口徑PCCP
通過該課題，成功解決了超大口徑PCCP結構安全與質量控制的關鍵技術問題。課題研究成果全面運用於南水北調工程設計、建設和試運行中。
4m超大口徑PCCP的成功運用標誌著我國PCCP的研製和應用技術等取得了歷史性突破，對我國PCCP相關規範的制定具有指導意義。
4.穿黃隧洞工程關鍵技術
南水北調中線穿黃工程是中線的關鍵性工程。在國內採用盾構方式穿越大江大河尚屬首次，且穿黃河段為典型的遊蕩性河段，地質條件複雜。穿黃隧洞為大型有壓水工隧洞，內水壓力大於0.5MPa，隧洞內徑7m，外徑8.7m，並需考慮地震的不利影響。
圖中不同顏色代表不同土質條件，可以看出穿黃隧洞穿越的地層非常不均勻，地質條件複雜，穿黃穿越段距離長、洞徑大、水壓大，設計及施工難度大
該課題對穿黃隧洞、大型超深豎井的工作性態、抗震特性進行深入研究，並通過穿黃隧洞襯砌1∶1仿真試驗研究，真實模擬隧洞水土環境和受力條件，驗證設計方案、提出優化措施，提供了試驗依據。
5.超大型渡槽關鍵技術
南水北調中線總乾渠包括梁式輸水渡槽18座、涵洞式渡槽9座，共計27座。輸水渡槽具有跨度大、流量大、體型大、自重大、荷載大、結構複雜等特點，是技術最複雜、工程建設管理難度最大的項目之一。
課題系統地解決了南水北調中線工程上的大流量預應力渡槽設計和施工中的關鍵技術難題，為渡槽工程的建設及安全運行提供了科技支撐和技術保障。
南水北調中線一期總乾渠湍河渡槽工程
6.總乾渠穿越煤礦採空區問題
南水北調中線工程總乾渠通過10多個煤礦採空區及煤礦區，存在壓煤和渠道通過採空區的穩定問題。部分煤礦開採年代長，開採過程及形成的採空區條件複雜，國內外缺少成熟的技術手段和相關經驗，也沒有水利行業相關規範規程作為確定煤礦採空區注漿處理驗收標準的依據，工程建設具有挑戰性。
課題提出了大型輸水渠道下煤礦採空區的基礎處理措施及注漿處理的驗收標準，成功應用於河南禹州採空區處理工程中。通過對採空區監測數據的有效管理與分析及渠道變形穩定標準研究，開發了禹州採空區沉陷預測預警系統。
7.總乾渠供水調度方案
南水北調中線一期工程總乾渠工程的供水調度研究在國內沒有先例，如何保障如此規模宏大、輸水過程狀況複雜、控制節點多、技術要求高且渠道調蓄能力有限的總乾渠運行安全，是南水北調中線工程必須解決的難點問題之一。
課題建立的供水計劃生成模型、冰期輸水調度模型、總乾渠水力學模型等，是中線總乾渠運行調度的技術基礎，已充分應用到年度調水方案中。另外研究成果還為調度應急預案提供了技術支撐。
8.中線工程輸水能力與冰害防治技術
南水北調中線工程在冬季運行時，黃河以北渠段會出現不同的冰情。本課題通過理論分析、數值模擬和試驗模擬相結合的方法，研究南水北調中線幹線工程輸水能力與冰害防治關鍵技術問題，為中線工程的運行、調度提供科技支撐。
建設期中線建管局組織開展了中線工程輸水能力與冰害防治技術研究，運行期繼續開展冰期輸水冰情原型觀測研究
主要技術成果包括以下幾個方面：一是確定了南水北調中線工程冰期的最大輸水能力和冰期運行控制方法，實現了冰期安全輸水；二是開發了冰情分析與預報及冰期輸水控制模型，優化了冬季供水過程，典型工況的轉換時間由14～15天縮短至4～5天，降低了渠道襯砌損壞有關的維修費用，減少了運行成本；三是提出的攔冰索措施在中線工程得到應用，為防治極端冰害起到了積極作用。
運行期的技術需求有哪些？
2014年12月12日，南水北調中線幹線工程正式全面通水。通水3年多來，工程不僅顯現出巨大的經濟社會效益，生態效益也十分顯著。而進入運行管理階段，又對技術管理和科技創新工作提出了新任務和新要求。
1.保障工程安全平穩運行的重大關鍵技術需求
南水北調工程建成後，仍然存在特殊渠段邊坡穩定問題、渠道襯砌抗浮穩定問題、渠道滲漏問題等危及工程安全的問題，需要通過迅速、準確地監測數據來判斷工程狀態，確保工程安全。
中線工程全程採用自流輸水方式，全線無調節水庫，黃河以北地區700多km渠道涉及冬季輸水結冰問題，需要進一步研究完善冰期輸水的調度運行方案等，確保供水安全。
中線總乾渠水質安全決定著工程的成敗。通水以來，水質穩定達到Ⅱ類，但由於中線工程運行管理特性，水質保障工作也有其脆弱性。在工程通水後，中線總乾渠內水質水生態問題出現了一些新的以及在前期工作中未得到充分重視的問題，需要進一步研究防範水生態問題的措施和與水廠等建立聯動機制，確保水質安全。
工作人員在京石段易縣境內段進行水質觀測
2.維修維護主要需求
通水運行以來，部分渠道襯砌板出現了裂縫、凍脹、剝蝕、塌陷、隆起等各種缺陷；部分建築物局部如渡槽結構縫等，出現滲漏等。從工程安全角度，要求及早消除缺陷和滲漏影響，防止缺陷或損傷擴大；從通水角度，要求儘量降低對調度運行的影響，需要開展不斷水情況下的水下修復研究及生產性試驗，優化施工工藝及流程等，做好技術儲備。
3.應急搶險主要需求
南水北調工程一旦發現滲漏，或者渠段監測一旦出現超過警戒值的變形或裂縫等，如何快速、準確尋找滲漏源頭，通過何種檢測手段準確、高效地檢測和判斷損傷位置、大小、危害程度、發展趨勢等，對組織應急搶險或修復具有重要意義。另外，由於南水北調工程的特性，有些大型通用搶險設備實施困難，影響工程應急搶險的質量和效率。
4.中線幹線工程創新發展的需求
南水北調中線幹線工程建設的十年，也是科技蓬勃發展的十年，初步設計中的工程巡檢、維護、檢修、安全監測等方案，與目前的現代化水平有一定差距，影響了提質增效的要求，需要進行利用新科技等進行更新改造。如何利用已有的先進技術，實現中線工程智慧化管理，是時代提出的重大需求。另外，如何滿足供水需求變化（如新增雄安新區的近期、遠期需水目標），如何實現短時間應急供水，進一步提高供水保證率等問題也亟待解決。
2018年4月，南水北調中線一期工程向位於雄安新區的白洋淀實施生態補水
5.大型渠道技術規定整編提升的需求
南水北調中線幹線工程是超大型的跨流域調水工程，規模巨大，世界上絕無僅有。為了做好工程的設計工作，中線建管局組織編制了35本初步設計技術規定。這些初步設計技術規定是在參考已有規範的基礎上，根據中線幹線工程特點，對設計原則、設計標準、設計內容、技術方法和工作深度進行統一的規範和要求。在後續工程建設中，又根據工程進展情況和科技項目的研究成果，陸續編制和發佈了14個施工期技術標準。
上述技術規定和標準不僅是南水北調中線幹線工程的智慧結晶，也是水利建設調水工程的寶貴資料，對技術規定進行整編提升，成為今後水利調水工程的指導和參考是必要的。
近期開展了哪些重點項目？
1.南水北調工程應急搶險和快速修復關鍵技術與裝備研究
針對不同建築物可能發生的險情，研究南水北調工程險情災變模式及演變規律、應急搶險修復與供水安全的保障條件及影響規律等關鍵科學問題；研發適用性強、不斷水、可重複使用的裝配式圍堰與多元襯砌體止水和滲控技術，渠坡變形移動式巡測技術及裝備，深挖方渠坡險情快速評價與搶險技術及裝備，輸水建築物結構加固與修復綜合技術及裝備，環境友好型智能水下清淤成套技術及裝備，防洪護岸工程土石料快速固化搶險技術，水庫與堤壩滲漏通道定位檢測技術，集中滲漏通道快速封堵材料與成套技術，提高供水保障的工程搶險與快速修復應急調度技術等。
2017年8月，該項目已通過科技部的評審，被列為國家重點研發計劃項目。
2.南水北調工程運行安全檢測技術研究與示範
針對南水北調工程的環境條件、運行狀況和工程特性，開展多因素耦聯作用下南水北調工程運行性能演變規律、病害機理及長期安全運行關鍵影響因素研究；研究隱患的分級分類，根據隱患類型，進行檢測方法的適應性及檢測技術標準的研究，提出安全診斷技術與評估方案；研究大型建築物損傷信息多場多維度感知和提取方法，研發大型輸水建築物安全檢測技術與裝備；針對南水北調長線路特點，研發長距離線性工程一體化智能檢測技術與裝備；研發南水北調工程運行監測檢測大數據分析與智能預警系統，實現檢測手段和缺陷診斷智能化；選擇南水北調典型工程，開展南水北調工程安全運行數據融合技術研究並進行應用示範，提升我國在該領域的技術優勢和國際競爭力。
南水北調工程設備日常巡查
3.南水北調中線輸水水質預警與業務化管理平臺
作為國家“十三五”科技支撐項目“水體汙染控制與治理科技重大專項”的一部分，針對水質保障存在的問題，一是開展中線總乾渠藻類貝類異常增殖機理研究，研發多途徑防控技術體系；二是建立中線水質安全監控與評價技術體系，構建適用於中線現狀運行需求的水質安全監測網絡體系；三是面向中線輸供水系統、退水區，構建渠-管-河耦合的水質、藻類預報、風險評估和預警技術體系；四是構建中線總乾渠水汙染事故、生態調控綜合調度預案庫；五是構建面向南水北調中線全過程、多指標的，集水質監測、評價、預測、預警、調控、處置為一體的綜合管理業務化平臺；六是構建跨區域多部門水質信息共享與反饋機制，以及水質常規調度與應急調控協作機制。
4.南水北調中線一期總乾渠沿線新建調蓄工程綜合開發利用研究
為了提高中線供水保證率，中線工程擬新建調蓄工程。本研究以大峪-象山調蓄工程為樣本，以徵地移民儘量少、水庫調蓄規模合理、綜合開發利用為原則對水庫建設進行規劃，圍繞“調蓄水庫、抽水蓄能電站、清潔能源生產消納轉化、藻類防治、生態旅遊開發”等五大子項提出綜合開發利用規劃，並對新建調蓄工程綜合開發的建管模式、水量電量調度模式、投融資模式等進行研究，為調蓄工程開發模式提供模型概念。
北京市南水北調配套工程亦莊調節池
5.智慧中線管理系統
基於雲計算、物聯網、大數據、GIS技術、BIM技術、實景建模、遙感監測、無人機技術、虛擬現實技術等，結合中線工程現有信息系統，構建智慧中線管理系統，主要包括工程數字管理系統、工程風險管理系統、工程綜合管理系統、工程智能決策支持系統等，全面統籌中線工程管理事務。以“一套信息標準、一張地圖展示、一個應用平臺”實現智慧中線信息的全面整合與共享，形成智慧中線管理系統平臺，為中線工程的現代化發展做出貢獻。
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