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整個南水北調工程分為東線工程、中線工程和西線工程。其中第一期的東線工程率先在二○○二年十二月動工，並在二○一三年十二月八日正式通水。
東線工程全長一千一百五十四公里，輸水口起於長江下游的蘇州，全線穿越江蘇、安徽、山東和河北省，最後抵達天津市。
至於周五通水的中線工程，則是在二○○三年十二月三十一日開工建設的。該工程從位於長江支流漢江上游的丹江口水庫引水，沿途跨越長江、淮河、黃河、海河四大流域，並採用自流方式，沿途供水，最終抵達北京和天津。n流域，並採用自流方式，沿途供水，最終抵達北京和天津。
根據《南水北調工程供用水管理條例》，南水北調中線工程年調水平均數為九十五億立方公尺，相當於黃河流量六分之一。
至於西線工程的目標是從長江上游引水入黃河，以解決中國西北地區和華北部分地區乾旱缺水問題。
但由於該線工程地處青藏高原，海拔高，地質的構造複雜，地震烈度大，而且要修建兩百公尺左右的高壩和長達一百公里以上的隧洞，工程技術複雜，耗資巨大，因此目前仍處於可行性研究階段而尚未動工。
造成30萬人大搬遷
南水北調工程從一開始就引起了廣泛爭論，反對者主要認為南水北調工程耗資巨大，涉及大量的移民問題。事實上，單是南水北調中線工程就造成河南省和湖北省三十多萬人搬遷，並因此帶來了一些社會問題。
還有專家認為南水北調工程如果調水量太少，發揮不了經濟效益，調水量過多，枯水期可能會使長江的水量不足，影響長江河道的航運，長江口的鹹潮加深，更有可能引發生態危機。
此外，更有人認為，南水北調東、中線工程穿越中國古代文化、文明的核心地區， 必定會淹沒一些文明古蹟。
不過，南水北調工程的支持者認為，長江水量豐富，每年有大量的水流入大海，調一部分到北方可解決華北缺水問題。而負面影響可以經由防範、補償和綜合治理開發等措施，將影響減少到最低。
此外，支持的一派還認為，南水北調中線工程以解決沿線一百多個城市生活和工業用水為主要供水對象，兼顧農業及其他用水，建成以後產生的經濟效益和社會效益巨大，特別是對中國北方地區的經濟發展具有重要的戰略意義。由於華北地區水資源嚴重透支，今年夏天中原地區還遭遇六十三年來最嚴重旱情，而南水北調的想法是由中國大陸前領導人毛澤東一九五二年率先提出。