南水北调东线山东境内干线总长1191千米，其中，南北干线长487千米，东西干线（即胶东输水干线）长704千米。一期工程山东境内投资169亿元，分配山东省净增供水量13.5亿立方米。南北干线和胶东输水干线西段（从东平湖渠首引水闸至小清河分洪道子槽引黄济青上节制闸）作为一个整体进行规划建设，剩余胶东输水干线以胶东地区引黄调水工程规划建设。
一、干线工程规模
以1998年为基准年，供需水量按2010年水平预测。南水北调东线一期山东干线工程建设规模为：入下级湖200立方米/秒，入上级湖125立方米/秒，出上级湖100立方米/秒；入东平湖100立方米/秒；位山至临清段50立方米/秒，临清至大屯段25.5～13.53立方米/秒；胶东输水干线50立方米/秒。
二、干线工程布置
（一）输水干线线路布置
引江水出江苏骆马湖后，在省界处按相等调水规模，分双线经不牢河和韩庄运河，均按125立方米/秒进入南四湖下级湖。下级湖输水规模为200立方米/秒，韩庄运河段全长42.81千米，共建设台儿庄、万年闸、韩庄三级泵站。
南四湖段规划输水规模200～100立方米/秒，主要利用下级湖湖内航道和东股引河输水，在二级坝建设125立方米/秒规模的二级坝泵站，由下级湖提水入上级湖，经湖内航道进入梁济运河。南四湖段全长115.42千米。
南四湖上级湖至东平湖段输水规模100立方米/秒，自梁济运河入南四湖口沿梁济运河逆向北上至长沟，经长沟泵站后继续北上至邓楼泵站，经邓楼泵站提水入东平湖新湖区，再经柳长河至八里湾泵站，由八里湾泵站提水进入东平湖老湖区。该段线路全长79.17千米。
经东平湖调蓄后，向北线路进入穿黄工程段，包括东平湖出湖魏河闸、南干渠、滩地埋管、穿黄隧洞、穿引黄渠涵管、出口闸及明渠连接段等。穿黄隧洞按一、二期结合100立方米/秒规划建设，湖内输水长20.43千米，穿黄工程段长7.87千米，全长28.3千米，出穿黄工程段进入鲁北输水段。
鲁北输水段分为两段，前一段从位山穿黄枢纽出口自流至临清邱屯闸，后一段从邱屯闸自流至德州大屯水库。经多方案比较，前一段采用小运河输水方案，输水流量为50立方米/秒，全长96.92千米；后一段采用七一河和六五河方案，输水流量为25.5～13.53立方米/秒，全长76.57千米。鲁北输水线路全长173.49千米。
出东平湖后，向东线路为胶东输水干线西段工程。即从东平湖渠首引水闸引水，基本沿济平干渠与小清河布置，途经泰安、济南、滨州、淄博4市，至小清河分洪道子槽引黄济青上节制闸与引黄济青输水河连接，输水线路全长243.33千米。该段为明渠自流输水，设计流量50立方米/秒，加大输水流量60立方米/秒。
（二）泵站工程布置
南水北调东线工程输水线路以黄河为脊背，分别向南、向北倾斜，根据自然地形条件和各级湖泊水位差，东平湖以南需建泵站逐级提水北送，从东平湖向鲁北、胶东自流输水。南水北调东线一期工程共设13个调水梯级，其中山东段共7级泵站，分别为韩庄运河进入南四湖的台儿庄站、万年闸站和韩庄站，南四湖下级湖至上级湖的二级坝站，南四湖至东平湖的长沟站、邓楼站和八里湾站。
（三）蓄水工程布置
蓄水工程包括3项蓄水影响处理工程和3项新建水库工程。南水北调东线一期工程除充分利用洪泽湖、骆马湖、南四湖下级湖调蓄和东平湖蓄水外，拟新建东湖、双王城和大屯水库调蓄江水，并进行洪泽湖抬高蓄水位影响处理、南四湖下级湖抬高蓄水位影响处理和东平湖蓄水影响工程。
（四）分水口门布置
东线一期工程供水范围分为东平湖以南、鲁北和胶东3个供水区。东平湖以南利用已有配套工程向用户供水，不新开辟分水口门；鲁北片共设分水口门9个，其中聊城6个、德州3个；胶东半岛片共设分水口门29个，其中济南5个、滨州6个、淄博1个、东营1个、潍坊3个、青岛2个、烟台10个、威海1个。
山东胶东半岛供水区干线各分水口门及分水量一览表
表8-2
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┃ 城市 │ 县（市、区） │ 分水口门 │ 分水指标 ┃
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┃ │ │ │ 流量（立方米/秒） │ 水量（万立方米） ┃
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┃ 济南市 │ 平阴上盆王 │ 2.4 │ 700 ┃
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┃ │ 长清南大沙河 │ 3 │ 500 ┃
┃ ├─────────┼──────────────┼────────────┨
┃ │ 长清贾庄 │ 3.4 │ 500 ┃
┃ ├─────────┼──────────────┼────────────┨
┃ │ 玉清湖水库 │ 9 │ 2550 ┃
┃ ├─────────┼──────────────┼────────────┨
┃ │ 东湖水库 │ 11.6 │ 5750 ┃
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┃ 滨州市 │ 魏桥 │ 12 │ 13 ┃
┃ ├─────────┼──────────────┼────────────┨
┃ │ 胡楼 │ 12 │ 2000 ┃
┃ ├─────────┼──────────────┼────────────┨
┃ │ 邹平 │ 12 │ 1683 ┃
┃ ├─────────┼──────────────┼────────────┨
┃ │ 道旭干渠 │ 5 │ 1000 ┃
┃ ├─────────┼──────────────┼────────────┨
┃ │ 滨州 │ 15 │ 7790 ┃
┃ ├─────────┼──────────────┼────────────┨
┃ │ 博兴 │ 10 │ 1200 ┃
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┃ 淄博市 │ 高青樊家林 │ 10 │ 5000 ┃
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┃ 东营市 │ 济青输水河 │ 14 │ 20000 ┃
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┃ 潍坊市 │ 双王城水库 │ 8.61 │ 2000 ┃
┃ ├─────────┼──────────────┼────────────┨
┃ │ 潍北平原水库 │ 8 │ 2000 ┃
┃ ├─────────┼──────────────┼────────────┨
┃ │ 峡山水库 │ 20.5 │ 6000 ┃
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┃ 青岛市 │ 市区 │ 棘洪滩水库 │ 23.5 │ 12600 ┃
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┃ │ 平度市 │ 双友水库 │ 0.51 │ 400 ┃
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┃ 烟台市 │ 莱州市 │ 宁家水库 │ 0.55 │ 430 ┃
┃ │ ├─────────┼──────────────┼────────────┨
┃ │ │ 街西水库 │ 1.11 │ 870 ┃
┃ ├─────────┼─────────┼──────────────┼────────────┨
┃ │ 招远市 │ 侯家水库 │ 0.25 │ 200 ┃
┃ │ ├─────────┼──────────────┼────────────┨
┃ │ │ 新建水库 │ 1.27 │ 1000 ┃
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┃ │ 龙口市 │ 南滦河 │ 1.27 │ 1000 ┃
┃ │ ├─────────┼──────────────┼────────────┨
┃ │ │ 南山水库 │ 0.38 │ 300 ┃
┃ ├─────────┼─────────┼──────────────┼────────────┨
┃ │ 蓬莱市 │ 蓬莱分水口 │ 1.53 │ 1200 ┃
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┃ │ 栖霞市 │ 栖霞分水口 │ 0.64 │ 500 ┃
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┃ │ 烟台城区 │ 门楼水库 │ 4.7 │ 3650 ┃
┃ ├─────────┼─────────┼──────────────┼────────────┨
┃ │ 烟台牟平区 │ 牟平分水口 │ 0.64 │ 500 ┃
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┃ 威海市 │ 米山水库 │ 6.5 │ 5000 ┃
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三、干线单项工程
南水北调东线一期工程山东段共分为11个单项工程。
(一)韩庄运河段工程
韩庄运河西起南四湖下级湖出口韩庄闸，向东流经微山县和枣庄市峄城区、台儿庄区，至苏鲁省界陶沟河口与中运河相接，全长42.71千米。经推算，韩庄运河过水能力满足南水北调东线一期输水要求。主要工程内容包括台儿庄、万年闸、韩庄泵站和魏家沟、三支沟、峄城大沙河水资源控制工程。
台儿庄泵站为南水北调东线工程山东境内第一座泵站，也是东线输水工程的第七级泵站。站址位于枣庄市台儿庄区南部韩庄运河的废旧船闸处，一期工程设计输水规模125立方米/秒，设计净扬程4.53米，安装5台立式轴流泵，总装机容量12000千瓦。
万年闸泵站为南水北调东线工程山东境内第二级泵站，站址位于韩庄运河北三支沟入口以下、万年闸村以南、韩庄运河大堤以北地带。一期工程设计输水规模125立方米/秒，设计净扬程5.49米，安装5台立式轴流泵，总装机容量13250千瓦。
韩庄泵站为南水北调东线工程山东境内第三级泵站，站址位于微山县与枣庄市交界处，韩庄运河和老运河交汇口西侧的老运河东岸。一期工程设计输水规模125立方米/秒，设计净扬程4.15米，安装5台灯泡式贯流泵，总装机容量10000千瓦。
韩庄运河上的峄城大沙河口、魏家沟河口、三支沟河口的设计水位分别为24.92米、29.45米、29.45米，三河口处河底高程分别为22.1米、26米、25.7米，回水长度分别为5.06千米、2.3千米、2.3千米。为便于管理和减少水资源流失，分别在峄城大沙河口、魏家沟河口、三支沟河口建设水资源控制工程，工程形式选用单跨橡胶坝，由取水管道、橡胶坝段、上下游连接段和充水泵站等单项工程组成。
(二)南四湖水资源管理及水质监测工程
南四湖当地水资源由山东、江苏两省共用，由于沿湖大部分引水口门没有建闸控制，用水季节无节制超引湖水，水资源极大浪费，甚至危及湖区生态环境。为对南四湖周边用水加以控制，实现计划用水、计量供水，对入湖及湖区水质进行监测和监督，拟在姚楼河、大沙河、杨官屯河等10条较大河道或引水河道新建节制闸。第一期工程首先解决上级湖江苏用水、下级湖山东用水的控制，规划新建杨官屯河、大沙河、姚楼河的河口控制闸和潘庄引河口控制闸，对未建闸的引水河口实施测流计量控制。
南四湖水资源监测工程建设任务：对输入南四湖的水量，支流入湖、出湖水量，南四湖北送水量，江苏、山东两省引水量进行水量监测；对入南四湖的主要排污河流及南四湖湖区水质进行监测。南四湖河流的水量监测选用超声波多普勒观测流仪（SL）。
主要工程内容包括二级坝泵站，大沙河、杨官屯河、姚楼河、潘庄引河河口控制闸，水资源监测工程。
二级坝泵站是南水北调东线工程山东境内第四级泵站，站址位于南四湖中部，微山县欢城镇二级坝南侧、滚水坝以西的下级湖内，站下开挖2.18千米引水渠接东股引河，正常设计调水流量125立方米/秒，特枯年调水最小流量80立方米/秒。设计净扬程3.21米，安装5台灯泡式贯流泵，总装机容量9250千瓦。
(三)南四湖下级湖蓄水影响处理工程
南四湖是南水北调东线工程山东段的重要输水通道和调蓄湖泊，流域总面积31700平方千米。南水北调东线工程实施后，下级湖非汛期蓄水位由32.3米抬高到32.8米。蓄水位抬高0.5米后，将影响到微山县的4个乡镇、6851人的居住安全，影响到总面积3200公顷芦苇的生长。
下级湖调蓄抬高水位后，对沿湖地区的渍渗带来影响，调水期沿湖地区渍渗受严重影响的为33.3米以下的涝洼地。同时，会诱发沿湖地区土地次生盐碱化，直接影响农作物的生长和产量。
工程措施：主要是滨湖截排渗工程，包括开挖截渗沟、扩（改）新建排水站工程及配套建筑物、滨湖涝洼地改造等。
非工程措施：按照国家有关政策、法规，在影响范围内进行一次性补偿措施，主要包括渔民生产、生活、设施补偿，调整生产结构补贴等。
(四)南四湖至东平湖段工程
主要工程内容：南四湖湖内输水工程，梁济运河、柳长河输水工程及其配套建筑物工程，长沟泵站、邓楼泵站和八里湾泵站，利用梁济运河、柳长河输水对灌区影响工程。
规划中确定下级湖蓄水位由32.3米抬高到32.8米，增加库容3.12亿立方米，上级湖最高输水位34米。经分析计算，下级湖现状能满足东线一期工程输水要求，上级湖不能满足一期工程输水要求，必须进行扩挖疏浚。疏浚范围为南四湖上级湖南阳镇至梁济运河河口，疏浚长度34千米，设计底高程29.3米，设计底宽68米，扩挖底宽18米。
南四湖输水线路采用航运线方案，即湖内输水深槽和湖内三级航运相结合方案。上级湖自梁济运河入湖口至二级坝泵站，全长69.61千米。下级湖自二级坝泵站站下引水渠出口至老运河入湖口，全长45.81千米。南四湖湖内输水线路全长115.42千米(包括二级坝泵站及其上下游引渠)。
东线一期工程南四湖各分段输水规模为：老运河口至微山岛南200立方米/秒，微山岛南至二级坝泵站引渠进口125立方米/秒，二级坝泵站至南阳镇北125立方米/秒，南阳镇北至梁济运河入湖口100立方米/秒。各分水段设计水位为：二级坝站引渠进口最低水位31.3米，二级坝泵站站上最高水位34米，南阳镇控制水位33.3米，梁济运河水位32.8米。
(五)东平湖蓄水影响处理工程
东平湖库区总面积627平方千米，由二级湖堤分隔为老湖区和新湖区两部分，老湖区接纳大汶河来水，常年有水，面积209平方千米，防洪蓄水位最高44.8米，相应库容11.94亿立方米；新湖区为黄河滞洪区，面积418平方千米，平时为农业生产基地，滞洪运用水位保证42.8米，争取43.3米。南水北调东线一期工程利用东平湖老湖区输水和调蓄，设计蓄水位39.3米，相应库容1.65亿立方米，调节库容0.67亿立方米。东平湖蓄水影响处理工程包括围堤加固、堂子排涝站改建及济平干渠湖内引渠清淤、淹没补偿等三部分。
(六)穿黄枢纽工程
穿黄工程从东平湖深湖区引水，在东平湖西堤魏河村北建出湖闸，开挖南干渠至黄河大堤（子路堤）建进口检修闸，出滩地埋管穿过黄河滩地至黄河南岸解山村，经隧洞穿过黄河主槽及黄河北大堤，在东阿县位山村转出地面，向西北穿过位山引黄渠渠底，与黄河以北输水干渠相接。工程主要由南岸输水渠段、穿黄枢纽段及北岸穿引黄渠埋涵段组成，全长7.87千米，其中南岸输水渠段长2.71千米，穿黄枢纽4.44千米，北岸穿黄渠埋涵段720米。
穿黄隧洞工程一、二期结合，设计输水流量100立方米/秒，选用圆形断面，洞径7.5米，钢筋混凝土衬砌，包括南岸竖井、过河平洞、北岸斜井及进出口埋管总长583.38米。东平湖出湖闸水位和穿黄工程出口与鲁北输水干渠衔接水位分别为39.3米和35.61米。
(七)鲁北输水工程
主要工程内容包括小运河、七一河、六五河输水渠道及其交叉建筑物和大屯水库建设。
鲁北输水线路自位山穿黄枢纽出口向西北至阿城镇北夏家堂村进入小运河，沿小运河向北穿七级镇于崔庄北穿位山三干渠进入赵王河，至姚庄出赵王河，向西北方向新开渠道穿徒骇河，进入聊城西部的周公河，于聊城北出周公河，向北穿西新河、马颊河至魏湾进入临清小运河，向西至临清东南的位山三干邱屯闸上，全长96.8千米。为解决输水工程的调度运用、两岸交通、排水等各种问题，需新建、改建、加固各类建筑物327座。
七一河和六五河输水工程自临清邱屯闸向北进入位山三干的六分干，至师堤村进入七一河，顺七一河至夏津县城西进入六五河，顺六五河直至大屯水库引水闸，全长76.7千米。沿线需新建、改建、加固各类建筑物121座。两河段全长173.49千米，设计输水流量25.5 ～13.5立方米/秒。七一河和六五河过流能力已满足输水要求，一期工程只需对六分干进行扩挖。
大屯水库位于武城县恩县洼内，为鲁北输水干线末端，主要用于调蓄德州市德城区和武城县城区的供水。大屯水库为平原水库，围坝为均质土坝，主要特性指标：总库容5256万立方米，死库容757万立方米，最高蓄水位29.05米，蓄水深8.05米，年引水量13334万立方米，年供水量12185万立方米，坝高12米，堤顶高程31.4米，围坝长9.41千米。大屯水库共布置引水、提水、供水及泄水等各类建筑物13座。
(八)东平湖至济南段工程（济平干渠工程）
济平干渠是南水北调胶东输水工程的首段工程，其输水线路自东平湖渠首引水闸引水后，在黄河与220国道之间的长平滩区内，基本沿原济平干渠走向布置，途径泰安市的东平县和济南市的平阴县、长清县、槐荫区，至济南市西郊的小清河睦里庄跌水，输水线路全长90.06千米，其中东平、平阴境内利用原济平干渠扩挖段近40千米，长清、槐荫段新辟输水渠段50千米。
济平干渠设计输水流量50立方米/秒，加大流量60立方米/秒（渠首引水闸近远期结合，设计流量90立方米/秒）。一期工程向济南、滨州、淄博、东营、潍坊、青岛、烟台、威海8市47个县（市、区）送水，输水时间为每年10月至次年5月，95%保证率时渠首设计引水天数为243天，年引水量10.26亿立方米。
输水渠采用梯形明渠全断面防渗衬砌形式。输水渠上布置水闸、倒虹吸、桥梁等各类交叉建筑物212座，在满足输水和分水的同时，还兼顾沿线防洪、排涝、交通和东平湖泄水等要求。
(九)济南至引黄济青段工程
济青段主要工程内容包括济南至引黄济青段输水渠及其交叉建筑物和东湖水库、双王城水库建设。
济南至引黄济青段自小清河睦里庄跌水起，至腊山河入口段，沿途无支流汇入，现状水质较好，故在小清河支流腊山河入口上游新建节制闸，闸上利用小清河输水，长约7.2千米。此后输水线路出小清河，结合济南市城市总体规划及小清河综合整治工程规划，沿小清河左岸埋设无压箱涵输水，沿途穿越虹吸干河、北太平河、华山沟等支流，至济南市东部原城区边界洪家园桥下，长20.66千米，暗渠出口后，改为新辟明渠输水，沿小清河左堤外穿过济青高速公路，向西北方向至历城区北辛店，长3.37千米，输水渠济南市区段全长31.23千米。输水渠出济南市后，沿小清河北岸新辟输水渠道至小清河柴庄闸附近，长19.69千米，过柴庄闸后沿小清河左堤（三堤两河）外新辟输水渠，长64.96千米，至小清河分洪道分洪闸下穿分洪道北堤入分洪道，开挖疏通分洪道子槽34.57千米，至分洪道子槽引黄济青上节制闸与引黄济青输水河连接。济南至引黄济青段线路全长149.86千米。济南至引黄济青段设计输水流量50立方米/秒，加大流量60立方米/秒，全线共设各类交叉建筑物238座。
东湖水库是南水北调东线一期工程济南至引黄济青段工程的调蓄水库，位于济南市东北约30千米处，小清河与白云湖之间，为新建平原水库，围坝轴线长8.393千米，坝高13米，水库充库时间为每年10月上旬开始至次年5月末止，共202天，入库流量为2.6～11.6立方米/秒。向下游的滨州、淄博供水设计出库流量为22立方米/秒，供水时间15天；向济南市区、章丘市每年均匀供水，供水流量分别为1.29立方米/秒、0.54立方米/秒。经调算，水库总库容5549万立方米，死库容678万立方米，调节库容4871万立方米，最高蓄水位30米，死水位19米。
双王城水库的作用和任务是在潍坊、青岛两市设计引江时间内，无法满足调江水量要求情况下，调蓄干线输水量5676万立方米，其中向青岛市供水2642万立方米，向潍坊市供水1033万立方米，向寿光市城区年供水量1000万立方米，水库周边地区高效农业（蔬菜基地）年灌溉水量1000万立方米。双王城水库位于潍坊市寿光市北部，紧靠胶东输水干线中段引黄济青输水渠，既可引水入库，又可从水库调水自流入引黄济青输水渠，满足调蓄供水要求。最大入库设计流量8.1立方米/秒，设计充库时间151天，向胶东地区供水设计出库流量28立方米/秒，设计最大出库天数为20天。双王城水库围坝长度9.64千米，最大坝高12.5米，经调算，水库设计最高蓄水位12.5米，相当最大库容6150万立方米，设计死水位3.9米，水库调节库容5320万立方米。
(十)截污导流工程
山东省截污导流工程有18项，2004年编制的山东段27个控制单元治污方案增加了峄城大沙河、薛城大沙河、济宁市、曲阜市、金乡县、嘉祥县6个截污导流项目，在2006年省政府批复的27个控制单元治污方案中，根据南水北调主体工程方案，调整为21项。
(十一)通讯调度工程
南水北调东线工程是一项跨流域特大型调水工程，输水线路涉及江苏、安徽、山东、河北、天津等省（市），受水区点多面广，工程项目众多，水资源调度和优化配置有较高难度，工程利用先进的通讯和计算机网络系统，及时收集供水区资源情况、受水区资源情况及调水工程系统运行等各类信息，建成面向远距离调水工程水资源优化调度及管理的目标决策支持系统，最大限度地实现远距离调水工程水资源的优化配置。
南水北调东线一期工程调度运行管理系统由信息采集系统、通信与计算机网络系统、计算机监控与视频监视系统和调度管理应用系统等子系统组成，其中计算机监控与视频监视系统可在山东省内实现对省内全部泵站及重要闸站（分水口门）的实时监控和视频监视；调度管理应用系统在统一的通信网络及计算机平台上，根据采集的各种数据信息，运用计算机控制处理技术、数据库分析技术等现代先进技术，实现对全线各类信息全方位、多层次、多任务、多功能地采集、分析、处理和存储，实现系统的调度运行管理功能。
四、配套工程
配套工程是地方的引水工程，其作用是将南水北调调来的长江水分配到各用水户，充分发挥南水北调干线工程效益。
2001年3月，各市政府向省水利厅上报2005年、2010年、2030年不同水平年需调江水量。6月，省水利厅安排部署省内南水北调配套工程规划编制。7月，各市上报南水北调配套工程规划，省水利勘测设计院汇总编制完成《南水北调东线第一期配套工程规划》。
根据《南水北调东线工程修订规划》（2001年修订），南水北调东线第一期工程山东供水区涉及13个市71个县（市、区）。山东省南水北调配套工程（自分水口门至水厂）共设分水口门48个，输水明渠506.06千米，新建输水管道392.43千米，调蓄水库19座，扩建、改建水库16座。配套工程沿线新建泵站90座，总装机79630千瓦。新建供水线路总长678.39千米，配套新建净水厂51座，供水规模为255.67万吨/天，配套管网1676.42千米。
配套工程总投资161.12亿元，其中工程投资112.68亿元，工程迁占及移民安置投资48.44亿元。共完成土石方开挖1.08亿立方米，土方填筑0.92亿立方米，砼及钢筋砼170万立方米，砌石301万立方米，工程永久性占地13.32万亩，临时占地5.29万亩，拆迁房屋79.39万平方米。