东线工程规划工作始于20世纪50年代，到2002年的开工建设，跨度50年，一路坎坷，凝聚了无数水利人的心血。东线工程的规划始终坚持民主论证、科学比选的原则，在充分论证的基础上择优选择。东线规划在现有江苏省江水北调工程基础上，扩大规模和向北延伸，并赋予其新的历史使命。东线调水的规模是在充分研究和考虑节水潜力的基础上，统筹考虑受水区各种水资源的合理配置。东线的关键在于治污，治污规划自然也是东线规划的重要内容，东线将采取系列措施确保沿线水质达到地表水环境质量Ⅲ类水标准。
（第一节）规划之路
南水北调东线方案从20世纪50年代起就做了一些探索性工作，由于当时黄淮海平原洪涝灾害频繁，缺水问题尚未对经济发展造成明显威胁，规划研究工作一度被搁置。1972年华北发生大旱后，为解决海河流域的水资源危机，1973年水利电力部首先研究了引黄济卫济津，因黄河引水量太少，认为只能作为解决缺水的过渡性措施，而且要解决沉沙等许多问题，困难较多。要根本地解决缺水问题，还得从长江调水，遂组织开展研究东线调水方案。1976年提出《南水北调近期工程规划报告》，1977年10月由水利电力部、交通部、农业部、林业部和第一机械工业部联合上报了国务院。该规划以农业供水为主，改善和发展灌溉面积6400万亩，向城市供水27亿立方米，并使京杭大运河成为南北水运交通大动脉。规划从扬州附近抽水1000立方米/秒，过黄河600立方米/秒，到天津100立方米/秒。该《规划报告》基本确立了南水北调东线工程的总体布局。
1981年12月，国务院召开治淮会议，要求南水北调东线工程先调水到南四湖。据此，淮河水利委员会（简称“淮委会”）着手编制东线第一期工程可行性报告。1983年1月，淮委会编制完成《南水北调东线第一期工程可行性研究报告》，对工程的供水范围、调水规模、工程布局进行了进一步的研究，建议实施抽引江水500立方米/秒、进东平湖50立方米/秒的工程方案。1983年3月，国务院批准了南水北调东线第一期工程方案。国务院办公厅在《关于抓紧南水北调东线第一期工程有关工作的通知》中指出，南水北调东线第一期工程是一项效益大且风险较小的工程，要求计划委员会、水利电力部、交通部、煤炭工业部共同研究，抓紧搞好，并决定第一步通水、通航到济宁，争取当年冬天开工。但江苏省对调水规模特别是出省规模持035不同意见，虽经多次协调，仍难统一。
1990年5月编制完成的《南水北调东线工程修订规划报告》，对1976年3月编制的《南水北调近期工程规划报告》，在供水目标、供水范围、工程布局等方面进行了调整，增加了城市工业供水，将灌溉面积由6400万亩调整为4245万亩。修订规划以2020年为规划水平年，工程规模调整为抽引江水1000立方米/秒，过黄河400立方米/秒，到天津180立方米/秒。关于实施步骤，以尽快实现全线通水为目标，把2000年以前送水到华北放在首位，以后再根据实际发展情况逐步扩大规模。1990年11月提出的《南水北调东线第一期工程修订设计任务书》，在总体规划基础上制定了2000年送水到京津地区的第一期工程方案。建议工程规模为抽引江水600立方米/秒、过黄河200立方米/秒、到天津100立方米/秒。
根据1995年6月第71次总理办公会议精神，水利部组织开展了南水北调工程论证工作。
1995~1998年期间，对东线工程进行论证讨论，北京市不再列入东线供水范围，工程方案只对各段规模进行局部调整。成果为淮委会同海委会（“海河水利委员会”的简称）于1996年1月提出的《南水北调工程东线论证报告》，报告预测了不同水平年受水区缺水程度和调水需要，对工程投资、供水成本和工程管理等问题进行了分析研究。建议在江水北调工程基础上分别按抽引江水500立方米/秒、700立方米/秒、1000立方米/秒规模，分三步实施东线工程。此外，还研究了通过泰州引江河引水，经连云港沿海滨送水到青岛及胶东其他城市的滨海线规划。
1999~2001年期间，水利部组织专家学者对东线工程进行了总体规划论证。为贯彻落实党的十五届五中全会确定的“采取多种方式缓解北方地区缺水矛盾，加紧南水北调工程的前期工作，尽早开工建设”的重大决策和朱镕基总理的“先节水后调水，先治污后通水，先环保后用水”的指示精神，淮委会负责会同海委会，于2001年编制完成《南水北调东线工程规划（2001年修订）》。本次规划是在以往前期工作成果基础上的进一步修订。与20世纪70年代、90年代初的规划相比，社会、经济和环境等方面都发生了很大变化。因此，本次修订规划突出水资源优化配置，按照“三先三后”的原则，论证东线工程的水资源开发利用和保护，修订供水范围、供水目标和工程规模；研究东线工程建设体制和运营机制，建立合理的水价体系；根据北方城市的需水要求，结合东线治污规划的实施，制定分期实施方案。
2002年12月，国务院批准了《南水北调工程总体规划》。2004年6月编制完成《南水北调东线第一期工程项目建议书》，2005年3月由淮委会牵头组织编制完成了《南水北调东线第一期工程可行性研究报告》。至此，南水北调东线工程规划告一段落。图1-16为南水北调东线第一期工程可行性研究报告预评估会议。
（第二节）规划布局
南水北调东线工程是在现有的江苏省江水北调工程基础上，进行工程规划布置的。
一、输水线路
东线工程规划从江苏省扬州附近的长江干流引水，利用京杭大运河以及与其平行的河道输水，连通洪泽湖、骆马湖、南四湖、东平湖，并作为调蓄水库。江水经泵站逐级提水进入东平湖后，分水两路，一路向北穿黄河后自流到天津；另一路向东经新辟的胶东地区输水干线接引黄济青渠道，向胶东地区供水。从长江至东平湖设13个梯级抽水站，总扬程65米。
从长江至洪泽湖，由三江营抽引江水，分运东和运西两线，分别利用里运河、三阳河、苏北灌溉总渠和淮河入江水道送水。
洪泽湖至骆马湖，采用中运河和徐洪河双线输水。新开成子新河和利用二河从洪泽湖引水送入中运河。
骆马湖至南四湖，有三条输水线：中运河-韩庄运河、中运河-不牢河和中运河-房亭河。
南四湖内除利用湖西输水外，需在部分湖段开挖深槽，并在二级坝内建泵站抽水入上级湖。
南四湖以北至东平湖，利用梁济运河输水至邓楼，建泵站抽水入东平湖新湖区，沿柳长河输水送至八里湾，再由泵站抽水入东平湖老湖区。
穿黄位置选在解山和位山之间，包括南岸输水渠、穿黄枢纽和北岸出口穿位山引黄渠三部分。穿黄隧洞设计流量200立方米/秒，需在黄河河底以下70米打通一条直径9.3米的倒虹隧洞。
江水过黄河后，接小运河至临清，立交穿过卫运河，经临吴渠在吴桥城北入南运河送水到九宣闸，再由马厂减河送水到天津北大港。
从长江到天津北大港水库输水主干线长约1156千米，其中黄河以南646千米，穿黄段17千米，黄河以北493千米。
胶东地区输水干线工程西起东平湖，东至威海市米山水库，全长701千米。自西向东可分为西、中、东三段，西段即西水东调工程；中段利用引黄济青渠道的东段；东段为引黄济青渠道以东河段。第一期工程由北线送水至威海市米山水库，即利用山东省胶东地区应急调水工程，第二期工程新辟南线送水至荣成市湾头水库，增加输水线路287.4千米；合计输水线路总长988.5千米。东线工程规划只包括兴建西段工程，即东平湖至引黄济青段240千米河道，建成后与山东省胶东地区应急调水工程衔接，可替代部分引黄水量。南水北调东线工程输水干线纵断面见图1-17。
二、水源工程
（一）东线工程水源
东线从长江下游的三江营取水，距入海口约280千米，引水段水深20~30米。长江下游水量丰富、稳定，调水水源地长江三江营水质良好，达Ⅱ类水标准，为东线工程提供了优越的水源条件。同时淮河和沂沭泗水系也是东线工程的水源之一，以备东线应急调水。
长江多年平均入海水量达9600亿立方米，特枯年份也有6000多亿立方米，长江下游大通水文站实测的平均流量约28700立方米/秒。东线工程规划调水规模每年抽引江水148亿立方米，调水量也仅占长江多年平均入海水量的1.6%，调水流量所占长江流量的比重很小。但为了减轻在特殊枯水期对长江口盐水入侵的可能影响，应在长江大通水文站流量小于10000立方米/秒时，采取“避让”措施，减少抽引江水流量。长江上游兴建了三峡工程，10~11月份下泄流量将减少，在枯水年对调水可能会产生一些不利影响。但1~4月份枯水期大通站的流量可增加1000~2000立方米/秒，对调水更为有利。同时，多数年份淮河有余水北调，可减少抽引江水水量，降低供水成本。
东线调水工程拥有丰富、稳定、水质良好的水源，调水工程规模及调水量基本不受水源条件限制，主要取决于受水区的需水要求和工程规模。
（二）引水口
东线工程在江苏省扬州附近的长江干流引水，与江苏省东引灌区共用三江营和高港2个引水口门。
三江营位于扬州东南，是淮河入江水道的出口，处于长江凹岸河段，河岸稳定。自三江营引水，经夹江、芒稻河至江都西闸，河道长22.42千米，断面宽深，输水能力大。规划抽引江水950立方米/秒，经江都西闸进入新通扬运河，其中江都站抽水400立方米/秒入里运河北送，另经江都东闸送水550立方米/秒到宜陵。自宜陵向北由三阳河、潼河向大汕子泵站送水100立方米/秒，其余送入里下河腹部河网。
高港位于三江营下游15千米处，是泰州引江河入口。江苏省于1999年按300立方米/秒开通泰州引江河，建成高港泵站。泰州引江河主要功能是向里下河腹部及东部沿海地区供水，兼有排涝和航运效益。在长江低潮位时，东线工程利用其作为向三阳河加力补水的输水线路。高港水利枢纽见图1-19。
引水口长江水位受潮汐影响，根据1951~1999年资料分析，三江营旬平均潮位最低为0.5米，最高为6.13米。长江水位大部分时间都能满足引水要求，但在冬春季节低潮位时需增设加力泵站抽水，以保证三阳河向大汕子泵站提供充足的水源。江苏省已建成的高港泵站可以担负抽引江水加力送水任务，利用泰州引江河接新通扬运河（九里沟-宜陵河段）、三阳河、潼河送水至大汕子站。
（三）里下河水源调整补偿工程
以往江都站抽水主要用于里下河地区，为使江都站抽水能力尽量用于北调，结合三阳河输水，达到北调规模，需要调整里下河地区水源。里下河地区历史上用淮水灌溉，20世纪60年代实施淮水北调徐淮地区后，改为江、淮水并用，由江都泵站抽水和新通扬运河自流引水相结合。为避免江都站高水低用，使之尽量用于北调，江苏省东引北调规划和南水北调东线规划都提出需要调整里下河水源，即将原由江都站提水灌溉的沿里运河、沿总渠的灌溉面积调整为里下河自流引江供水。图1-20为里下河湿地。
根据江苏省制定的《里下河水源规划要点》，江苏东引规划采用“两河引水、三路输水”的工程布局，即开辟泰州引江河，疏浚新通扬运河两条自流引江河道；拓浚三阳河-潼河、卤汀河-下宫河、泰东河-通榆河，分三路向里下河腹部和东部沿海地区输水。
里下河水源调整工程措施需结合南水北调与江苏东引规划统筹考虑。三阳河、潼河是常年输水北调的骨干工程。根据《南水北调东线工程规划（2001年修订）》，泰州引江河、新通扬运河（九里沟-宜陵河段）是冬春季节长江低潮位时向三阳河加力送水的骨干工程，泰东河是连接泰州引江河和通榆河的工程。目前，泰州引江河、新通扬运河、泰东河工程均已通过竣工验收，运行管理情况良好，正在发挥着引水、航运、排涝和改善水环境的综合效益。此外，按原属北调灌区的面积调整到东引灌区的面积比例，对东引骨干工程投资给予适当的补偿。根据通榆河、泰州引江河、卤汀河、下宫河、大三王河、潮河总投资，按面积分摊，再按调水与排涝等比例分摊。
三、梯级泵站工程
据水利部淮委会、海委会制定的南水北调东线工程修订规划，整个工程分三期完成。第一期工程总计37座泵站，其中已有泵站16座、机泵129台，需新建泵站21座、机泵103台（见表1-8）；第二期工程需新建泵站13座，机泵60台；第三期工程需新建泵站17座，机泵115台。总计需新建泵站51座，机泵278台。总装机容量52.9万千瓦，总装机流量7197立方米/秒。由于南水北调东线工程是一项由多级泵站群组成的提水北调工程，所以泵站成为这项工程最为核心、最为关键的部位。
南水北调东线工程泵站的特点是扬程低（多在2~6米）、流量大（单机流量一般为15~40立方米/秒）、运行时间长（黄河以南泵站约5000小时/年），部分泵站兼有排涝任务，要求泵站运转灵活、效率高。因此，东线工程泵站041的布置具有更高的要求：
（1）按照南水北调东线工程总体规划原则，充分利用现有河道、湖泊调蓄和输水。
（2）在一期工程泵站布置的同时考虑二期（或三期）泵站的总体布局。
（3）所有泵站均以调水为主，适当结合地方排涝。
（4）尽量减少对已有工程的影响和移民拆迁数量，节约工程投资。
（5）便于工程总体布置，方便施工及运行管理。
（6）总体布置应兼顾防洪、排涝、航运等各方面因素。
四、蓄水工程
南水北调东线工程输水干线长达1156千米，从长江至东平湖设13个梯级泵站，逐级提水北送，总扬程达65米，一期抽江水量500立方米/秒。如此浩大的调水工程需要沿线蓄水工程起到调节作用，从而实现东线工程的优化调度。东线工程规划也对蓄水工程做了研究。