南水北调东线上有世界最大泵站群，建立这样一个巨大的泵站群所要解决的就是因地势由南向北渐次升高、水如何向高处流的问题。“南水”由江苏扬州江都水利枢纽出发，相继爬升13个台阶到达黄河，之后再向北输水。这13个台阶就是由22处水利枢纽、34座泵站形成的13个梯级泵站。
第一梯级共由5个泵站组成，分别是位于扬州的江都一、二、三、四站和宝应站，宝应站是东线工程第一座开工建设的泵站。第一梯级泵站能满足500m³/s的泵水目标，同时可以兼顾里下河地区的排涝工作。
第二梯级是位于淮安境内的同样是由5个泵站组成的一个梯级，包含了金湖站和淮安一、二、三、四站。其作用是保证向苏北地区和山东省的供水要求。并结合宝应湖地区的排涝工作。
第三梯级由洪泽站和淮阴一、二、三站共4个泵站组成，其作用是保障了调水、改善水环境、提高航运保证率等。
第四梯级包括泗阳站、泗阳二站和泗洪站3个泵站。主要功能是通过中运河向骆马湖输水，并向沿线供水、灌溉、改善航运。
第五梯级有4个泵站，分别是刘老涧站、刘老涧二站和睢宁一、二站。通过联合调度运行，向骆马湖供水，同时向沿线供水、灌溉，并改善航运。
第六梯级是由皂河一、二站和邳州站3个泵站组成的，共同满足骆马湖的输水量。
第七梯级由江苏境内刘山站和山东境内台儿庄泵站组成。台儿庄泵站是山东第一级泵站，从骆马湖和中运河抽水通过韩庄运河向北输水，实现梯级调水目标，并可结合台儿庄地区排涝。
第八梯级由江苏的解台站和山东的万年闸泵站共同组成。解台站从骆马湖向南四湖调水，向山东省供水，改善用水和航运。万年闸泵站统筹韩庄运河段度汛防洪，改良航运。
第九梯级包括江苏的蔺家坝站和山东的韩庄泵站。蔺家坝站是江苏省的最后一级泵站，主要任务是从骆马湖向南四湖实现调水目标，改善湖西排涝条件。
第十梯级二级坝泵站位于南四湖中部。主要任务是从南四湖下级湖提水至上级湖，实现梯级调水目标。
第十一梯级长沟泵站抽引南四湖水经梁济运河至邓楼泵站，以实现梯级调水目标。
第十二梯级邓楼泵站设计输水流量100m³/s。主要任务是实现南水北调东线工程梯级调水目标。
第十三梯级八里湾泵站位于东平县东平湖新湖滞洪区，是黄河以南输水干线最后一级泵站。
泵站相当于南水北调东线工程的“心脏”，全程34座泵站，水泵总装机有160台，形成南水北调东线泵站群工程，具有规模大、泵型多、扬程低、流量大、年利用小时数高等特点。
南水北调东线泵站群工程是世界大型泵站数量最集中的现代化泵站群。其中，水泵水力模型及水泵制造水平都达到了国际先进水平。
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