水利工程上的成就

郭守敬生平的第二项事业是水利。其中最主要的有二项工程：修复西夏水利和开凿通惠河。

修复西夏水利

所谓西夏水利，是指西夏国首都兴庆府（今宁夏回族自治区首府银川市）一带黄河两岸的水利设施。

这一带早在秦汉时起就陆续开凿了许多河渠，引黄河水灌溉，由此构成一张水渠网，成为西北地区重要的粮仓。但在元朝开国前，历年征战，严重毁坏了原有水利设施，使此地九万多顷良田荒芜，人民常年处于饥饿之中。郭守敬的有关修复水利工作，主要据齐履谦的记述①。

郭守敬对原有的十二条正渠，六十八条大小支渠“因旧谋新，更立牐堰。役不逾时，而渠皆通利”。整修原有的渠道，使之焕然一新，原有已损毁的牐堰也修补更新。总之，这项工程大抵是因旧整修，即令有新渠开挖、新牐堰的建立，也不会很多。所以全部工程才能“役不逾时”，干了不到一个季度，“渠皆通利”。当然，这也是因为涉及千百万人的生计大事，上、下均望其速成。投入和工效一定都是极高的。此事的成功对郭守敬来说，在于他有组织大型工程的才能，干的是造福人民的大好事，因而人民才会在渠上给他立生祠。

通惠河的开挖

元世祖把首都定在大都（今北京）。为了供养大都臣民的生活，保证帝王、贵族们的享用，许多物资都要从南方运来，其中粮食每年需要从南方征运数百万斤之巨。在金代，就利用华北平原上的天然水道，与自隋唐以来陆续开挖修建的南方运河相连网，建立了一个水上运输系统，从南方往金朝中都（今北京）运送粮食。由于自然条件的限制，这个系统的终点不是在大都，而是在京东的通州。通州距离金中都和后来的元大都还有好几十里路。这一段路程就只能依靠陆运。而陆路运输的成本很高，并且一到雨季，道路泥泞难行，牲口倒毙，粮车陷在泥中，运输效率极低。因此，自金朝起，人们就力图开凿一条从通州直达京城的运河，以解决运粮问题。

通州地势低于大都。开运河，只能从大都引水流往通州，沿途筑一系列牐坝，使南来的船逐级上驶。这样，就必须在大都城周围寻找水源以保证运河的水量。大都城郊有西北方的高粱河，西南方的凉水河，其水量都很小，不敷运河的用水。大都城北几十里处，有清河和沙河，虽有一定水量，却因地形自然流向东南，成为通向通州的温榆河的上游。大都城西几十里的浑河

（今称永定河），水量在当时是相当大的。金朝时曾从京西石景山北面的西

① 钱宝琮：《授时历法略论》，文中专有一节讨论弧矢割圆法，见《天文学报》四卷二期，1956 年 12 月；收入《钱宝琮科学史论文选集》，科学出版社 1983 年版。

① 齐履谦：《知太史院事郭公行状》，《元文类》卷五○。

麻峪村开了一条运河，经过中都注入通州城东的白河。但因浑河中泥沙极多，运河很快淤积；加之夏、秋洪水季节，浑河水极其汹涌，极易泛滥，对运河两岸造成威胁。所以，开凿了十五年之后又复把运河上游的口子填塞了。

这个使命最终落到了郭守敬的身上。而郭守敬也不是一举成功的。

由于金朝开挖的运河，正流经大都城墙的南面。以下往东到通州的一段完全可以利用，因此所需解决的只是上游的水源。

早在元世祖中统三年（1262）郭守敬初见忽必烈时所提的六项水利工程计划中，第一项提的就是此事。他计划把清河的上源中，从玉泉山涌出后东流，经瓮山（今万寿山）南面的瓮山泊（今昆明湖的前身）再向东的那一支流改道向南，注入高粱河，再进入运河。这项计划曾经实施。但因只是一泉之水，只能用于增加大都城内湖池宫苑的用水量，对航运则无裨益。

三年以后，他从西夏回来，又提出了修运河的第二个方案。这个方案是利用金人所开浑河的口子，只是另在金人运河的上游开一道分水河，引回浑河。当河水暴涨，危及下游时，就开放分水河闸口，解除对大都城的威胁。同时考虑到浑河水携来的泥沙问题，他撤去了运河上的闸坝，以使泥沙自然运走。这种设想固然有其道理，但大都到通州运河段的水位下降梯度，虽比大都以上的运河段梯度较小，却仍然是相当大的，没有闸坝控制，巨大的粮船就无法逆流而上。因此，这个方案在至元十三年（1276）实施完成以后，只对运河两岸的农田灌溉及放送西山砍伐木料的作业有所帮助。

此后郭守敬总结了两个方案失败的教训，并在大都周围仔细地勘测水文和地形起伏情况。只是由于他又被调去修历，才把此事搁下了。

至元二十八年（1291），有人建议利用滦河和浑河溯流而上，作为向上都运粮的渠道。元世祖不能决断。派太史令郭守敬去实地勘查。郭守敬探测到中途，就已发现这些建议不切实际。他乘着报告调查结果的机会，提出了许多新建议。其中第一个就是他已筹划多年的大都运河新方案。

这个方案利用他第一次方案中凿成的把瓮山泊流出的一支清河上源引向南面高粱河的河道。为了进一步扩充水源，又把昌平县神山（今称凤凰山）脚下的白浮泉水引入瓮山泊。此后，河水并不径直南下，而是反向西引到西山脚下，再沿西山往南，沿途拦截所有原来从西山向东流入沙河、清河的泉水，使汇成流量可观的水渠，再经高粱河进入流向通州的运河。因为这些都是清泉水源，泥沙很少，运河下游可以无顾虑地建立船闸，使粮船平稳上驶。

元世祖对这一方案极为重视，下令重设都水监，命郭守敬兼管都水监事，并调动几万军民，于至元二十九年春天动工。开工之日忽必烈命丞相以下官员一律到工地劳动，听郭守敬指挥。此举虽然只是个象征，但却反映了元皇朝对这条运河的重视程度和郭守敬在水利方面的权威。整个工程只用了一年半时间，全长一百六十多华里的运河连同全部闸坝工程就完成了。这条运河被命名为通惠河。而自昌平到瓮山泊的一段又特称白浮堰。从此以后，南来的船舶可直驶到大都城中，作为船舶终点码头的积水潭上登时桅樯如林，热闹非凡。通惠河不但解决了运粮问题，而且促进了南货北销，繁荣了大都城的经济。

通惠河工程从技术上来说最突出的是白浮堰线路的选择。白浮泉的发源地海拔约六十米，高出大都城地势最高的西北角约十米。但因两者之间隔有沙河和清河两条河谷地带，它们的地势都在五十米以下，甚至还不到四十五米。因此，如从白浮泉直线南下，则泉水势必沿河谷东流而下，进不了运河。

如果用架渡槽的办法，则也只能引白浮一泉之水，起不了多大作用，却费工甚巨。而郭守敬所选的线路，虽然迂回，却保持了河道较小的水位落差梯度，且可拦截沿途所经的诸多水源，使流入运河中的水能有较大的水量。因为从神山到大都城的直线距离有六十多华里（三十多公里），在这么长的路程上地形有几米的起伏那是很微小的。从这里可以看出，郭守敬的地形测量技术实在是很高超的。当代许多地理学家考察了白浮堰线路之后，对郭守敬的成就无不交口赞誉。