二、修复唐来、汉延等河渠

在忽必烈那里当顾问的子聪和尚，颇得忽必烈的赏识和信任。1253 年，在忽必烈进兵大理，途经六盘山的时候，子聪又介绍了只有十九岁的王恂给忽必烈。忽必烈对王恂大为赏识，派他做次子珍戬的伴读。与此同时，当年在紫金山与郭守敬同学的一班人，差不多都相继担任官职。不过郭守敬暂时还未进入仕途。他是个好学的人，这段时期，他潜心学术，积累知识，为以后的科研工作打下基础。

忽必烈总管漠南地区以来，曾两度驻在背靠沙漠的草原南缘，原金代桓州的东部。蒙哥汗 6 年（1256 年），忽必烈叫子聪在这一带踏勘地形，选定滦河上游龙冈的南侧，即现在正蓝旗境内敦达浩特东约 20 公里的闪电河北岸的一百零八庙营造宫室城廓，作为他的根椐地。3 年后，正当这首府建成的

时候，蒙哥汗于 9 年（1259 年）初秋攻打四川合川的战役中阵亡了。元军撤围北退，回到那时的都城和林（今蒙古人民共和国额尔德尼桑图附近鄂尔浑河上游西岸喀喇和林）。忽必烈也于年底从鄂州（湖北武昌）前线回师北返。第二年春天，军回龙冈，一场争夺皇位的斗争展开了。忽必烈在一些蒙古军事首领的支持和汉族地主士大夫的策划下，打破大汗应由贵族会议推选的蒙古传统，抢先自立为汗。接着他采纳了子聪的建议，下诏建立纪元称中统，并将龙冈驻地命名为开平府，作为都城；设立中央政权机构，称做中书省。他任命王文统为“平章政事”，张文谦为“左丞”，作为中央机关政权最高负责的官员。

没有多久，王、张二人渐渐发生了矛盾。正好这时忽必烈将我国北方地区分为十路，各设宣抚司，任命了一批宣抚使，作为地方政府机构的负责人。于是，张文谦被外放，以原官职兼任大名路与彰德路（今河北大名地区西部至河南安阳地区东部）宣抚司的宣抚使，转到地方上去了。张文谦是邢台南面 50 里的沙河人。他想起老朋友子聪和尚的学生郭守敬来了。于是，30 岁的郭守敬应邀，告别家乡，随同张文谦上任去了。那时候，忽必烈的军事力量主要用于漠北，同他的汗位争夺者阿里不哥和海都打内战，因此急需巩固他的漠南后方。大名、彰德一带人民虽然逐渐恢复定居，但赋税繁重，又逢天气干旱，生活极端困苦。郭守敬深知水利是恢复农业的根本问题之一，他认真察看大名、彰德地区河流水渠的分布，仔细估量地势地形，周密地考虑引哪条水，修哪些渠，计算着能够增加多少灌溉耕地，可以给农业生产带来多大的好处等等。经过实地考察，在他头脑中酝酿了一整套整治水利的地区规划和设想。

张文谦在大名等地工作不到一年，次年春天回京朝见忽必烈，由于当时王、张矛盾暂时缓和，便又被留下来担任左丞。

在大名、彰德路期间，郭守敬公务之余，并没有放弃他所擅长的天文仪器方面的研制工作。他本已弄懂了计时仪器莲花漏的原理，只是苦于没有力量仿制。现在他在宣抚司官署襄办重要事务，顶头上司又是深通天文历法的旧日师友，乘着这个机会，他就亲自动手，带领工匠，开炉熔铜，按照早年所见图样，浇铸了一套正规的铜漏壶，想给地方上使用。

中统三年（1262 年）春，张文谦向忽必烈推荐了郭守敬。忽必烈正在采取一些整治水利、鼓励农桑和发展经济的政策措施，急需要收罗各种人材，所以很快把郭守敬召到开平府接见。而郭守敬铸造的那套漏壶正好已完成，他给起名“宝山漏”，并把漏壶送到了燕京，献给元政府。因为这套计时仪器构造相当精巧，水的流动速度比较均匀，计量时间也比较准确，后来元代的司天台（即国家天文台）上也采用了漏壶作为计时的工具。

郭守敬进入元朝政府，最初被任命为提举诸路河渠，后来升任都水少监、都水监以至工部郎中，都是主管水利的。

郭守敬在开平府被召见的那天，他就向忽必烈谈起了华北平原的河渠灌溉情况和急需兴修的水利工程。他根据自己勘察的结果，针对当时农业生产的具体情况和经济上的需要，提出了六项治理建议，并详细地阐述了每一项建议中的工程方案及其效用。他提出：

一、燕京东面，金代原有一条运送粮米的漕运河，直通通州（今北京市通县），接连南北运河，但由于水浅淤塞，已不能行船。当时南方来的运粮船到了通州，得改用马车等将粮食送到燕京，路程有 50 里长。如果以燕京西

北玉泉山的泉水作水源，引到旧漕河，使之通船，一年可节省车运费用 60000 缗（m0n）。如果再从通州南面的蔺榆河口蒙村（今河北香河河西务东）拉直开凿一条运河，到杨村（今天津市西北武清），可以避免淤浅、远绕和风浪等各种不便。

二、将邢州城北的达治泉水引进城中，然后分成三条河道引出城东，可灌溉邢州东部一带农田。

三、邢州的沣河（今沙河）原东流至任城（今河北省任县东）的一段，故道淤塞，水流漫溢，淹没农田 1300 多顷。如果重新修复河道，不仅这一大片农田可以重新耕种，而且河流从小王村经滹沱河最后导入御河（今卫河一段），还可以通船，便利交通。

四、在磁州（今河北省磁县）东北滏水与漳水会合处，开引一条河道经由滏阳（为磁州州治所在地，即今磁县）、邯郸、洛州、永年再过鸡泽，使其流入沣河，就可以灌溉这个地区的 3000 多顷土地。

五、怀孟的沁河（今河南省的沁阳境内），虽然灌溉了两岸的农田，但还有多余的水流穿过土堰向东与丹河的余水相汇合。若开渠引水东流到武陟

（今河南武陟隔河之南故城）之北，注入御河（今卫河），就能灌溉农田 3000 多顷。

六、在孟州（今河南省孟县）西面黄河北岸，引河水修一条水渠，先北流穿过新旧孟城之间再沿黄河北岸东下到温县重新流入黄河。这样，可以灌溉田地 3000 多顷。

郭守敬首次晋见忽必烈时提出的这些意见，除了有关解决燕京漕运问题外，主要都与华北平原如何增加农业生产和安定民生有关。这个地区是忽必烈当时重要的粮食供应基地之一，是他十分重视的地方。那时他正在实行子聪、姚枢、许衡等人提出的务农桑、兴学校、恢复经济、发展文化的政策。他听着郭守敬这些以实际出发的治理办法，非常满意。他当即任命郭守敬担任提举诸路河渠的职务，让他经办各地的河道水利事宜。

到了中统 5 年（1264 年），忽必烈更改年号为至元元年，中统和至元初年他陆续在行政管理机构等方面进行改革。如在地方设立“行中书省”，这是我国地方设省的开始。他命令子聪和尚还俗，恢复姓刘，更名刘秉忠，封给他封建社会的最高爵位“太保”，一同参与中央政府的中书省和枢密院的工作。元朝的政权机关在逐步强化和完备起来。

这年初夏的 5 月，忽必烈派蒙古人唆脱颜与郭守敬二人到西夏一起去视察河渠水道，还要求他们绘出地图向他们汇报。这一片原属西夏的地方，就是现在内蒙古自治区中西部至宁夏回族自治区北部和甘肃的中部，沿黄河上游的河套平原西半部一带，历来是西北重要的农耕地区。黄河两旁，早在汉、唐各代就开凿了许多河渠，引黄灌溉，单是干渠就有 12 条。最长的是黄河西

岸中兴州（即今银川东南）的唐来渠，长达 400 里；其次是汉延渠，长有 250

里。大大小小的支渠总共有 68 条之多。这些渠道在河套西部构成一片水利

网，灌溉着 90000 多顷的良田，是西北一个极为重要的产粮基地。但是常年的战乱，使土地荒废，渠道失修，河身淤浅，水坝水闸等设施都被破坏或倾废了，收成毫无保证，人民纷纷外出逃荒。

元朝政府规定，官员的正职都派蒙古人充任，汉人只任副职。虽然如此，唆脱颜与郭守敬来到西夏后，实际上是担任副使的郭守敬完成了考察工作。这年 8 月，元政府颁布了陕西、四川、西夏中兴等处新建行中书省的条格（办

事规则）。张文谦就在这时出任西夏行省行政长官，于是郭守敬就在张文谦的领导下，着手整治西夏古渠。采取了“因旧谋新”的方针，在故道的基础上设计规划，加以疏理修整。这项工程得到了广大人民群众的拥护。在当地人民的大力支持下，迅速动工了。在疏浚（j*n 疏通）古渠道的过程中，许多用来控制和调节水位与流量的水坝和水闸，坏了的重新设置，倒了的予以修复。另外还开挖了一些新渠道。没多少时间，几十条河渠都畅通无阻。这样，不过一年光景，这一带又呈现出一片生机勃勃的景象：渠水四达，稻麦丰收，恢复了这个灌区的旧貌。西夏人民衷心感谢郭守敬，特意在当地建立了一座生祠，来纪念他的功绩。得到老百姓的如此爱戴，是一种多大的荣誉啊！第二年，郭守敬回到中都，忽必烈升任他为都水少监，也就是掌管全国河渠、堤防、水利、桥梁、闸堰等事务的高级官员。

郭守敬从西夏回京的路上，为了调查考察各地的水利灌溉情况，曾特地率领随从人员，专程坐船，自中兴州沿着河套迂回地顺黄河而下。走了四天四夜，从中兴州一直航行到大同府所属的东胜（今内蒙古自治区托克托）。他肯定了这一段水路完全可以通航。这时，忽必烈派遣的调查黄河水程航运的官员，也到达东胜。听到这消息，他们赶忙派人飞马驰奔中都，向忽必烈汇报。从此，自富饶的粮仓河套地区运送粮食到中都，有长长一段路程能用船只运输了，大为省便。考察途中，郭守敬还发现东胜西边的查泊兀郎海（今内蒙古自治区乌梁素海）附近的许多古渠，均可重新修复，用以灌溉。他回到中都向忽必烈报告此行的经过时，亦谈到此事。忽必烈当即表示赞同。

郭守敬完成了修渠任务之后，便离开了西夏，在还京之前，他曾经逆流而上，探寻黄河的发源地，以往史书上虽然也有些河源探险的记载，但都是些将军、使臣们路过这个地区，顺便探察，写下一些记载，并不是特意考察。以科学考察为目的，专程探求黄河真源的，要推郭守敬是第一人。很可惜，郭守敬探察河源的结果没有记载流传下来。后来到了 1280 年，又有一位探险家都实奉元世祖之命专程前去考察河源。这次探索的经过记录在一部《河源记》的专著里，其中有不少有价值的结果。毫无疑问，作为先驱的郭守敬对都实的考察是有很大影响的。

郭守敬西夏之行归来，除了提出关于河套北端的水利建议外，又提出了关于增辟中都水源这个问题。他说，金代曾在京西的麻峪村，开引泸沟河（今永定河，元代称浑河）水穿西山东出，称为金口。这支水流曾经灌溉了金口以东、中都以西迤北的许多良田，对京郊农业的发展，颇有好处。过去，有关官员唯恐出事情，就用大石块堵塞了。现在，如果把原来的河道加以开挖，那末，上游西山的物产就得以运来中都，下游的水流增大，可以便利漕运。不过，泸沟河的河水是非常难以控制的，它的含沙量大，春冬少雨的时候，容易沉积泥沙，而到夏季秋季洪水季节，水势汹涌，常会泛滥成灾，所以古来称为无定河。为此，郭守敬同时指出，应该在金口西岸预先开好一条溢洪道，先向西南再折而绕回到泸沟河中。并且还要开得深一些和宽一些，以防涨水时节大水横溢突然冲向中都。忽必烈听了认为很有道理，而且他恰正需要西山的木材来营造宫殿，于是就批准了。

这条河恢复之后，虽然引水解决漕运问题并无显著效益，但对西郊农田灌溉却颇起作用。所以几年后，宫殿都城虽已营建完成，建筑材料的运输锐减，但金口河仍维持不废。然而，永定河水灾的威胁毕竟是严酷的。30 多年后，到忽必烈的儿子铁穆耳大德 2 年（1298 年）时，山水大发，为害居民，

都水监就将金口以下的闸板闸住，使水不进金口河而向永定河下游泄去。大德 5 年（1301 年），郭守敬已 70 岁了，那年又是洪水暴发。他恐怕河水实在过大，阻拦不住，冲没金口河两旁的田舍，波及都城，又提请将金口河上部河身用砂石杂土全部堵塞。这条河一共使用了 35 年，起了一定的作用，到后来便废弃了。

郭守敬汇报了西夏之行的经过，接着又解决了河套一带的漕运通航问题，引起了忽必烈的注意。他对靠近蒙古族发祥地的这块重要地区自然不会不重视。至元 4 年（1267 年）秋天，便在从中兴路到东胜间数百里长的一段黄河上，新添设了 10 所水上驿站，使其接通原有的驿站，专办西夏到上都和中都的军政通讯事宜。就在这年，忽必烈为了巩固政权建设，命刘秉忠于中都故城西北郊，在原宫城之外兴工修建起一座规模巨大的新城。城内按照我国都市建设的传统原则，有计划地划定街区分布。经行工部尚书也迭山设计，宫室居中，前朝后市，道路横平竖直，犹如棋盘。这工程比营建上都还要浩大，前后延续了好多年，直至至元 11 年，忽必烈才正式坐上新完成的宫殿接

受朝贺。而大都的城垣，要到至元 20 年（1283 年）发动侍卫军 10 000 人助修，方始竣工。这就是现今北京的前身。

至元 8 年（1271 年）时，忽必烈采纳刘秉忠的建议，仿前朝正式建立国号，“大元”。将中统年号改为“至元”。接着把正在建造的新都城改称大都，以前称中都。从此，中都和大都并称。也就在这年，郭守敬被任命为都水监，负责掌管全国河渠水利的经营治理工作。

至元 11 年，这时北方已经稳定。忽必烈在遣兵东征的同时，派太尉同知枢密院事的大将伯颜自襄樊南下，开始大举伐宋。年底占领鄂州。第二年年初，水陆并进沿长江东下，陆续攻下黄州（今湖北黄冈）、安庆、太平州（今安徽当涂）。他一面分兵西攻江陵，一面相继东进建康（今江苏南京）、镇江，并汇合华北南下人马，接连取得了长江南北各处重镇。7 月间，对峙在镇江、瓜州周遭的宋、元水陆主力大军，各以战舰万艘，围绕长江江心的焦山进行了一场空前的决战。最后，宋军大败，伯颜回京师述职，忽必烈升任他为中书右丞相，命他率领诸将继续南征，不使宋室有喘息的机会，直趋南宋都城临安（今浙江杭州）。

元朝向来重视驿站。这次伯颜为了便于就扬子江南北的军政大事与大都方面的联系，并取得华北平原对前方的军需供应，商议在原有陆路驿站之外，设立水路驿站，相互配合以提高通信和交通效能。他委派郭守敬去考察今河北、山东、江苏等地区的水道交通情况，确定水路交通路线。至元 12 年（1275 年），郭守敬经过必要的实地视察，定下了中原地区这样五条河渠干线：

一、自陵州（今山东济宁市）至大名（今河北大名东南），那里有马颊河及卫河通运河。

二、自济州（今山东济宁市）至沛县（今江苏沛县），又南至吕梁（在今江苏徐州东 28 公里废黄河北），那一段有山阳湖（今昭阳湖），在运河旁，并和微山湖相接。

三、自东平（今山东东平）至纲城。

四、自东平至清河（故址在今山东东平西北黄河之南），向北越过黄河故道，接御河。

五、自卫州（今河南辉县）通御河至东平，又自东平西南的梁山泊再回通到御河。

于是，大都南方，华北平原的中心，及其四周一大片地区与御河及大运河连接成水道交通网，由郭守敬筹划描绘下来上报。最后由伯颜呈准忽必烈，决定西起卫州，中以东平为枢纽，东连鲁中、南，南迄徐州，吕梁的黄河下游，北接运河直到杨村，建立水驿。这在相当程度上便利了元朝中央政府的指挥联系和军事运输，加强了伯颜南下攻宋的力量。

此后不久，都水监并到工部，郭守敬随之转入工部改任郎中官职，仍旧负责河工水利。尔后，他还对黄河中游地区的地形以及京汴沿途的大地水平进行了测量，这段时间，他在工作中的成绩是很突出的。

长期负责河工水利，使郭守敬思想中逐渐形成了一个地形相对高度的概念。测量地形高低需要一个基准，以作比较。郭守敬根据他所得的资料，曾经以大都东边的海平面为基准，将大都的水平高度与海平面作了比较。他进而又将大都至开封一线上的逐段与海平面作了比较。他所做的，确是一项重大而紧要的大地水平测量工作。他得出的结论是：开封离海很远，高程差的较多，致水湍急；大都距海极近，高程相差甚小，故水流缓慢，这是我国首次创设了用海平面以上的标高来表达地形高低的办法，在地理学与测量学上有重要的意义，即使在世界上亦远比西方早多了。