郭守敬：水利科技工作者的楷模

习近平总书记在全国科技创新大会上提出了建设世界科技强国的宏伟蓝图，我们这样一个充满创新活力的伟大时代是700多年前郭守敬的梦想。

郭守敬上紫金山

1247年，有一位名叫刘秉忠的和尚回邢州（今河北邢台）老家为父奔丧。几年前他远赴塞外晋见了蒙古亲王忽必烈。忽必烈与刘秉忠，一个是“思大有为于天下”求贤若渴，一个是“以待时而起”满腹经纶，一拍即合，在亲王府上演了一出元代版的“隆中对”，刘秉忠成了忽必烈的重要谋士。忽必烈是总领汉地事务的亲王，邢州的地方官岂敢怠慢于刘秉忠？但是，刘秉忠看到十室九空的家乡痛心疾首，带着父亲的棺椁直奔太行山深处的紫金山而去。

紫金山山川辉映形成一幅巧夺天工的“八卦图”，刘秉忠早就看上了这块汇聚天地灵气的风水宝地。他在这里一边结庐守孝一边思考着治理国家的大政方针。“酒香不怕巷子深”，朋友故旧纷纷上山要伴他一起守孝，让刘秉忠高兴得合不拢嘴。一天早上，刘秉忠摇头晃脑吟道：“望乾坤浩荡，曾际会好风云。想汉鼎初成，唐基始建，生物如春。东风吹遍原野，但无言红绿自纷纷。花月流连醉客，江山憔悴醒人。龙蛇一屈一还伸。未信丧斯文……”在他看来“斯文”就是中华民族永远延续的血脉。

刘秉忠吟得正在高兴处，忽听有人击掌叫好，回头一看更加高兴，原来是老朋友郭荣来了。刘秉忠隐居期间多次与郭荣促膝交谈，知道郭荣在数学和水利上的造诣颇深。

刘秉忠见郭荣身后站着一位英俊少年，就问郭荣：“这是谁？”郭荣说：“我的孙子郭守敬，想拜你为师上山学艺。”刘秉忠笑道：“你的学问不在我之下，何必舍近求远呢？”郭荣说：“我这孙子从小与众不同，别人家的孩子贪玩，他却喜欢钻研奇技淫巧。我的那些学问早就让他学得差不离了。”刘秉忠看着郭守敬心里充满喜悦之情。

刘秉忠清楚知道中华民族的“斯文”不仅包括以四书五经为代表的儒家思想，还包括数学、天文、水利、仪器制造等“奇技淫巧”。刘秉忠拍着郭守敬的肩膀说：“你就留下，不过先生我不敢当。来紫金山的人各有专长，就让我们一起学习吧！”

郭守敬开始了新的学习生活。他很快发现紫金山上的人的确各有专长，刘秉忠精通天文地理，在城市规划设计方面有独到见解；张文谦是农业方面的专家；王恂是数学天才……郭守敬在紫金山上与他们日夜探讨数学奥秘、观测星相变化、研究水利工程设计和施工，为日后在科技领域大展宏图奠定了坚实的基础。

父老乡亲夸“郭生”

时光荏苒，转眼之间刘秉忠3年守孝期满，忽必烈迫不及待地召刘秉忠回和林（当时蒙古国的都城）议事。刘秉忠这一去，开启了元朝历史的新时代。他首先将在紫金山上与众同学反复商定的治国大政方针献给忽必烈；其次举荐张文谦、张易、王恂等同学故友共同辅佐忽必烈；最后建议将蒙古国更名为大元国，因而忽必烈成为元朝首任皇帝。

郭守敬需要服侍年迈的祖父，因此与其他同学相比出仕较晚，但他以一介草民身份参加了家乡的水利建设。在邢州城北有三条河，由于多年战乱，治河无人问津，造成河水决堤到处漫流，把肥沃田野变成了一片沮洳泥淖。原来在河上建有一座石桥，人称“豫让石桥”，此时这座古石桥早已不见踪影，当地人架起一座简易木桥勉强供人通行，但木桥窄小，随做随坏。

新到任的邢州地方官很想修复石桥，以解决城里城外交通难题，多次派人探摸桥墩位置但一无所获。他们登门拜访德高望重的郭荣，想请这位水利老专家出山帮助寻找桥墩，但郭荣却推荐了刚从紫金山回家的孙子郭守敬。

郭守敬果然与众不同，他不去淤泥里探摸桥墩的位置，而是拿着测量仪器行视地脉，分画沟渠，提出三条河水的走向和堵口修堤的计划。因为郭守敬精通测量技术，他提出的河水经行路线非常科学，没过多久三条河水就顺着各自河道排泄而去，并很快找到了久埋于淤泥之中的桥墩。只见大石墩坚整完好，铺上桥板就可通行车马，这下无论官员还是百姓都变怀疑为信任，对郭守敬充满了敬佩之情。大家的治河热情高涨，在郭守敬的指导下，没过多久就全面完成了堵口修堤计划。

“豫让石桥”正式开通的那一天，邢州城万人空巷。父老乡亲争先恐后观看这一盼望已久的人间景观：河中水蜿蜒流淌，河桥上车马穿行。大家无不称赞郭生的才能。

源于实践的真知灼见

1260年，张文谦以中书省左丞相（相当于现在的副总理）身份到地方劝课农桑。当时，忽必烈诏告天下“国以民为本，民以食为本，衣食以农为本”，确定了重农的国策。张文谦是农业专家，当然知道发展农业离不开水利，离不开熟悉水利的郭守敬。他一到地方就把分别10年之久的郭守敬找来。郭守敬不负老同学的厚望，昼夜勘测地形，筹划水利工程。

次年春天，张文谦回上都汇报工作，被留在朝中处理政务，但引沁灌溉工程建设方案得到批准。这项工程的修建使土地肥沃的沁河下游平原很快焕发出勃勃生机。郭守敬忙完引沁灌溉工程，又马不停蹄地转战到大都（在今北京）的水利工地。此时，刘秉忠已完成上都（在今内蒙古锡林郭勒）的建设任务，开始规划大都城的建设，刘秉忠知道，大都城建设的成败与水利的关系极大，城市供排水离不开水利，南粮北调更离不开水利，于是他想到了郭守敬。郭守敬详细考察了大都周围的地形，提出了具体的工程措施。

1262年，张文谦向忽必烈举荐了习知水利、巧思绝人的郭守敬。忽必烈非常高兴，在上都便殿召见了郭守敬。郭守敬面陈“水利六事”，第一事是关于大都漕运的，建议引玉泉水入运河以改造金朝留下来的通州到大都的旧运河，并将通州以南的运河裁弯取直。第二至第四事是关于家乡附近水利的，建议将邢州城东的河水引入城中并浇灌农田；开挖沣河河道，使河道归顺、水涸田出，并与卫河相接，通行舟筏；在滏阳河和漳河交汇处开挖渠道，引水入沣河，既可增加沣河水量利于通舟，又可灌溉沿线农田。第五至第六事是关于沁河和黄河的，虽然引沁灌溉工程已发挥效益，但从溢流堰上溢出的余水还有不少，建议在沁河余水与丹河交汇处开挖渠道，引水入卫河，既可增加卫河水量利于通舟，又可灌溉沿线农田；建议在孟州以西开挖一条引黄渠道灌溉今天温孟滩的田地，退水从温县以南复入黄河，由于有黄河古岸阻挡，因此十分安全。

郭守敬提出的建议都是经过深入细致的调查研究得出的真知灼见，贯穿了兴利与除害并重的治水理念。因此，当他拿着精心绘制的工程图每讲解完一事，忽必烈就叹一声：“此人真不为素餐矣！”由衷感佩郭守敬的真才实学。

硕果累累的西夏行

由于张文谦上次到地方劝课农桑取得很大成绩，1264年忽必烈再次命他以左丞相身份治理原来的西夏国。西夏是党项族建立的割据政权，先后与北宋、辽及金、南宋鼎立。在西夏濒临黄河的地区有着悠久的引黄灌溉历史，在中兴州（今宁夏银川）就有长200公里的唐徕渠和长125公里的汉延渠，引黄灌溉使这一地区成为岁无旱涝之虞的“塞上江南”。但是，多年战乱使引黄灌溉设施遭到严重破坏，久负盛名的“塞上江南”变成了满目疮痍的鄙野之乡。

张文谦像上次劝课农桑一样，忘不了带上老同学郭守敬同行。郭守敬到西夏后，沿黄河两岸勘察地势水情，走访百姓，绘制地图，很快提出了因旧谋新、更立闸堰、既快又省的治水方案。

郭守敬的方案非常科学，一是强调以疏浚修复旧渠道为主，以增开新渠为辅。二是更立闸堰，即在各引黄干渠的取水口附近设置溢流堰，黄河水位高的时候可以控制入渠水量和沙量；在溢流堰后又设置两三个退水闸，水小时闭闸，水大时酌量开闸，以调节渠道内的水量，同时也可以利用退水闸进行渠道清淤；过了退水闸才是渠道的正闸。从更立闸堰的设计中可以看出当年引沁灌溉工程的影子，充分说明郭守敬是一个善于总结经验、精益求精的水利专家。后来这一套闸堰设计思想在开挖京杭大运河时也得到利用。

郭守敬率领民工，在农闲季节开展施工，迅速恢复和发展了引黄灌溉事业，为农业发展和老百姓安居乐业提供了条件，西夏地区再次出现了五谷丰登、稻麦飘香的喜人景象。老百姓感激为民造福的郭守敬，在渠上为他建立生祠；消息传到上都，忽必烈提拔他为都水少监（相当于现在的水利部副部长）。但是，郭守敬“不以物喜，不以己悲”，仍然一如既往地醉心于治水事业，接着又做了两件大事。

一是探寻黄河源。黄河是中华文明的摇篮，李白一句“黄河之水天上来”道出了我国古代人民对河源的情怀，但在郭守敬之前没有人对河源地区进行过专门的科学考察。郭守敬利用西夏地区距河源较近的有利条件，不顾风险毅然“挽舟溯流而上”，拉开了我国科学家考察河源的序幕。令人扼腕的是这次考察的结果没有流传下来。

二是亲身试航宁蒙河段。郭守敬离开中兴州，特命舟顺河而下，4昼夜至东胜（今内蒙古托克托），以自己的亲身经历证明了此段黄河可以行舟漕运。

元代京杭大运河的总设计师

郭守敬从西夏回来，大都城的建设已热火朝天，总设计师刘秉忠却愁眉不展。刘秉忠一见郭守敬就让他帮助解决往工地运送建材的难题，原来修城的木石等主要建材多采自西山，利用人畜运输代价太大、时间太慢。郭守敬立即到西山考察，发现在金朝的时候开有一条穿西山而出的金口河，只是由于水急易决被用大石填塞了。郭守敬提出按照故迹重开金口河以运送建材的方案。忽必烈称这是个好办法，刘秉忠则更加高兴。重开后的金口河为大都城的建设立下了汗马功劳。

不过对于郭守敬来说重开金口河只是小试牛刀，接下来他就要大显身手了。1275年，元军突破长江天险，全国统一已指日可待，重开南北大运河被提上元朝的议事日程。隋唐时期开挖的以洛阳为中心的南北大运河已无法适应变化了的形势要求，必须急速修建连接全国政治中心的大都与全国经济中心的江南之间的水路交通大命脉——京杭大运河，以解决京城官民的衣食难题。破解这道难题的重任就落在了已担任都水监（相当于现在的水利部部长）的郭守敬头上。

郭守敬以宏大的气魄组织了一次大规模的地形测量。这次测量的范围南北长约5500公里、东西长约3000公里，不仅包括原来隋唐大运河的河道，而且循黄河故道测量了汶河、泗河、卫河及其相邻的水道。更为重要的是这次测量在世界测量史上首次以海平面为基准，从而保证了测量结果的准确性。

郭守敬根据测量结果，建立起一条从直沽（今天津）入卫河，经山东德州、临清到淇门镇（今河南淇县境），再改换陆运90公里到中滦旱站（今河南黄河北岸封丘西南）入黄河，到江苏淮安入淮扬运河，在京口（今江苏镇江）过长江，经江南运河到浙江杭州的水陆联运的路线。这条路线虽说曲折艰难，但对于元统一全国起到了积极促进作用。

郭守敬还根据测量结果进一步提出在山东济宁以南汶河与泗河合流地方至大清河之间新开一河，北引汶水，东引泗水，分流南北，便可南达江淮，北通京津的设想。这实际上就是开通山东运河、打通京杭大运河的规划。

郭守敬还根据测量结果对黄河中下游治理提出了初步设想，指出什么地方可以分洪滞洪、什么地方可以引黄灌溉。

郭守敬提出的设想和建议都是以准确的测量结果为依据，因此在朝中上下很快形成了“今南北混一，宜穿凿河渠，令四海之水相通”的共识。

改行修历成就非凡

郭守敬正在为打通京杭大运河跃跃欲试，忽必烈突然命他去修新历法，原来这是他的老同学刘秉忠生前的特意安排。

刘秉忠善观天象，早就发现当时的历法存在不少谬误，对人民的生产生活造成影响。他向忽必烈建议重修历法，但还未开展工作就无疾而终。他生前列出的重修历法人员名单是让张文谦和张易主抓修历，让郭守敬主管测验，让王恂主管计算，也就是把紫金山上的老同学都拉入修历队伍当中。

刘秉忠可谓用心良苦，一方面他知道他这几位老同学的学识，要修出一部先进的历法就必须依靠他们；另一方面，他看到当时势倾朝野的大臣阿合马与太子真金的关系已经到了水火不容的地步。真金主张轻徭薄赋、藏富于民，阿合马则是想尽一切办法搜刮民财，而忽必烈完全站在了阿合马一边，并开始疏远乃至猜忌从小给真金灌输儒家治国思想的儒臣和汉人。如果老同学卷入了这场斗争就有性命之忧。只可惜张易不愿坐修历的冷板凳，而愿做耀武扬威的枢密副使（相当于现在的国防部副部长），落了个身首异处的下场。

郭守敬工作岗位变了，但为科技事业献身的精神一点儿也没变。他首先检查天文观测仪器，发现这些仪器或陈旧或精度不够，不能满足修历的要求，认为必须创制一套更为精密的新仪器。1279年，郭守敬向忽必烈讲解这套新仪器的原理，从早上一直讲到日落，忽必烈听得津津有味、毫无倦意。郭守敬借此机会提出了一个宏大的天文观测计划。忽必烈批准了郭守敬的计划。郭守敬派出14个天文观测队到至少27个点进行观测，范围东至高丽、西极滇池、南逾朱崖、北尽铁勒，这就是著名的“四海测验”。更令人敬佩的是，“南逾朱崖”的观测点就在今天的南海黄岩岛一带。

1280年，一部新历宣告完成，忽必烈根据“敬授民时”的古语，赐名《授时历》。这是当时世界上最先进的历法，在我国通行了360多年。令人感叹的是数学天才王恂由于积劳成疾于此年英年早逝。

郭守敬看着太史院里成堆成捆的计算草稿眉头皱起老高，他知道颁布《授时历》只是修历工作的一部分，只有将《授时历》的测验和计算方法等整理定稿才能使后人知其所以然。面对如此重要而艰巨的工作，他毅然独当大任，春去秋来，寒来暑往，默默地把草稿“比次篇类，整齐分杪”，几年下来整理撰写出共达105卷的著作。但这些宝贵的科技财富并没有全部流传下来！

为京杭大运河画上神来之笔

修建京杭大运河是当时举国关注的一件大事，郭守敬怎么会无动于衷呢？实际上，他在紧张的修历工作之余时刻牵挂着京杭大运河工程的进展和动向。

1283年，济州河开通，1289年，会通河开通，但是，由于两河岸狭水浅不能负重又时常受黄河侵袭，运量远不能满足大都的需要。因此，元朝大力发展海运事业，开通了海上航线。无论从京杭大运河还是从海路运粮终点都在京东的通州，而通州距大都还有好几十公里的路程，依靠陆运每年数百万石的漕粮效率极低，开挖一条从通州直达大都的运河成为解决南粮北运的关键所在。

1291年，雄踞一方的蒙古军阀海都攻占了元朝故都和林。忽必烈亲率大军出征，海都却早已撤军西去。扑了个空的忽必烈气哼哼回到上都，布置对海都的军事围剿。此时，从大都往塞北运送军粮成为一件棘手的事情。在大都的朝廷里经常以运粮为题展开讨论，有人说从京东逆滦河挽舟而上可把军粮送到上都；有人说从京西逆卢沟河（今永定河）挽舟而上可把军粮送到寻麻林（在今河北张家口）。朝廷大员不敢怠慢，让他们各试所说。

坐在太史院的郭守敬听到消息不住摇头。果然，说从滦河可以运粮到上都的走到半道就再也走不动了，只好灰溜溜地从原路返回。说从卢沟河运粮到寻麻林的见状才知道漕运不是有水就能运的，这才想起了水利专家郭守敬，死乞白赖地要拉上郭守敬与他们一起上路。早就想重返水利工作岗位的郭守敬明知这是白费工夫，却满口答应下来，原来他肚子里早已谋划好了修建从通州直达大都运河等工程方案，只是想借此机会面见忽必烈陈奏。

一切都在郭守敬意料之中。郭守敬跟着那些人从门头沟上船逆卢沟河而上，没走多远就进入了山峦重叠、沟谷弯曲、水流湍急的深山峡谷，吓得那些人浑身发抖，只得从原路返回。远在上都的忽必烈闻知大怒，让朝廷大员带上有关人员面奏详情。郭守敬因此获得了面见元朝最高决策者的宝贵机会。

郭守敬在上都“别陈水利十有一事”，但《元史》只记载了郭守敬的大都运粮河方案。这个方案提出，引昌平县的白浮泉西折南转，会双塔、榆河、一亩、玉泉诸水，入瓮山泊（今昆明湖），再经长河入古高粱河至西水门入大都城，环汇于积水潭（今什刹海），然后东折而南出文明门，沿旧运粮河东至通州高丽庄入白河，全长80多公里。其中“每十里一置闸，比至通州，凡为闸七，距闸里许上重置斗门，互为提阏，以过舟止水”。

忽必烈看着不仅图文并茂而且图上标着高程的奏疏喜上眉梢，连声说：“当速行之！”他不得不恢复了已撤销多年的都水监，让郭守敬重返水利领导岗位。

1292年春天，工程开工，令郭守敬吃惊的是那些昔日嫉妒排挤他的朝中大员都拿着铁锹站进了施工队伍里，原来忽必烈明确要求：“丞相以下皆亲操畚锸倡工，待守敬指授而后行事。”

次年秋天整个工程竣工，病魔缠身的忽必烈专程赶回大都参加通航仪式，当他看到满载粮食的船舶直驶进大都城，积水潭码头桅樯如林、热闹非凡的景象，禁不住泪水涟涟，命名这条运河为“通惠河”。不久，忽必烈病逝。通惠河是郭守敬为京杭大运河画上的神来之笔，也使忽必烈带着感激儒臣汉士帮助他建立大元王朝的微笑离开人间。

通惠河正如其名，设计非常巧妙。白浮泉发源地海拔约为60米，比大都城高出约10米，但因两者之间有沙河和清河两条河，如果引白浮泉直线南下，泉水就会沿河东流而下；如果架设渡槽，只能引白浮一泉之水，达不到通航吃水深度。郭守敬所选的线路看似迂回曲折，却接纳了沿途诸多水源，使通惠河能够维持较高水位、满足通航需要。由此可见，郭守敬的地形测量技术有多么高超！

让他再活800年

1298年春天，元成宗铁穆耳计划在上都附近开挖一道泄洪渠，请郭守敬到上都进行筹划。郭守敬对上都南高北低的地形非常熟悉，但作为经验丰富的水利专家，还是对多年雨量洪水情况进行了认真核实，提出的设计方案为：渠首在外城西门外450米处，折向东南入闪电河，渠道宽70多米，全长近6公里。郭守敬一走，主管修渠的官员认为郭守敬过于保守，竟将渠道宽度缩减了1/3。第二年汛期，大雨如注，山洪暴发，致使渠道不能承载洪水，泛滥的大水冲走了人、畜、帐篷。受到自然惩罚的铁穆耳不禁感叹：“郭太史神人也，惜其言不用耳！”如今，这道泄洪渠仍在苍茫的大草原上蜿蜒流淌，好像向人们述说着这里曾经的繁华和沧桑，述说着当年郭守敬开渠的动人故事。

习近平总书记在全国科技创新大会上提出了建设世界科技强国的宏伟蓝图。我们这样一个充满创新活力的伟大时代，是700多年前郭守敬的梦想，如果郭守敬能活到现在，他的创造发明应该更加丰富多彩；如果现在的科技工作者能以郭守敬为榜样，牢固树立崇高的科学精神，我国的创新事业就一定会出现千里马竞相奔腾的新气象。郭守敬为后人留下了宝贵的科技遗产，也为后人留下了广阔的思考空间……