郭守敬與元大都水利工程

作為元明清三朝國都的北京，還曾因為水成就了其古代的輝煌。

現(xiàn)在的北京城是在元大都的基礎(chǔ)上，擴建發(fā)展而成的。七百多年前，元朝初立，在確定都城的地點時，放棄了原金中都的舊址，而在其東北面新建大都城，除了政治上的考量外，主要還是考慮到水源的問題。從西部山區(qū)、河系匯聚而來的水，經(jīng)積水潭進入大都，以供應(yīng)城中各種用水的需要。由此可見，從某種意義上說，沒有積水潭，就難有今天的北京城。從古代延續(xù)下來的“城池”這個詞，說明對于一個城市來說，水是它的生命線，有“池”才能有“城”。

就在積水潭的西北角，在綠樹蔥蘢之中，有一座紅墻碧瓦的小小建筑常引起路人好奇的目光。而這就是著名科學家郭守敬的紀念館，以此紀念他對北京城的發(fā)展做出的杰出貢獻。

郭守敬(1231-1316)，字若思，順德邢臺(今河北邢臺)人，自幼秉承家學，史稱“通五經(jīng)，精于算數(shù)、水利”，曾與當時的著名學者劉秉忠、張文謙等人一起鉆研學問。作為著名科學家，郭守敬在其生前受到元朝統(tǒng)治者的尊敬，元朝特別規(guī)定，郭守敬所擔任的太史令的官職到70歲也不準其退休。直至八十六歲，在太史令的任上去世。

據(jù)當時人的總結(jié)，郭守敬的學問“不可及者有三：一日水利之學，二日歷數(shù)之學，三日儀象制造之學”。不過在郭守敬的三項“不可及”之學中，他最早賴以成名的是水利之學。21歲時，他就規(guī)劃設(shè)計了家鄉(xiāng)邢臺的一項河道疏浚工程，因而博得“習知水利”之譽。

1 260年，忽必烈稱帝，中書左承張文謙將習知水利、巧思絕人的郭守敬推薦給忽必烈。剛到而立之年的郭守敬根據(jù)自己多年的實地考察和治理河道的經(jīng)驗，向忽必烈推出治理華北的六條水利議案一“水利六事”。在修建元大都城之前，郭守敬就建議引玉泉水以通漕運，這就是郭守敬向忽必烈面陳“水利六事”的首條。后來，漕運一事雖然未能付諸實現(xiàn)，但卻解決了宮苑用水問題，即沿用了金朝引水工程的舊渠道，導(dǎo)玉泉諸水匯高梁河，引入城中，流經(jīng)宮苑，注入太液池，這就是所謂的金水河。

然而，引玉泉之水入城卻是郭守敬為京城水利所建的第一功，也是歷史上大規(guī)模開發(fā)玉泉水利的最早記錄。從元代到解放初期，玉泉之水一直是北京城市用水的主要來源。

1265年，郭守敬曾建議利用金朝廢棄的金口水灌溉農(nóng)田以及解決京畿的漕運問題。郭守敬大膽地使用了金朝廢棄的金口河，解決了當時修建元大都所需西山建筑材料的運輸問題，同時還可以在河水流經(jīng)之地解決農(nóng)田的灌溉問題。為了防止山洪暴發(fā)所造成的水患，他總結(jié)了金朝治河失敗的原因，在上游設(shè)減水口。如遇山洪暴發(fā)，可向西南方向排洪，但這并不是長久之計，因為這條河落差較大，河水渾濁，日久泥沙必淤積成患，所以這條河利用的時間很短，后即廢棄。元朝的兩個官吏，一個叫孛羅貼木兒、一個叫傅佐，一意孤行，別出心裁，想重新引金口河水入大都，不吸取前人的經(jīng)驗教訓(xùn)，又不聽勸阻，強行施工，結(jié)果造成決口，因而招致殺身之禍。

元定都大都后，太都成為元朝政治、經(jīng)濟、文化的中心，每年消耗大量的物資，單糧食一項即達幾百萬石。這些物資多數(shù)征自南方，通過內(nèi)陸河運和海運集中到通州，然后再主要依靠陸路運輸進入大都。陸路運輸費用高，消耗大，且一到雨季，道路難行，車馬在泥濘中掙扎，死傷牲口不計其數(shù)，夫役們苦不堪言。為此，自金代以來，人們就一直想開辟一條運河，使漕運船只直入京師。然而，先后開辟的幾條河道，或因水源緊缺，或因所引河水泥沙含量較大易淤塞，或因地勢陡峻河水易泄等，都沒有成功。通惠河的設(shè)計開鑿，就很巧妙地解決了這些問題，這也是郭守敬為大都水利開發(fā)作出的最為重要貢獻。

當時的大運河北段只到達通州，由通州向西到大都，還有四五十里，其間并無天然河道可資利用。這一帶的地勢西高東低，因此無法直接把通州的運河水西引到北京。要想建立水運渠道，必須在北京的西側(cè)尋找水源，將其東引，與通州運河相接。

郭守敬在考察了大都城周圍的水系狀況之后，確定了一條新運河水源以及水源的流動線路。郭守敬最初設(shè)想是把玉泉山的水源引入新運河，此后又曾一度設(shè)想引用一畝泉的水源，大概都不理想，最終選擇了昌平縣白浮村的白浮泉作為水源。

這個方案的要點，在于為甕山泊一高梁河渠道開辟新的水源。經(jīng)過考察，郭守敬認為可以利用大都城西北方向、位于今昌平東南六里的白浮泉，以及周圍的一些泉水，匯為一體，引向大都，作為新水源。于是提出開挖由白浮泉到甕山泊的引水渠道，長近60里，名為白浮堰。白浮泉地勢高于甕山泊，但其間并非逐漸下降，而有上下起伏。因此白浮堰線路不走直線，而是先將白浮泉水西引，轉(zhuǎn)而與西山山麓相平行南流，匯聚山上流下的泉水，再向東南注入甕山泊。整條渠道略呈C字形，皆呈平緩下降趨勢。這條線路的設(shè)計，反映出郭守敬對這一地區(qū)地形起伏變化有著非常精確的了解。再從甕山泊經(jīng)高梁河，讓水流到大都城內(nèi)的積水潭(今什剎海)然后東南流出文明門(在今崇文門北)，利用金朝開筑的運道徑直東下，到通州高麗莊流入白河，與大運河街接。

郭守敬在水利工程中，首先提出了以海平面為零點的海拔標準概念，早于德國大數(shù)學家高斯56C余年。白浮泉引水選線，循山麓繞行60余里，而海拔高度緩緩下降不過數(shù)米，其精確程度令人驚異。郭守敬又精于歷算，他在新建大都城內(nèi)，通過三年半內(nèi)約200次的晷影測量，定出公元1277-1280年的冬至時刻，再結(jié)合歷史資料加以推算，得出一回歸年的長度為365.2425日。這個值的精確程度與理論值只差23秒，同目前世界上通用的格雷果里歷的值是一致的，而后者的頒行在1582年，晚于郭守敬300年。

從積水潭到通州之間幾十里長的河段是大都運糧河的主干，而大都城的平均高度高于通州約20米，此河段的縱比降很大，水流湍急，糧船仍然無法逆水而上，于是郭守敬在河道中每隔十里置一水閘，離水閘一里多置一斗門，“互為提攜、以過舟止水“調(diào)節(jié)水位確保糧船順利到達大都。這個新方案當時被元政府采用，1292年春天開工，全部工程僅用一年多的時間，于第二年秋天告成。工程完成后，元世祖忽必烈從上都(今內(nèi)蒙古多倫縣)還，路過積水潭，見船只蔽水，大悅，賜名日：通惠。從此以后，通惠河這個名字就一直流傳到今天。通惠河修通后，打通了漕運的“瓶頸”部位，使位于京城中心的積水潭成為水路運輸?shù)慕K點碼頭，這一帶也逐漸成為大都城里最繁華的商業(yè)區(qū)。古人有詩云：“燕山三月風和柔，海子酒船如畫樓”，說的就是那時積水潭的繁華盛況。

郭守敬在61歲時，提出引昌平神山白浮泉水入大都，開通州至大都的運河，使槽運的船只直接駛?cè)敕e水潭。這項宏偉的工程計劃，在郭守敬的主持下實現(xiàn)了。這項工程不但解決了槽運問題，而且對大都的用水、美化大都的環(huán)境等都起著積極的作用。著名的意大利旅行家馬可·波羅來到元大都，見到元大都的壯麗景色，驚嘆地說：“全城地面規(guī)劃有如棋盤，其美善之極，未可宣言。”

通惠河修成后，不僅解決了漕運的問題，而且擴大了都城的水源、且增強了南北物資的交流，對當時的社會與經(jīng)濟發(fā)展，起到了不容忽視的作用。

通惠河自1293年竣工通船，為都城服務(wù)了600多年。這期間，浙江、江蘇、湖南、湖北、江西、安徽、河南、山東8個產(chǎn)糧大省的漕運米粟，除江蘇偶有海運外，絕大多數(shù)經(jīng)大運河至通州，再利用通惠河運至京城?？梢哉f，郭守敬對大都乃至以后的北京的生存發(fā)展功不可沒。

至今北京的居民還在許多方面受惠于這些數(shù)百年前的工程，如現(xiàn)在的京密引水、永定河引水工程，就和郭守敬當年的規(guī)劃有直接關(guān)系。郭守敬對北京水利工程的奠基之作，誠如郭守敬紀念館中懸掛的一幅對聯(lián)所示：“太史名垂宇宙，都水功在人間。”