郭守敬：水利科技工作者的楷模

習近平總書記在全國科技創(chuàng)新大會上提出了建設(shè)世界科技強國的宏偉藍圖，我們這樣一個充滿創(chuàng)新活力的偉大時代是700多年前郭守敬的夢想。

郭守敬上紫金山

1247年，有一位名叫劉秉忠的和尚回邢州（今河北邢臺）老家為父奔喪。幾年前他遠赴塞外晉見了蒙古親王忽必烈。忽必烈與劉秉忠，一個是“思大有為于天下”求賢若渴，一個是“以待時而起”滿腹經(jīng)綸，一拍即合，在親王府上演了一出元代版的“隆中對”，劉秉忠成了忽必烈的重要謀士。忽必烈是總領(lǐng)漢地事務(wù)的親王，邢州的地方官豈敢怠慢于劉秉忠？但是，劉秉忠看到十室九空的家鄉(xiāng)痛心疾首，帶著父親的棺槨直奔太行山深處的紫金山而去。

紫金山山川輝映形成一幅巧奪天工的“八卦圖”，劉秉忠早就看上了這塊匯聚天地靈氣的風水寶地。他在這里一邊結(jié)廬守孝一邊思考著治理國家的大政方針?！熬葡悴慌孪镒由睢保笥压逝f紛紛上山要伴他一起守孝，讓劉秉忠高興得合不攏嘴。一天早上，劉秉忠搖頭晃腦吟道：“望乾坤浩蕩，曾際會好風云。想漢鼎初成，唐基始建，生物如春。東風吹遍原野，但無言紅綠自紛紛?；ㄔ铝鬟B醉客，江山憔悴醒人。龍蛇一屈一還伸。未信喪斯文……”在他看來“斯文”就是中華民族永遠延續(xù)的血脈。

劉秉忠吟得正在高興處，忽聽有人擊掌叫好，回頭一看更加高興，原來是老朋友郭榮來了。劉秉忠隱居期間多次與郭榮促膝交談，知道郭榮在數(shù)學和水利上的造詣頗深。

劉秉忠見郭榮身后站著一位英俊少年，就問郭榮：“這是誰？”郭榮說：“我的孫子郭守敬，想拜你為師上山學藝?！眲⒈倚Φ溃骸澳愕膶W問不在我之下，何必舍近求遠呢？”郭榮說：“我這孫子從小與眾不同，別人家的孩子貪玩，他卻喜歡鉆研奇技淫巧。我的那些學問早就讓他學得差不離了?！眲⒈铱粗鼐葱睦锍錆M喜悅之情。

劉秉忠清楚知道中華民族的“斯文”不僅包括以四書五經(jīng)為代表的儒家思想，還包括數(shù)學、天文、水利、儀器制造等“奇技淫巧”。劉秉忠拍著郭守敬的肩膀說：“你就留下，不過先生我不敢當。來紫金山的人各有專長，就讓我們一起學習吧！”

郭守敬開始了新的學習生活。他很快發(fā)現(xiàn)紫金山上的人的確各有專長，劉秉忠精通天文地理，在城市規(guī)劃設(shè)計方面有獨到見解；張文謙是農(nóng)業(yè)方面的專家；王恂是數(shù)學天才……郭守敬在紫金山上與他們?nèi)找固接憯?shù)學奧秘、觀測星相變化、研究水利工程設(shè)計和施工，為日后在科技領(lǐng)域大展宏圖奠定了堅實的基礎(chǔ)。

父老鄉(xiāng)親夸“郭生”

時光荏苒，轉(zhuǎn)眼之間劉秉忠3年守孝期滿，忽必烈迫不及待地召劉秉忠回和林（當時蒙古國的都城）議事。劉秉忠這一去，開啟了元朝歷史的新時代。他首先將在紫金山上與眾同學反復(fù)商定的治國大政方針獻給忽必烈；其次舉薦張文謙、張易、王恂等同學故友共同輔佐忽必烈；最后建議將蒙古國更名為大元國，因而忽必烈成為元朝首任皇帝。

郭守敬需要服侍年邁的祖父，因此與其他同學相比出仕較晚，但他以一介草民身份參加了家鄉(xiāng)的水利建設(shè)。在邢州城北有三條河，由于多年戰(zhàn)亂，治河無人問津，造成河水決堤到處漫流，把肥沃田野變成了一片沮洳泥淖。原來在河上建有一座石橋，人稱“豫讓石橋”，此時這座古石橋早已不見蹤影，當?shù)厝思芷鹨蛔喴啄緲蛎銖姽┤送ㄐ?，但木橋窄小，隨做隨壞。

新到任的邢州地方官很想修復(fù)石橋，以解決城里城外交通難題，多次派人探摸橋墩位置但一無所獲。他們登門拜訪德高望重的郭榮，想請這位水利老專家出山幫助尋找橋墩，但郭榮卻推薦了剛從紫金山回家的孫子郭守敬。

郭守敬果然與眾不同，他不去淤泥里探摸橋墩的位置，而是拿著測量儀器行視地脈，分畫溝渠，提出三條河水的走向和堵口修堤的計劃。因為郭守敬精通測量技術(shù)，他提出的河水經(jīng)行路線非常科學，沒過多久三條河水就順著各自河道排泄而去，并很快找到了久埋于淤泥之中的橋墩。只見大石墩堅整完好，鋪上橋板就可通行車馬，這下無論官員還是百姓都變懷疑為信任，對郭守敬充滿了敬佩之情。大家的治河熱情高漲，在郭守敬的指導(dǎo)下，沒過多久就全面完成了堵口修堤計劃。

“豫讓石橋”正式開通的那一天，邢州城萬人空巷。父老鄉(xiāng)親爭先恐后觀看這一盼望已久的人間景觀：河中水蜿蜒流淌，河橋上車馬穿行。大家無不稱贊郭生的才能。

源于實踐的真知灼見

1260年，張文謙以中書省左丞相（相當于現(xiàn)在的副總理）身份到地方勸課農(nóng)桑。當時，忽必烈詔告天下“國以民為本，民以食為本，衣食以農(nóng)為本”，確定了重農(nóng)的國策。張文謙是農(nóng)業(yè)專家，當然知道發(fā)展農(nóng)業(yè)離不開水利，離不開熟悉水利的郭守敬。他一到地方就把分別10年之久的郭守敬找來。郭守敬不負老同學的厚望，晝夜勘測地形，籌劃水利工程。

次年春天，張文謙回上都匯報工作，被留在朝中處理政務(wù)，但引沁灌溉工程建設(shè)方案得到批準。這項工程的修建使土地肥沃的沁河下游平原很快煥發(fā)出勃勃生機。郭守敬忙完引沁灌溉工程，又馬不停蹄地轉(zhuǎn)戰(zhàn)到大都（在今北京）的水利工地。此時，劉秉忠已完成上都（在今內(nèi)蒙古錫林郭勒）的建設(shè)任務(wù)，開始規(guī)劃大都城的建設(shè)，劉秉忠知道，大都城建設(shè)的成敗與水利的關(guān)系極大，城市供排水離不開水利，南糧北調(diào)更離不開水利，于是他想到了郭守敬。郭守敬詳細考察了大都周圍的地形，提出了具體的工程措施。

1262年，張文謙向忽必烈舉薦了習知水利、巧思絕人的郭守敬。忽必烈非常高興，在上都便殿召見了郭守敬。郭守敬面陳“水利六事”，第一事是關(guān)于大都漕運的，建議引玉泉水入運河以改造金朝留下來的通州到大都的舊運河，并將通州以南的運河裁彎取直。第二至第四事是關(guān)于家鄉(xiāng)附近水利的，建議將邢州城東的河水引入城中并澆灌農(nóng)田；開挖灃河河道，使河道歸順、水涸田出，并與衛(wèi)河相接，通行舟筏；在滏陽河和漳河交匯處開挖渠道，引水入灃河，既可增加灃河水量利于通舟，又可灌溉沿線農(nóng)田。第五至第六事是關(guān)于沁河和黃河的，雖然引沁灌溉工程已發(fā)揮效益，但從溢流堰上溢出的余水還有不少，建議在沁河余水與丹河交匯處開挖渠道，引水入衛(wèi)河，既可增加衛(wèi)河水量利于通舟，又可灌溉沿線農(nóng)田；建議在孟州以西開挖一條引黃渠道灌溉今天溫孟灘的田地，退水從溫縣以南復(fù)入黃河，由于有黃河古岸阻擋，因此十分安全。

郭守敬提出的建議都是經(jīng)過深入細致的調(diào)查研究得出的真知灼見，貫穿了興利與除害并重的治水理念。因此，當他拿著精心繪制的工程圖每講解完一事，忽必烈就嘆一聲：“此人真不為素餐矣！”由衷感佩郭守敬的真才實學。

碩果累累的西夏行

由于張文謙上次到地方勸課農(nóng)桑取得很大成績，1264年忽必烈再次命他以左丞相身份治理原來的西夏國。西夏是黨項族建立的割據(jù)政權(quán)，先后與北宋、遼及金、南宋鼎立。在西夏瀕臨黃河的地區(qū)有著悠久的引黃灌溉歷史，在中興州（今寧夏銀川）就有長200公里的唐徠渠和長125公里的漢延渠，引黃灌溉使這一地區(qū)成為歲無旱澇之虞的“塞上江南”。但是，多年戰(zhàn)亂使引黃灌溉設(shè)施遭到嚴重破壞，久負盛名的“塞上江南”變成了滿目瘡痍的鄙野之鄉(xiāng)。

張文謙像上次勸課農(nóng)桑一樣，忘不了帶上老同學郭守敬同行。郭守敬到西夏后，沿黃河兩岸勘察地勢水情，走訪百姓，繪制地圖，很快提出了因舊謀新、更立閘堰、既快又省的治水方案。

郭守敬的方案非?？茖W，一是強調(diào)以疏浚修復(fù)舊渠道為主，以增開新渠為輔。二是更立閘堰，即在各引黃干渠的取水口附近設(shè)置溢流堰，黃河水位高的時候可以控制入渠水量和沙量；在溢流堰后又設(shè)置兩三個退水閘，水小時閉閘，水大時酌量開閘，以調(diào)節(jié)渠道內(nèi)的水量，同時也可以利用退水閘進行渠道清淤；過了退水閘才是渠道的正閘。從更立閘堰的設(shè)計中可以看出當年引沁灌溉工程的影子，充分說明郭守敬是一個善于總結(jié)經(jīng)驗、精益求精的水利專家。后來這一套閘堰設(shè)計思想在開挖京杭大運河時也得到利用。

郭守敬率領(lǐng)民工，在農(nóng)閑季節(jié)開展施工，迅速恢復(fù)和發(fā)展了引黃灌溉事業(yè)，為農(nóng)業(yè)發(fā)展和老百姓安居樂業(yè)提供了條件，西夏地區(qū)再次出現(xiàn)了五谷豐登、稻麥飄香的喜人景象。老百姓感激為民造福的郭守敬，在渠上為他建立生祠；消息傳到上都，忽必烈提拔他為都水少監(jiān)（相當于現(xiàn)在的水利部副部長）。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業(yè)，接著又做了兩件大事。

一是探尋黃河源。黃河是中華文明的搖籃，李白一句“黃河之水天上來”道出了我國古代人民對河源的情懷，但在郭守敬之前沒有人對河源地區(qū)進行過專門的科學考察。郭守敬利用西夏地區(qū)距河源較近的有利條件，不顧風險毅然“挽舟溯流而上”，拉開了我國科學家考察河源的序幕。令人扼腕的是這次考察的結(jié)果沒有流傳下來。

二是親身試航寧蒙河段。郭守敬離開中興州，特命舟順河而下，4晝夜至東勝（今內(nèi)蒙古托克托），以自己的親身經(jīng)歷證明了此段黃河可以行舟漕運。

元代京杭大運河的總設(shè)計師

郭守敬從西夏回來，大都城的建設(shè)已熱火朝天，總設(shè)計師劉秉忠卻愁眉不展。劉秉忠一見郭守敬就讓他幫助解決往工地運送建材的難題，原來修城的木石等主要建材多采自西山，利用人畜運輸代價太大、時間太慢。郭守敬立即到西山考察，發(fā)現(xiàn)在金朝的時候開有一條穿西山而出的金口河，只是由于水急易決被用大石填塞了。郭守敬提出按照故跡重開金口河以運送建材的方案。忽必烈稱這是個好辦法，劉秉忠則更加高興。重開后的金口河為大都城的建設(shè)立下了汗馬功勞。

不過對于郭守敬來說重開金口河只是小試牛刀，接下來他就要大顯身手了。1275年，元軍突破長江天險，全國統(tǒng)一已指日可待，重開南北大運河被提上元朝的議事日程。隋唐時期開挖的以洛陽為中心的南北大運河已無法適應(yīng)變化了的形勢要求，必須急速修建連接全國政治中心的大都與全國經(jīng)濟中心的江南之間的水路交通大命脈——京杭大運河，以解決京城官民的衣食難題。破解這道難題的重任就落在了已擔任都水監(jiān)（相當于現(xiàn)在的水利部部長）的郭守敬頭上。

郭守敬以宏大的氣魄組織了一次大規(guī)模的地形測量。這次測量的范圍南北長約5500公里、東西長約3000公里，不僅包括原來隋唐大運河的河道，而且循黃河故道測量了汶河、泗河、衛(wèi)河及其相鄰的水道。更為重要的是這次測量在世界測量史上首次以海平面為基準，從而保證了測量結(jié)果的準確性。

郭守敬根據(jù)測量結(jié)果，建立起一條從直沽（今天津）入衛(wèi)河，經(jīng)山東德州、臨清到淇門鎮(zhèn)（今河南淇縣境），再改換陸運90公里到中灤旱站（今河南黃河北岸封丘西南）入黃河，到江蘇淮安入淮揚運河，在京口（今江蘇鎮(zhèn)江）過長江，經(jīng)江南運河到浙江杭州的水陸聯(lián)運的路線。這條路線雖說曲折艱難，但對于元統(tǒng)一全國起到了積極促進作用。

郭守敬還根據(jù)測量結(jié)果進一步提出在山東濟寧以南汶河與泗河合流地方至大清河之間新開一河，北引汶水，東引泗水，分流南北，便可南達江淮，北通京津的設(shè)想。這實際上就是開通山東運河、打通京杭大運河的規(guī)劃。

郭守敬還根據(jù)測量結(jié)果對黃河中下游治理提出了初步設(shè)想，指出什么地方可以分洪滯洪、什么地方可以引黃灌溉。

郭守敬提出的設(shè)想和建議都是以準確的測量結(jié)果為依據(jù)，因此在朝中上下很快形成了“今南北混一，宜穿鑿河渠，令四海之水相通”的共識。

改行修歷成就非凡

郭守敬正在為打通京杭大運河躍躍欲試，忽必烈突然命他去修新歷法，原來這是他的老同學劉秉忠生前的特意安排。

劉秉忠善觀天象，早就發(fā)現(xiàn)當時的歷法存在不少謬誤，對人民的生產(chǎn)生活造成影響。他向忽必烈建議重修歷法，但還未開展工作就無疾而終。他生前列出的重修歷法人員名單是讓張文謙和張易主抓修歷，讓郭守敬主管測驗，讓王恂主管計算，也就是把紫金山上的老同學都拉入修歷隊伍當中。

劉秉忠可謂用心良苦，一方面他知道他這幾位老同學的學識，要修出一部先進的歷法就必須依靠他們；另一方面，他看到當時勢傾朝野的大臣阿合馬與太子真金的關(guān)系已經(jīng)到了水火不容的地步。真金主張輕徭薄賦、藏富于民，阿合馬則是想盡一切辦法搜刮民財，而忽必烈完全站在了阿合馬一邊，并開始疏遠乃至猜忌從小給真金灌輸儒家治國思想的儒臣和漢人。如果老同學卷入了這場斗爭就有性命之憂。只可惜張易不愿坐修歷的冷板凳，而愿做耀武揚威的樞密副使（相當于現(xiàn)在的國防部副部長），落了個身首異處的下場。

郭守敬工作崗位變了，但為科技事業(yè)獻身的精神一點兒也沒變。他首先檢查天文觀測儀器，發(fā)現(xiàn)這些儀器或陳舊或精度不夠，不能滿足修歷的要求，認為必須創(chuàng)制一套更為精密的新儀器。1279年，郭守敬向忽必烈講解這套新儀器的原理，從早上一直講到日落，忽必烈聽得津津有味、毫無倦意。郭守敬借此機會提出了一個宏大的天文觀測計劃。忽必烈批準了郭守敬的計劃。郭守敬派出14個天文觀測隊到至少27個點進行觀測，范圍東至高麗、西極滇池、南逾朱崖、北盡鐵勒，這就是著名的“四海測驗”。更令人敬佩的是，“南逾朱崖”的觀測點就在今天的南海黃巖島一帶。

1280年，一部新歷宣告完成，忽必烈根據(jù)“敬授民時”的古語，賜名《授時歷》。這是當時世界上最先進的歷法，在我國通行了360多年。令人感嘆的是數(shù)學天才王恂由于積勞成疾于此年英年早逝。

郭守敬看著太史院里成堆成捆的計算草稿眉頭皺起老高，他知道頒布《授時歷》只是修歷工作的一部分，只有將《授時歷》的測驗和計算方法等整理定稿才能使后人知其所以然。面對如此重要而艱巨的工作，他毅然獨當大任，春去秋來，寒來暑往，默默地把草稿“比次篇類，整齊分杪”，幾年下來整理撰寫出共達105卷的著作。但這些寶貴的科技財富并沒有全部流傳下來！

為京杭大運河畫上神來之筆

修建京杭大運河是當時舉國關(guān)注的一件大事，郭守敬怎么會無動于衷呢？實際上，他在緊張的修歷工作之余時刻牽掛著京杭大運河工程的進展和動向。

1283年，濟州河開通，1289年，會通河開通，但是，由于兩河岸狹水淺不能負重又時常受黃河侵襲，運量遠不能滿足大都的需要。因此，元朝大力發(fā)展海運事業(yè)，開通了海上航線。無論從京杭大運河還是從海路運糧終點都在京東的通州，而通州距大都還有好幾十公里的路程，依靠陸運每年數(shù)百萬石的漕糧效率極低，開挖一條從通州直達大都的運河成為解決南糧北運的關(guān)鍵所在。

1291年，雄踞一方的蒙古軍閥海都攻占了元朝故都和林。忽必烈親率大軍出征，海都卻早已撤軍西去。撲了個空的忽必烈氣哼哼回到上都，布置對海都的軍事圍剿。此時，從大都往塞北運送軍糧成為一件棘手的事情。在大都的朝廷里經(jīng)常以運糧為題展開討論，有人說從京東逆灤河挽舟而上可把軍糧送到上都；有人說從京西逆盧溝河（今永定河）挽舟而上可把軍糧送到尋麻林（在今河北張家口）。朝廷大員不敢怠慢，讓他們各試所說。

坐在太史院的郭守敬聽到消息不住搖頭。果然，說從灤河可以運糧到上都的走到半道就再也走不動了，只好灰溜溜地從原路返回。說從盧溝河運糧到尋麻林的見狀才知道漕運不是有水就能運的，這才想起了水利專家郭守敬，死乞白賴地要拉上郭守敬與他們一起上路。早就想重返水利工作崗位的郭守敬明知這是白費工夫，卻滿口答應(yīng)下來，原來他肚子里早已謀劃好了修建從通州直達大都運河等工程方案，只是想借此機會面見忽必烈陳奏。

一切都在郭守敬意料之中。郭守敬跟著那些人從門頭溝上船逆盧溝河而上，沒走多遠就進入了山巒重疊、溝谷彎曲、水流湍急的深山峽谷，嚇得那些人渾身發(fā)抖，只得從原路返回。遠在上都的忽必烈聞知大怒，讓朝廷大員帶上有關(guān)人員面奏詳情。郭守敬因此獲得了面見元朝最高決策者的寶貴機會。

郭守敬在上都“別陳水利十有一事”，但《元史》只記載了郭守敬的大都運糧河方案。這個方案提出，引昌平縣的白浮泉西折南轉(zhuǎn)，會雙塔、榆河、一畝、玉泉諸水，入甕山泊（今昆明湖），再經(jīng)長河入古高粱河至西水門入大都城，環(huán)匯于積水潭（今什剎海），然后東折而南出文明門，沿舊運糧河東至通州高麗莊入白河，全長80多公里。其中“每十里一置閘，比至通州，凡為閘七，距閘里許上重置斗門，互為提閼，以過舟止水”。

忽必烈看著不僅圖文并茂而且圖上標著高程的奏疏喜上眉梢，連聲說：“當速行之！”他不得不恢復(fù)了已撤銷多年的都水監(jiān)，讓郭守敬重返水利領(lǐng)導(dǎo)崗位。

1292年春天，工程開工，令郭守敬吃驚的是那些昔日嫉妒排擠他的朝中大員都拿著鐵鍬站進了施工隊伍里，原來忽必烈明確要求：“丞相以下皆親操畚鍤倡工，待守敬指授而后行事?！?/p>

次年秋天整個工程竣工，病魔纏身的忽必烈專程趕回大都參加通航儀式，當他看到滿載糧食的船舶直駛進大都城，積水潭碼頭桅檣如林、熱鬧非凡的景象，禁不住淚水漣漣，命名這條運河為“通惠河”。不久，忽必烈病逝。通惠河是郭守敬為京杭大運河畫上的神來之筆，也使忽必烈?guī)е屑と宄紳h士幫助他建立大元王朝的微笑離開人間。

通惠河正如其名，設(shè)計非常巧妙。白浮泉發(fā)源地海拔約為60米，比大都城高出約10米，但因兩者之間有沙河和清河兩條河，如果引白浮泉直線南下，泉水就會沿河東流而下；如果架設(shè)渡槽，只能引白浮一泉之水，達不到通航吃水深度。郭守敬所選的線路看似迂回曲折，卻接納了沿途諸多水源，使通惠河能夠維持較高水位、滿足通航需要。由此可見，郭守敬的地形測量技術(shù)有多么高超！

讓他再活800年

1298年春天，元成宗鐵穆耳計劃在上都附近開挖一道泄洪渠，請郭守敬到上都進行籌劃。郭守敬對上都南高北低的地形非常熟悉，但作為經(jīng)驗豐富的水利專家，還是對多年雨量洪水情況進行了認真核實，提出的設(shè)計方案為：渠首在外城西門外450米處，折向東南入閃電河，渠道寬70多米，全長近6公里。郭守敬一走，主管修渠的官員認為郭守敬過于保守，竟將渠道寬度縮減了1/3。第二年汛期，大雨如注，山洪暴發(fā)，致使渠道不能承載洪水，泛濫的大水沖走了人、畜、帳篷。受到自然懲罰的鐵穆耳不禁感嘆：“郭太史神人也，惜其言不用耳！”如今，這道泄洪渠仍在蒼茫的大草原上蜿蜒流淌，好像向人們述說著這里曾經(jīng)的繁華和滄桑，述說著當年郭守敬開渠的動人故事。

習近平總書記在全國科技創(chuàng)新大會上提出了建設(shè)世界科技強國的宏偉藍圖。我們這樣一個充滿創(chuàng)新活力的偉大時代，是700多年前郭守敬的夢想，如果郭守敬能活到現(xiàn)在，他的創(chuàng)造發(fā)明應(yīng)該更加豐富多彩；如果現(xiàn)在的科技工作者能以郭守敬為榜樣，牢固樹立崇高的科學精神，我國的創(chuàng)新事業(yè)就一定會出現(xiàn)千里馬競相奔騰的新氣象。郭守敬為后人留下了寶貴的科技遺產(chǎn)，也為后人留下了廣闊的思考空間……