這位河北人，改變了北京！

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NO.2516- 治水專家郭守敬

文字：朝乾

校稿：朝乾 / 編輯：蛾

本期内容

由地球知識局與北京郭守敬紀念館聯合制作

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北京有一個地名，叫做 "積水潭"。地鐵 2 号線有積水潭站，還有一座著名的積水潭醫院。但是今天的北京，已經沒有一片叫做積水潭的水網域。

事實上，二環内的什刹海，正是積水潭的殘餘。今天的什刹海，被分割為前海、後海、西海三塊封閉的小水網域，水面上偶有幾艘遊船。然而 700 多年前的積水潭，卻是一片十分開闊的水網域，而且船舶眾多，當時的人甚至用 " 舳舻蔽水 " 來形容。

夏日，什刹海一景（圖：圖蟲創意）▼

這一切，都和一位叫做郭守敬的科學家分不開，郭守敬不僅能治水，而且擅長天文、歷法，他的很多發明，對後世影響深遠。

被郭守敬改變的北京城

郭守敬（1231 年— 1316 年），河北邢台人，和元世祖忽必烈是同時代人。忽必烈營建大都時，北方經濟凋敝，京師十分依賴于南方的物資，但此時大運河已經不能通航。郭守敬的一項重要任務，就是将大運河通到大都城内。

隋唐時期的大運河是以洛陽為中心的，淮河以北的通濟渠向西通到洛陽，與黃河以北的永濟渠共同構成一個大彎角。當時的大運河這樣布局，顯然是有利于向洛陽、長安運輸物資的，并且方便隋唐王朝控制全國。

隋代運河系統（圖：《大運河畫傳》）▼

南宋初年時，宋軍為了阻擋金兵南下，決開黃河，導致黃河奪淮入海。黃河泥沙淤塞了運河，再加上宋金長期對峙，淮河以北的運河無法同航。

到了元朝定都大都，政治中心北移，再去疏浚原來的運河意義便不大了。于是，郭守敬經過缜密勘查後，采取裁彎取直的方式，使運河不再經過洛陽，而是走山東進入海河流網域。

元代大運河歷史地圖（圖：《大運河畫傳》）▼

經過郭守敬和無數勞工的努力，運河終于通到了通州。但是從通州到大都這段依舊很不容易。原因在于大都地勢比通州高得多。這就涉及到兩個問題，一是怎樣讓船爬坡，二是怎樣保證大都方面的水量。

為了解決第一個問題，郭守敬改進了升船閘，在通州通往大都的運河上設立了 24 道船閘，改用石閘門，分段控制水位，利用連通器原理讓船舶實現 " 爬坡 "。

通惠河二十四閘（圖：北京郭守敬紀念館）▼

為了保障水量，郭守敬主持修建了白浮泉引水工程。這一工程的水源，是位于昌平山區的白浮泉，為了保證泉水能到達大都城内，水渠沿着山麓走了一個 C 字型。如果走直線的話，中間有一段海拔很低的區網域，水就到不了大都城。白浮泉沿着水渠到達甕山泊（就是今天昆明湖），再從甕山泊引到大都城内。

拐出一個大大的 "C 字型 "

（圖：北京郭守敬紀念館）▼

當時的積水潭，就是大都内部的一個湖泊，白浮泉的水最終到達了這裏，京杭大運河的終點也在這裏。所以，700 多年前的積水潭 " 舳舻蔽水 "，來自江浙地區的船舶在這裏停泊卸貨。積水潭作為大運河的終點，也帶動了鍾鼓樓地區的商業繁榮。

從圖中可見，當時的積水潭面積不小

（底圖：北京郭守敬紀念館）▼

後來明成祖朱棣營建北京，将城牆南移，不得不填平了積水潭的西段，但由于地基十分松軟，無法建築城牆，所以明清北京城的西北角缺了一小塊。而積水潭的東段由于失去了航運價值，日益萎縮，最終形成了今天的什刹三海。

與元大都相比，明清北京城偏南▼

郭守敬的另一項成就，是治理永定河。永定河作為北京的母親河，季節性變化很大，脾氣喜怒無常。剛剛過去的暴雨和洪災，充分證明了永定河的暴虐。但是忽必烈營建大都，許多建材需要通過水運，而引永定河水是最可行的辦法。

事實上，早在金朝時，人們就曾試過引永定河水，卻以失敗告終。因為永定河水過于洶湧，且含沙量很大，無法行船。金朝人開的這條河叫做 "金口河"。

1265 年，郭守敬向忽必烈建議重開金口河，得到了贊賞，并被授權全面負責元朝的水利工程。郭守敬吸取金人的教訓，在金口的上遊麻峪村附近，預先開引一個減水口，從減水口向西南再鑿一段又深又廣的水渠，重新連接金口以下的永定河。

減水渠示意圖（圖：北京郭守敬紀念館）▼

這樣，洪水來襲時，就可以從減水口把洪水分出去一部分，使這些水在金口下遊回歸主河道，從而避免洪水直接灌入金口河，威脅到都城的安全。由此，導永定河水入護城河，為營建大都提供了一條重要的運輸通道。

但元朝時的永定河還是過于暴虐，考慮到都城的安全，朝廷最終決定關閉金口。從 1266 年到 1301 年，金口河總共用了 35 年。

今日，永定河畔永定樓（圖：圖蟲創意）▼

今天北京的水系，除了天然河道外，大多是郭守敬主持修建的。在修建這些水利工程的過程中，郭守敬發明了很多有用的東西。比如説 " 海拔 " 這個概念，就是郭守敬最先提出的。他以海平面高度作為高程起算的基準面，在世界測繪史上具有重要意義。

（圖：北京郭守敬紀念館）▼

" 四海測驗 " 與《授時歷》

郭守敬的另一項重要成就是觀測天文。古人説：" 工欲善其事，必先利其器 "，郭守敬首先是改進了觀察儀器。

元代以前用于确定星體坐标的渾儀，把測量道坐标、地平坐标和黃道坐标等多種不同坐标的機構都裝在一個系統内。導致一個球面空間被安裝了八九個圓環，制造、使用都很不方便，還遮擋視線。

而郭守敬改進發明的 "簡儀"，将把地平坐标與赤道坐标分為兩個獨立的裝置，解決了這些問題，還利用滾珠軸承，使之轉動更靈活，觀測更加精确。

簡儀，長這樣（圖：圖蟲創意）▼

另外，郭守敬海改進了古人觀測日影的工具圭表。古人通過日影長短，可以劃分節氣，推算歷法。為了提高測量精度，郭守敬增加了圭表的高度，并且發明了一個叫 " 景符 " 的輔助儀器。這種改進版的圭表叫做 " 高表 "。

此外，郭守敬還發明了仰儀、窺幾等觀測儀器。利用這些儀器，郭守敬觀測出了前人未命名的星體一千餘顆。

仰望漫天星宿，郭守敬會作何感想呢？

（圖：圖蟲創意）▼

眾所周知，元朝的版圖是歷代王朝中最大的，這麼大的版圖，對于天文觀測是十分有利的。

1279 年，郭守敬向忽必烈建議：" 唐朝開元年間，僧一行曾在全國 13 處觀測點進行天文觀測，如今元朝的疆網域比唐還大，如果不分赴各地進行實測，就不能了解日月食的時刻和食分數、各地晝夜長短的差距，以及日月星辰在天球上的位置。"

這項建議得到了忽必烈的贊同，由此便開始了一項叫做 " 四海測驗 " 的大規模天文觀測活動。郭守敬在元朝廣袤的版圖上設立了27 個測影所。這些測影所分布在不同緯度。通過觀測當地的日影長短，就能計算出地球的半徑。

圖中北海測影所位置根據譚圖修改

（底圖：北京郭守敬紀念館）▼

其中最北部的測影所叫做北海測影所。它的位置意味着元朝實際控制疆網域的北部極限。根據測量結果，北海測影所的緯度是北緯 64 ° 左右，非常靠近北極圈（66 ° 34 ′），應該處在西伯利亞腹地。根據元朝史料，北海測影所以北有一座日不落之山，山名顯然是指極晝現象，説明這座山位于北極圈内。

最南邊的測影所叫做南海測影所，緯度在北緯 15 ° 左右，具體位置位于西沙群島，可能是元朝實際控制疆網域的最南邊。

這 27 座測影所唯一保存至今的，就是河南登封的觀星台。

星空下，河南登封觀星台（圖：圖蟲創意）▼