治水业绩江河长在———记元代水利专家郭守敬
夏厚杨
黄河水利委员会机关工会)
  郭守敬(1231~1316年),字若思,顺德(今河北邢台县)人,是中国元代杰出的天文学家、数学家、水利专家和仪器制造专家。他在天文、历法、水利等方面都取得了辉煌的成就,治水方面的成就更为突出,在中国水利发展史上留下了光辉的一页。
郭守敬幼年便由祖父郭荣抚养,郭荣是邢州大儒,饱学之士,精通天文、数学和水利,对郭守敬的成长起到了积极作用。在郭荣的影响与教育下,郭守敬启蒙较早,勤奋好学。
为了进一步增长知识、开阔眼界,中统三年(1262年),祖父郭荣又将郭守敬送到自己的好友刘秉忠门下深造。刘秉忠学识渊博,精通《易经》,深谙天文、水利、算术、律历等各种知识。从此,郭守敬开始了一个全新、系统的学习,他聆听当代大儒教诲,刻苦学习天文、地理、律历、数学等方面科学知识。
初出茅庐
郭守敬非常重视学以致用。他认为,学来的知识不应用,束之高阁,不仅是一种浪费,也是一种空泛谈论的学风。
当时邢州城北的河流,泥沙漫流,淤塞河道,淹没了河中石桥,行路人只能涉水而过。蒙哥汗八年(1251年),郭守敬参与河道修整工作,他认真考察现场,审度地形地貌,查看水流方向,进行精确计算,指明方位,挖出了完好的石桥遗物。这项工程受到了时人的传颂,著名文学家元好问曾专门为此写了一篇《邢州新石桥记》,文中的“郭生”指的就是年轻的郭守敬。他又命人疏浚河道,便利了交通,使周围几百亩农田得到灌溉,促进了当地农业生产的恢复。这一工程,只征调了400名民工,利用冬季农闲的40天就完成了。省时省工又效益显著,郭守敬一时名声大震,这一年他年仅20岁。
中统元年(1260年),刘秉忠的老朋友张文谦把郭守敬带到自己身边工作,让他在参加水利建设。中统三年(1262年),时任中书左丞的张文谦推荐31岁的郭守敬主持水利,称赞他“习水利,巧思绝人”。同年,郭守敬被张文谦引荐给了忽必烈。忽必烈召见郭守敬,郭守敬针对当时存在已久的华北水患和漕运问题,提出六条建议:
其一,中都旧漕河,东至通州,引玉泉水以通舟,岁可省雇车钱六万缗。通州以南,于兰榆河口径直开引,由蒙村跳梁
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务至杨村还河,以避浮鸡氵甸盘浅风浪远转之患。其二,顺德达泉引入城中,分为三渠,灌城东地。其三,顺德沣河东至古任城,失其故道,没民田千三百余顷。此水开修成河,其田即可耕种,自小王村经滹沱,合入御河,通行舟筏。其四,磁州东北滏、漳二水合流处,引水由滏阳、邯郸、洺州、永年下经鸡泽,合入沣河,可灌田三千余顷。其五,怀、孟沁河,虽浇灌,犹有漏堰余水,东与丹河余水相合。引东流,至武陟县北,合入御河,可灌田二千余顷。其六,黄河自孟州西开引,少分一渠,经由新、旧孟州中间,顺河古岸下,至温县南复入大河,其间亦可灌田二千余顷。
“水利六事”都是经过仔细查勘后提出来的切实的计划,对于经由路线、受益面积、河道整治等都说得清清楚楚。忽必烈听完郭守敬的建议后十分高兴,叹曰“当务者,此人真不为素食矣”,并授予其“提举诸路河渠”的职务。翌年,郭守敬又被提升为佩戴银符的副河渠使。自此,郭守敬开启了其伟大的水利人生。
西夏治水
西夏末年,由于蒙夏连年征战,水利设施遭到严重破坏,田地荒芜。西夏覆亡后,宁夏地区的引黄灌区无人管理,遭至荒废,陷入沟渠破败,生产衰退的惨淡景象。元朝建立后忽必烈推行重农政策。至元元年(1264年),他派张文谦以中书左丞行省西夏,全面负责西夏治水工作,副河渠使郭守敬随其前往,视察水利。
郭守敬来西夏后沿黄河两岸勘察地势水情,走访百姓,绘制地图,发现长达400余里的唐来渠和长达250余里的汉延渠以及12条干渠、68条支渠都没有办法引水。当时有人主张废弃旧渠,另开新渠,郭守敬经过调查研究后,提出“因旧谋新”“更立闸堰”的既快又省的治水政策。即在疏浚旧渠故道的基础上,开挖新渠,更立渠首闸坝。忽必烈审批后付诸实施。
郭守敬率领民工,开挖疏浚原有河道,修堤建坝,“更立牌堰,皆复其旧”,“授田种,颁农具”。在他的指导下,普遍采用了新的工程技术,修筑渠、堰、陂、塘,大都使用了调节水量的“牌堰”,即水坝和水闸(斗门)。水坝和水闸起到了控制水流、水量的作用,旱则开闸引水入田,以收灌溉之利;涝则关闭闸门,以避泛滥之灾,使整个灌溉系统具有很好的灌溉和防洪效益。在不到一年的时间里,修复了唐来渠、汉延渠以及多条正渠和大小支渠,圆满完成了疏浚修复河渠的任务。此后几百年间,汉延、唐来两条大渠多次重修,基本上还是采取郭守敬的策略。同时,郭守敬创立的木制滚水坝和木闸堰,一直沿用至清朝。从修筑水渠到建筑水坝水闸,是灌溉史上的一大进步。如今,建筑水坝水闸仍是宁夏黄灌区节制水量的主要方法。
经过坚持不懈的努力,河套地区的灌溉系统不仅得到恢复发展,数万顷黄灌区农田得到了及时水利灌溉,农业生产也得到了快速发展,引黄灌区的农田面积超过了历代,达到了一万多公顷,河套平原再次出现了“塞北江南”的景象。西夏人民感激郭守敬,特建“郭氏生祠”于渠上,并立碑记其事。除此之外,在银川兴庆区唐徕渠大桥旁,也筑有一尊郭守敬全身雕像,以示纪念。
设立水驿
  至元八年(1271年),郭守敬被任命为
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都水监。至元十一年(1274年)忽必烈大举伐宋,为便于前后方联络,决定除原有的陆路驿站外,再另设水路驿站。至元十二年(1275年),为了议立水驿,郭守敬曾在现今的河北、河南、山东、江苏一带作了一次相当广泛的循环往复的测量和水道处理工作。据《国朝文类》卷50“郭公行状”所记:为了设立水驿,郭守敬视察了“自陵州(德州)至大名;又自济州(济宁)至沛县;又南至吕梁(徐州东南);又自东平(山东东平县)至纲城(山东宁阳县东北);又自东清河(大清河)逾黄河故道与御河相接;又自卫州(卫辉)御河至东平;又自东平西南水泊至御河”的地形。最终掌握了济州、大名、东平等地以及泗水、汶水与御河相通的总形势,并绘制了图形上奏忽必烈。事成,在华北平原和黄淮平原上,就开始有了用船只运送官员和文书的“水驿”。
考察黄河
郭守敬一直关注黄河及其支流河道开发利用情况,并曾设想研究黄河加大对两岸农田的灌溉面积。在觐
见忽必烈时提出的“水利六事”中,在第五条提出“怀、孟沁河,虽浇灌,犹有漏堰余水,东与丹河余水相合。引东流,至武陟县北,合入御河,可灌田二千余顷”,说明他对当时沁河河道情况了如指掌,第六条提出“黄河自孟州西开引,少分一渠,经由新、旧孟州中间,顺河古岸下,至温县南复入大河,其间亦可灌田二千余顷”,这一条建议不仅说明他对于黄河孟州段的河道和水流水势状况非常了解,还提出了跨区域调水的治水思想。
据齐履谦《知太史院事郭公行状》载,郭守敬在宁夏期间,还向元世祖忽必烈提出开发黄河、探寻黄河河源的建议。至元元年(1264年),他“尝挽舟溯流而上,究所谓河源”。虽然史籍上没有记载这次探险的结果,但实际上郭守敬是探寻黄河河源的第一人。
以往史书上虽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,顺便查探,写下的一些记述,并不是特意进行的科学考察结果。有些记载只是从传闻得来,还不免失实。而以科学考察为目的,专程来探求黄河真源的,要推郭守敬为第一人。很可惜,郭守敬查探河源的结果没有记载流传下来。至元十七年(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。这次查探的经过,记录在一部《河源记》的专著里,其中有着不少有价值的结果。毫无疑问,作为先躯的郭守敬考察对于都实是有相当影响的。
至元二年(1265年),郭守敬升任都水少监,协助都水监掌管全国的河渠、堤防、桥梁、闸坝等水
利工程工作。郭守敬自宁夏返中都途中,特乘舟顺河而下,四昼夜至东胜(今内蒙古托克托),以自己亲身试航成功证明此段黄河可以漕运。
同时,他还考察了查泊、兀郎海(今内蒙古乌梁素海)一带,认为这里许多古渠修复后可以利用,并将此事汇报忽必烈。忽必烈不但采纳了他的建议,还下令建立了应理州至东胜的水运驿站。这段水道全长850多公里,在宁夏境内约400公里,沿途设驿站10个,其中在宁夏的有应理州、鸣沙州、灵州、中兴等水站。有驿船66艘,配水手200人,每个驿站给牛10头、羊100只,并置驿舍,拨耕地。
至元二年(1265年),郭守敬为了掌握
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准确的水利数据,在孟津以东考察黄河的新、旧河道。在纵横数百里内进行地形测量,绘制黄河沿岸地
形图,标出分泄洪峰、筑堤防和引水灌溉的位置。更重要的是,“又尝以海面较京师至汴梁地形高下之差,谓汴梁之水去海甚远,其流峻急。而京师之水去海至近,其流且缓。其言信而有证。”他以海平面为基准平面比较了大都(北京)与汴梁(开封)的高程差,这是当今地理学中“海拔”概念的最早应用,也是他长期水利工作中的一项创造性成就,此概念比德国数学家高斯提出的平均海平面概念早560年。
大都治水
1271年,忽必烈废除“蒙古”国号,改称“大元”,定都大都(今北京)。为保证物资供应,需从南方调运大批粮食到大都,大运河是南北交通的重要水路。但大运河只通到通州(今北京通州),从通州到北京,全靠陆路运输。在阴雨连绵的季节,人畜的疾病死亡和粮食霉烂糟踏非常严重,运输效率极低。让大运河直通大都,成为元朝亟待解决的重要问题之一。
郭守敬很早就注意到了这个问题,并进行了前期的水利调查规划,“水利六事”中的第一条便是整治建议。
他计划把清河的上源中,从玉泉山涌出后东流,经瓮山(今万寿山)南面的瓮山泊(今昆明湖的前身)再向东的那一支流改道向南,注入高粱河,再进入运河。这项计划曾经实施。但因只是一泉之水,只能用于增加大都城内湖池宫苑的用水量,对航运则无裨益。
久远之河
至元二年(1265年)以后,郭守敬从西夏回京,又提出了修运河的第二个方案。这个方案是利用金人所开浑河的口子,只是另在金人运河的上游开一道分水河,引回浑河。当河水暴涨,危及下游时,就开放分水河闸口,解除对大都城的威胁。同时考虑到浑河水携来的泥沙问题,他撤去了运河上的闸坝,以使泥沙自然运走。这种设想固然有其道理,但大都到通州运河段的水位下降梯度,虽比大都以上的运河段梯度较小,却仍然是相当大的,没有闸坝控制,巨大的粮船就无法逆流而上。因此,这个方案在至元十三年(1276年)实施完成以后,只对运河两岸的农田灌溉及放送西山砍伐木料的作业有所帮助。
此后,郭守敬总结了两个方案失败的教训,并在大都周围仔细地勘测水文和地形起伏情况。只是由于他又被调去修《授时历》,才将此事搁置。
至元二十八年(1291年),有人建议利用滦河和浑河溯流而上,作为向上都运粮的渠道。忽必烈不能决断,派郭守敬去实地勘察。
郭守敬进行了仔细的勘察、测量,发现两条河道流域面积小,降雨量少,即使投入大量人力挖深河道,也会因缺乏水源而难以通航,郭守敬向朝庭提出了实地调查的结果:“滦河既不可行,沪沟舟亦不通”。他乘着报告调查结果的机会,提出了许多新建议。其中第一个就是他已筹划多年的大都运河新方案。
这个方案利用他第一次方案中凿成的把瓮山泊流出的一支清河上源引向南面高粱河的河道。为了进一步
扩充水源,又把昌平县神山(今称凤凰山)脚下的白浮泉水引入瓮山泊。
流出瓮山泊后,河水经原有的高粱河上游从和义门(今西直门)北的城墙下流
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进大都城,汇入积水潭。然后,将水从积水潭向南引,从皇城东城墙南部流出,注入已废的金代运粮河,再向东直奔通州。沿路每十里设置一处水闸,“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”。郭守敬所提建议上奏忽必烈,忽必烈喜曰“当速行之”,并特别重置都水监,由郭守敬任领都水监事一职。
至元二十九年(1292年)春天,这项工程浩荡动工。开工之日,忽必烈命丞相以下官员一律到工地劳动,皆听郭守敬指挥。
京通运河工程从技术上来说,最突出的是白浮堰线路的选择。白浮泉的发源地海拔约60米,高出大都城地势最高的西北角约10米。但因两者之间隔有沙河和清河两条河谷地带,它们的地势都在50米以下,甚至还不到45米。因此,如从白浮泉直线南下,则泉水势必沿河谷东流而下,进不了运河。如果用架渡槽的办法,则也只能引白浮一泉之水,起不了多大作用,却费工甚巨。他沿河道东岸修筑了一条
长约30里的河堤———白浮堰,使泉水南流时不致向东泻泄,解决了这个工程难题。
郭守敬所选的线路,虽然迂回,却保持了河道较小的水位落差梯度,且可拦截沿途所经的诸多水源,使流入运河中的水能有较大的水量。从这里可以看出,郭守敬的地形测量技术实在是很高超的。
整个工程只用了一年半时间,全长160多华里的运河连同全部闸坝工程就完成了。忽必烈从上都(今内蒙古锡林郭勒盟正蓝旗草原)回到大都,路过积水潭,见其上“舳舻敝水”,大悦,亲赐名为通惠河,并赐郭守敬钞一万二千五百贯,命他仍以太史令职兼提调通惠河漕运事。
通惠河不但解决了运粮问题,而且促进了南货北销,繁荣了大都城的经济,极大地提升了运河两岸的经济发展。
在郭守敬的一生中,关于工程建议共计有20多条,被他治理过的河道、沟渠有数百处,都产生了非常大的影响,在元代的水利建设中起到了重要的作用,从现代来看,依然占据了非常重要的地位。郭守敬在治水方面的经验是非常多的,概括来说,主要包括了三个方面:
郭守敬的正确指导思想,是治水成功的前提条件。郭守敬在治水过程中,始终贯彻灌溉、防洪、漕运三位一体的指导思想,取得了良好的效果。
郭守敬躬行实践的精神,是治水成功的决定条件。郭守敬一生从事兴修水利事业,不畏艰难,注重调查,
勤于实践,为后人所推崇。
郭守敬采用科学的方法,是治水成功的重要手段。郭守敬在治水过程中结合数学计算、地理地形模拟、现场勘查等多种科学手段,有力地保障了水利工程的成功。
元仁宗延祐三年(1316年),郭守敬去世,享年86岁。郭守敬去世后,他的学生、太史院继承人齐履谦在为他撰写的传记《行状》中,将他的一生功绩总结如下:“公以纯德实学为世师法,然其不可及者有三,一曰水利之学,二曰历数之学,三曰仪象制度之学。”“此水利之学,其不可及者也。”“呜呼!其可谓度越千古矣。”许衡评价郭守敬“天佑我元,似此人世岂易得”。
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