水利學方面
?治水經(jīng)驗
郭守敬治水成功的經(jīng)驗有很多,主要有三方面:
郭守敬的正確指導思想,是治水成功的前提條件。郭守敬在治水過程中,始終貫徹灌溉、防洪、漕運三位一體的指導思想,取得了良好的效果。
郭守敬躬行實踐的精神,是治水成功的決定條件。郭守敬一生從事興修水利事業(yè),不畏艱難,注重調(diào)查,勤于實踐,為后人所推崇。
郭守敬執(zhí)著進取的精神,是治水成功的重要條件。郭守敬在從事水利和建設過程中,具有不怕失敗、鍥而不舍、執(zhí)著進取的精神,使他在水利工程建設上取得了顯著的成就。
?西夏治水
郭守敬于西夏治水(連環(huán)畫)
西夏末年,因蒙古與西夏連年征戰(zhàn),水利設施遭到嚴重破壞,田地荒蕪,百姓四處逃難,久負盛名的塞北江南變得瘡痍滿目。至元元年(1264年),張文謙以中書左丞的身份巡視西夏,全面負責西夏治水工作,時任副河渠使的郭守敬隨其前往,視察水利。郭守敬來西夏后沿黃河兩岸勘察地勢水情,走訪百姓,繪制地圖,并提出“因舊謀新、更立閘堰”的方案(即在疏浚舊渠故道的基礎上增開新渠、在渠首建閘壩)。忽必烈審批后付諸實施。郭守敬率領民工開挖、疏浚原有河道,修堤建壩,在不到一年的時間里,修復了長達四百余里的唐來渠和長達二百五十余里的漢延渠以及正渠十余條、大小支渠六十八條,同時更立閘壩,以有效控制進渠水量,圓滿完成了疏浚修復河渠的任務。郭守敬堅持不懈的努力,使西夏河渠皆通其利,數(shù)萬頃農(nóng)田得到了及時灌溉。西夏人民為了感謝郭守敬,在渠上建了郭氏生祠,并立碑記錄了此事。 至元二年(1265年),郭守敬自西夏返回中都途中,特地乘舟順河而下,經(jīng)四晝夜至東勝(今內(nèi)蒙古托克托),以自己親身試航成功證明了此段黃河可以漕運。同時,他還考察了查泊、兀郎海(今內(nèi)蒙古烏梁素海)一帶,認為這里的許多古渠修復后可以利用,并將此事上奏元世祖忽必烈,得到忽必烈的稱贊。至元四年(1267年),忽必烈采納郭守敬的建議,下令在中興州至東勝黃河段上設立了十處水上驛站。此段漕運的開辟和水上驛站的設置,便利了西夏糧食外運,改善了西夏與上都、大都間的交通,加強了西夏故地與元朝中央的聯(lián)系。 ?大都治水(設計通惠河)
元朝定都大都(今北京),為保證物資供應,從南方調(diào)運大批糧食到大都,大運河是南北交通的重要水路。但大運河只通到通州(今北京通州),從通州到北京,全靠陸路運輸。在陰雨連綿的季節(jié),人畜的疾病死亡和糧食霉爛糟踏非常嚴重,運輸效率極低。因此,自金朝起,人們就力圖開鑿一條從通州直達京城的運河,以解決運糧問題。 早在元世祖中統(tǒng)三年(1262年)郭守敬初見忽必烈時所提的六項水利工程計劃中,第一項提的就是此事。他計劃把清河的上源中,從玉泉山涌出后東流,經(jīng)甕山(今萬壽山)南面的甕山泊(今昆明湖的前身)再向東的那一支流改道向南,注入高粱河,再進入運河。這項計劃曾經(jīng)實施。但因只是一泉之水,只能用于增加大都城內(nèi)湖池宮苑的用水量,對航運則無裨益。 至元二年(1265年)以后,郭守敬從西夏回京,又提出了修運河的第二個方案。這個方案是利用金人所開渾河的口子,只是另在金人運河的上游開一道分水河,引回渾河。當河水暴漲,危及下游時,就開放分水河閘口,解除對大都城的威脅。同時考慮到渾河水攜來的泥沙問題,他撤去了運河上的閘壩,以使泥沙自然運走。這種設想固然有其道理,但大都到通州運河段的水位下降梯度,雖比大都以上的運河段梯度較小,卻仍然是相當大的,沒有閘壩控制,巨大的糧船就無法逆流而上。因此,這個方案在至元十三年(1276年)實施完成以后,只對運河兩岸的農(nóng)田灌溉及放送西山砍伐木料的作業(yè)有所幫助。 此后,郭守敬總結(jié)了兩個方案失敗的教訓,并在大都周圍仔細地勘測水文和地形起伏情況。只是由于他又被調(diào)去修《授時歷》,才將此事擱置。
至元二十八年(1291年),有人建議利用灤河和渾河溯流而上,作為向上都運糧的渠道。忽必烈不能決斷,派郭守敬去實地勘查。郭守敬探測到中途,就已發(fā)現(xiàn)這些建議不切實際。他乘著報告調(diào)查結(jié)果的機會,提出了許多新建議。其中第一個就是他已籌劃多年的大都運河新方案。
這個方案利用他第一次方案中鑿成的把甕山泊流出的一支清河上源引向南面高粱河的河道。為了進一步擴充水源,又把昌平縣神山(今稱鳳凰山)腳下的白浮泉水引入甕山泊。此后,河水并不徑直南下,而是反向西引到西山腳下,再沿西山往南,沿途攔截所有原來從西山向東流入沙河、清河的泉水,使匯成流量可觀的水渠,再經(jīng)高粱河進入流向通州的運河。因為這些都是清泉水源,泥沙很少,運河下游可以無顧慮地建立船閘,使糧船平穩(wěn)上駛。郭守敬提出開挖大運河的建議后很快就被忽必烈采納,于至元二十九年(1292年)春天動工。
整個工程只用了一年半時間,全長一百六十多華里的運河連同全部閘壩工程就完成了。這條運河被命名為通惠河。而自昌平到甕山泊的一段又特稱白浮堰。從此以后,南來的船舶可直駛到大都城中,作為船舶終點碼頭的積水潭上登時桅檣如林,熱鬧非凡。通惠河不但解決了運糧問題,而且促進了南貨北銷,繁榮了大都城的經(jīng)濟。
通惠河工程從技術上來說最突出的是白浮堰線路的選擇。白浮泉的發(fā)源地海拔約六十米,高出大都城地勢最高的西北角約十米。但因兩者之間隔有沙河和清河兩條河谷地帶,它們的地勢都在五十米以下,甚至還不到四十五米。因此,如從白浮泉直線南下,則泉水勢必沿河谷東流而下,進不了運河。如果用架渡槽的辦法,則也只能引白浮一泉之水,起不了多大作用,卻費工甚巨。而郭守敬所選的線路,雖然迂回,卻保持了河道較小的水位落差梯度,且可攔截沿途所經(jīng)的諸多水源,使流入運河中的水能有較大的水量。因為從神山到大都城的直線距離有六十多華里(三十多公里),在這么長的路程上地形有幾米的起伏那是很微小的。從這里可以看出,郭守敬的地形測量技術實在是很高超的。當代許多地理學家考察了白浮堰線路之后,對郭守敬的成就無不交口贊譽。