这位河北人，改变了北京

被郭守敬改变的北京城

郭守敬 （1231年—1316年） ，河北邢台人，和元世祖忽必烈是同时代人。忽必烈营建大都时，北方经济凋敝，京师十分依赖于南方的物资，但此时大运河已经不能通航。 郭守敬的一项重要任务，就是 将大运河通到大都城内 。

隋唐时期的大运河是以洛阳为中心的，淮河以北的 通济渠 向西通到洛阳，与黄河以北的 永济渠 共同构成一个大弯角。当时的大运河这样布局，显然是 有利于向洛阳、长安运输物资 的，并且方便隋唐王朝 控制全国 。

南宋初年时，宋军为了阻挡金兵南下，决开黄河，导致 黄河夺淮入海 。黄河泥沙淤塞了运河，再加上宋金 长期对峙 ， 淮 河以北的运河无法同航 。

到了元朝定都大都，政治中心北移，再去疏浚原来的运河意义便不大了 。于是，郭守敬经过缜密勘查后，采取 裁弯取直 的方式，使运河不再经过洛阳，而是 走山东进入海河流域 。

经过郭守敬和无数劳工的努力，运河终于通到了通州。但是 从通州到大都 这段依旧很不容易。原因在于大都地势比通州高得多。这就涉及到两个问题，一是怎样 让船爬坡 ，二是怎样 保证大都方面的水量 。

为了解决第一个问题，郭守敬 改进了升船闸 ，在通州通往大都的运河上设立了24道船闸，改用 石闸门 ， 分段控制水位 ，利用连通器原理让船舶实现“爬坡”。

为了保障水量，郭守敬主持修建了 白浮泉引水工程 。这一工程的水源，是位于昌平山区的 白浮泉 ，为了保证泉水能到达大都城内， 水渠沿着山麓走了一个C字型 。如果走直线的话，中间有一段海拔很低的区域，水就到不了大都城。白浮泉沿着水渠到达 瓮山泊 （就是今天昆明湖） ，再从瓮山泊引到大都城内。

当时的 积水潭 ，就是大都内部的一个湖泊，白浮泉的水最终到达了这里， 京杭大运河的终点 也在这里。所以， 700多年前的积水潭“舳舻蔽水”，来自江浙地区的 船舶在这里停泊卸货 。 积水潭作为大运河的终点，也 带动了钟鼓楼地区的商业繁荣 。

后来明成祖朱棣营建北京，将 城墙南移 ，不得不填平了积水潭的西段，但由于地基十分松软，无法建筑城墙，所以 明清北京城的西北角缺了一小块 。而积水潭的 东段由于 失去了航运价值 ，日益萎缩，最终形成了今天的 什刹三海 。

郭守敬的另一项成就，是 治理永定河 。永定河作为北京的母亲河，季节性变化很大，脾气喜怒无常。刚刚过去的暴雨和洪灾，充分证明了 永定河的暴虐 。但是忽必烈 营建大都 ，许多建材需要通过水运，而引永定河水是最可行的办法。

事实上，早在金朝时，人们就曾试过 引永定河水 ，却以失败告终。因为永定河水过于汹涌，且含沙量很大，无法行船。金朝人开的这条河叫做“ 金口河 ”。

1265年，郭守敬向忽必烈建议重开金口河，得到了赞赏，并被授权全面负责元朝的水利工程 。郭守敬吸取金人的教训，在金口的上游麻峪村附近， 预先开引一个减水口 ，从减水口向西南再 凿一段又深又广的水渠 ，重新 连接金口以下的永定河 。

这样，洪水来袭时，就可以 从减水口把洪水分出去一部分 ，使这些水在金口下游 回归主河道 ，从而避免洪水直接灌入金口河，威胁到都城的安全。 由此，导永定河水入护城河，为营建大都提供了一条 重要的运输通道 。

但元朝时的永定河还是过于暴虐，考虑到都城的安全，朝廷最终决定 关闭金口 。从1266年到1301年，金口河总共用了35年。

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。在修建这些水利工程的过程中，郭守敬发明了很多有用的东西。 比如说“海拔”这个概念，就是郭守敬最先提出的 。他以海平面高度作为高程起算的基准面， 在世界测绘史上具有重要意义 。

“四海测验”与《授时历》

郭守敬的另一项重要成就是 观测天文 。古人说：“工欲善其事，必先利其器”，郭守敬首先是 改进了 观察仪器 。

元代以前用于 确定星体坐标的 浑仪 ，把测量道坐标、地平坐标和黄道坐标等多种不同坐标的机构都装在一个系统内。导致一个球面空间被安装了八九个圆环， 制造、使用都很不方便 ，还遮挡视线。

而郭守敬 改进发明的“ 简仪 ” ，将把地平坐标与 赤道坐标 分为两个独立的装置，解决了这些问题，还利用滚珠轴承，使之转动 更灵活 ，观测 更加精确 。

另外，郭守敬还改进了古人观测日影的工具 圭表 。 古人通过日影长短，可以划分节气，推算历法 。为了提高测量精度，郭守敬 增加了圭表的高度 ，并且发明了一个叫 “景符”的辅助仪器 。这种改进版的圭表叫做“高表”。

此外，郭守敬还 发明了仰仪、窥几等观测仪器 。利用这些仪器， 郭守敬观测出了 前人未命名的星体一千余颗 。

众所周知，元朝的版图是历代王朝中最大的，这么大的版图， 对于天文观测是十分有利的 。

1279年，郭守敬向忽必烈建议：“唐朝开元年间，僧一行曾在全国13处观测点进行天文观测，如今元朝的疆域比唐还大，如果不 分赴各地进行实测 ，就不能了解 日月食的时刻和食分数 、 各地昼夜长短的差距 ，以及 日月星辰在天球上的位置 。”

这项建议得到了忽必烈的赞同， 由此便开始了一项叫做 “四海测验”的大规模天文观测活动 。郭守敬在元朝广袤的版图上设立了 27个测影所 。这些测影所分布在不同纬度。通过观测当地的日影长短，就能计算出地球的半径。

其中最北部的测影所叫做 北海测影所 。它的位置意味着元朝实际控制疆域的北部极限。根据测量结果，北海测影所的纬度是北纬64°左右，非常靠近北极圈 （66°34′） ，应该处在西伯利亚腹地。根据元朝史料，北海测影所以北有一座 日不落之山 ，山名显然是指 极昼现象 ， 说明这座山 位于北极圈内 。

最南边的测影所叫做 南海测影所 ，纬度在北纬15°左右， 具体位置 位于 西沙群岛 ，可能是元朝实际控制疆域的最南边 。

这27座测影所唯一保存至今的，就是 河南登封的观星台 。

“四海测验”的成果，就是1281年开始实行的《授时历》 。值得注意的是，《授时历》与中国传统农历不同，是 以地球公转周期为一年的太阳历 ，和今天的公历相似。

《授时历》以365.2425天为一年，与地球公转周期只差了26秒。 这一数值，与西方通行的公历相同，却 早了301年 。

《授时历》还 纠正 了中国传统历法的许多弊端， 创造 了许多记录， 是中国古代 最精确 的一部历法 。元朝灭亡后，明朝的《大统历》只是换了个名字，实际上继续沿用这部历法。

伟大科学家的一生

郭守敬的一生， 足迹遍及半个中国 ， 完成大小百余处河渠泊堰的治理 ，科技成就有二十几项遥遥领先于世界水平。1316年，86岁高龄的郭守敬病逝在工作岗位上。

郭守敬小时候就已经表现出 过人的天赋 ， 在十五六岁时，就曾根据书上的一幅图，用竹篾扎制出一架测天用的 浑仪