郭守敬：元代杰出的天文学家和水利工程学家

天一

“中国历史上最具影响力的人物”系列之五十四

郭守敬（1231—1316），字若思，邢台（今河北邢台）人，元朝著名的天文学家、水利工程学家，官至太史令，世称“郭太史”。《元史》卷一六四有传，元代苏天爵所著《元朝名臣事略》卷九也有对其事迹的详细记述。郭守敬一生的成就主要集中在水利和天文领域。他修浚西夏境内的古渠，使当地农田得到灌溉，百姓受益良多;后来又主持开凿通惠河，并对京杭大运河进行疏浚和完善，从而保障了漕运，巩固了国家的统一，同时对南北方经济文化的交流和繁荣起到了促进作用。此外，他还发明创造了多种天文仪器，修订历法，编成《授时历》，对后世产生了巨大影响。郭守敬在工作中表现出的实事求是、因地制宜、注重实际以及理论和实践相结合的科学精神和严谨态度，更值得后人学习。

在北京积水潭的西北角，有一座绿树成荫的小山，山顶有一座红墙碧瓦的院落，常常引来路人好奇的目光。他们纷纷顺着蜿蜒的山路拾级而上，一探究竟。原来，这座建筑始建于明代，初名“镇水观音庵”，清乾隆年问重修，改名“汇通祠”。20世纪80年代末，在汇通祠内建立了郭守敬纪念馆，用来纪念这位元代杰出的水利工程和天文学家。

一、少年时代展露才华

郭守敬的家乡在今河北邢台，他生于金哀宗正大八年（1231），此时金朝已经走向穷途末路，最终在1234年被蒙古所灭。

郭守敬的祖父，名叫郭荣，是金元之际一位颇有名望的学者。他精通“四书五经”，熟知天文、算学，还擅长水利技术。郭守敬就是在他祖父的教导下成长起来的。

郭荣一面教郭守敬读书，一面领着他去观察自然现象，体验实际生活。郭守敬从小就喜欢自己动手制作各种器具。有人说他生来就有奇特的秉性，从小不贪玩。其实，这是因为郭守敬把全部心思都用到了研究器具上，所以就不想其他的了。

还在十五六岁时，郭守敬就显露出一定的科学才能。当时，他得到了一幅“莲花漏图”。他对图样进行了详细研究，居然摸清了制作方法。

莲花漏是古代一种计时器，是北宋科学家燕肃在古代漏壶的基础上改进而成的。这个器具由好几个部分组成，工艺复杂，原理也不浅显，即使对于成年学者来说也不是一件容易弄懂的事情。而年纪轻轻的郭守敬居然把它弄得一清二楚，这就足以证明他的确是一个喜爱刻苦钻研的孩子。

还有一件事，体现了郭守敬对于科学的悟性以及自己的才能。当时，邢台北郊有一座石桥，金朝与蒙古战争的时候，这座桥被破坏了，桥身陷在泥淖里。日子一久，竞没有人能说得清它的所在。郭守敬通过勘察，了解了河道的地形，于是对旧桥基有了一个估计。根据他的指点，居然挖出了久被埋没的桥基。那一年郭守敬才二十岁，就已经能对地理现象做出颇为细致的观察和探究了。

为了让孙儿开阔眼界，郭荣还把郭守敬送到自己的老友刘秉忠门下去学习。这位刘秉忠，是元代初期杰出的政治家和文学家，是他建议忽必烈取《易经》“大哉乾元”之意，将蒙古更名为“大元”;他对元大都的规划和设计，奠定了北京最初的城市雏形。郭守敬在刘秉忠那里学到了很多知识和本领。

二、兴修水利，利国利民

1260年，忽必烈即位称帝。他十分重视农业和水利工程的建设，要求大臣们积极推荐水利人才。此前，刘秉忠已被忽必烈所用，临行前，他把郭守敬托付给了自己的老同学张文谦。张文谦后来到大名路（今河北大名一带）等地任宣抚司（管理地方行政的官署）的长官，郭守敬也一起去了。在那里，郭守敬跟着张文谦到各处勘测地形，筹划水利方案，并做了不少实际工作。郭守敬的科学知识和技术经验由此更加丰富了。

于是，在1262年，张文谦把郭守敬推荐给了元世祖忽必烈，说他熟悉水利，能力出众。忽必烈在上都召见了郭守敬，听了他关于全面发展华北地区水利和漕运的建议后，十分高兴，授予其“提举诸路河渠”的职务。自此，郭守敬开启了自己的水利人生。

1264年，忽必烈派张文谦去西夏（今宁夏一带）巡察，张文谦知道西夏很多水闸水坝都遭到毁坏，渠道也被堵塞，所以带上了擅长水利的郭守敬同行。郭守敬到了西夏后，立即展开调查，提出了“因旧谋新，更立闸堰”的方案，经忽必烈批准后，付诸实施。当地百姓对这项与自己有切身利害关系的大事给予了大力支持，大家一起动手，工程在几个月内就完成了。九万多顷的土地得到了灌溉，极大地造福了当地人民。

郭守敬在水利方面最大的贡献应该是开凿了京杭大运河最北一段，即由通州到大都积水潭（称为通惠河），同时又疏通了运河，实现了大运河的全线通航。

1260年，忽必烈登基之后，以上都为都城。但是上都位置偏北，不利于对中原地区的控制，因此，1264年，忽必烈在解决了与其弟阿里不哥的汗位之争后，决定迁都至燕京（今北京）。

燕京地区当时尚有金中都的故城，然而此城经历了金朝末年的战争，宫殿多被焚毁，而且其城市供水来源——莲花池水系也出现了水量不足的情况，无法满足都城百姓日常生活的需要。于是，忽必烈下诏在金中都的东北另建新城，定名为大都，而将上都作为陪都。至元四年（1267），营建工作开始，总负责人就是中书省官员刘秉忠。

值得注意的是，大都城内每年消费的粮食达几百万石。这些粮食绝大部分是从南方产粮地区征运来的。史载：“天下岁入粮数，总计一千二百十一万四千七百八石，腹里二百二十七万一千四百四十九石，……江浙省四百四十九万四千七百八十三石。”当时，海运航程風水险恶，“人船俱溺者”“船坏而弃其米者”时有发生，故而以漕运为首选。金朝在华北平原利用天然水道和隋唐以来修建的运河建立了一个运输系统。但由于自然条件的原因，它的终点不在北京城内，而在通州，离京城还有几十里路。这段路程只有陆路可通。陆路运输要用大量的车、马、役夫，一到雨季，泥泞难走，粮车往往陷入泥中，夫役们苦不堪言。

因此，至元二十八年（1291），郭守敬提出了大规模跨流域调水，疏浚通州至都城河流，修建京通运河的计划。郭守敬在建设京通运河时解决了两大技术难题：一是白浮引水工程（自昌平白浮村引神山、一亩、玉泉诸泉，至西门入都城，东至通州高丽庄入白河），二是建立坝闸，实现“节水行舟”，这堪称水利史上的两大奇迹。

当时，元世祖任命郭守敬为都水监，并且调动几万军民，只用了一年半的时间，这条从神山到通州高丽庄的运河，连同闸坝就完工了，它就是通惠河。从此以后，船舶可以一直驶入大都城中，积水潭成为元朝漕运码头的终点，這不但解决了运粮问题，而且还促进了南北经济文化的交流，繁荣了大都城的经济，便利了百姓的生活。说到这，我们也就明白郭守敬纪念馆为什么要设立于积水潭西北角的汇通祠内了。

到了明代，由于城市规划的变化，通惠河的一部分河段被划入皇城，这里是禁止漕船通行的，由此，明清两代漕运的终点发生了改变，由积水潭改到了东便门。

除了开凿通惠河，郭守敬还对京杭大运河进行了疏浚和完善，主要体现在以下三方面：

一是截弯取直，缩短运河航程。元代时，江南运粮船只从太湖流域装船，沿江南运河、淮扬运河、黄河、御河、白河到达通州，由于黄河为西东走向，船必须绕道河南，有一段需要走陆路，由漕车运载，造成了人力、物力的巨大消耗。为了缩短运河航程路线，郭守敬经详细考察后，“乃得济州、大名、东平、泗、汶与御河相通形势，为图奏之”。在获得元世祖的批准后，修成了济州河。济州河融合了山东中部的汶水和泗水两条较大的河流，由于雨旱季水量的差异，又建造闸门以确保通航。后来，有地方官员建议重开一条运河，经郭守敬等人的调查后，认为可行，并于当年完工，初名安山渠，因为它是通江淮之运的黄金水道，于是忽必烈将其命名为“会通河”。会通河修通后，江南物资由徐州北上直抵御河，再一路向北直抵京城，大大缩短了运河航程，提高了漕运效率。

二是建立水上驿站。元代的驿路以大都为中心，辐射全国，四通八达。据统计，当时全国驿站有1400处左右，分为陆驿和水驿，而水驿的始建者就是郭守敬。为了南征，军需、物资、军队的运输成为关键。郭守敬经过一番考察，得出了建立水上驿站的结论，并绘出图纸，上报朝廷。这些水上驿站的建立，使得路驿与水驿问的联合更加便捷通畅，从而为元朝统一全国提供了有利条件，也为加强中央对地方的管理起到了至关重要的作用。

三是完善运河的管理与修缮制度。元朝初年，都水监、巡河提领所等是最高水利机构。郭守敬就曾任都水监。后来，都水监并人工部，郭守敬又任工部郎中，主管全国的水利工作。在任期间，他主持了全国大量的水利工程建设，不仅疏浚运粮河道，修筑堤防，而且还设立了“新运粮提举司”（后改称京畿都漕运司）。此外，他还设置了通惠河运粮千户所，更加规范地管理通州至大都的漕运。这些工作部分由军队承担，从而把兵部和户部的力量有机地结合在一起，保障了漕运事务的顺利完成。

郭守敬精心设计和改造的大运河，为历史上的北京自元代以来成为全国政治中心提供了交通运输的地理依托。依靠这条绵延三千余里的水运航线，中央增强了政令通达、控御海内的能力，而来自南方的漕粮和其他物资则为运河沿岸城市经济注入了活力，出现了南北交融的商业街市和文化景象，展现出了一条纵贯南北的运河文化带，这的确有赖于郭守敬的奠基之功。

根据郭守敬在水利建设上的成就，我们可以总结出他的几点司贵思想。

首先，注重实际与实用。一是郭守敬坚持实地调查，进而提出水利方案。他主持水利工程时，无不事必躬亲，对地势及水情详细勘测和分析，并走访百姓，绘制地图，最后才提出措施。这种从实际出发解决问题以及坚持为百姓谋利的思想，值得后人学习。二是他善于根据实际情况处理问题，同时从实际出发确立水利项目，这使得他决定兴修的水利工程都是符合国家和百姓需要，而且是因地制宜的。

其次，强调整体和联系。一是全面地考虑问题。比如郭守敬在西夏治理水利时，既考虑到“分杀河势”，又考虑到“灌溉田土”，这样不仅解决了灌溉问题，同时也兼顾了防洪，产生了综合效益。二是联系地看待问题。在治理西夏水利时，郭守敬意识到如果重新修建新渠必然会耗费巨大的人力、物力和财力，也可能会耽误农田灌溉的时机，但如果只是简单地修复原有的渠道而不加改造，问题还是得不到根本解决，于是他在修复原有渠系的基础上，采用“更立闸堰”等新的工程技术，使灌溉系统进一步完善。这种“因旧谋新”的思想，充分体现了他联系地看待问题的科学远见。三是突出重点。郭守敬进行水利建设，并非广撒网，这样既浪费资源，又达不到应有的效果。他选择以漕运、灌溉为重点，有的放矢，解决当时最迫切的问题。

第三，提倡考察，求得真知。兴修水利不是只要熟知理论就可以完成的，水利设计是否合理，与事前的考察和总结有很大关系。在水利设计的过程中，郭守敬十分重视实地考察。开展每项水利建设前，他都要多次勘察，根据理论知识与实际条件，科学地确定建设方案，避免主观臆断。应该说，这是郭守敬作为一位严谨的科学家所体现出来的素质和责任。

三、改进天文仪器，编订《授时历》

我国古代的天文学是比较发达的。西汉以后，国家天文台的设备和组织已经相当完善。它的主要任务之一是观测天象，编制历法。这对于国家的祭祀活动、百姓的生产生活，都有着深远的意义。因此，朝廷对这项工作是相当重视的。

一种历法用久了，误差就会逐渐显现出来，这就需要修改。而每次重大的历法修改，总会带来一些创造和革新，比如仪器的精确化、数据的准确性、天文学理论的完善和丰富等。历法的发展可说是中国天文学史中的一条主线。

元朝初年，用的是金朝的“重修大明历”。这个历法是1180年颁行的，几十年来，误差逐渐加大，发生过好几次推测天象与实际不符的事。重新编订历法成为迫在眉睫之事。

元世祖迁都大都后，决定改订旧历，他下令建立历局，调动全国各地的天文学者，另修新历。这件工作由精通天文和数学的王恂主持。

得到任务的王恂，当时就想到了老同学郭守敬。虽然郭守敬一直在水利部门工作，但他擅长器械制造，同时又通晓天文，这是王恂很早就知道的。郭守敬在王恂的推荐下，参加了修历工作。这是郭守敬在水利领域之外又一项新的科学活动，同样取得了较高的成就。

要修历，就要先完善天文观测设备。郭守敬首先检查了大都城里天文台的仪器装备。这些仪器都是金朝的遗物，其中的浑仪还是北宋时代的东西，是当年金兵攻破北宋都城汴京（今河南开封）以后，从那里搬到中都来的。另外，天文台所用的圭表也因年深日久而变得歪斜不正。

郭守敬认为，这些仪器太老了，而天文观测必须要精确，仅仅靠修缮肯定是不行的。于是他开始创制一套更精密的仪器，为改历工作奠定了技术基础。

古代历法制定工作中所要求的天文观测，主要是两类：一类是测定二十四节气，特别是冬至和夏至的确切时刻，用的仪器是圭表;一类是测定天体在天球上的位置，用的主要工具是浑仪。

对于圭表，郭守敬首先分析了造成误差的原因，并找出解决的办法。比如他把圭表的表杆加高了五倍，观测时的表影也就加长了五倍。表影加长了，按比例推算各个节气时刻的误差就会大大降低。他还改进了量取长度的技术，使原来只能量到“分”位的数据提高到“厘”位，原来是“厘”位的则提高到了“毫”位。这一系列的改进，为观测工作的顺利开展奠定了坚实的基础。

对于浑仪，郭守敬可就不是简单改进了，而是进行了创造。他只保留了此前浑仪中最主要且必需的两个圆环系统;并且把其中的一组圆环系统分出来，改成另一个独立的仪器，而其他系统的圆环则完全取消。这样就从根本上改变了浑仪的结构，这种创造和原来的浑仪相比是既实用，又简单，所以取名“简仪”。简仪的结构，与“天图式望远镜”的构造基本一致。在欧洲，这种结构的测天仪器，要到十八世纪以后（相当于清中期）才开始从英国流传开来。

郭守敬用这架简仪进行了许多精密的观测，其中两项对新历的编算有重大意义。一项是黄道和赤道交角的测定，另一项是二十八宿距度的测定。在改历过程中，郭守敬还创造了近二十种仪器和工具，比如仰仪。这是新历能够取得成功并影响后世的一个重要原因。

经过郭守敬等人的努力，1280年，一部新的历法宣告完成。按照“敬授民时”的古语，此历取名“授时历”。同年冬天，朝廷正式颁发了根据《授时历》推算出来的下一年的日历。如今，《授时历》这个名字被写入中学历史教材，是学生应该掌握的重要知识点，体现了我国古代天文历法的发达程度和进步性。

《授时历》在中国沿用了三百六十多年，是我国古代一部十分精良的历法，而且影响到了朝鲜和日本。它提出一个回归年为365.2425日，这一数据的提出比现在通行的《格里高利历》（即公历）早了301年。

從整体上说，郭守敬的多项创新发明对于当时天文学的研究工作有着突出贡献，而他之所以能够创制出具有较高应用价值的先进设备，主要在于他具有较强的创新意识以及社会责任感。在进行自主创造期间，他会充分搜集民间各种天文学知识，并对这些理论进行整合分析，最后提出新的观点，然后再着手于各项工作，这种善于总结前人成果又求真务实的精神，值得我们学习。

四、尾声

水利和天文方面的成就，使郭守敬的声望越来越高。1303年，元成宗下诏，凡是年满七十岁的官员都可以退休，唯独郭守敬，因为朝廷还有许多工作要依靠他，因而延缓退休。1316年，为科学事业辛劳了几十年的郭守敬去世，享年八十六岁。

郭守敬的科学成就享誉中外，数百年来，人们采用多种形式表达对他的敬意和怀念。1962年，中国邮电部发行了两枚郭守敬纪念邮票。1970年，国际天文学联合会将月球上的一座环形山命名为“郭守敬环形山”。1977年3月，国际小行星中心将小行星2012命名为“郭守敬小行星”。中科院国家天文台也将国家重大科技基础设施LAMOST望远镜命名为“郭守敬天文望远镜”。