四、重开金口　新建水驿

1265年，郭守敬从西夏回到中都。为了考察各地的水利灌溉情况，他特地率领随从人员从中兴州（即西夏都城兴庆府，位于今宁夏银川东南）乘船沿河套迂回地顺黄河而下，船行几昼夜，到达大同府所属的东胜（今内蒙古托克托），证明了这一段水路完全可以通航。这时，忽必烈派往调查黄河水利航运的官员也正好到达东胜，听到这个好消息，立即派人飞马驰奔中都，向忽必烈报告喜讯。从此，自富饶的粮仓河套地区运送粮食到中都，不必全靠陆上运输，有长长一大段的路程可用船只漕运，大大方便了运输。

考察途中，郭守敬还发现东胜西边的查泊兀郎海（今内蒙古乌梁素海）附近古渠甚多，经过疏浚，也可用于灌溉。他回到中都向忽必烈报告此行经过时，同时提出了这一建议。忽必烈十分高兴，当即表示赞同。郭守敬回到中都后不久，忽必烈鉴于郭守敬工作认真、吃苦耐劳，且成绩显著，升任他为都水少监，也就是掌管全国河渠、堤防、水利、桥梁、闸堰等事务的高级官员。

引永定河水

郭守敬西夏之行归来，除提出关于河套北端的水利建设的建议外，又提出了关于增辟中都水源这个老大难问题。

金代曾在京西的麻峪村（今北京石景山西北），开引卢沟河（今永定河，元代称浑河）水穿西山东出，称为金口，金口以东的金口河曾经灌溉了京口至中都两岸的许多良田，促进了京西郊农业生产的发展。但是，永定河是一条典型的暴涨暴落的恶河，河水非常难控制。春冬少雨时，容易沉积泥沙；而到夏秋洪水季节，水势汹涌，常常泛滥成灾。自古以来，人们都称它为“无定河”。由于引水与防洪的矛盾，以及永定河的高含沙量带来的淤积难以解决，金代开凿金口河后只过了15年，就因山洪决堤，不得已又把金口填塞了。

1265年，郭守敬本着“上可致西山之利，下可广京畿之漕”的目的，提出重开金口，实现引永定河水为漕运服务的规划，为了既引进所需水量，又避免将洪水“引狼入室”，确保城市安全，郭守敬认真分析总结了前人失败的原因和应吸取的经验教训，提出在“金口以西预开减水口，西南还大河，令其深广，以防洪水突入之患”。也就是说在通往城区的金口上游增设一条尺寸足够宽大高深的溢洪道，当自东入渠的洪水过多时，可以自然溢流回西南边的主河道，同时保证足够量的河水入渠。这种规划设计在我国古代水利建设中虽然是经常使用的方法，但能够如此大胆而稳妥地应用于永定河这样凶猛的大河还是首次。

忽必烈采纳了这一方案，于第二年年底实现了“凿金口，导卢沟水，以漕西山木石”的计划，也就是说，这段修复了的金口河，对船只航运的益处虽未见于史书，但它对西郊农田灌溉和顺流漂送从西山开采的木材至城内，起到了相当的作用。郭守敬这一成就在古代永定河引水上是空前的。

设水驿交通

古语说：“黄河百害，惟富一套”。郭守敬在回京途中，以切身经历证实了从中兴州到东胜这一段水路完全可以通航。他回京向忽必烈汇报此次西夏之行的前后经过时，特别提出了河套一带的漕运通航问题，引起了忽必烈的重视。从政治军事角度上考虑，忽必烈对靠近蒙古族发祥地的这块重要地区自然是十分关注的。1267年秋天，忽必烈下令在从中兴州到东胜之间数百里长的这段黄河上，新添设了10所水上驿站，使其接通原有的驿站，专办西夏到上都和中都的军政通讯事宜。

1271年，忽必烈采纳刘秉忠的建议，仿前朝正式建立国号，取《易经》“大哉乾元”之意，建国号为“大元”，称元世祖，并将中都改名为大都，这年，郭守敬被擢升为都水监，负责全国河渠水利的经营治理工作。郭守敬一上任，就向忽必烈提出要在全国范围内兴办水利工程，得到了批准。第二年，忽必烈便下诏通知所辖各路，要兴办水利。

1274年，忽必烈派兵大举南下伐宋。为了保证华北平原对前方军需的供给，提高通信和交通效率，元朝政府决定在原有陆路驿站之外，增设水路驿站。因此，郭守敬奉命考察，今河北、山东、江苏等地的水道交通情况，确定水路交通的路线。郭守敬经过详细的实地勘查，将大都南方华北平原中心，济州、大名、东平一带汶水、泗水同御河及大运河相通的形势和连接的水道交通网，绘制成图，连同自己确定的五条河渠干线，上报元朝政府。忽必烈在郭守敬呈报的实际情况和规划设想的基础上，决定西起卫州，中以东平为枢纽，东连鲁中、南，南至徐州、吕梁的黄河下游，北接运河直到杨村，建立了水驿交通站，备有船只供官员来往和传递文书，加强了中央政府对南方攻宋军队的指挥联系和军事给养的运输力量。

作地形测量

1276年，元政府把都水监合并入工部，郭守敬随之转入工部改任郎中的官职，依旧负责河工水利，郭守敬在都水监与工部任内，做的实际工作是很多的，据史书记载，他“前后条奏全家凡二十余事”，就是说光他上报中央政府的事宜，就有20多件。他勘察治理过的“河、渠、泊、堰”，大大小小不下数百余所，除了前面讲到的几件大事之外，他工作中成绩比较显著而突出的，还有黄河中游的地形测量这一项。

据史书记载，郭守敬曾经从河套西头的孟门山起，顺中条山往东，沿着黄河和黄河改道一路测量地形，掌握了大河之北纵横数百里地区内地势起伏的变化。透过几百年的时光，我们回首看去，似乎看到这位大科学家不辞辛劳、风尘仆仆的身影，他或驱牛车、或行木船或以步当车，穿行在众多的古渠故道中。哪里应该开渠以“分杀河势”，何处可以引水来“灌溉田土”，他都一一绘在地图上，详细注明情况。就这样，在黄河中游的大块土地上，他做了一次大面积的地形测量，积累了大量的第一手资料，作为规划的依据。在当时交通很不发达的情况下，这项测量工作的工作量之大，工作的繁难程度是可想而知的，从中也反映出郭守敬作为一名科学工作者的良好素质和敬业精神！

创标高概念

郭守敬在长期的水利工程实践中积累了丰富的经验，同时也有不少理论上的总结和创新，标高概念就是突出的一例。

近代水平测量需要以一定的海平面作为零点，以此作为标准来测定各地的水平高度，称为标高，亦叫海拔。这在西方，是19世纪20年代才有的概念。长期负责河工水利，郭守敬凭着科学严谨的治学态度发现，测量地形的高低需要一个基准，以作比较。他根据自己所得的地形资料，以大都东边的海平面为基准，将大都的水平高度与海平面作了比较。又进而将大都至开封一线上逐段的水平高度，分别与海平面基准做了比较。于是，他就得到了这500多千米长的路途上许多地方超出海平面的高度，即标高。

郭守敬所做的，是一项重大而紧要的大地水平测量工作。可惜当年的图志均已散失，无从查考了。只知道他得出的结论中有一条说：汴梁（今开封）离海远，标高大，因此水流湍急，大都离海近，标高小，所以水流和缓。这是在我国首次创设了用海平面以上的标高来表达地形高低的办法，在地理学与测量学上具有重要的科学意义，在世界上比西方要早五六百年。

青年和壮年时期的郭守敬，本着科学严谨的精神、认真负责的态度，理论结合实际，在那个时期对我国北部的河道工程、农田水利和水路交通的建设，对农业生产的恢复与发展，作出了很大的贡献。