元朝郭守敬設計了通州直達北京的運河——通惠河。（圖片來源：維基百科 ）
元朝定都大都（今北京），為保證物資供應，從南方調運大批糧食到大都，大運河是南北交通的重要水路。但大運河只通到通州（今北京市通州區），從通州到北京，全靠陸路運輸。在陰雨連綿的季節，人畜的疾病死亡和糧食霉爛糟蹋非常嚴重，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。
通州地勢低於大都。開運河，只能從大都引水流往通州，沿途築一系列牐壩，使南來的船逐級上駛。這樣，就必須在大都城周圍尋找水源以保證運河的水量。金朝時曾從京西石景山北面的西麻峪村開了一條運河，經過中都注入通州城東的白河。但因渾河中泥沙極多，運河很快淤積；加之夏、秋洪水季節，渾河水極其洶湧，極易氾濫，對運河兩岸造成威脅。所以，開鑿了十五年之後又復把運河上游的口子填塞了。由於金朝開挖的運河，正流經大都城牆的南面。以下往東到通州的一段完全可以利用，因此郭守敬所需解決的只是上游的水源。
早在元世祖中統三年（1262年）郭守敬初見忽必烈時所提的六項水利工程計畫中，第一項提的就是此事。他計畫把清河的上源中，從玉泉山湧出後東流，經甕山（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。這項計畫曾經實施。但因只是一泉之水，只能用於增加大都城內湖池宮苑的用水量，對航運則無裨益。
至元二年（1265年）以後，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）實施完成以後，只對運河兩岸的農田灌溉及放送西山砍伐木料的作業有所幫助。
此後，郭守敬總結了兩個方案失敗的教訓，並在大都周圍仔細地勘測水文和地形起伏情況。只是由於他又被調去修《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，就已發現這些建議不切實際。他乘著報告調查結果的機會，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。此後，河水並不逕直南下，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，使糧船平穩上駛。郭守敬提出開挖大運河的建議後很快就被忽必烈採納，於至元二十九年（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。從此以後，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，雖然迂迴，卻保持了河道較小的水位落差梯度，且可攔截沿途所經的諸多水源，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），在這麼長的路程上地形有幾米的起伏那是很微小的。從這裡可以看出，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後，對郭守敬的成就無不交口讚譽。
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