献身科学 造福百姓——郭守敬

一、勤奋好学与治理家乡水患

1231年，郭守敬出生在邢州西北三十里的地方的郭村。郭守敬从小是跟祖父郭荣生长大的。郭守敬的祖父郭荣，号鸳水翁，是一位精通四书五经的儒者，并兼通天文、历法、数学与水利之学。郭守敬自幼聪颖好学，虚心求教，深受祖父的熏陶与教诲，渐得其传。

第一件事是；郭守敬年十五、六岁时，得到了一幅北宋科学家燕肃的莲花漏的拓片，便能依照图片将其原理说清楚，又能依图复原制造出莲花漏模型来。莲花漏的结构原理较为复杂，对一般成年人来说，只凭一张图想弄清其中的道理绝非易事。而少年的郭守敬却能“尽究其理”，凭借平日里对有孔容器水流状况的细心观察，并由之得到的水位高低和流量大小内在规律的感知，也凭借他对图的理解与很强的形象思维能力，才得以实现。1260年郭守敬随中书左丞张文谦巡视大名时，仿照莲花漏用铜制造了一套漏壶，更名“宝山漏”，1262年3月1日，运到燕京，放置在灵台上作为国家标准的计时仪器。

第二件事是：郭守敬又得《尚书璇玑图》，规竹篾为仪，积土为台，以望二十八宿及诸大星。所谓《尚书璇玑图》，也就是浑仪图。浑仪有着悠久的历史，传统浑仪的发明始自汉代，是我国传统用于测量天置的仪器。共有八九个圆环，组成了地平坐标系统、赤道坐标系统和黄道坐标系统。各环间的相对位置是固定的，但其整体可绕仪器的极轴东西旋转，来观测天象。郭守敬对这些圈环因陋就简，就地取材用竹篾编成，并依照浑仪图所示的构造模式，制成了一座虽简易但可使用的浑仪。为了扩大视野，郭守敬将所制的竹浑仪安置在土台之上，用以观测中国古代传统的特定星座二十八诸星以及以外其他亮星。郭守敬自制的竹浑仪，虽然简陋，应该说浑仪之作较莲花漏之作要复杂和困难的多。

随着郭守敬的逐渐长大，祖父的知识已无法满足他的求知欲望。为了得到进一步深造，他来到百里之遥的邢西紫金山，拜爷爷的好友刘秉忠为师继续深造。后来，他们先后进入元朝为官，成为元朝著名的政治家、军事家和科学家，被誉为“紫金山五杰”。

当时，邢州（今河北省邢台市）城北有三条河流。南边一条最大的叫潦水，河渠水道无人管理，河水破堤而出，四处弥漫。此面有两条小河，一条达活泉，一条野狐泉。在漫流的泥沙堆积下，淤塞不堪，就连通往南北的达活泉石桥也被埋没在泥沙之中。给南北交通和百姓的生活带来了极大地不便。于是，地方官张耕、刘肃决定治理三水。地方官走访家乡的百姓，最后选定了年仅只有20岁的郭守敬来借此重任。

年轻的郭守敬接此重任后，走路到城北现场，相度地形地貌，考察经流的来迹渠脉，并向当地父老乡亲调查请教。郭守敬在查勘之后，按照水位、流量和灌溉需要的条件，进行了综合治理设计方案的工作。郭守敬在张耕、刘肃的的大力支持下，亲率民工400余人挖河建坝，民工们在郭守敬指定建桥的地方，竟挖出了已沉没于地下30余年的达活泉的石桥遗迹。由于郭守敬年测算准确、设计合理，这一工程仅用了40天的时间，就顺利完工。治理后的三条河流个顺其道，百姓们得到了灌溉之利、行路之便。家乡百姓都称赞郭守敬为家乡办了一件大好事。金末元初著名的文学家元好问，为此写了一篇文章，叫做《邢州新石桥记》，记下了郭守敬在邢州治水工程上初露头角便显峥嵘的业绩。

二、面陈水利六事与西夏治水

1260年，中书左丞张文谦将“习知水利，巧思绝人”的郭守敬推荐给了元世祖忽必烈。1262年的8月忽必烈在上都便殿召见了郭守敬。郭守敬向忽必烈提出了华北六项水利工程建议。这些水利工程建议中，除第一项是解决中都（北京）漕运问题外，其它五项均是兴修水利、灌溉农田的问题，其中有两项涉及到郭守敬的家乡邢州。郭守敬每奏一项，忽必烈都点头称赞。最后感慨地对左右大臣说：“任事者如此人，不为素餐矣！”当即任命郭守敬为提举诸路河渠，负责各路水利工程。自此，郭守敬凭着自己的真材实学步入仕途。

1264年，郭守敬随张文谦行省西夏（甘肃、宁夏、内蒙古部分地区），治理西夏的濒河诸渠。由于蒙夏时期的长期战争，河道淤塞，堤毁坝坏，使富庶的塞上江南变成了满目苍凉的不毛之地。

郭守敬到达西夏多次深入各地视察旧河道，走访了当地百姓，掌握了大量实地考察资料，提出了“因旧谋新，更立闸堰”，在不到一年的时间里，郭守敬带领西夏百姓修复了长达400余里的唐来渠和250余里的汉延渠，以及大小支渠68条，灌溉田地90000余亩。治水工程不误农时，及时赶上了春播，使西夏再现了“塞上江南”的景象。西夏的百姓为了纪念郭守敬的公德，在唐来渠首建“郭氏祠”一座，并立碑以记其事，这也是我国古代科学家中少见的荣誉。

三、四海测验与编制《授时历》

元代初年，一直使用的金司天监赵知微重修订的《大明历》。已有百年之久，历法的误差越来越大，发生了多次预报与实际天象不符的事。因此制定一部精密的历法势在必行。在我国古代，历法曾是朝廷统治权力的一种标志。这时，忽必烈想起来刘秉忠生前提出改革历法的的建议，于是在大都（北京）设立太史局，后改太史院，由郭守敬和王恂专门负责，郭守敬还亲自为太史院选址，并主持了营建工作。

1279年，郭守敬完成了天文仪器的研制（1276-1279年），郭守敬集中精力，本着实用、简化的原则，先后主持研制了简仪、高表、仰仪、正方案等20多项的天文仪器。为了制定出更为精良的历法，郭守敬向忽必烈上书建议，我元朝的疆域比唐朝要大的多，如果不进行广泛的实际观测，有些数据就无法确定，因此，就制定不出适合全国使用的精密历法，要求在全国建立多处观测站。忽必烈批准后，郭守敬主持了北尽铁勒（今西伯利亚一叶赛河附近），南逾朱崖（即西沙群岛），东至高丽（今朝鲜），西极滇池（今云南），南北长5500公里，东西宽2900公里的广阔范围内，建立了27个观测站，委派14名监侯官分几路出发，到各地进行天文观测

郭守敬和王恂对各观测站提供的大量数据加以整理，进行精密的计算，并参考历代40余部历法，经过4年的努力，终于在1281年编制出一部新的历法。元世祖忽必烈十分满意，取《尚书尧典》中“敬授民时”的含义，命名《授时历》。忽必烈下诏，向全国颁行《授时历》，自1281年正月初一开始实施。《授时历》有很多改革创新：根据实际观测，重新考证了历法上的七项重要天文数据；创立了新的计算方法，对日、月运动取得了五项新的数据和资料；以实测历元，废弃上元积年；以万分法代替日法；改进岁实消长法。

四、重返都水监开凿通惠河

1285年，当宏伟的大都城建好以后，这里很快成为政治、经济、文化的中心，机构林立，人口增多，每年仅粮食一项就达几百万石。这些粮食大部分征自南方江浙一带，通过内陆运河和海运，运到大都东边的通州。当时，这些粮食只能依靠陆路运输。路运不仅消耗大、费用高，尤其是到了秋雨连绵的季节，道路泥泞，牲畜死伤不计其数。于是在1291年郭守敬对大都地区水资源及地形进行了详细勘察，实施了“跨流域调水”，提出了开设通州至京都漕运的宏伟计划。这一建议深得忽必烈的赞赏。开工当天忽必烈命令“丞相以下皆亲操畚锸”到开河工地，凡遇重大问题“咸待公（郭守敬）指授而后行事。仅一年的时间便完成了如此巨大的工程，这与郭守敬周密的设计和规划是分不开的。

当时大都海拔40米，通州海拔20米，为了解决水流落差大，能够使运粮船只逆流进入大都城，郭守敬巧妙地在开凿的运河上每隔十里一闸，根据需要设立双闸和斗闸，共建24闸坝。这样江南的漕运船只逆流过闸时，先开启下闸，船过下闸然后并闭下闸，再缓缓开启上闸，等上下闸水位基本相平时，漕运船只可逆流进入大都城。当元世祖忽必烈从上都返回大都时，看到积水潭上“舳舻蔽水盛况空前”欣然将郭守敬开挖的这条河渠赐名为“通惠河”。这是郭守敬在治水过程中又创造的一项水利史上的奇迹。通惠河一直使用到清朝末年，1901年京通铁路修好以后，才结束了他的历史使命，有诗人称：“莫谓盈盈衣带水，胜它多少犊轮辛”。现在的科技史界说：“正是郭守敬大都治水的成功才有了北京城近800年的定都史”。

五、古稀之年勤耕作

步入古稀之年的郭守敬没有休息，仍就工作在治水、天文一线。为了将历法科研的成果汇集成书，流传后世，先后编写了《推步》、《立成》、《月离考》等天文著作共计105卷。

1303年，元成宗铁穆耳命令：“凡年满70岁的官员都要去职返里。”当时郭守敬已73岁了，他和其他官员一样向朝廷提出了辞职的请求，但元成宗考虑到在治水、天文方面可以代替，惟独不准郭守敬离职，挽留他继续留任。郭守敬被朝廷留任后，仍供职于太史院和都水监，更加关心天文历算、水利工程等事业。

郭守敬1316年去世，享年86岁，这位伟大的科学家走完了他光辉的一生。郭守敬去世后，他的科学思想仍对后人产生了深远的影响。