在济州河所流经的鲁西地区，是一片地形略有起伏的广阔平原，平原上分布着河流和湖泊，其中主要的是泗水和汶水，自东向西流经平原的南部和北部，这为开凿济州河提供了有利的地理条件。泗水发源于今山东省泗水县，向西流至兖州，折向西南流，经济州东南的鲁桥镇，再折向东南流，经徐州至淮阴入淮河。汶水俗称大汶河，发源于今山东省莱芜市东北的原山，向西流，其下游分成两股水流，南股流至济州以北潴为茂都淀（即南旺湖的前身）；北股流至东阿县西南的碻磝山以西注入大清河。大清河即古济水的下游河段，自巨野泽向东北流至利津县入渤海。由于泗水在南，汶水在北，因此自鲁桥镇泗水向北开凿人工河道，经济州至须城县（今山东省东平县）以西的安山镇，使泗水与汶水沟通，即可形成济州河（见图17-3）。
图17-3 济州河及汶水、洸水示意图[85]
济州河的开通，可分为开挖河道和修建闸坝两项工程内容。其中开挖河道工程早在至元十三年（1276年）已经朝廷通过决议。《元史》卷九《世祖纪·至元十三年》有记载说：“正月，穿济州漕渠。”济州漕渠，即济州河。这比朝廷在至元十七年（1280年）决议开凿胶莱运河的时间还要早。但是，由于丞相伯颜当时正在江南前线督战，因此这个决议并未及时执行，而是一直等到五年后的至元十八年（1281年）才付诸实践。据《元史》卷六十五《河渠志·济州河》记载：
至元十八年十二月，差奥鲁赤、刘都水及精算数者一人，给宣差印，往济州定开河夫役。令大名、卫州新附军亦往助工。[86]
从记载看，这一年并没有正式动工，而是至济州踏勘、规划，并落实参与施工的劳役人员，这些都属于准备工作，因此，开河工程真正开始动工的时间，应该是在至元十九年（1282年）。当时开挖的河道，除了济州向北到安山镇一百五十里外，还有济州向南至鲁桥镇六十里，以及对鲁桥镇以南的泗水也加以开挖疏浚，使之畅通。从《元史》卷十二《世祖纪·至元二十年》记载：“八月，济州新开河成，立都漕运司”可知，开河工程完成于至元二十年（1283年）八月，历时约一年多时间。
在完成开河工程后，接着又进行修建闸坝工程。修建闸坝的目的，是为了解决济州河的引水问题。济州河原来计划修建石闸十四座。至元二十一年（1284年），朝廷责成漕运官员马之贞与监察等到实地巡视并负责修改闸坝计划，最后确定建造八座石闸、二座石堰。[87]济州河的水源主要来自泗水和汶水，当时为了引用泗水和汶水济运，分别采取如下的闸坝工程措施。
一是在兖州“立闸坝，约泗水西流”[88]。泗水自泗水县向西流至兖州城东南后，折向西南流，至鲁桥镇就转向东南流，经徐州后再入淮，原来的流经路线并未经过济州。泗水流至兖州城东南时，有一条小支流沂水注入，流量增大，而泗水则因河床受泥沙淤浅而容纳不下过多的流量，于是在兖州城东南一带潴水成泽并就地泛滥。早在隋朝开皇年间，兖州刺史薛胄为解决城东南泗水潴聚泛滥问题，曾开凿一条从兖州城东向西穿城而过的渠道通往济州（当时称为任城），用以分流泗水，取得了很好效果。这条从兖州至济州的渠道，长约六十里，史称薛公丰兖渠[89]。为了引泗水流入丰兖渠，当时还在城东南的泗水上积石为堰，拦阻泗水，使部分泗水继续南流入淮（因是积石为堰，有空隙，起到溢流作用）；而使被拦阻的部分泗水_，循丰兖渠流向济州。从此，形成了泗水也流经济州的新格局。
隋朝薛胄修建的石渠早已毁坏，丰兖渠在北宋时也已淤塞[90]。元朝在开通济州河时，为了要引泗水济运，于至元二十年（1283年）在兖州城东南泗水上（可通往隋朝旧堰的故址）重新修建了一座滚水石坝，用以拦水。到了元仁宗延祐四年（1317年），都水监阔阔对滚水石坝进行改建重修，并在坝体上开了三个涵洞，每洞都置闸门，可以启闭，以利于排泄洪水，取名为金口坝。就在修建滚水石坝的同时，还循着隋朝丰兖渠故道，重新开挖出一条河道，起自城东南的泗水，向西流经黑风口，并横穿兖州城区，通至济州并与济州河连通，成为引泗济运的济州河主要水源之一。这条引水道因是泗水的一条派流，因此水量基本有保障，又因其流经兖州府署前，明清时代的文献都称之为府河，这就是兖州府河的由来。
至元二十年（1283年），除了修建滚水石坝和开挖府河外，还在距离滚水石坝不远的黑风口府河上，修建了一座石闸，用以调控府河的流量，名曰金口闸。原来，府河从泗水分流出来后，要流经地势较高的黑风口（在城东五里），水流难以通过，因此当时在泗水上修建滚水石坝的同时，又在黑风口府河上修建了金口闸。据清人陆耀《山东运河备览》卷四《金口坝》条引牛运震《空山集》说：“黑风口，一名金口闸，与金口坝一时并建。”引文中所说的金口坝，实指滚水石坝而言，因滚水石坝建成后并无正式名称，直到30多年后的延祐四年（1317年）才有金口坝之名，但后世文献对包括滚水石坝在内，都统称为金口坝。滚水石坝建成于至元二十年（1283年），故金口闸也当修建于是年。由于金口坝与金口闸一字之差，又是同年修建，而且都位于兖州城东分水口附近（金口坝在泗水与府河分流处南侧的泗水上，金口闸在分流处西侧的府河上），两者相距很近，因此许多历史文献常将两者混为一谈，误认为金口坝与金口闸是同一实体，从而造成概念上的模糊与混淆，故在这里加以澄清。由于金口闸所在之处地势较高，离城又近，因此兖州居民怀有金口闸一旦被冲垮，将会葬身鱼腹的担心。牛运震《空山集》中对于金口闸的形势有这样一段描述：(www.xing528.com)
查黑风口去郡城五里，其堤堰之颠，与城堞相较犹高一尺三寸，由堤窥城，犹如从高墉俯临井底。而泗河之水，由陪尾山而来，挟山溪沟泉诸水，直泻百里，遇夏秋泛涨，拍天惊岸……万一闸口不支，高屋建瓴之势不足言也，万众之不为鱼者幸耳。[91]
如上所述，有了金口坝和金口闸，就可相辅相成，更好地调控泗水与府河的水势和流量。其调控方法为：每当夏秋山洪暴发、泗水汹涌而泻时，则关闭金口闸，而开启金口坝，这样就可避免过多的洪水通过府河进入济州河，不致影响济州河的航运。每当冬春少雨、泗水流量细小时，则关闭金口坝，而开启金口闸，这样可使泗水尽量多地通过府河流入济州河，以保持济州河通航的必要水位。
二是在堽城“立闸堰，分汶水（注：应为洸水）入河，南会于济州”[92]。按洸水原为汶水的派流。东晋永和十二年（356年），徐、兖二州刺史荀羡奉命北伐前燕，曾开洸水引汶水西南流与泗水相通，从而自任城（即元朝时的济州）北上，经洸水、汶水至济水，再通向东阿。但当时在洸、汶分流处是否修建堰埭，因史无记载，不得而知。就目前所知最早在洸、汶分流处修建分水设施的，是在元朝建立前的元宪宗七年（1257年），当时东平路总管严忠济为开通自东平至宿、蕲一带的漕运路线，责成济州判官毕辅国在堽城镇（即《水经注》中提到的刚县）西北、汶水南岸修建了一座斗门。有文献记载说：
昔汶不通洸。国初岁丁巳，济悴奉符毕辅国请于严东平（注：即严忠济），始于汶水之阴，堽城之左，作一斗门，遏汶水入洸，益泗漕，以饷宿、蕲戍边之众，且以溉济、兖间田，汶由是有南入泗淮之派。[93]
据此可知，东晋荀羡开辟的以汶通洸的状况，因时隔久远，到元朝以前，汶、洸早已不相通了。元初，在汶、洸分流处修建斗门，使汶水的一部分水量重新流入洸水，再循洸水河道向西南流至济州入泗水。这样，就使汶水、洸水、泗水互相沟通，从而构成了自东平至济州，再南达宿州、蕲县的一条漕运通道。不过这条漕路从东平至济州一段不是直线型，而是绕道堽城拐了一个大弯，显然很不理想。济州河开通后，就不需要再绕道堽城，路程大为缩短。为了使济州河能更好地利用汶、洸的水源，原计划在堽城修建一座石堰。但据当时的都水少监马之贞反映，截至至元二十六年（1289年）开通会通河前仍未修建[94]。为什么不及时修建石堰呢？这是因为马之贞考虑到汶水上游河谷开阔，植被少而泥沙多，修建永久性的石堰后，大量的泥沙必然在堰前淤积，使汶水上游的河床变浅，从而容易造成泛滥，殃及汶水中、下游地区，因此认为修建永久性的石堰并没有多大好处。直到至元二十六年（1289年）会通河开成，济州河与会通河一起成为京杭大运河的重要组成部分后，于至元二十八年（1291年）开始在堽城建闸，闸址选择在毕辅国所筑斗门以东，故名东闸；原斗门也经改建成闸，称为西闸。只因西闸的闸址较高，不能进水，因此真正对汶、洸分流发挥调控作用的是东闸，后世文献常提到的堽城闸，即是指东闸而言。堽城闸建成后，为了阻止汶水向西流失，又在堽城东闸左下方的汶水上修建一座临时性的土堰，用以拦水分流，平时使三分之二的汶水流入洸水；冬春枯水期使全部汶水流向洸水；而每当夏秋山洪暴发时，则紧闭二闸之门，使洪水集于汶水河道，听凭洪水冲垮土堰，循汶水河道流向大清河再入海，以丢卒保车的方式保全堽城闸的完好。因此形成在每年洪汛期过后的秋分季节前后，都要重建土堰，劳、费负担很重。到了元仁宗延祐五年（1318年），当时的都水监官员鉴于每年都需修建这座土堰十分麻烦，将它改建为石堰。结果“五月堰成，六月为水所坏，水退乱石龃龉，河底增高，自是水岁溢为害。（后）至元四年（注：1338年）[95]秋七月，大水溃东闸，突入洸河，二闸被其害，而洸水亦为泥沙所塞，非复旧河矣”[96]。看来，当年马之贞主持都水监时，宁可每年重建土堰而坚持不建石堰，确实有其独到的道理。顾祖禹《读史方舆纪要》卷三十二《山东宁阳县·堽城堰》条云：“堰在县东北三十四里，元置堰，明永乐中改为坝。”所说的堽城堰，当是指元朝每年都需重建一次的堽城土堰而言。
三是在济州城南的水道上修建上、中、下三闸，统称为济州闸。泗、洸二水流至济州城的东北处会合后，再绕城流至城南的中闸，所以中闸的正式名称为会源闸。在中闸西北约三里处为上闸，泗、洸二水在会源闸会合后，流至上闸开始进行南北分流，故上闸的正式名称为分水闸。在中闸东南约二里处为下闸，主要用以接纳泗水，因其位于任城（即济州）的东面，故又称任城东闸。济州上、中、下三闸所起的作用是：①分别接纳泗、洸二水；②使泗、洸二水会合以增加水量；③使合流之水沿着济州河道实施南北分流，为济州河提供水源。
综上所述，济州河的水源主要来自泗水和汶水，经过元朝在泗、汶、洸等河流的关键之处，设置闸、堰等一系列工程措施后，济州河的水源基本有了着落，为通航创造了条件。
济州河开通后，从江淮地区北上的漕船，可以直达汶水下游的安山镇，原本计划漕船由汶水入大清河，顺流而下出利津，再由海路抵达直沽，组成一条河海联运的漕路。可是，事与愿违，发生了一系列的问题：首先，当时从南方北运的粮食每年约一百万石，其中三十万石计划由济州河运输。由于济州河开挖深度不够，加上水源不足，存在着“水浅，大舟常不能达”[97]问题，不得不“更以百石之舟，舟用四人，增漕舟三千艘，役夫一万二千人”[98]。这样，就大大地增加了运输成本。再者，利津县大清河口泥沙淤积十分严重，漕船难以通行，这是因为在规划开凿济州河时，未对大清河口进行实地勘查，在发现河口壅沙后又未及时加以疏浚，而是采取消极的放弃态度，临时决定改用水陆联运方式，即自大清河北岸的东阿起，向北陆运二百里路程至临清，再入御河水至通州。可是，这条水陆联运的漕路也不顺利，主要是途经荏平县境一段陆路时，因“地势卑下，遇夏秋霖潦，牛车跋涉其间，艰阻万状”[99]。因此，至元二十四年（1287年）“遂罢东平河运粮”[100]。东平河，指的就是济州河。这条经过长期准备、好不容易开通的济州河，仅使用了四年就被搁置起来。因此可以说，济州河的遭遇同胶莱运河一样，那就是命运多舛。幸运的是，不久由于会通河的开通，济州河也得以成为京杭大运河的重要一环，终于在历史上起到了重大的作用。
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