通惠河水源设计及其背后的水文工程

通惠河的关键是水源问题。由于大都的地理位置是在一个地势由西向东倾斜的小平原上，能符合这个条件提供水源的只有浑河（即卢沟河，今永定河）。而浑河的流量全年分配极不均衡，加上泥沙多，不宜作为运河的水源。前面提到的闸河、坝河和金口河等运河，都是引卢沟河为水源，因全年水源不均以及泥沙含量太多，而难逃浅涩、干涸和淤塞。

郭守敬是在总结过去的闸河、坝河、金口河等运河都遭受失败的教训基础上，寻求解决通惠河的水源问题的。他认为要解决这个困扰已久的问题，思路不能束缚在自然河流上，而必须开拓视野，寻找自然河流以外的新水源。因此，在他向元世祖提出的建议中，关于水源和引水问题，着重强调了如下两点。

其一，“改引浑水溉田，于旧闸河踪迹导清水”。就是说，通惠河的水源，不考虑从浑河（今永定河）引水。浑河泥沙多，只能用以灌溉农田。而必须引用清澈的水流作为通惠河的水源。这些清澈的水，来自新发现的许多泉源。原来，郭守敬长期生活在大都，曾对大都周围的地形和水资源进行过多次实地勘查。早在元世祖中统三年（1262年）就任提举诸路河渠官之前，为解决旧漕河（即金朝开凿的闸河）的水源问题，曾对当时中都（即后来的大都）周围的水资源进行了实地勘查，所以在上都晋见元世祖时，提出了“中都旧漕河，东至通州，引玉泉水以通舟，岁可省雇车钱六万缗”的合理化建议。至元二年（1265年），郭守敬升任都水少监，并受命重开金口河时，对中都周围的水资源再次进行了深入的勘查。因此，郭守敬对大都周围的地形和水资源分布状况，了如指掌，他在历次的实地勘查中，陆续发现了大都以北的昌平县境内，分布着许多水量丰富的地下泉源。如在昌平县东南六里的白浮村附近，有一座名为神山（今凤凰山）的小山，在其山麓下有大量的泉水涌出地面，史称白浮泉，也称神山泉。在神山周围方圆数里内还分布着其他泉源多处，如王家山泉、虎眼泉（在昌平县治西南）、孟村一亩泉（在昌平县治西南十五里）、马眼泉（在昌平县治西南二十里）等，这些泉源涌出地面后，就各自顺着地势向低洼方向流淌，形成许多条小溪沟，这些小溪沟又从不同方位向低处流，并以关沟为主形成一条自北向东南流的小河，这就是温榆河上源之一的北沙河。在北沙河的东面，也有一些泉源涌出形成几条小溪，再流向低处会合而成一条自北向南流的小河，这就是温榆河另一上源的东沙河，1958年修建的十三陵水库，就位于东沙河上。上述白浮泉则位于东沙河的西侧。郭守敬还在白浮泉的西南方向一带，也发现有多处泉源向地面涌水，例如，温泉（在昌平县治西南三十二里）、黑龙潭、冷水泉等，每个泉源照例各自形成一条小溪沟，并流向低处会合而成一条自西南向东北流的小河，这就是温榆河又一上源的南沙河。北沙河与东沙河在昌平县沙河镇会合后，向东南流不多远又与南沙河会合，会合处今已成为沙河水库，从而形成水量颇大的温榆河，向东南流至通州以北注入潞河，成为潞河的一条重要支流。

郭守敬在规划设计通惠河的引水工程时，其汇集水源的方法十分高明和独特，他设计的引水渠道，不是直线形，而是呈弧线形（见图17-6）。为什么要设计成弧线形？一是为了要串联上述所发现的各个泉源，有意绕道，使尽量多的泉水流入引水渠道内，以增加运河的水源；二是这条引水渠道起自白浮泉，止于瓮山泊，长约六十里。而白浮泉所处的海拔高程约为60米，瓮山泊所处的海拔高程约为50米，而从白浮泉到瓮山泊，中间要横穿北沙河和南沙河的两处河谷，其海拔高程约为40米。如果从白浮泉用直线形引水渠道直接通向瓮山泊，则这条引水渠道将从海拔60米左右的高处，下达到海拔40米左右的河谷低处，再从海拔40米左右的河谷低处，上升到海拔50米左右的瓮山泊，这样的引水渠道是根本无法进行引水的。由此可见，为了要汇集众多的泉水作为通惠河的水源，不得不将位于不同海拔高度的各个泉源串联起来，将引水渠道设计成弧线形状。

图17-6　白浮堰与通惠河示意图^[132]

这里还需要强调的是，郭守敬所设计的弧形引水渠道，并非一时的心血来潮、随意而为，而是匠心独运，极为科学合理。这条引水渠道的起讫点白浮泉，同瓮山泊之间的地形高差约有15米。为了避免引水渠道在延伸过程中的过度倾斜，使水流在引水过程中保持着正常的流速，特意使其大致沿着标高为50米的等高线的走向平缓地延伸，以达到逐渐降低高度、使水源能够平缓地流向瓮山泊的目的。这是智慧超群的一步棋。

值得强调提出的是，600多年前由郭守敬规划建造的白浮堰引水道，同上世纪50年代时，为了解决北京市民的饮用水问题，运用现代科学技术规划建造的京密（北京—密云水库）引水渠道，两者的走向基本一致。这充分说明当年郭守敬规划设计的白浮堰引水渠道，是十分科学、合理的。(www.xing528.com)

郭守敬之所以能够匠心独运、设计出如此高水平的引水渠道，与其多次进行实地勘查，对位于大都周围的水资源分布状况了如指掌，以及能够熟练地运用测量技术和等高线的科学概念是分不开的。郭守敬中年时，为了治理黄河灾害，以掌握黄河中游地区的地形起伏变化状况，曾进行过大面积的地形测量和水平测量，并且在我国率先科学地采用以海平面为基准的海拔概念。所以在规划设计白浮泉引水渠道时，也是得心应手地运用了测量技术的。毋庸置疑，这条白浮泉引水渠道，是郭守敬对中国运河工程和大都（今北京）地区引水工程的一项重大贡献。

由于这条弧形引水渠道位于斜坡上，截断了北沙河和南沙河上游的许多小支流，因此在每个截断口的下方都需要修建“清水口工程”。据上引《元史·河渠志》记载，清水口工程共计十二处。所谓“清水口工程”，就是修建一些临时性的石囤堰坝^[133]。在平时，将每个泉源的下流通道用石囤加以堵塞，迫使泉水流入引水渠道。而在山洪暴发时，汹涌的洪水，通常会将拦水的石囤堰坝冲垮，这就需要在山洪过去后及时进行重建，否则这些宝贵的泉水就会白白流失。因此，清水口工程虽然简单易筑，但是要反复重建，消耗人力、物力至巨。

郭守敬设计的弧状引水渠道，还周密考虑到在山洪暴发时会受到冲击而使泉源尽失，因此特意从白浮泉起至瓮山泊止，沿着引水渠道修筑一道长堰以资防护，于是这条引水渠道在历史上也就习称为白浮堰（见图17-6）。

这条起自白浮泉止于瓮山泊的白浮堰，沿途究竟接纳了多少个泉源？据清朝人所撰《日下旧闻考》卷五十三记载：计有“王家山泉、昌平西虎眼泉、孟村一亩泉、西来马眼泉、侯家庄石河泉、灌石村南泉、榆河温泉、龙泉、冷水泉、玉泉”，共计十泉。而上述修建的清水口工程为十二处，则尚有两处泉源无名称记载，可能已经湮塞或失传。

这里还有一个问题需要说明，郭守敬既然汇集诸多泉水作为通惠河的水源，何以不用一亩泉？这个问题是因郭守敬向元世祖提出的建议中，所谓“不用一亩泉旧源”而产生的。其实，这是对这句话的误解。一亩泉是金章宗时期，韩玉开通闸河时曾经利用的泉源，故郭守敬称它为旧源。由于新发现的白浮泉水量比一亩泉水量大，而且距瓮山泊的路程也比较远，所以郭守敬在规划通惠河的水源时，选择以白浮泉水为主要水源，由远至近，沿途陆续接纳王家山泉、昌平西虎眼泉、孟村一亩泉等，因此所谓“不用一亩泉旧源”这句话的真实含义是：不以一亩泉旧源为通惠河的主要水源，而绝对不是完全不用一亩泉的意思。

其二，在引水过程中，要“经瓮山泊，自西水门入城，环汇于积水潭，复东折而南出南水门，入旧运粮河”。就是说，郭守敬在规划通惠河时，考虑到水源会因季节不同而有盈亏，为此他所设计的引水渠道，其路线走向有意要经过瓮山泊和积水潭。以便将这两处水域作为引水过程中的两个天然水库，用以调节水量。即在多雨季节水源充盈时，水量在两个水库中储存起来，这样既可避免泛滥，又可济运河于不时之需；而在干旱季节水源枯萎时，则可开启水库闸门，让水库中的水流入运河，以提高运河的水位，使运河终年可以通航。

关于通惠河的引水渠道，可以划分为三段：从白浮泉到瓮山泊的白浮堰为第一段，其功能除了输送水流外，更承担着接纳诸泉源的重任。从瓮山泊至紫竹院为第二段，这段引水渠道基本上利用金朝韩玉开闸河时所修建的引水旧道（即今之长河），经过拓宽加深重修而成的。渠道在紫竹院正好接上高梁河上源，将部分高梁河水也顺道纳入通惠河的水源中。从紫竹院到积水潭为第三段，这一段引水渠道，也属于高梁河的故渎，早在三国时已经开发。金朝位于中都北郊的漕渠以及元朝开通的坝河，都曾利用过这段水道。元朝时的积水潭和太液池在金朝时是同一片水域，称为白莲潭，位于中都的东北郊区，水域呈不规则的长条形，面积很大。因这里地势低洼，系由高梁河流经这里时潴聚而成。元朝初，在扩建中都为大都时，将白莲潭全部包括在大都城中，并在白莲潭的南部一带营建皇宫，将原来呈带状的白莲潭一分为二，北部水域成为积水潭，面积比现在的积水潭和什刹海加在一起还大得多，因一眼望去，“汪洋如海”^[134]，当时的大都人均称它为“海子”。南部水域被划入宫苑内，成为元朝皇宫内的太液池，面积包括现在的北海和中海。并将积水潭与太液池水域隔断。太液池的供水渠道是皇宫专用的金水河，直接引玉泉水为水源；而其排水渠道则与通惠相通，因此太液池水波荡漾，是个活水池。由于通惠河的河道从积水潭以下就利用了金朝所开的闸河旧道，因此积水潭成为通惠河的起点和漕运码头，到达大都的漕船均停泊在积水潭。在积水潭通向通惠河的出口处，筑有三道闸门，用以调控水量和水位，供舟船航行。