郭守敬是我国元代著名科学家，在天文、水利、数学等方面均有不凡的成就。特别在水利方面，通过对隋唐大运河截弯取直的规划设计，初步奠定了元代迄今京杭大运河的走向和格局，这是郭守敬对京杭大运河的最大贡献。此外，郭守敬还设计并亲自主持了通惠河的修建，使漕粮可以直运京城。由于郭氏对京杭大运河的形成具有决定性的贡献，故被尊称为京杭大运河之父。
功施千载的水利专家
郭守敬(1231-1316年),字若思，河北邢台人，元代著名科学家，在天文、水利、数学等方面都有杰出成就，明史称其“生有异操，不为嬉戏事”(卷一六四，列传第五一. 第2435页)。郭守敬的祖父郭荣学识渊博，不但通晓经书，对数学、天文、水利等都有研究。童年时代的郭守敬在祖父的教育和熏陶下，对自然科学知识产生了浓厚的兴趣。后又跟从刘秉忠学天文、地理等知识，中统三年（1262），由于他在科学及水利方面的不俗表现，被推荐给忽必烈，当时便向忽必烈陈述水利六事，世祖叹日：“任事者如此，人不为素餐矣。”(卷一七一，列传第六八.第2763页)至元二年（1265）郭守敬即被任命为都水少监，协助都水监管理河渠、堤防、桥梁、闸坝等修治工程。1271年升任都水监，主管全国的水利事务，而对京杭运河的重新规划与设计，便成为郭守敬水利成就的亮点之一。
历史上的中国大运河虽然都以京、杭为端点，但大体经历过两种规制或走向。一种是元代以前的大运河，主要是隋唐时期形成的，以中原腹地洛阳、开封等为中心向北京、杭州两个方向展开，略呈扇形或弓形分布，学界一般称之为隋唐大运河或大运河；另一种是元代以后的大运河，通过山东段运河的开凿，京杭之间不再绕道洛阳一带，航道被大大拉直和缩短，这就是学界乃至民间沿称至今的京杭大运河。京杭大运河的真正设计或规划者便是郭守敬。通过对隋唐大运河的截弯取直，京杭之间缩短行程近800公里，初步奠定了元代迄今京杭大运河的走向和格局。这是郭守敬对京杭大运河的最大贡献。此外，郭守敬还设计并亲自主持了通惠河的修建，使漕粮可以直运京城。由于郭氏对京杭大运河的形成具有决定性的贡献，故被尊称为京杭大运河之父。
元定都北京,大运河重心北移
元代以前的大运河主要是隋唐时期开凿或形成的，虽然这时的大运河也是北起北京，南及杭州，但运河的中心或重心在洛阳一带。1271年，忽必烈废弃“蒙古”国号，定国号为“大元”，将国都定在燕京并改称大都，打破了宋代以前中国历代大一统王朝将国都定在中原腹地长安、洛阳或开封的局面，同样，以洛阳、开封等为中心呈扇形张开的大运河，也不得不将其重心移到了最北端——大都。公元1276年，元朝发兵攻占南宋都城临安（今杭州），统一了中国全境。江南粮仓对于元政府的重要性更为显著。当时的南粮北运主要有两条途径。一是海运。粮船从江苏太仓刘家港起锚，出长江口沿海岸北上，绕过山东半岛，驶入渤海湾，傍岸到直沽(今天津市)，然后再循白河(今北运河)达通州(今北京市通州区)。海运有优点，如运量大，节省人力和费用，但海难较多，常有船舶漂失，不及河运安全。一是水陆转运。江南漕粮沿江南运河、淮扬运河、黄河、御河(卫河，相当于永济渠中段)、白河抵通州。这条运道问题较多。黄河为西东走向，北上漕船须向西绕道河南封丘，从封丘到御河，还有200多里，无水道可以利用，必须改成车运，道路泥泞，车行困难。而且，因为兵连祸结，战乱频仍，这条运路中的漕渠多受损毁。其实，自北宋徽、钦二宗起，运河已渐淤塞，靖康年间，金人南下，汴京被围，漕运几近中绝，汴水“堤岸失防，汴流久绝”。“靖康而后，汴河上流为盗所决者数处，决口有至百步者。塞久不合，干涸月余，纲运不通，南京及京师皆乏粮。”(卷九四，《河渠》四.第1490页)金与南宋中分南北达数十年，隋唐以来的大运河被拦腰切断。乾道年间的南宋使臣楼钥在北上途中见旧汴水“河益堙塞，几与岸平，车马皆在其中，亦有作屋其上”，可见，老汴河已是一副残败景象，水陆转运的困难可想而知。
因此，如何将大运河截弯取直，从淮北直接穿过山东进入华北以达大都，成了元政府的当务之急。
山东段运河的规划修建
01绘出截弯取直线路图
面对多渠道运输均有不便的局面，元政府逐步于山东西部大力兴举了开挖新漕渠、划直南北大运河的工程。至元十二年（1275），元军大举进攻南宋。因军事转输问题，元廷“议立水站，命（郭）守敬行视河北、山东可通舟者”(卷一六四，列传第五一.第2436页)。“守敬自陵州至大名，又自济州至沛县，又南至吕梁，又自东平至纲城，又自东平清河逾旧黄河至御河，自卫州御河至东平，自东平西南水泊至御河，乃得汶、泗与御河相通形势，为图奏之。”(卷一七一，列传第六八.第2763页)初步形成了大运河弃弓走弦的方案，即将隋朝完成、呈扇面展开的大运河裁弯取直，北端自大都起至通州，保留永济渠河北段，后进入山东德州，再南下聊城、临清、济宁，进入永济渠、山阳渎，经扬州越过长江与江南运河连通，直达运河最南端的杭州。弃“弓”走“弦”后的这条南北大运河，比起扇面展开的隋唐运河航路大大缩短。
02济州河的开挖
郭守敬所规划的大运河截弯取直路线深得元世祖的首肯，朝庭本计划于至元十三年正月开始“穿济州漕渠”工程，但当时对宋战争正在进行之中，没有力量从事这项工作。再则，因制定新历法的需要，郭守敬被调去负责历法的制定，郭守敬主政的“都水监”也合并到了工部。直到至元十八年(1281 )十二月，元政府才按郭守敬的规划方案, 派兵部尚书奥鲁赤负责修建自济州(今济宁市)至须城（今东平）安山镇的济州河, 翌年十二月完成, 全长75公里左右。济州河引汶水、泗水为源，当时亦称“东平府南奥鲁赤新修河道”。济州河挖成后，但开始了引水工程建设，主要是开挖引水河道和对相关河流上原有的闸堰进行改建，原计划修建十四座石闸。至元二十一年（1284），朝廷另责成漕运官员马之贞和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和两座石堰。这样，漕路由淮河入泗水（今中运河），经济州河北达安山，出大清河（今黄河下游）经东阿（在今山东东阿南）、利津入海，漕船再循海岸北上入直沽（今天津市大沽口）转赴大都。即南来漕船可直入大清河至利津县出海，海运至大沽以达通州。后来改由安山以北陆运至临清转入御河抵通州。这两条运输线路或风险太大或耗费人力，于是，开凿一条将济州河与御河连接起来的新河道的呼声日高。
03会通河的开凿
至元二十四年（1287），太史院令史边源、寿张县尹韩仲晖向朝廷建议：自安山穿渠至临清通御河。这正是郭守敬早已规划好的通漕线路。于是中书省派漕运副使马之贞与太史院令史边源等人再去勘察地形，并且估算工程费用和所需要的材料，绘图上报。前期工作准备妥当之后，元廷下令开凿会通河，具体施工由礼部尚书张孔孙、兵部尚书李处巽和马之贞主持。工程于至元二十六年(1289)正月开始，起于须城安山之西南，止于临清之御河，全长一百二十五公里，当年六月十八日竣工。初名安山渠, 因为它是通江淮之运的黄金水道, 忽必烈命名为“会通河”。
郭守敬在会通河的开凿中究竟起没起到作用？或起到什么样的作用？现存文献对此记载颇显混乱。有的将郭守敬视为会通河开凿工程的直接负责人，有的则认为会通河的开凿直接由礼部尚书张孔孙等负责，与郭守敬无关。其实，这两种观点都有失偏颇。实际情况是，济州河、会通河的开凿线路是郭守敬受朝廷之命早就勘察规划好了的，就这点来说，郭氏应为会通河工程的规划和设计者。再则，会通河修凿过程中，郭守敬虽不直接负责工程，但作为当时的工部郎中并太史院负责人，郭守敬对此工程应该负有管理或指导责任。因为会通河开工前后，都水监已经并入工部，太史院主管正是当时的工部郎中郭守敬。至元二十三年(1286)，郭守敬已经完成了《授时历》的相关研究与天文历法及测验图书的编写和整理工作。因此，会通河开工前后，郭守敬已经有时间参与这段工程的管理和指导工作。元代人王喜在《治河图略》中记曰：
世祖皇帝尝设置分监，委任都水马和之、郭若思疏决新河之水，导黄流由安山抵临清接御河，相地形设开隄，通漕运，遂成千载之功。(卷首“治河之图”，《丛书集成初编》第1486册第二0页)
马和之即马之贞，字和之，郭若思即郭守敬。“新河”即指当时新开凿的会通河。时人王喜的这段记载是可信的，说明会通河的开凿过程中，郭守敬作为部门负责人，亦应负有管理或指导之责。
济州河、会通河（明代重浚会通河后，这两河段通称会通河）的开通，使山东运河规模初备，尽管当时郭守敬没能选准南旺分水点的正确位置，从而使这段运河的通航能力大大受阻，以至从总体上影响了京杭大运河的运输能力，但通过大运河截弯取直、弃弓走弦，大大缩减了航程和运输成本，实现了江南物资由徐州北上直通京都的现实，从而真正奠定了全长1794公里的京杭大运河规制和基础。
开凿通惠河
在郭守敬设计并负责督开通惠河之前，江南漕粮只能通过大运河运到通州。本来从通州有一条运粮河通往京城（大都），但因为水源不足，通航能力差，多半处于荒废状态，只好将漕粮从通州用牲口驮运到大都，不仅耗费人力，而且一到雨季，道路泥泞，畜病人疲，运输更显艰难。所以，让大运河直通大都，就成为元政府面临的一项重要任务，这一任务自然又落到了水利专家郭守敬的头上。至元二十八年(1291), 郭守敬经过仔细考察，决定在旧的京通运粮河上重新开浚。提出了大规模跨流域调水, 疏流通州至都城河, 修建京通运河的规划：“疏凿通州至大都河，改引浑水溉田，于旧牐河踪迹导清水，上自昌平县白浮村引神山泉，西折南转，过双塔、榆河、一亩、玉泉诸水，自西(水)门入都城，南汇为积水潭，东南出文明门，东至通州高丽庄入白河。”(卷五三，志第二0，河渠二.第1353页)即引白浮泉水沿地形等高线西折而南，出南水门，合入旧运粮河的一亩泉、玉泉诸水入京城，这就成功地解决了老运粮河水源不足的问题。为了进一步解决旧的运粮河河床坡度大，不易存水的问题，郭守敬还对坝闸和斗门进行了改进，不但节约了水源，还使漕运更通畅。通惠河全长82公里，工程从至元二十九年(1292 )春委开始动工， 翌年秋全部完工。至此,，从杭州至北京全长1794公里的京杭大运河全线通航, 江南漕船直接驶入大都城。元世祖忽必烈看到漕运通了，积水潭水面上来来往往的帆船，异常高兴，遂将京通运河赐名“通惠河”。