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置的一重重机轮带动灯球内四层中不同的物象，作出不同的反应。尤其是第
三层内的四象模型，能按时鸣叫与舞跃，这是前所未曾有过的。
毫无疑问，机械传动装置内装有控制速度的擒纵器，使走速均匀，计时
准确；并且还装有相当复杂的凸轮机构和齿轮系统，以带动这一整套的传动
装置。
灯球上面，有一道“中梁”；中梁之上还设有一道“曲梁”。
曲梁上面刻有水槽，用以定水准。中部安设“云珠”一颗。左右两旁，
分别布置“日球”与“月球”各一颗。曲梁两端用龙首作装饰，梁摆动时，
能够口吻张开，目珠转动，好似凝视着曲梁架上的水平位置是否左右平准。
云珠下面另挂一颗“大珠”，位于其下的中梁上左右盘旋着两条龙，成双龙
戏珠之象。两龙又能随大珠的摇摆而俯仰转动，好象是在昂首察看水槽内的
水是否平均稳定。这两根梁，两个龙头和两条龙都非为了单纯装潢而虚饰的，
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而是供校正这座水力机械时钟的水平状态之用的。它好象具有自动反映校正
水平的工作过程的性能。
“七宝灯漏”框架用的材料是以金子为主要成份的合金。灯球的四面都
点缀着各种珠宝与金银饰物，华丽非凡。忽必烈得到它，非常高兴，将它安
放在皇宫正殿大明殿上，因而又称为“大明灯漏”。元代，每逢皇帝即位、
元旦朝贺、生日祝寿，册立皇后或太子，诸王与外国使节来朝及其它重大庆
典，都在大明殿举行仪式。最高封建统治者，就是用点燃这座辉煌的灯漏来
烘托那盛大典礼气氛的。
这种水力传动的机械装置，创始于2世纪前半期的张衡。经过唐代较多
的改进，11世纪末，北宋苏颂，韩公廉等人曾制造过一座雄伟高大的水运仪
象台，高近12米。它上层安装浑仪，中层设浑象，底层有一座五层木阁，通
过水力传动机构，能自动报时、报刻和夜漏更等，并能摇玲、扣钟、击鼓、
打锣，以声响报道时刻。七宝灯漏，自然是承唐宋旧制而作，它基本上同水
运仪象台下部木阁内的计时机制相同。可是，北宋复灭以来，南宋初年在临
安考虑重作一座时，已无人能理解苏、韩二人的构造原理，也没有人能够看
懂苏颂的遗著。苏、韩原器在金初迁燕京后早已毁损。郭守敬能重新制造出
来，还增添新的内容，这是不简单的。况且，比欧洲1386年方出现的第一台
机械时钟，终究还要早一个世纪。不难看出，郭守敬确实具有卓越的才能，
对数学和机械学都有着深厚的基础。
这段时期，郭守敬还试制过木牛和流马，进呈给忽必烈。凡看过小说《三
国演义》的，都知道诸葛亮六出祁山伐魏的末期，曾制造过木牛、流马的故
事。据史书记载，诸葛亮于蜀汉建兴9年 （231年）第五次出兵时，开始以
木牛试作运输工具，下一年制造更多的流马和木牛。至建兴12年 （234年）
他去世那年，第六次再出祁山，在艰险难行的栈道上使用大量木牛、流马，
运送粮草及军用器材。但是这种木牛、流马的形状到底是怎样的？它的构造
和性能又如何？却一向缺乏详细的记述。宋代，曾有人阐释道，木牛就是前
面有两条车杠的小车子，流马即独轮推车。因为蜀道的山路崎岖险阻，大车
难行，用这类小车子运粮，行动反倒便捷灵活，易于控制掌握。郭守敬进献
的木牛流马，当时看到的人说，它们“虽不尽得诸葛旧制，亦自机妙”，使
用起来甚为灵巧方便吧！
时光流逝，至元年间的末期，郭守敬已经六十岁左右了。回顾他的壮年
时代，他曾在河工水利上作出过一番成就；中年以后，相当一段时间内，又
在天文历法与仪器制造上做出了划时代的贡献。授时历的制订工作告一段落
后，在负责太史院日常业务之外，他的精力又投入到大都城市建设的水道工
程方面。这工作，即使到今天，仍有一定的参考价值。
五、让船舶驶入大都城
大都的城市变迁，亦有一段历史。早在金朝初期，金主完颜亮贞元元年
（1153年）从上京会宁府 （今黑龙江阿城之南白城）迁来燕京，作为首都，
称为中都大兴府。北方蒙古族进入中原，忽必烈于中统元年12月曾进驻燕京
的近郊，以后又在燕京“分立省部”，并于至元元年改燕京为中都，在旧城
东北陆续营建新都。至元4年，正式迁都新城；至元9年，又改中都为大都。
大都的规模宏大，名副其实地成为全国政治、经济的中心。但美中不足的是，
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它的水源问题一直未得到彻底的解决。
金朝的中都故址，原是古代蓟城；那时是将辽代的南京析津府加以扩建
而成。金建都后，封建统治阶级为了满足其生活享受，于建造宫苑园林时，
曾考虑到用水的需要。同时，为了维持其宠大的统治机构，每年要从它统治
的华北平原地区输送粮食到京师，水运问题也得认真考虑。北京地区在地理
构造上三面环山，犹如海湾，称为北京湾。它的地形，从西部山区逐渐向东
倾斜下降。地区的降水量甚是充沛，可又缺少天然的大河和湖泊，所以地下
渗积水颇为丰富，而地面上却缺乏适当的水系可资利用。
金代，曾把今莲花河水通入凉水河的中间一段，截引入城，历经宫苑园
囿之间，解决了皇宫的用水问题。但皇室贵族的挥霍，封建统治机构的开支
与军队的维持，主要都靠搜括的粮食。每年许多万吨粮食，车载船运，输送
进京，在当时的条件下，当然唯有水运最称省便。可是，从南方来的粮食，
即古代称为漕粮或漕米的，其水路运输——称为漕运，只能到达潞县（通州）。
因为从地形来看，通州以南，靠华北水系可以把粮食集中到今天津附近；天
津到通州一段，已是逆流而上了。再从通州到中都，路程虽不太长，仅有50
里，却根本没有天然河道。况且中都的地势，相对说比通州大约高出20米，
平均有将近 1‰的坡度。这坡度又不太匀称，有的地方坡势较平缓，有的处
所又较陡峭。如果开凿一条人工运河，潞水的水是无法倒引上流的。
金大定10年 （1170年）曾有人从梁山 （今石景山）北面麻峪村凿开芦
沟河东岸，挖出一条人工河，引到中都城北的护城河，再向东注入通州城东
的潞河（今白河），但开成以后，由于“地势高峻，水性浑浊”，激流冲毁
堤岸，泥沙淤塞河床，终于毫无用处。郭守敬曾在中统3年和至元2年曾两
次提出整治方案，想加以复活的正是这条废河；可惜均没有达到预期的效果。
当时中都北面有个小湖，地有潜流导致涌泉，它就是现今紫竹院公园中
那个湖泊。从那里发源引出一条小河，名叫高梁河。古代高梁河流经中都东
北郊一带的湖泊，即今积水潭同什刹海，又东南向注入今凉水河中游。金初，
就曾在中都城北护城河处开凿一条河渠，直往通州潞水上游，大抵在今北运
河尽端接连温榆河处。它的水源则是拦截高梁河水而来。高梁河南段就在这
个时候断流。这条古高梁河，有些地方现在还留有残迹。例如，今日北京西
直门北面的河上有一座高梁桥，桥北的道路叫高梁桥路。从桥下到紫竹院公
园的一段河流，现在称南长河的，就是古时的高梁河。还有，从左安门向东
南，经十里河而南，若隐若现地依稀有一条大约40米宽的河床故道，大致即
古高梁河下游断流后的遗迹。
高梁河水来源有限，难以供给开河渠所需的流量。于是有人把脑筋动到
小湖西北15里的一座小山脚下另一个小湖泊。这小山就是现在万寿山，山下
小湖即是今昆明湖的前身。在金代，这小山和小湖叫什么，现已不为人所知，
仅知到元代，被称为瓮山和瓮山泊。湖西二里还有玉泉山。这些山的山脚下
都有泉水，一起汇入这个小湖。它在那时还未经开浚，湖面比现今要小得多。
大体就在金代这个时候，在这小湖与紫竹院之间，穿过今万泉庄东南的一片
高地，用人工开辟了一条引水渠道，将玉泉山附近的一带泉水，引入了紫竹
院小湖。这即为今昆明湖通向紫竹院的长河。它增添了高梁河的水源，增加
了新开河渠的水量，使之畅流到通州。由于沿河一路设闸，当时人们就将这
条河称做“闸河”。这大概是在金迁都来燕京不久的天德年间（1149—1152）
前后一段时期。可是即使这样，对于漕运来说，水量还嫌不足。再有，自通
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州而上，地峻而水不留，其势易浅，不免时有淤阻，船不能行驶，十多年后，
金世宗大定年间（1161—1190年），这条河就湮塞不通了。于是只好改用车
运，从陆路送粮到中都。
又过了30余年，已是金章宗泰和年间（1201—1208年），13世纪初了，
又有人重新开挖疏通这条运河，用以通船。在金室避蒙古兵进迫而再迁都到
汴京开封之前的短短10年中，又恢复了水运。水量不足终是一个关键问题，
再加逆水行舟，一路过闸，虽然通航，粮船抵通州后，要花十几天的时间才
能返回京城。平均每天，船只能行驶三里多一点，还须征发大量民夫沿岸拉
纤，其艰苦也是不难想象的。随着金室于贞祐2年 （1214年）南迁，不久，
蒙古军攻下中都，燕京废置，漕运停止，闸河又告堵塞。
半个世纪后，到了至元26年 （1289年），大都的城郭，宫室和园沼等
建设，都已接近完成。因为新城移到了中都东北，莲花池附近的水，已退到
城外，宫廷用水，改由金大宁宫旁边的积水潭来供应。那时的积水潭，比今
日的积水潭加什刹海还要大许多。当时还曾开浚扩大湖面，起造琼华岛，形
成了今北海与中南海的前身，并仿汉唐旧制，起名叫做太液池，建设了一片
宫苑园林。新兴建的皇城，就是以这片园林为基点，规划经营而成。这一来
高梁河也被圈入城内。
京都内居住的人口相当多，加上大批贵族、官员和吏卒等，需要消费大
量的粮食。中统年间（1260—1263年）及至元初期，漕运数量不多，矛盾还
不太突出，但已经是个问题了。
原来，新城兴筑以来，以积水潭到太液池大片的水，很需充足的水源。
斜穿城中的高梁河，虽主要是为了满足皇宫用水，同时也担负着城市居民日
常生活用水的供应，当然显得紧张。那时曾开挖过一条起自玉泉山麓、从西
直门南水门引入城内的专用河渠。这条河在城中的那段，现在虽然已不复存
在，但1965年时，通过钻探，发现它在城内系经过一条弯曲的路线，在皇城
西南角通过护城河，再引入太液池与皇城的南部。这条河叫金水河，专供皇
宫使用，金水桥的名字恐怕与此有关。现在从玉泉山流经昆明湖南面注入长
河的一段河道，还保留着旧名，叫“金河”，就是它的故迹。再往南一段已
经泯灭无痕了。天安门前的外金水河是它的延伸，也是沿用旧称。这么一来，
高梁河上游在紫竹院北一段的金新开河，水源便减少很多，并由此影响到下
游的水量。这就是为什么有前述郭守敬两个整治方案的提出了。
全国统一后，元代的版图和统治机构都远比金朝大许多，对漕粮的依赖，
也远超前代。史籍记载说：大都“百司庶府之繁，卫士编民之众，无不仰给
于江南”。至元中期以后，每年粮食需用量以数10万石激增至100数10万
石。至元27年 （1290年）竟高达159万余石。为此而造的船也越来越多，
甚至有一次造3000艘。这些粮食基本上都是从江南浙西路（今长江，钱塘江
三角洲一带）等地经海运或经隋代开凿的南运河连接到北运河运来大都的。
为了河运方便，还在今山东、河北开了不少新渠。象最大的会通河，从须城、
寿张、东昌到临清，再转入御河，规模相当大。至元20年 （1283年）开始
在上海造船，从平江 （今江苏省苏州）的刘家港 （今江苏太仓浏河）海运到
渤海湾的直沽 （今天津市内海河上狮子林桥西端旧三汊口附近），再转往通
州。海运比较便捷，运输量不断上升。至元25年 （1288年），甚至分成两
个漕运司机构，一个管河运，一个管海运。但一到通州集中后，就得沿用金
代中期的老办法，起岸装车，从旱路运入京城。每年要运输那么多粮食，前
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面曾说起过，需要配备大量的车辆、牲畜和夫役，而秋季阴雨连绵之时，古
代的路上更是泥泞难行，因此，驴马倒毙，役夫病亡，费用太大。而且，粮
食却还总是难于及时送进都城，粮食供应不足，带来好多问题。矛盾这样尖
锐，除了浚治南北大运河并扩充海运外，如何妥善解决从通州到大都这 50
里的运输，便是一个至关重要而且极其突出的问题了。至元17年（1280年）
2月，就当新历初稿完成时，元世祖忽必烈曾发3000侍卫军亲自去疏通旧运
河粮道，试图使旧道通航，这说明粮运问题很严重，而忽必烈又是非常的重
视，这事已牵涉到封建统治阶级的命脉，所以至元28年 （1291年）又被提
到议事日程上来了。
这次的契机，倒是为了上都开平府的供粮而引起的。忽必烈虽建设了大
都，每年仍有一定的时间去到他的老根据地上都，住上一段时间。主要是为
避暑，往往“4月行幸，9月始还”。这时的上都，“北控沙漠，南屏燕蓟”，
既是北部政治、经济、文化中心，又是内地通往大漠的岭北行省的交通枢纽。
当时，城郭宫室，早已建就，礼仪制度，亦都颁定。它不但有整套的衙署军
戍，繁盛的商肆作坊，而且忽必烈每次到来，还要带上一大批随从官员。元
初，官员并无俸禄，中统年间（1260—1263年）逐步定了百官工薪制度以来，
到至元22、23两年，又重新颁布了一套俸给条件。大小官员每月发给钞票若
干贯及禄米若干石。例如都水监这种中级官员，月俸就定为银2锭25两（1
锭为50两），发钞53贯 （两贯相当于1两白银），米六石。除了大量军士
如宿卫、扈从、看守、巡逻等等以及当地镇戍军以外，还有为数众多的被征
发役使的民夫工匠，食用耗费实在大得可观。据留传下来的记录，仅维持工
匠微薄伙食的粮米一项，一年就需15200余石。何况上都又是一个大转运站。
自中原向漠北输送的粮食、日用品等物资，都要先集运到上都。其中米粮一
项，数量亦以万石计。
至元28年 （1291年），忽必烈正考虑如何解决从大都转运粮食到上都
时，有人分别提出了两个不同的办法。一是想从永平（今河北卢龙）沿着滦
河拉 挽舟，一路逾越山岭高地，溯流而上，直达上都。另一个则认为从芦
沟河位于石景山的西北部的麻峪村地方起，可以循河辗转通向接近上都的荨
麻林。他们说的似乎有道理，忽必烈就命他们各自亲去踏勘一番，看看究竟
如何。他又想到了精通水利的郭守敬，命他就近参加第二条线路的勘定。
关于第一条线路，由上都路总管姚演率领员工疏浚 河，造船试航。他
们只行驶到半途，就发觉河道确实无法通航，只好作罢。至于第二条路线，
郭守敬他们乘坐的船只，行了一程被河中的砂石滩所阻，亦通不过去。于是
他们都回道来到上都汇报，两种方案都行不通只好放弃。这次郭守敬偕行到
上都，他已经61岁了。见了忽必烈，凭着他的见识和对水利事业的关注，他
对如何兴办水利，另外提出了11个工程项目。其中主要的一项，就是关于那
时最伤脑筋的打通通州到大都的粮运河工程。郭守敬在大都已工作了将近30
年了，关于地理，水文情况自然更加熟悉和清楚了。在总结前两次失败的经
验教训的基础上，经过多年的深思熟虑与实地勘测，他又提出了一个新的更
周密的规划。
他的设想是这样的：离大都不�