郭守敬（元代科学家）
郭守敬简介
郭守敬：中国元朝的天文学家、数学家、水利专家和仪器制造专家。字若思，汉族，顺德邢台（今河北邢台）人。生于元太宗三年，卒于元仁宗延祐二年。
生卒年：1231 ～1316年
性格特点：精心观察客观事物的特点，从中掌据它们的发展规律，善于从别人的经验教训中吸取有用的东西，取长补短，使自已的科学研究事业逐渐趋于完善。
历史功过：他毕生从事科学技术事业60余年，具有多种才能，不仅在天文学和水利工程方面成绩卓著，而且在地形测量、机械构造、仪器制作和数学等方面也做出了重要贡献。在我国科学技术史上，郭守敬r的贡献是巨大的，在世界天文学史上也占有一定的地位。
名家评点：1981年，为纪念郭守敬诞辰750周年，国际天文学会以他的名字为月球上的一座环形山命名。
郭守敬传记
雏燕展翅 初露头角
河北邢台，历史悠久。相传殷王祖乙曾迁都于此。周代的邢侯，在这里建立了邢国。经汉、唐的发展，到宋代设邢台县，属顺德府。邢台依山傍水，有开矿铸铁、灌溉农田之利，而且位居南北交通要道，社会经济比较富裕，文化也比较发达。
邢台又有鸳水之称，以该县有达活、野狐二泉并流成一条鸳水而得名。12 世纪金朝统治下的邢台，鸳水边住着一户郭姓人家，自号“鸳水翁”的郭荣，是一位通晓五经、对数学和水利都很有研究的知识分子。1231 年，郭荣的孙儿郭守敬出生了。当时邢台已被蒙古汗国占领，南宋政权在临安（今杭州）维持小朝廷偏安的局面。郭守敬自幼在祖父郭荣的教养下长大，从小就不爱和别的孩童一道玩耍嬉戏，而是每天用心念书，常常热衷于观察周围自然界发生的各种现象，喜欢学习天文学、数学和其他自然科学知识。
七百多年前的一个夜晚，晴朗的夜空中闪烁着点点的繁星，一个十五六岁的少年正在土台上摆弄着一个用层叠交叉的竹圈扎成的球形架子。他一会儿仰头凝视星空，一会儿转动竹球中的一根小竹简对准天上的北斗七星和其他星座，猫着身子眯着一只眼睛观测着，一会儿又俯身土台借着星光在纸上写着、画着......只见他挂满汗珠的脸上，一副专注的神情。这个少年，就是日后成长为大科学家的郭守敬。
原来郭守敬读到一部解释《尚书》的古书，他在书中曾经见过一张“璇玑图”。
璇玑是中国古代的一种天文观测仪器，又叫浑仪，历代都用青铜铸造。他看着这张图，心想一定要把它做成实物，看看怎样用它来观测星象。于是他找来一些竹片，用小刀把它们剖成竹丝，按照图样扎制了起来。手指划破了，他咬咬牙，用布包上。
竹片折断了，他动脑筋、想办法，把竹片在火上烤一烤， 便容易弯曲、不易折断了。
扎呀扎，总算扎好了一个竹球，他看看有些地方不圆滑，心里觉得不满意，又拆开来重新扎。一次又一次，最后总算扎成了一个圆滑精致的竹浑仪，对照璇玑图一看，倒真有几分像哩！再仔细瞧瞧，不对！书上的璇玑图中还有一根细直的铜管，叫做窥管，是观测星空的关键部件。他想，这么一根中空的直管，用什么东西可以替代呢？想呵想。。对！爷爷不是常教导说要学习竹子的品格“虚心而有节”吗？
“虚心”的竹子是中空的！他赶紧跑到竹林里，选呵选，选了一根又细又直的小竹枝，把两头的竹节削去，便成了一根竹窥管，拿来照图安装在竹圈内，一个漂亮的竹浑仪就做成功了！小小年纪的郭守敬高兴得不禁手舞足蹈起来。
古代的浑仪按照传统都是置放在一个土台上，于是郭守敬也从地里挖来了一些黄土，把它们劳积成一个土台，用鹅卵石把台面磨得光滑平亮，极为慎重地把他的竹浑仪放在上面，那股高兴劲就甭提有多美了。郭守敬恐怕不会知道，这大概是世界。上第一个也是惟一的一个竹制浑仪！更为重要的是，这具竹浑仪的制作开了他日后发明大量天文仪器的先河。
还是在十五六岁的时候，郭守敬得到了一幅拓印的“莲花漏图＂。莲花漏是北宋科学家燕肃在古代漏壶的基础上加以改进而创制的一种计时仪器，它由一套水箱（上下匮）、水壶、吸水管（渴乌）、带刻度的箭牌等一系列部件组成。由于水壶的若干部分以及刻箭都仿照了莲花、莲蓬和莲叶的形状，因此叫做莲花漏。
莲花漏的关键在于分水壶的发明。渴乌把下匮的水吸往箭壶里，使下端有浮子的刻箭逐渐上升，箭上的刻度就可以显示出时间的流逝。要使刻箭均匀上升，必须使经过渴乌流入箭壶的水流是均匀的；要使水流量均匀，必须使下匮的水面高度保持不变。为此就须设置上匮，以便向下匮供水，补充下匮因流向箭壶而失去的水。但随着上匮水量的减少，将会影响下匮的水面高度，从而影响报时的准确性。针对这个问题，燕肃发明了平水壶的结构。在下匮的侧面开有一小孔，接有一根水管，把超过小孔口水面的水输出匮外，使匮内水面始终不超过小孔高度。只要使由上匮来的水略大于下匮输出的水量，就可以使下匮水面保持在小孔高度上，从而使下匮的出水流量保持稳定。
我们已经知道，四季水温不同，水的粘滞性有所变化，这会影响到水的流速和流量。另外，地球绕太阳公转时，地轴是倾斜的，地球在轨道上的运行一年中有快慢，因此每天日子的长度不一样。（最多可以差到50秒钟。现在每天用24小时来计时，是取个平均数，叫做平太阳日。）为了调整这些差异，莲花漏壶中使用上漆的桐木箭，全套共有48支，白天和黑夜分别依其时间长度各用一支，并随24个节气变化而更换使用。古代的计时，把一天分成100刻，一刻又分成60分，每分合现代约14. 4秒，所以具有较高的准确性。
这样一种构造并不简单的计时仪器郭守敬单凭一张纸面的示意图，认真琢磨，仔细研究，很快就弄懂了它的原理和制造方法，并且能够对别人讲得头头是道，解释得一清二楚。郭守敬就是这样，从小专心致志于学习，肯动脑筋钻研事物的道理和内在规律，并亲自动手从事科学实验和实践。
郭荣为了让孙儿郭守敬开阔眼界，得到深造，把他送到邢州西南百余里的磁州（今河北省磁县）紫金山自己的同乡好友刘秉忠门下去学习。
刘秉忠博学多能，精通天文数学、地理、音律，乃至三式（术数）、相术。青年时代由于不得志，出家当了和尚。后因当时一位高僧海云禅师的引荐，认识了蒙古汗国王子忽必烈，受到器重，成为忽必烈的谋士。在忽必烈争夺帝位、统一中国的征战中，刘秉忠出谋划策，推行文治，荐举人才，功勋卓著。大约在1250年前后，刘秉忠因丧父回故乡守孝三年。金末元初，北方民间讲学之风盛行。虽然处于战乱年代，各地却常有一些志同道合之士，聚在一起探讨学问。守孝期间的刘秉忠，也不甘寂寞，他同老朋友张文谦、张易等人，聚会在紫金山一起读书，还带了一个名叫王恂（ 1235 ～ 1281 ）的少年跟着他研习学问。王恂自幼天资聪颖，三岁即能识字，六岁就读私塾，十三岁学习算学，也是一个从小就习尚志于学而笃于行的好少年。
郭守敬和王恂年龄相差不大，又志趣相投，遂结为好友。他们一面师从刘秉忠，一面相互切磋学问，在天文学和数学方面的造诣与日俱增，奠定了他们日后合作编制《授时历》的基础。
金、元之际，由于长期的战乱，元朝统治的北方地区，大片农田废弃，生产急剧下降。邢州在金代本来人口繁盛，经济殷实，有8万多户人家；但到1236年时，已剧减至14000户；再过10年之后，竟剩下不到1000户了。
忽必烈为了巩固元朝贵族对生产力先进的汉族地区的缔治，特别重视对地居南北交通要冲的邢州的治理。他设立邢州安抚司，采取一些安抚措施，招集流散的百姓，进行恢复生产的工作。
当时邢州城北的三条河流上，原有三座石桥。经过30年的战乱，河渠水道无人管理，河水破堤而出，漫溢遍地；泥沙淤积，阻塞了河道，淹没了石桥；大片低洼地成了沼泽，连冬天也不见干涸，人们行经那里时，不得不涉水而过，给农业生产和交通运输带来了很大的不便。州官张耕和刘肃决定要进行水道的整治工作。
那时郭守敬才20岁出头，刚刚从紫金山学习回来，他决心以自己学到的知识，为家乡的水利建设出一把力。他在州官的派遣下，亲临城北现场，相度地形地貌，考察水流的来踪去迹，请教当地的乡亲父老。经过实地查勘，按照水位、流量和灌溉需要等条件，进行了治理设计的工作。他划定了河道的位置，确定了堤岸的尺寸，核算了需耗的工时。规划就绪，工程开始，对堤堰上的决口进行填补，对淤塞的河道进行疏通，把三条河水导向下游。
在施工的过程中，郭守敬总是和民工们在一起，同甘共苦。遇到技术上的问题，大家商量着解决。人们都很喜欢郭守敬这个既有本事又不摆架子的好青年。
疏通了河道，还得要架桥。达活泉上那座古石桥早已被泥沙淤没，找不到踪影了。看来，恐怕需要重建新桥。
为此，郭守敬仔细测量了达活泉河道及其周围的地势地形，因地制宜地确定了建桥的位置。
建桥工程开始了。民工们按照郭守敬划定的地点开始打桥基，先是深挖淤泥和沙土。挖着挖着，挖到了硬梆梆的东西，竟然挖出了淤没多年的那座古石桥，桥的基础石还很完整哩。人们都不禁欢呼了起来，齐声夸奖郭守敬真有眼力，所选建桥地点正是最佳位置。那古石桥的基石还能利用，这样修桥的工程既省力又省料，很快就完成了。从此，邢州北上去燕京，又有了一条与往昔一样的通衢大道，过往行人再也不用艰难地跋涉于泥淖之中了。
郭守敬在家乡规划的这一项河道工程，只征调了四百多人干了四十天，就顺利地完工了。从此以后，河水畅流，交通便利，农田得到灌溉，生产得以恢复，解决了多年来的老难题，给人民生活带来许多好处。事迹很快在邢州周围传播开去，人们借用唐代李商隐的诗句，夸奖郭守敬是“雏凤清于老凤声＂。
当时有一位著名的文学家元好问，原是金朝的进士，到元朝时隐居不仕。他写过一篇文章，叫做《邢州新石桥记》，生动地记述了达活泉上新石桥建造的经过。其中特别提到“里人郭生立准计工”的功绩，加以表彰。“郭生”就是指的后生郭守敬。
黄河探源 重开金口郭守敬在家乡邢州修桥治水，初露头角之后，并不满足已取得的成绩，他知道自己还年轻，而学问无止境，所以潜心读书，勤学好问，积累知识，为今后的科研工作打好扎实的基础。
这时，当年同郭守敬在紫金山相为师友的一班人， 如刘秉忠张文谦、王恂等，都相继追随忽必烈进人仕途。1260 年，忽必烈称汗，任命张文谦为“左丞”（中央政府机关的最高负责官员），后又兼任大名路与彰德路（今河北大名地区西部至河南安阳地区东部）宣抚司的宣抚使（地方政府机构负责人），从京都转到地方。古时外放的京官，总要带上几个自已信得过的随从，以便行事得心应手，他立即想到了家乡的王恂、郭守敬。于是，郭守敬打点起行装，辞别了家人，应邀随张文谦上任去了。
郭守敬到了大名、彰德地区，认真察看那儿的地势地形，了解当地河流水渠的分布情况。经过实地考察，增加了感性认识，同时在他的头脑中酝酿了一整套治理水利的地区规划设想。
公务之余，郭守敬还不忘他所擅长的天文仪器方面的研制工作。他小时候对莲花漏很感兴趣，本已弄懂了这种计时器的原理，只是苦于没有力量正式仿制。现在，他有张文谦的支持，得到了人力物力的保证，于是带领匠人，开炉熔铜，按照他自己的设计图样，浇铸了一套正规的铜漏壶，取名“宝山漏”，构造精巧，计时准确，他把它们留在地方上使用。
“三十而立”的郭守敬，此时踌躇满志，跃跃欲试，等待着大展鸿图的机会。
1262年春，张文谦向忽必烈推荐郭守敬，说他“习知水利，巧思绝人”。那时，忽必烈为了巩固北方的统治，安定人民的生活，以便增加军队的给养，保证向南方进军的胜利，完成统一中国的大业，正在采取一些鼓励农桑、发展经济的政策和挖渠修河整治水利的措施，亟需广为网罗各种专门的技术人才，于是很快便把郭守敬召到上都开平府（今内蒙古多伦附近），要亲自面试。
郭守敬感到实现抱负的机会来到了，心里非常激动。他作了充分的准备。在开平府便殿被召见的那天，他从容不迫，娓娓而谈，向忽必烈面呈了六项治理华北水利工程的建议：
一、中都（今北京，金代和元初称中都，后改称大都）东面原有一条运送粮米的漕运河直通通州（今北京通县） ，但因水浅淤塞已不能行船；若引玉泉山（今北京西北部）下的泉水入旧漕河，使之通航，一年可省车运费用6万缗（一缗为一千文钱） ；如果再从通州南面拉直开凿一条运河 到杨村（今天津西北武清） ，可以避免浅滩、风浪和行舟远绕的困难。
二、将邢州城北的达活泉水引人城中，分为三渠，流出城东，可以灌溉邢州东部一带的农田。
三邢州的澧河（今沙河）原东流至任城（今河北任县东）的一段已不走它原来的旧道，淹没了农田1300多顷，如果重新修复河道，这些农田可以重新耕种，而且便利水运交通。
四、在磁州（今河北磁县）东北滏水与漳水会合之处，开引一条河道经由滏阳、邯郸、洛州、永年，再过鸡泽，使其流人澧河，可以灌溉这一路的3000多顷田地。
五、怀孟（今河南沁阳）的沁河流量大，若开渠引水东流到武陟县北，注人御河（今卫河），可以多灌溉农田2000多顷。
六、在孟州（今河南盂县）西面黄河北岸，修渠引水经由新旧孟州中间，再沿黄河旧岸（左岸）东下到温县南边重新流人黄河，亦可灌溉农田2000多顷。
以上六项建议，都同华北平原和燕京地区的水利灌溉、运河通航有关，有利于增加农业生产和发展经济。忽必烈对郭守敬的建议称赞不已，每当郭守敬说完一项，他总是频频点头。郭守敬的建议讲完之后，他便不无感慨地对左右的官员说：
“任事者如此，人不为素餐矣！”意思是说，担任职务办事的人，像郭守敬这样的，才不是白吃饭的呵！并立即任命郭守敬为提举诸路河渠，即管理地方河道水利事宜的官员，着手实施这些建议。
1262年秋，郭守敬正式提出“开玉泉以通漕运”的具体方案，得到了忽必烈的批准。于是派宁玉“充河道官，疏浚玉泉河渠”。宁玉是元初负责漕运并很有成绩的官员，在此前后也曾多次治理过漕河。这次他来到燕京，按照郭守敬的规划，开凿玉泉山水，把它引入旧漕河。但因毕竟只有一泉之水，流量有限，对于恢复大规模的航运，似乎仍然无济于事。
尽管如此，引来的玉泉水增加了当时中都城内湖池川流的水量，便利了人民的生活；其后又为大都至通州北线运河的开凿奠定了基础。因此，开玉泉水通旧漕河是郭守敬兴修北京水利所建的第一功，也是历史上大规模开发玉泉水源的最早记录。其后几百年问，直至本世纪50年代，玉泉水还一直作为北京城市最重要的水源。郭守敬这一历史功绩是不能磨灭的。
1264年初夏，郭守敬以副河渠使（掌管全国河渠事务的副高级官员）的身份，同河渠使唆脱颜一道奉命到西夏（ 今甘肃、宁夏一带）视察河渠水道。元朝政府规定，官员的正职都派蒙古人充任，汉人只任副职。虽然如此，唆脱颜和郭守敬来到西夏后，实际上是副职郭守敬担负了主要的考察工作。
西夏黄河两岸，早在汉唐各代就开凿了许多河渠，引黄灌溉农田。大大小小的干渠和支渠总共有80条之多。最长的唐来渠，长达400里；其次是汉延渠，也有250里；还有10条干渠，各长200里。这些渠道在河套西部，构成了一片水利网，灌溉着9万多顷良田。但由于连年战乱，渠道失修，河床淤浅，坝闸倾废，以至土地荒芜，收成日减，人民纷纷外出逃荒。
郭守敬经过实地考察，提出“因旧谋新”，在古渠故道基础上疏理修整；“更立闸堰”，设置和修复水坝水闸的治渠方针。他设计了河渠人口附近的滚水坝和两三个退水闸。水小时闭闸，水大时则酌量开闸，以调节水量。过了退水闸，才是渠道的正闸。这种设计具有很高的技术水平和实用价值。
经过修复，西夏的几十条古河渠都畅通无阻，不仅有利于航运，还扩大了灌溉面积。这儿又恢复成为西北的重要产粮基地，逃荒的农民也纷纷返回家乡。西夏人民感激他，为他在渠上建立了一座生祠，纪念他的功绩。33岁的郭守敬，得到老百姓如此的爱戴和敬仰，这是一种多么崇高的荣誉呵！
郭守敬在西夏修复河渠古道期间，日日面对滚滚西来的黄河洪流，不禁产生了一个疑问：黄河的源头在哪里？古人日：“ 黄河出自昆仑”，“黄河之水天上来”。但这种未经实地勘查的传说和诗句，都不能解决郭守敬的疑问。他决心亲自探溯河源。他从孟门（今河南孟津）往西，沿黄河旧道，逆流上溯数百里，终因风涛险恶，只得中途折回。郭守敬虽然没能探到河源，但毕竟是以科学考察为目的，有意识地探寻黄河其源这一壮举的第一人。
后来到了1280年，又有一位后继者都实奉忽必烈之命专程前去考察黄河河源。这次探索的经过记录在一部《河源记》 的专著里，虽然没有确切的结果，但也得到不少颇有价值的资料。毫无疑问，作为先驱者的郭守敬的考察，对于都实是有相当影响的。
郭守敬和都实当时未能解决的疑问，在六七百年后的新中国得到了圆满的答案。1952年8月，黄河水利委员会等单位组织了黄河河源查勘队，经过4个多月的考察，行程万里，终于查勘出黄河发源于青海雅合拉达合泽以东的约古宗列。如果郭守敬在天之灵有知，亦当欢欣鼓舞的。
1265年，郭守敬从西夏回中都。为了调查考察各地的航运灌溉情况，他特地率领随从人员从中兴州（即西夏都城兴庆府，在今宁夏银川东南）乘船沿着河套迂回地顺黄河而下，船行四昼夜，到了大同府所属的东胜（今内蒙古托克托） ，证明了这一段水路完全可以通航。这时，忽必烈派往调查黄河水程航运的官员也刚好到达东胜，听到这个消息，立即派专人飞马驰奔中都，向忽必烈报告喜讯。从此，由富饶的粮仓河套地区运送粮食到中都，不必再全靠陆上运输，有长长一大段的路程也能用船漕运了。
考察途中，郭守敬还发现东胜西边的查泊兀郎海（今内蒙古乌梁素海）附近古渠甚多，经过疏浚，亦可用于灌溉。他回到中都向忽必烈作了汇报，忽必烈非常高兴，当即表示赞同，并升任郭守敬为都水少监，也就是掌管全国河渠、堤防、水利桥梁、闸堰等事务的副长官。
郭守敬西夏之行归来，除提出关于河套北端的水利建议外，又提出了关于增辟中都水源这个老问题。
金代曾在京西的麻峪村（今北京石景山西北） ，开引芦沟河（今永定河，元代称浑河）水穿西山东出，称为金口。金口以东的金口河曾经灌溉了京口至中都两岸的许多良田，促进了京西郊农业生产的发展。但是，永定河是一条典型的暴涨暴落的多泥沙恶河，每到冬春少雨的时候，容易沉积泥沙，而到夏秋洪水季节，水势汹涌，常常泛滥成灾，所以自古以来，人们都称它为“无定河”。由于引水与防洪的矛盾和永定河的高含沙量带来的淤积难以解决，金代开凿金口河后只过了15年，就因山洪决堤，不得已又把金口填塞了。
1265年，郭守敬本着“上可致西山之利，下可广京畿之漕”的目的，提出重开金口，实现引永定河水为漕运服务的规划。为了既能引进所需水量，又避免将洪水“引狼人室”，确保城市安全，郭守敬认真分析了前人失败的原因和应吸取的经验教训，提出在“金口以西预开减水口，西南还大河，令其深广，以防洪水突人之患”。即在通往城区的金口上游增设一。条尺寸足够宽大高深的溢洪道，当自东人渠的洪水过多时，可以自然溢流回西南边的主河道，同时保证足够量的河水入渠。这一规划设计在我国古代水利建设中虽然是经常使用的方法，但能够如此大胆而稳妥地应用于永定河这样凶猛的大河上还是首次。
忽必烈采纳了这一方案，于第二年年底实现了“凿金口，导芦沟水，以漕西山木石”的计划。也就是说，这段修复了的金口河，对船只航运的益处虽然未见记载，但对西郊农田灌溉和顺流漂送从西山开采的木材至城内，起了相当的作用。郭守敬这一成就在古代永定河引水史上是空前的。
1271年，忽必烈采纳刘秉忠的建议，仿前朝正式建立国号，取《易经》“大哉乾元＂义，名曰“大元”，称元世祖，并将中都改名为大都。这年，郭守敬擢升为都水监，掌管全国的河渠水利经营治理工作。第二年，忽必烈下诏全国，指令各地都要兴办水利工程。
1274年，忽必烈派兵大举南下伐宋。为了保证华北平原对前方的军需供应，提高通信和交通效能，元朝政府决定在原有陆路驿站之外，增设水路驿站。1275年，郭守敬奉命考察今河北、山东、江苏等地的水道交通情况，确定水路交通的路线。他经过实测，确定了中原地区这样五条河渠千线：
一是自陵州（今山东陵县）至大名（今河北大名东南），有马颊河和卫河通运河。
二是自济州（今山东济宁）至沛县（今江苏沛县） ，又南至吕梁（今江苏徐州以东） ，有山阳湖（今昭阳湖）在运河旁井和微山湖相接。
三是自东平（今山东东平）至纲城。
四是自东平至西北面的清河，向北越过黄河故道，接到御河。
五是自卫州（今河南辉县）通御河至东平，又自东平西南面的梁山泊再回道到御河。
郭守敬把大都南方华北平原中心，济州、大名、东平一带汶水、泗水同御河及大运河相通的形势和连接的水道交通网，绘制成图，上报元朝廷。忽必烈据此决定西起卫州，中以东平为枢纽，东连鲁中、南，南迄徐州、吕梁的黄河下游，北接运河直到杨村，建立了水驿交通站，备船供官员来往和传递文书，加强了中央政府对南方攻来军队的指挥联系和军事给养的运输力量。
1276年，元政府把都水监会并人工部，郭守敬被任命为工部郎中，仍旧负责河工水利方面的工作。
郭守敬在都水监和工部任内，上奏解决的水利事宜有20多件，经他勘察治理过的河渠泊堰不下数百余处。他在水利工程实践中积累了丰富的经验，同时也有不少理论上的总结和创新，标高概念就是突出的一例。
近代水平测量需以一定的海平面作为零点，用它为标准来测定各地的水平高度，称为标高，亦叫海拔。这在西方，是19世纪20年代才有的概念。郭守敬在13世纪中叶，就曾以大都（今北京）东边的海平面为基准，将大都的水平高度同海平面作比较；进而将大都至汴梁（今开封）一。线上逐段的水平高度，分别与海平面作比较，得到了这一千多里长的路途上许多地方超出海平面的高度，即标高。于是他得出结论说：汴梁离海远，标高大，因此水流湍急；大都离海近，标高小，所以水流缓慢。郭守敬首创用标高表达地形高低的办法，在地理学与测量学上具有重要的科学意义，在世界上比西方要早五六百年。
简仪高表 巧思绝伦中国长期处于封建社会之中，经济活动以农为本，农业生产依赖于准确的历法。而中国历代的封建帝王，自认为是“天子”，王朝的兴衰，被认为是与天地日月运转的数理有关，这种运转之理，叫做天道，也称为历数。因此，各朝皇帝都特别重视历法的制定，改朝换代要重颁新历，把颁历视为皇权的象征，看成是受命于天的标志。
元朝统治者来自中国北方游牧部落的蒙古族，虽已逐步演变进人了封建社会，但并没有自己完整的一套历法。从13世纪初成吉思汗勃兴以来，一直袭用金朝的大明历。年长日久，斗转星移，这部历法已推算不准，经常出现差错。成吉思汗西征时，人们在初一晚上会看见本应在初三才能出现的一弯新月，日月食也不在预报的时刻发生，连农事活动所遵循的24个节气的日期也不准确，严重地影响了农业生产和人民生活。当时，耶律楚材曾拟订“西征庚午元历”，但未施行。后来，波斯人札马鲁丁用回回历法制成“万年历”，献给忽必烈，因也不精确，只用了很短的时间就被废弃了。
1276年，元军攻入江南。消灭南宋、统一中国已成定局，编制新历的工作提上了议事日程。忽必烈决定设立修历的专门机构太史局，任命张文谦、张易总管其事，而授权王恂负责具体的组织工作。
这时，郭守敬本任工部郎中，主管水利部门。由于他精通天文历算，忽必烈将他抽调出来，到太史局同王恂一起主办改历事宜。
郭守敬和王恂是早年在紫金山的同学，二三十年后，他们又一同在太史局共事，郭守敬擅长仪器制造和天文观测，王恂精于数学计算和历法编排，他们彼此配合默契，相得益彰。
为了编制出准确的历法，他们广招人才，首先推荐通晓历理的著名学者许衡到太史局工作；又从大都司天台和上都北司天台原有人员中，抽调了娴于计算、精通测验的30名；还把原在江南宋室从事天文历法工作的官员以及民间通晓天文历算的人士，集中调来太史局，一起修订新历。同时，他们还搜集了历代各种不同历法材料40余种，对它们逐一进行详细的分析，去粗取精，去伪存真，以探索编制新历的方法。
治历工作伊始，郭守敬就指出：“历之本在于测验，而测验之器莫失仪表。”就是说，治历的根本在于实际的天文观测，观测要有工具，得先准备好适用的仪器仪表。
郭守敬亲自到大都南城外金朝时期的司天台，检查了过去金朝从北宋开封掳掠来的铸造于300年前的大浑仪。这台浑仪经远道转运，受了损伤；加上长期弃置，更是环圈锈蚀，转动失灵。而且，这座浑仪原是在开封使用的，大都的地理纬度比开封高，仪器上指向天球南北极方向的轴的位置需要精确地加以调整。郭守敬通过夜晚的观测来检验这座浑仪，发现其南北极轴的方向，与实际位置相差了大约4度，这样测得的天文数据自然不会准确。台上的圭表，也因年久失修，倾斜残缺，不成样子。郭守敬对这些旧的仪表，一做了仔细的检查、校正和修复。这样，必要的天文观测工作，总算可以进行了。
浑仪是我国传统的观测天体的赤道式装置仪器，它发明于2000多年前。原始的浑仪可能由两个环圈组成，一个是固定不动的赤道环，一个是可以绕着极轴旋转的赤经环（也叫四游环） ，在四游环上附设有观测用的窥管（又叫望筒），窥管可以绕着四游环的中心旋转。利用浑仪可以测量天体的赤道坐标（中国古代用人宿度和去极度表示，经过某种换算即相当于现今的赤经和赤纬）。
利用赤道坐标系统量度恒星的位置十分方便，因为恒星的周日视运动平行于赤道平面。但是，由于太阳在恒星背景上的视运动轨道一黄道， 同赤道有个23度多的夹角，所以用赤道坐标系统量度太阳的位置就不太方便了。东汉的贾逵，在浑仪上添加了黄道环，以便观测太阳的位置；而张衡，又在浑仪上增设了地平环和子午环，使浑仪的功能更为完备。
唐初天文学家李淳风在前人的基础上制造了一架更为完善和精密的浑仪。整个仪器分内、中、外三层。外面一层固定不动，叫六合仪，包括地平圈、子午圈和赤道圈。里面一层是可以旋转的四游环连同窥管，叫做四游仪。中间一层是李淳风新加的，由三个相交的圆环一黄道环、白道环和赤道环构成，叫三辰仪，用以观测日、月、星三辰。中层三辰仪可以绕着极轴在外层六合仪中旋转，内层四游仪又可在中层三辰仪内旋转。现存于南京紫金山天文台的明制浑仪，基本上就是这种结构，只是取消了三辰仪中的白道环，而增添了通过春分秋分两点和冬至、夏至两点的赤经圈一二 分环和二至环。白道环是宋代沈括取消的，二分环和二至环是宋代苏颂制造水运仪象台时加上的。
浑仪自发明一千余年以来，其构造逐步由简至繁，功效虽然增多，但也产生了环圈互相交错、遮掩很大天区的缺点。郭守敬在观测天体的实践中，经常发现通过窥管要想瞄准的天体往往被某道宽一两寸的铜环挡住，无法确定其准确的位置，结果坐失良机。于是，他仔细分析了浑仪上每一道环圈的作用，比较其利弊，最后决定不但取消白道环，还取消黄道环和那些不必要的及作为支架用的环圈。只保存了其中两组最基本的环圈系统，并把它们从层层套圈中分离出来，各自独立设置。
他保留下来的第一组环圈，是原浑仪中的四游、赤道、百刻三个环，组成一个赤道装置一赤道经纬仪，可以测定天体的去极度和入宿度，还可以测定地方真太阳时，这样虽然省略了黄道圈，仍可很方便地归算出黄道坐标来。
他保留下来的第二组环圈，是由一个固定的地平环（也叫阴纬环）和一个直立的可旋转的立运环所组成的立运仪，这是一个地平装置，可以测定天体的地平方位和地平高度。
郭守敬把这两组装置设计在同一座仪器的上、下两个部位，它们相互独立，可由两人同时操作，合称为简仪。简仪的创制，是我国仪器制造史上的一次大飞跃，是当时最先进的天文观测仪器。郭守敬的简仪制成于1279年，而西方最早制成和使用类似简仪的赤道装置，是1598年的丹麦天文学家第谷，比郭守敬晚了三个世纪。至于近代工程测量、地形测量以及实用天文测量用的经纬仪，航空导航用的天文罗盘，其结构与简仪中的立运仪实际上属于同一类型。因此，简仪也可算是所有这些近代仪器的鼻祖。
简仪是郭守敬为元大都太史院内司天台所设计的主要天文观测设备，它容纳了郭守敬为改历临时赶制的五种仪器（候极仪、立运仪、四游仪、星暑定时仪和正方案）于一体，可配套使用，也能各部分独立观测，表现了郭守敬在观测实践中精思巧制的精神。
简仪继承了道家术士云游各地时所携带的简便观测设备的历史传统，也受由西士（主要是阿拉伯一带）传来的各种单项观测设备或观测方法的启发，再加上郭守敬多年从事水利、天文测量实践所积累的经验、教训，终于促成前无古人的一代创制并长远影响后世。
郭守敬创制的简仪，是世界上第一台赤道仪。欧洲古代都用黄道装置。赤道装置曾被认为是欧洲文艺复兴时期天文学方面的主要进步之一。郭守敬则是它的首创者。1940年，英国的约翰逊在国际科学史杂志《ISIS》32号上撰文说：“（中国）元代仪器所表现的简单性，并不是出于原始粗糙，而是由于他们已达到了省事省力的熟练技巧。这比希腊和伊斯兰地区的每一种坐标靠一种仪器测量的做法优越得多一无论是亚历山大城或马腊格天文台，都没有一件仪器能像郭守敬的简仪那样完善、有效而又简单。实际上我们今天的赤道装置并没有什么本质上的改进。”
中国古代用于历法计算所必须的天文观测仪器，除了测量日、月、五星和恒星位置的浑仪以外，还有一件是测量正午太阳影子长度的圭表。
所谓“表”，是指一根垂直于地面竖立起的标竿，最早是石柱，后来用过木竿，再后来是铜制。所谓“圭”，是从表脚向正北方向延伸的一条长石板，上面有刻度。每天正午，当太阳升到天空正南方时，表的影子刚好落在圭面上。一年中，日影最长的那天是冬至，日影最短的那天是夏至。我国历代的天文学家，每年都要仔细测量冬至和夏至前后若干天日影长度的变化，借以推算出冬至和夏至的准确时刻。而连续测量若千年的冬至时刻，就可以推算出一个回归年长度。回归年就是太阳从天上的冬至点运行到下一年冬至点所需的时间。回归年长度确定了，一年四季和用于农业生产的二十四节气的准确时刻才能够得出。
中国古代使用的圭表，一般表高为八尺，这个标准高度大概从周代开始就形成了。除了八尺高表外，历史，上曾有过九尺高表，十尺高表，但这些表都为数极少。
郭守敬之前的圭表，几乎都是高八尺。郭守敬为了提高观测精度，对圭表的高度大胆地作了革新。他把直立的铜制表身增高到四丈。由于表身大大增高了，太阳的影子就大大加长，影子终端的相对误差就减少，这就使观测的精度大大地提高了。
表身增高后，表端的影子容易虚淡模糊，为了使投影的边界清晰，郭守敬在表端设一横梁；又利用针孔成像的原理，创制了景符。景符是一片薄铜叶，中有小孔。
在观测时，把景符在圭面上来回移动，当景符上的圆孔、横梁和太阳在一直线上时，在圭面上太阳的椭圆形象中可以看到一条很细的梁影；梁影平分日象时，量出的便是日面中心的影长。
为了使圭表能够观测亮光比较微弱的恒星和月亮，郭守敬还创制了窥几。窥几是一个长六尺、宽二尺、高四尺的长方桌，桌面上开有一条长四尺、宽二寸的南北方向的长缝。把窥几放在圭面上，人在窥几下可以直接观测星月。
郭守敬在大都创制的铜高表，元亡以后，已下落不明。但他在河南受封县告成镇设计建造的砖砌观星台，却把这高表的一座模式保存下来了。
登封观星台建于1279年，现存的建筑物是明代于1528年重修过的。其台身的建筑面积有280平方米，台高9。46米。台上附设二室，一室放置漏壺，一室放置浑仪。连同小室，通高12。 62米。台底正中沿正北方向延伸一条长长的石圭，用三：十六方石块拼接而成，全长31。 19米，这就是量度日影长度的“量天尺”。观星台的高度用元代尺制核算，相当于四十尺高表的长度，所以观星台本身就代替了铜制高表的功用。
这座观星台在1944年曾受到过侵华日军炮轰枪击的毁损。解放后修复，列为第一批全国重点文物保护单位。这座屹立了七百多年的我国古代天文台建筑，亦是世界上最重要的古天文遗迹之一。
郭守敬从1276至1279年这短短的三年中，不仅创制了简仪和高表景符、窥几，还制作了候极仪、浑天象、玲珑仪、仰仪、立运仪、证理仪、日月食仪、星晷、定时仪、正方案、丸表、悬正仪和座正仪等十多种大大小小的天文仪器，绘制了仰规复矩图。异方浑盖图和日出入永短图等一批天 文图，辅助仪器的使用，并使操作人员得以用来与实测相印证和参考。
仰仪同简仪一样，因其构造简单实用，被认为是郭守敬的代表作。它是一座像大锅一样的铜制半球仪器，直径一丈二尺，深六尺。锅沿刻水沟，以校正仪器水平。锅内刻有赤道坐标网，同地平以上的半个天球呈球心对应。锅的南面有一个十字架。横竿架在锅沿上的东南和西南两点上。直竿从南点伸向球心，端都有块用小框架套住的小板，可以在框架内南北旋转，而框架则可带着小板东西旋转。小板中心正对球心有个小孔。转动框架和小板，可以使小板板面正对太阳，与日光垂直，这时锅内面上就形成有一小小的太阳针孔倒像，从而在坐标网上直接读出太阳的位置，其功用同观测太阳方位时刻的日晷一样，所以仰仪可以当成一具球面日晷。
而当发生日食时，仰仪面上的太阳像也会发生相应的亏缺。因此，用仰仪可以直接测出日食发生（初亏）的时刻和方位，亏缺最大（食甚）的时刻和方位以及亏缺程度（食分），日食结束（复圆）的时刻和方位，使之成为一种日食观测仪器。
仰仪曾东传到朝鲜和日本。20世纪60年代，北京发现一件传世古旧牙雕便携式微型仰釜日晷，经天文学史家伊世同先生考证，系国内首次发现的朝鲜制品，制作年代为1762年。朝鲜仰釜8晷在原理和结构上都是受到郭守敬仰仪的影响而制成的。
浑天象，又叫浑象，即现今天球仪的祖先。那是一个表面缀刻着周天星宿的铜球，能围绕着南北极的枢轴转动，象征一个包在大地外面的天球，可用以表演日月星辰的东升西落以及各种天象。郭守敬制造的浑天象，刻有赤道、黄道、南北极，以及去极度和二十八宿宿度线，好比现代地球仪，上的经纬度一般。它既能表达满天星星的准确位置，又能很容易地显示出日月五星运行在天上的方位，使人们不受时间的限制，随时了解当时的天象。白天可以看到当时在天空中看不到的星星和月亮，阴天和晚上则也能看到太阳所在的位置。浑圆的天球，盛放在一个方柜内，使球露出一半在方柜的上边。方柜象征大地，露出的半球代表我们头上的天穹。转动浑天象，可以使球面上的星星与天空中呈现的星象相合，也可以预示几小时或几个月之后的星空。夏天白天长、冬天白天短的道理也可以在浑天象上得到形象生动的说明。它对观测天象和帮助人们直观地理解日月星辰的运行规律，都具有很大的实用价值。
郭守敬还有几种仪器，因资料欠缺，已难以确定它们的构造。最近，天文学史家薄树人先生等认为，丸表很可能是一具新型的天球仪式的日晷，在一个天球上刻着时角一赤纬坐标网，天球赤道上安设一条赤道环，赤道环上安一根可以沿环移动的晷针，则当晷针移动到使日影最短或和晷针所在的时角线相重时，晷针所在就是地方真太阳时。作为一种天球仪式的日晷，它的极轴的倾斜度可以按不同观测地的纬度随意调节，因此，可以携往任何地点去观测时间。这种天球式日晷可以不必很大，以便携带。直径几寸，乃至更小都行。这个球，就是“丸”，而那根晷针，则是表。这样来解释“丸表＂ ，看来比较确当。
至于玲珑仪，则很可能是一种特殊的天球仪一假天仪。 郭守敬制作的玲珑仪，比北宋苏颂韩公廉造的假天仪气派更大，例如，郭守敬把经纬度圈用凿孔来显示，或用半透明的材料来制作天球，以至于玲珑剔透地“镂星象于其体，就腹中以观之”。
郭守敬设计和制造的天文仪器，是为了实际观测的需要。对于观测者来说，各种仪器要到处搬动，在重新安置时都必须校正其水平位置和铅直位置是否准确。
座正仪和悬正仪，顾名思义，就是一种校正仪器底座水平的仪器和一座校正仪器铅直位置的仪器。
在北宋著作《武经总要》《营造法式》等书中记有我国古代的水平仪。这是一条有一定厚度的直尺。尺的两端和中腰较粗大的三个方结中各挖了一个槽，三槽之间有沟相通。灌上水以后，三槽就连成一个水平面。在三个水槽中各放上一块质料、大小相同的木楔，其尖棱中央各开一个大小一样的口子，则成了一条水平线。
用这条水平仪可以测量地面的地形起伏。郭守敬的座正仪则可能是把水平仪加以改革而成的。倘若水平仪的底面和尺面是平行的，则把水平仪放置于水平位置时，可在木楔的一边刻出和尺面齐平的线。当把水平仪贴放在待测水平的仪器部位上时，如果齐尺面正好看到木楔上的刻度，则说明该部位正好处于水平位置。否则，必有一端的木楔刻线倾人尺面以下，另一端则高出尺面以上，中央的木楔刻线则和尺面成一夹角。由此可知该部位的水平倾斜方向和大致的倾斜度。看来，座正仪应是我国古代水平仪的一种变型，原则上和近代气泡水准器的观测法相近。
至于悬正仪的结构，当然至少要有一个重锤和一条悬绳。
郭守敬在天文仪器上的众多创造，主要是在我国传统科学技术基础上的发展与提高。同时，他也善于学习、借鉴和吸收外来的先进技术。当时，阿拉伯天文学知识已传入我国。西域人札马鲁丁曾在1267年制造了七件阿拉伯天文仪器，在元代上都设立回回司天台。1274 年回回司天台与汉儿司天台合并。1276 年郭守敬同王恂等人受命改历后接管了司天台，对阿拉伯天文仪器作了认真的观察和研究，把一些有益的东西运用到了自己的创造发明中去。
郭守敬简仪的百刻环上，每刻分作36分。这样的分划法是前所未有的，我国古代从未实行过分1刻为36分的量制。这是他引进了阿拉伯仪器上的366°分划技术的结果。
另外，郭守敬在简仪上把窥管省减成窥衡，也是受了阿拉伯天文仪器星盘的影响。我国古代观测仪器浑仪中，都使用窥管作照准器。窥管是根正方柱形细管，窥衡则省掉了窥管的三个柱面，而只剩下贴着赤经四游环的一面。这种一条长尺、两端立窥耳的器件，在阿拉伯天文仪器星盘上可以看到它的异型。郭守敬用窥衡代替窥管，把照准器从四游双环的夹层中解脱出来，贴到了双环的外面，以和环面刻度直接联系，大大提高了观测的精度。
至于郭守敬创制的星晷定时仪，据天文学史家薄树人先生的估计，则可能就是对“定昼夜时刻之器”的阿拉伯星盘的创造性的引进，而非单纯的仿制。
郭守敬创制的天文仪器图表等物，类型众多，构思灵巧，质量精细，独具特色。
当年太史局将这些仪表式样送呈忽必烈审阅时，郭守敬当面向他一件件陈述原理，说明用途，讲解十分详尽，忽必烈从清晨一直听到傍晚，一点也不觉得厌倦。明末西方传教土汤若望到中国，看到郭守敬创制的仪表，十分惊异，尊称郭守敬为“中国的第谷”。第谷是16世纪世界著名的丹麦天文学家，他曾自制过许多天文仪器，被西方视为“天文仪器之父”，其成就和贡献虽可同郭守敬媲美，但却晚于郭守敬三个世纪。因此，正确的说法应该是：第谷是欧洲的郭守敬。
开浚运河 惠及后人1281年，授时历颁行后第二年，太史令王恂病逝。郭守敬继续完成授时历《推步》、《立成》等著作，于1286年就任太史令职，相当于现在的国家天文台台长。
元朝于1234年灭金，1279年灭宋，从而统一中国之后，北京作为封建大帝国的首都（当时称为“大都＂），全国的政治和军事中心就从过去的临安（今杭州）和汴京（今开封）等地移到了这里。但南方江浙一带仍是中国经济的重心，向中央政府纳粮课税占有相当大的比重。要把大量的南方的粮食和物资运到北京，以满足大都城内的消费和促进北方地区经济的发展，交通运输则成了一个重大的问题。本来从金朝起，在华北平原上利用天然水道和隋唐以来修建的运河建立了一个水路运输系统，使元代的漕运可从杭州直达通州。但因通州、大都之间几十里并无较大的天然河道，而且大都的地势高出于通州，这一段路只好采用陆地运输。随着大都经济的繁荣，人口的增加，粮食等物资的需用量与日俱增，到了1288年，甚至分设两个漕运司机构，从河上海上两方面运粮到通州。1290 年，大都的粮食需用量已由过去每年几十万石激增到159万余石。这么多的粮食，一到通州集中后，就得起岸装车从旱路运人大都城内。这就需要配备大量的车辆牲畜和役夫。一到雨季，道路泥泞难行，往往车陷泥中，驴马倒毙，役夫病亡，如此费时劳工，费钱费力，粮食还是难于及时送进京城。于是，解决通州到大都这几十里的运输问题成了当务之急。
此时，年届花甲并已转而从事天文历法工作十数年的郭守敬，又回到城市建设的水利工程上来，以他青壮年时期邢州治水、西夏修渠的智慧和经验，领导了通州大都间运河的开浚工作，并取得了成功。
这次开浚通州和大都之间运河工程的契机，倒是为了上都开平府（今内蒙古多伦附近）的供粮问题而引起的。上都是忽必烈的老根据地，它“北控沙漠，南屏燕蓟”，既是北部政治经济、文化的中心，又是内地通往位处大漠的岭北行省的交通枢纽。元世祖忽必烈每年都要到上都避暑，常常是“四月行幸，九月始还”。从大都转运米粮百货到上都，当时有人分别提出了两个不同的办法。一。是想利用水平（今河北卢龙）至开平的滦河河段，拉纤挽舟，溯流而上。一是想利用麻峪村（今石景山西北）至荨麻林（上都附近）的芦沟河河段，沿河道迂回曲折，辗转北上。
为此，忽必烈委派正在太史令任上的郭守敬和上都路总管姚演去实地勘探，决定可否。1291年，郭守敬等人沿两河新旧水道，乘船试行，发现河道狭窄，砂石成滩，即使投人大量人力挖深河道，也会因该地降雨量少，缺乏水源，而难以通行船只。郭守敬到上都向忽必烈报告了勘察结果，避免了一次劳民伤财的大浪费。同时，他向忽必烈陈述了水利十一事，其中第一事就是重复他在30年前（1262年）也是在上都向忽必烈陈述水利六事中的第一事一打通 通州至大都的运河工程。
1262年，忽必烈曾接受郭守敬当时所提出的引玉泉山下的泉水入旧漕河开通通州至大都间运河的建议，并付诸实施。但因引来增加水源的毕竟只有一泉之水，流量有限，对于恢复航运并无多大帮助。
1276年，郭守敬关于开辟水源的另一个方案得以实施，那就是利用过去金人在京西麻峪村所开的旧运河（引浑河，即今永定河水出西山，过燕京城下向东直注人通州城东的白河，但因洪水泛滥、泥沙淤积，危及京城而被填塞），在其上段开一道分水河，引回浑河中去，当河水暴涨而危及运河时，就开放分水河的闸口，以减少进人运河下游的水量，解除对京城的威胁。但因这段运河河道陡峻，水流湍急，粮船难以逆流而上；如果在运河上建立闸坝，控制水流，又会产生泥沙淤积的问题。
结果这段运河对大都运粮，仍然无济于事。
吃一堑，长一智，失败乃成功之母。郭守敬吸取了这两次失败的经验教训，反复实地勘测，再三调查研究，终于在大都西北六七十里的昌平州（今昌平县）发现其东南神山（今凤凰山）山麓有白浮泉，水流量大，可以引来作为水源。于是他在1291年向忽必烈提出具体计划：自昌平神山白浮泉修白浮堰，引白浮泉水西折南转，合双塔、榆河、一亩、马眼、玉泉等西山山麓的其他泉水，绕出瓮山后，汇为七里渠，东入西水门，贯通积水潭，东南出文明门，东到通州高丽庄，人旧漕河。忽必烈十分赞赏这个计划，兴奋地说“当速行之”，于是下令指派郭守敬主持这项工程，尽快动工。
1292年春，郭守敬被重新任命为都水监（他曾于21年前的1271年首任都水监），开始施工组织设计和准备工作。当年汛后八月丙午（十八日），忽必烈批准开始施工。十一天后的丁已吉日（二十九日），举行了隆重的开工典礼。忽必烈命丞相以下官员都来到施工现场，“亲操畚锸＂（草编的盛物工具和铁锹），参加劳动，以示重视和倡导之意。
从神山引白浮泉水等经六七十里地到大都城西瓮山泊，是这一工程的关键。
因为白浮泉等水源本来都是顺着天然地势由高往低向东南方流人白河，不经过大都，无法归入运河。于是郭守敬设计筑堰，向西开凿河渠，使白浮泉水先背离东南方向的大都而往西去，直通西山山麓，然后顺着平行山麓的路线，引往南来，其间又拦截了西山东流的众多泉水，浩浩荡荡一齐汇人大都城 西的瓮山泊。
从白浮泉至瓮山泊的引水渠道在当时被称为“白浮瓮山河”，明代以后常用其起点工程“白浮堰＂称之。它大致可分为白浮泉至横桥村北段、横桥村至冷泉中段和冷泉至瓮山泊南段这三段，其间总长度据文献记载，推算下来大约为32公里。有些地段，偏东一点，则要穿越清河和沙河的河谷，从高程上分析，无法引水至瓮山泊；如果再向西移，则会增加渠道长度和开挖工程量。从这取舍之间，可以看出郭守敬对地形测量和施工实践的深厚功力。
解决了通州至大都间运河的水源问题，剩下的问题便是要克服这段运河河床倾斜坡度给航运造成的困难。由于水源都是清泉，泥沙很少，不易淤积，郭守敬决定用筑坝设闸来控制水位水量，以便粮船平稳上驶。
郭守敬设计自瓮山泊以下至通州高丽庄，每十里左右设闸一处，每处置相距一里左右的上下二闸，有两处还根据地形条件和行船要求，增建了中闸，总共设闸11处，计闸24座。当提起上一。段河水处的闸时，便关闭下一段河水处的闸，这样水就被储积控制起来，流不下去。在保持一定的水量后，大船也能逆水而上，通行无阻了。这是郭守敬创造性的设计。
通州原称潞县，金代取“漕运通济＂之意，改称通州，是北运河的终点码头。
郭守敬在浚通大都至通州的金运河故道时，在通州西水关附近与北运河衔接处，改变了原北运河旧河道，另辟新河道，向东南方穿过通州城内，流经高丽庄以东，至李二寺人白河，这样比原河道缩短了三分之一的里程，节省了航运的时间和费用。
通州至大都的运河工程，自1292年8月底开工，历时不到一年，至1293年7月竣工，工程规模浩大，施工速度惊人。其间，郭守敬以年逾花甲之龄，负责总体规划、设计和施工，凡遇重大技术问题，均需郭守敬亲自“指授而行事”，相当于当今的工程总指挥和总工程师的职务。
据记载，参加工程施工的人员有军队19129人，工匠542人，水手319人，没官囚隶172人，总计用工285万个，费银152万锭，粮食38700石，石、木163800章，铜、铁20万斤，白灰、桐油、木柴不计其数。其规划和组织的严谨，令人赞叹。
1293年秋，忽必烈从上都回到大都，看到运河工程的终点码头一大都城内的积水潭中，“舳舻（舳：船尾；舻：船头。舳舻：指首尾衔接的船只。）蔽水”，停泊着自南方海运、河运两路北上的运粮大船，盛况空前，心中有说不尽的欢喜，于是亲自给它取名叫“通惠河”，并赐郭守敬12500缗钱钞，任命他仍以太史令原职兼“提调通惠河漕运事”。
通惠河开成后，古代沟通中国南北的大动脉一大运河全部完成，南方运送物资的大船可以从杭州直达大都，促进了南北经济交流和社会生产的发展。通惠河从昌平神山白浮泉经大都城到通州高丽庄，全长80多公里。今天，北京市供水工程用的京密引水渠，自昌平经昆明湖到紫竹院西北一段，基本上还是沿着郭守敬当初的路线。通惠河的名称，也一直沿用至今。
大运河是我国历史上最伟大的水利工程之一，也是世界上开凿最早而工程规模最大的一条运河。它从公元前485年春秋时代吴国开凿的邗沟（淮阴至瓜洲）算起，经历代的不断增凿，到元代郭守敬1293年开成通惠河，迄至1327年通惠河上的24座石闸的基本改建完成，前后历时1800余年，全长1700多公里。大运河贯通海河、黄河、淮河、长江和钱塘江五大河流，穿过河北、山东、江苏和浙江四省，北起北京，流经天津、德州济宁、淮阴、扬州、镇江、无锡、苏州等大城市而直达杭州。
根据水的流向，大运河可分为五段：
1.京津段，长约160公里。其中从北京到通县的一段，即郭守敬开凿的通惠河。从通县到天津的一段，称为北运河。
2.津黄段，长约560公里。其中从天津到临清的一段，称为河北南运河，即隋代开凿的永济渠。从临清到黄河北岸的一段，称为山东北运河，即元代开凿的会通渠。
3.黄淮段，长约460公里。其中从黄河南岸到韩庄的一段，称为山东南运河。山东南运河中有一段为元代开凿的济州河。从韩庄到淮阴的一段，称为中运河。
4.淮江段，长约180公里。其中从淮阴到瓜州一段的邗沟，隋代又修浚成为山阳渎，现称为里运河。
5.镇杭段，长约340公里，即隋代开凿的从镇江至杭州的江南河，现称为江南运河。
大运河的开通是我国水利史上的伟大成就，是千百万劳动人民千百年来顽强地战胜自然的标志。虽然历代封建王朝的统治者征调劳动人民开凿大运河的目的在于沟通漕运，加紧剥削南方的财富，来维持他们的统治地位，从而使大批壮丁受苦受难、挨冻挨饿胼手胝足、流血流汗，付出了沉痛的代价。但是，今天中国人民掌握了自己的命运，大运河的畅通运输，真正发挥了为人民谋福利的作用，历代劳动人民的辛勤努力真正收到了不可磨灭的功效。
学究天人 名垂星汉1294年，郭守敬完成通惠河开浚工程的次年，由于他在水利工程和天文历法方面的重大贡献，升任昭文馆大学士兼知太史院事。昭文馆大学士是元代授予汉族文职官员的一个级别颇高，但无实权的荣誉性虚衔；知太史院事是太史院的最高长官，职位在太史今之上。这时，郭守敬虽然已年逾花甲，他的晚年在学术上仍然有所建树。
郭守敬同王恂等人编制的《授时历》于1281年颁行后，王恂不幸于次年（ 1282年）病逝。这时，还有一部分有关的历书尚未最后定稿。此后几年间，郭守敬编排整理完成了授时历《推步》七卷、《立成》二卷、《历议拟稿》三卷、《转神选择》二卷、《上中下三历注式》十二卷等著作，于1286年他继任太史令时将这些书稿上呈元朝政府。
此外还有《时候笺注》二卷。《修改源流》一卷。后来他转而从事开浚通惠河的水利工程，天文历法研究和著述工作只好暂时搁在一边。1294 年他回到太史院后，又继续整理和撰写了《仪象法式》二卷《二至晷景考》二十卷、《五星细行考》五十卷、《古今交食考》一卷《新测二十八宿杂座诸星人宿去极》一卷、《新测无名诸星》一卷和《月离考》一卷，都藏于太史院内。他在天文历法方面的著作，前后共计14种，105卷，在我国古代天文学家中，是著述最丰的一位。这些著作，在元朝灭亡时曾被元朝统治者携往漠北，后陆续散失，其中只有一部分内容载在《元史●历志》中。
郭守敬还有一些天文历法著作，在后人的一些记载中被保存了下来。如清初梅文鼎《勿庵历算书目》载《郭太史历草补注》一卷，《堑堵测量》中最后一节“郭太史本法”则介绍了郭守敬《授时历草》的“弧矢割圆图”、“侧视之图”和“平视之图”。其中，后两图可作为郭守敬应用二视图的旁证，这比西方的二视图早了至少两个世纪，在世界画法几何前史中具有重大意义。“老年的郭守敬不仅勤于著书，而且仍勤于动手，亲自制作各种奇巧的仪器。
他创制过一种自动报时的七宝灯漏，采用水力推动，使之运转。灯漏里有手执报时牌的神像12个，和手执钟、鼓、钲、铙的报刻神像4个，每到正时、正刻，他们都出来敲钟打鼓，报告时辰。元朝政府在朝会时，常把七宝灯漏挂在大明殿上，故史载又称大明殿灯漏。
大明殿灯漏是一架报时器，它由上下两部分构成。上部附件是用来测量仪器水平用的，但不采用以水平槽解决水平问题的传统方法，而是采用重力下垂原理，类似西汉“被中香炉”，在曲梁两端，装饰上“龙首”，“张吻转目，可以审平水之缓急”；在中梁之上，“有戏珠龙二，随珠俯仰”，“可察准水之均调＂ ，以保证仪器的安装处于水平状态。郭守敬的设计是中国仪器制造史。上关于水平装置的一次变革。
下部主体则分为四层，第一、三层旋转，三、四层不转。“其机发隐于柜中，以水激之”，即以水力为动力。
1298年，郭守敬还设计制造了一种灵台水浑象，这是一架用水力推动的天球仪，它可以表现天空中日月星辰的运动情况，也是一座天文钟。我们知道，东汉张衡创制了水运浑天仪，但制造方法失传了；唐一行和梁令瓒苦心钻研，制成了水运浑天铜仪；北宋苏颂和韩公廉又制造了水运仪象台。郭守敬的灵台水浑象，以25个木制的机轮代替金属机轮，刻度精细准确，功效一点 也不比金属的机轮差。
垂暮之年的郭守敬，极感兴趣于计时漏壶的改进。他为成宗铁木真制做了一种柜香漏，为皇室祭祀天地或祖先的大典上使用而做过一种屏风香漏，为皇帝出行时携带方便而制造过一种行漏。
此时郭守敬虽然不再担任水利工程方面的职责，但元朝政府在这方面有了重大问题，仍然征询他的意见。1298 年，元成宗铁木真（元世祖忽必烈的孙子）想在上都西北郊的铁幡竿岭脚下，开出一条河渠南通滦河，宣泄山洪。于是诏郭守敬到上都商议规划。
68岁的郭守敬应诏北上，他不顾年近古稀的高龄，亲自前往铁幡竿岭山区实地察勘，根据该地区多年来降雨情况和山洪暴发的历史资料，认为渠堰必须有50步至70步（约合75一105米）宽，才能承受山洪暴发时的大水。但因平时这一带水势尚平缓，主管其事的官员目光短浅，加上元朝政府吝惜工费，结果施工时的实际宽度比郭守敬设计的缩减了三分之一。没想到第二年就遇上连日暴雨，山洪直泻如注，溢出渠岸，泛滥成灾，冲没了人畜帐幕，还差点淹及了铁木真在城北较高处龙岗下的行宫，使他不得不在第二天马上向北部更高的山岗上迁移，以避大水。铁木真想起了郭守敬的预言，禁不住对周围官员们说：“郭太史神人也，惜其言不用耳！”
（郭太史真是神人呵，可惜没有听他的话！）
1303牢，元成宗下诏说，年龄到了70岁的内外官员，可以还禄位于君，辞官退休，即所谓“告老还乡”、“解甲归田”。这时郭守敬已经超龄，也提出了退休的请求。但鉴于他是天文历算和水利工程方面的专家，今后还得依靠他，所以朝廷唯独不批准他的申请，让他一直留任。从此开了一个先例，后来规定翰林院、太史院掌管天文的官员一律不予退休。
耄耋之年郭守敬仍然 关心着天文和水利事业。例如，通惠河初建闸坝时，务求速成，所以都用木闸。过了一。些年头，有些木闸开始腐朽，郭守敬建议把已经腐烂和没有腐烂的木闸全部依次改建成石闸。为此，他要求闸户学习石工、木土、铁工和炼石灰的技术，以便不再征发民工，而把改建石闸的工程直接交付闸户主办。通惠河上24座闸的改建工程从1311年开始，到1327年才基本完成。其间，郭守敬已于1316年85岁时去世了。
综观郭守敬的一生 ，为中国的天文和水利事业孜孜不倦地辛勤奋斗了60多年，真是如春蚕吐丝，至死方尽。
中国古代科学技术在世界上曾经长期处于领先地位，宋元时期是中国古代科学技术发展的高峰，郭守敬是元代在科学（天文学、数学）和技术（水利工程、仪器制造）两个方面都有卓越贡献和高度成就的科学家，在世界科学史上也是一个出类拔萃的人物。如果只列举中国历史上最杰出的几个科学家的名字，其中一定会有郭守敬。1962年，我国邮电部发行了两枚绘有郭守敬半身像和他所创制的简仪的纪念邮票。1981年，我国科技界隆重集会，纪念郭守敬诞辰750周年和他所制定的授时历颁行700周年。不仅如此，郭守敬在国际上也享有崇高的声誉。
皎洁的月亮在黑暗的夜空中放射着柔和的银光，把光亮洒向人间，引起人们美好的遐想。月亮上的阴影，产生了嫦娥、吴刚、玉兔和桂花树的优美神话。现代天文学知识告诉我们，月亮是一个围绕着地球旋转的球状星体，它自转和公转的周期同步，所以月球始终以相同的一。面向着地球，月球的背面对人类而言从来就是秘密。1959 年10月，人类第一次拍摄到了月球背面的照片，发现月球背面有很多具有辐射纹的环形山。为了纪念世界各国著名的科学家，表彰他们在探索宇宙奧秘、造福人类的创造性科学研究工作中的巨大贡献，国际天文学会决定用他们的名字来命名它们。
1970年，国际天文学会将月球背面位于134°W、8°N的环形山定名为“郭守敬”，这是中华民族的光荣，我们每个炎黄子孙都感到无比的荣耀和自豪！
月球是地球的惟一天然 卫星，而绕太阳公转的除已知的九大行星外，还有许多已知的和未知的小行星。从1801年皮亚齐发现第一颗小行星以来，到1928年我国现代天文学家张钰哲发现的小行星，已经编号到第1125。小行星的命名权属于发现者，张钰哲发现的第1125号小行星就被命名为“中华”。
中国科学院紫金山天文台子，1977年把他们多年来发现的小行星中被国际天文学会确认并已编号的四颗分别命名为张衡、祖冲之、一行和郭守敬，以纪念我国古代杰出的天文学家。其中，于1964年发现的国际小行星永久性编号为2012号的“小行星（2012） 1964TE，＂便被正式命名为“郭守敬”，并于1978年公布。
所以，著名科学家茅以升1984年10月14日在河北省邢台市郭守敬纪念馆奠基仪式上讲话说：“郭守敬不仅在地上闻名，而且还在天上闻名。因为月球上边有一个山就叫郭守敬，另外太空里面有一个星也叫郭守敬。”
郭守敬名垂宇宙，与星月同辉。