中外科学家发明家丛书:郭守敬_2-第4章
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他又花了两年多的时间，把数据、算表等整理清楚，写出定稿。其中的一部
分就是《元史、历志》中的《授时历》。
在《授时历》里，有许多革新和创造。第一，废除了过去许多不合理不
必要的计算。例如，避免用很复杂的分数来表示一个天文数据的尾数部分，
改用十进制小数等。第二，创立了几种新的算法，例如插入法及球面三角法
则等。第三，总结了前人的成果，使用了一些较为进步的数据，例如采用南
宋杨忠辅所定的回归年，以一年为365。2425日，与现行的公历的一年时间完
全一致。《授时历》是1281年颁行的；现行的公历却是1576年才由意大利
人利里奥提出来。《授时历》确是我国古代一部很进步的历法。郭守敬把这
部历法写成定稿，流传到后世，把许多先进的科学成就传授给后人，这件工
作，对后人来说是很有意义的。
王恂去世不久，郭守敬升为太史令。在以后的几年间，他又继续进行了
天文观测，并陆续地把自己制造的天文仪器、观测天象的经验和结果等编写
成为宝贵的书籍。他的天文著作共有百余卷之多。然而封建帝王元世祖虽然
支持了改历工作，却并不愿把真正的科学知识流传到民间去，就把郭守敬的
天文著作统统锁在了深宫秘府中。那些科学遗产几乎全都被埋没了，这是多
么令人痛惜的事！
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四、设计制造“七宝灯漏”
《授时历》完成，以及大量有关新历的资料整理结束，这已是至元后期
了。也就是到了忽必烈晚年时期，此时，朝政腐败，民不聊生，暴动和起义
相继而起。在这种形势下，太史院和司天台的业务当然难于继续有所做为，
只是奉行着逐年编历与日常观测的例行公事。但是，郭守敬具有多方面的才
能，除了当时政府又要他参与都城的水利工程外，他还在机械制造和机械传
动装置等方面下功夫，特别是在同天文学有密切联系的计时仪器制造上，进
行了辛勤的工作。虽然这里也有继承前人的创造，但是它们也反映出中世纪
时代我国机械制造的水平。
这时期，郭守敬制作过一座“七宝灯漏”。那是一座时钟。虽然主要是
为了取悦于元世祖忽必烈，给其享乐的生活添加一件富丽堂皇的摆设，但它
的构造确是不简单的。
这“七宝灯漏”，实际上是一架原动力为水力的精密的机械时钟。整个
灯漏高1丈7尺，约5。3米。它的主体是一个大“灯球”，内部分成4层，
各起各的作用。
顶部最高一层内，四方环列着“四神”，即代表日、月以及天上列宿中
在天球上相差半周的参宿与辰宿。它每天自东向西转动一周，表示天体在做
周日运动。第三层，按东、西、南、北方向布置着苍龙、白虎、朱鸟、灵龟，
即代表 28宿的四象的活动模型。它们按一定的时刻跳跃，舞蹈和鸣叫，与
周日旋转运动相呼应。第二层四周刻有每日一百刻度的度数，又团团排列着
代表12时辰的木制“12神”。每神手中各执一块写明时辰名称的“时牌”，
按时在一定门口出现，报告那时正是什么时辰。另外再有一个木人，立在门
口，一直用手指明着刻数；当时是何时何刻一望便知。底层四角又是四个各
执乐器的木人。每个时辰分“初”和“正”两段，每段各有四刻。这一层的
木人，逢初刻鸣钟，到二刻打鼓，至三刻敲锣；最末四刻时击铙钹。一般说，
在日常生活中，白天六辰还较容易区分，而每辰再细分的八刻则往往吃不准。
以时牌报时，配以不同的声响报刻，这样巧妙的一具时钟，确是相当完美。
灯漏的动力装备，是一组水力机械。用水车注入水壶，通过类似漏壶的
一组水箱，使一个水位恒定的漏壶中的水均匀地流出，依次冲击激动一个枢
轮。枢轮旁边装有一套轮轴装置。利用凸轮机构与齿轮系统，使轮轴传动装
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
