人物生平
郭守敬幼承祖父郭榮家學，攻研天文、算學、水利。至元十三年(公元1276 郭守敬
年)元世祖忽必烈攻下南宋首都臨安，在統一前夕，命令製訂新曆法，由張文謙等主持成立新的治曆機構太史局。太史局由王恂負責，郭守敬輔助。在學術上則王恂主推算，郭主製儀和觀測。
至元十五年（或十六年），太史局改稱太史院，王恂任太史令，郭守敬為同知太史院事，建立天文台。當時，有楊恭懿等來參予共事。經過四年努力，終於在至元十七年編出新曆，經忽必烈定名為《授時曆》。
《授時曆》是中國古代一部很精良的曆法。王恂、郭守敬等人曾研究分析漢代以來的四十多家曆法，吸取各曆之長，力主製曆應“明曆之理”（王恂）和“曆之本在於測驗，而測驗之器莫先儀表”（郭守敬），采取理論與實踐相結合的科學態度，取得許多重要成就。
郭守敬和王恂、許衡等人，共同編製出我國古代最先進、施行最久的曆法《授時曆》。為了編曆，他創製和改進了簡儀、高表、候極儀、渾天象、仰儀、立運儀、景符、窺幾等十幾件天文儀器儀表；還在全國各地設立二十七個觀測站，進行了大規模的“四海測量”，測出的北極出地高度平均誤差隻有0.35；新測二十八宿距度，平均誤差還不到5'；測定了黃赤交角新值，誤差僅1'多；取回歸年長度為365.2425日，與現今通行的公曆值完全一致。
郭守敬編撰的天文曆法著作有《推步》、《立成》、《曆議擬稿》、《儀象法式》、《上中下三曆注式》和《修曆源流》等十四種，共105卷。
為紀念郭守敬的功績，人們將月球背麵的一環形山命名為“郭守敬環形山”，將小行星2012命名為“郭守敬小行星”。
郭守敬為修曆而設計和監製的新儀器有：簡儀、高表、候極儀、玲瓏儀、仰儀、立運儀、證理儀、景符、窺幾、日月食儀以及星晷定時儀12種（史書記載稱13種，有的研究者認為末一種或為星晷與定時儀兩種）。
在大都（今北京），郭守敬通過三年半約二百次的晷影測量，定出至元十四年到十七年的冬至時刻。他又結合曆史上的可靠資料加以歸算，得出一回歸年的長度為365.2425日。這個值同現今世界上通用的公曆值一樣。
中國古曆自西漢劉歆作《三統曆》以來，一直利用上元積年和日法進行計算。唐、宋時，曹士等試作改變。《授時曆》則完全廢除了上元積年，采用至元十七年的冬至時刻作為計算的出發點，以至元十八年為“元”，即開始之年。所用的數據，個位數以下一律以100為進位單位，即用百進位式的小數製，取消日法的分數表達式。
晚年，郭守敬致力於河工水利，兼任都水監。至元二十八至三十年，他提出並完成了自大都到通州的運河（即白浮渠和通惠河）工程。至元三十一年，郭守敬升任昭文館大學士兼知太史院事。他主持河工工程期間，製成一些精良的計時器。
成長經曆
我國元朝大科學家郭守敬生於1231年（元太宗三年、金哀宗正大八年）。家鄉在今河北省邢台縣。
邢台地方本來屬宋朝，1128年（宋高宗建炎二年）被金朝奪去，到1220年 （金宣宗興定四年）又為後來建立元朝的蒙古貴族占領。所以郭守敬是在元朝統治時期出生的。後來元朝在1234年滅金，到1279年又滅了宋，統一中國，郭守敬也逐漸成長為一位傑出的科學家。
早些時候，金朝北邊的蒙古人還過著遊牧的生活，處在奴隸社會階段。那時他們在金朝北方一帶騷擾，進行的戰爭具有極大的掠奪性和破壞性。當地的農田水利遭到了嚴重的破壞，人口大量減少，生產急劇下降。這種狀況對於元朝的建立統治是十分不利的。以元世祖為首的蒙古統治集團覺察了這一點，於是在華北地區封建勢力代表人物的支持下，逐步進行了一些改革，改變了一些野蠻的殺掠方式，實行了一些鼓勵農桑增產的措施。因此，在元世祖的時代，華北一帶的農業生產才逐漸恢複起來。農業生產必須適應天時，農田排灌需要水利建設，於是對天文曆法和水利工程的研究，就成為迫切的要求。同時，國家統一了，中外交通範圍比以前擴大了，更給科學技術的發展提供了新的因素。因此，元朝的天文學和水利學，在金、宋兩朝的基礎上，有了進一步的發展。郭守敬正是在這個時期，在這兩門科學方麵作出了許多貢獻。
郭守敬父親的名字，從現有的曆史記載中已查不出來。他的祖父倒還留下名字，叫郭榮。郭榮是金元之際一位頗有名望的學者。他精通五經，熟知天文、算學，擅長水利技術。郭守敬就是在他祖父的教養下成長起來的。
老祖父一麵教郭守敬讀書，一麵也領著他去觀察自然現象，體驗實際生活。郭守敬自小就喜歡自己動手製作各種器具。有人說他是“生來就有奇特的秉性，從小不貪玩耍”。其實，由於他把心思用到製作器具上，所以就不想玩耍了。
郭守敬在十五六歲的時候就顯露出了科學才能。那時他得到了一幅“蓮花漏圖”。他對圖樣作了精細的研究，居然摸清了製作方法。
蓮花漏是一種計時器，是北宋科學家燕肅在古代漏壺的基礎上改進創製的。這器具由好幾個部分配製而成。上麵有幾個漏水的水壺。這幾個水壺的水麵高度配置得經常不變。水麵高度不變，往下漏水的速度也就保持均勻。水流速度保持均勻了，那就在一定時間內漏下的水量一定不變，不會忽多忽少。這樣，就可以從漏下的水量指示出時間來了。燕肅留下的蓮花漏圖，就畫著這樣的一整套器具。
配製這套器具的原理不很淺顯。燕肅所畫的圖，構造也不很簡單。僅僅依據一幅圖就想掌握蓮花漏的製造方法和原理，對一般成年學者來說也還不是一件容易的事情。年紀才十幾歲的郭守敬居然把它弄得一清二楚，這就足以證明郭守敬確是一個能夠刻苦鑽研的少年。
在邢台縣的北郊，有一座石橋。金元戰爭的時候，這座橋被破壞了，橋身陷在泥淖裏。日子一久，競沒有人說得清它的所在了。這給來往的人帶來了很大的不便，而且嚴重影響了當時的農業發展。郭守敬查勘了河道上下遊的地形，對舊橋基就有了一個估計。根據他的指點，居然一下子就挖出了這久被埋沒的橋基。這件事引起了很多人的驚訝。石橋修複後，當時一位有名的文學家元好問還特意為此寫過一篇碑文。這時候，年青的郭守敬已經能對地理現象作頗為細致的觀察了。那一年，他剛剛20歲。
郭榮為了讓他孫兒開闊眼界，得到深造，曾把郭守敬送到自己的同鄉老友劉秉忠門下去學習。劉秉忠精通經學和天文學。當時他為父親守喪，在張有讀書。郭守敬在他那兒得到了很大的教益。更重要的是，郭守敬在他那兒結識了一位好朋友王恂。王恂比郭守敬小四五歲，後來也是一位傑出的數學家和天文學家。這一對好朋友後來在天文曆法工作中親密合作，做出了卓越的貢獻。
修建水利
郭守敬在劉秉忠門下學習的時間不長。1251年，劉秉忠被蒙古統治者召進京城。劉秉忠離開邢台之後，郭守敬的行蹤如何，史書沒有明確記載。隻知道後來劉秉忠把他介紹給了自己的老同學張文謙。1260年，張文謙到大名路（他河北省大名縣一帶）等地作宣撫司的長官，郭守敬也跟著他一起去了。他把少年時代試作過的蓮花漏鑄了一套正規的銅器，留給地方上使用。後來，蒙古政府裏的天文台也采用了這種器具。
郭守敬跟著張文謙到各處勘測地形，籌劃水利方案，並幫助做些實際工作。幾年之間，郭守敬的科學知識和技術經驗更豐富了。張文謙看到郭守敬已經漸趨成熟，就在1262年，把他推薦給蒙古統治者。
郭守敬初見蒙古統治者，提出了六條水利建議。第一條建議修複從當時的中都（今北京）到通州（今通縣）的漕運河道；第二第三條是關於他自己家鄉有地方城市用水和灌溉渠道的建議；第四條是關於磁州（今河北磁縣）、邯鄲一帶的水利建議的意見；第五第六條是關於中原地帶（今河南省境內）沁河河水的合理利用和黃河北岸渠道建設的建議。這六條都是經過仔細查勘後提出來的切實的計劃，對於經由路線、受益麵積等項都說得清清楚楚。蒙古統治者任命他為提舉諸路河渠掌管各地河渠的整修和管理等工作，下一年又升他為銀符副河渠使。
西夏治水示意圖1264年，張文謙被派往西夏（今甘肅、寧夏及內蒙古西部一帶）去巡察。那裏沿著黃河兩岸早已修築了不少水渠。寧夏地方（今銀川一帶）的漢延、唐來兩渠都是長達幾百裏的古渠，分渠縱橫，灌溉田地的麵積很大，是西北重要的農業基地之一。蒙古征服西夏的時候，兵馬到達的地方，水閘水壩都被毀壞，渠道都被填塞。張文謙巡察西夏，一方麵要整頓地方行政，另一方麵也想重興水利，恢複農業生產。所以他帶了擅長水利的郭守敬同行。
郭守敬到了那裏，立即著手整頓。有的地方疏通舊渠，有的地方開辟新渠，又重新修建起許多水閘、水壩。當地人民久旱望水，對這樣具有切身利害關係的大事自然盡力支持。由於大家動手，這些工程竟然在幾個月之內就完工了。
修完渠後，郭守敬在還京之前曾經逆流而上，探尋黃河的發源地。以往史書上雖也有些河源探險的記載，但都是些將軍、使臣們路過這個地區，順便查探，寫下的一些記述，並不是特意進行的科學考察結果。有些記載隻是從傳聞得來，還不免失實。以科學考察為目的，專程來探求黃河真源的，要推郭守敬是第一個人。但郭守敬探查河源的結果沒有記載流傳下來。後來到了1280年，又有一位探險家都實奉蒙古統治者之命專程前去考察河源。探索記錄在《河源記》裏，其中有著不少有價值的結果。
1265年，郭守敬回上都。同年被任命為都水少監，協助都水監掌管河渠、堤防、橋梁、閘壩等的修治工程。1271年升任都水監。1276年都水監並入工部，他被任為工部郎中。
巧製儀器
中國是天文學發達的國家之一。西漢以後，國家天文台的設備和組織已經達到相當完善的地步。它的主要任務之一是編製曆法。中國古代的曆法，內容是十分廣泛的。包括日月運動及其位置的推算、逐年日曆的編製、五大行星的位置預報、日食月食的預推等等。曆法關係到生產、生活甚至政治活動等很多方麵。因此，曆來對這項工作都是相當重視的。一種曆法用久了，誤差就會逐漸顯著，因而需要重新修改。跟著每次重大的曆法修改，總帶來一些創造革新的進步，像基本天文數據的精密化、天文學理論的新成就或計算方法上的新發明等等。曆法的發展可說是中國天文學發展史中的一條主線。
郭守敬觀星台蒙古統治者初年沿用當年金朝的“重修大明曆”。這個曆法是1180年修正頒行的。幾十年以來，誤差積累日漸顯著，發生過好幾次預推與實際現象不符的事，迫切需要重新修改。
1276年，南宋首都臨安淪陷，蒙古遷都大都，並且采納已故大臣劉秉忠的建議，決定改訂舊曆，於是，蒙古統治者下令在新的京城裏組織曆局，調動了中國各地的天文學者，另修新曆。
這件工作名義上以張文謙為首腦，但實際負責曆局事務和具體編算工作的是精通天文、數學的王恂。郭守敬由王恂的推薦，參加修曆，奉命製造儀器，進行實際觀測。
郭守敬首先檢查了大都城裏天文台的儀器裝備。渾儀是當年金兵攻破北宋的京城汴京（今河南開封）以後，搶到燕京來的。當初，大概一共搬來了3架渾儀。因為汴京的緯度和燕京相差約4度多，不能直接使用。金朝的天文官曾經改裝了其中的一架。這架改裝的儀器在元初也已經毀壞了。郭守敬就把餘下的另一架加以改造，暫時使用。另外，天文台所用的圭表也因年深日久而變得歪斜不正。郭守敬立即著手修理，把它扶置到準確的位置。
這些儀器終究是太古老了，雖經修整，但在天文觀測必須日益精密的要求麵前，仍然顯得不相適應。郭守敬不得不創製一套更精密的儀器，為改曆工作奠定堅實的技術基礎。
古代在曆法製定工作中所要求的天文觀測，主要是兩類。一類是測定二十四節氣，特別是冬至和夏至的確切時刻；用的儀器是圭表。一類是測定天體在天球上的位置，應用的主要工具是渾儀。
1、改進圭表
圭表圭表中的“表”是一根垂直立在地麵的標竿或石柱；“圭”是從表的跟腳上以水平位置伸向北方的一條石板。每當太陽轉到正南方向的時候，表影就落在圭麵上。量出表影的長度，就可以推算出冬至、夏至等各節氣的時刻。表影最長的時候，冬至到了；表影最短的時候，夏至來臨了。它是中國創製最古老、使用最熟悉的一種天文儀器。
這種儀器看起來極簡單，用起來卻會遇到幾個困難。
一是表影邊緣並不清晰。陰影越靠近邊緣越淡，到底什麽地方才是影子的盡頭，這條界線很難劃分清楚。影子的邊界不清，影長就量不準確。
二是使用圭表時的第二個難題就是測量影長的技術不夠精密。古代量長度的尺一般隻能量到分，往下可以估計到厘，即十分之一分。按照千年來的傳統方法，測定冬至時表影的長，如果量錯一分，就足以使按比例推算出來的冬至時刻有一個或半個時辰的出入。這是很大的誤差。舊圭表隻能觀測日影。星、月的光弱，舊圭表就不能觀測星影和月影。
對這些困難問題，唐、宋以來的科學家們已經做過很多努力，始終沒有很好地解決。郭守敬首先分析了造成誤差的原因，然後針對各個原因，找出克服困難的辦法。
首先，他想法把圭表的表竿加高到5倍，因而觀測時的表影也加長到5倍。表影加長了，按比例推算各個節氣時刻的誤差就可以大大減少。
其次，他創造了一個叫做“景符”的儀器，使照在圭表上的日光通過一個小孔，再射到圭麵，那陰影的邊緣就很清楚，可以量取準確的影長。
再其次，他還創造了一個叫做“窺幾”的儀器，使圭表在星和月的光照下也可以進行觀測。
另外，他還改進量取長度的技術，使原來隻能直接量到“分”位的提高到能夠直接量到“厘”位，原來隻能估計到“厘”位的提高到能夠估計到“毫”位。
郭守敬對圭表進行了這一係列的改進，解決了一係列的困難問題。
郭守敬的圭表改進工作大概完成於1277年夏天。這年冬天已經開始用它來測日影。因為觀測的急需，最初的高表柱是木製的，後來才改用金屬鑄成。現在河南省登封縣還保存著一座磚石結構的觀星台，其中主要部分就是郭守敬的圭表。這圭表與大都的圭表又略有不同，它因地製宜，就利用這座高台的一邊作為表，台下用36塊巨石鋪成一條長10餘丈的圭麵。當地人叫“量天尺”。
2、改進渾儀
渾儀渾儀至遲在公元前第二世紀就已由中國天文家發明了，唐、宋以來曆代都有發展。它的結構完全仿照著當時的人們心目中反映出來的那個不斷轉動著的天體圓球。在這圓球裏是許多一重套著一重的圓環。這些圓環有的可以轉動，也有不能旋轉的。在這些重重疊疊的圓環中間夾著一根細長的管子，叫做窺管。把這根細管瞄準某個星球，從那些圓環上就可以推定這個星球在天空中的位置。因為這個儀器的外形像一個渾圓的球，所以稱為渾儀。它是中國古代天文儀器中一件十分傑出的創作。歐洲要到16世紀左右，才有與中國北宋渾儀同樣精細的儀器。
渾儀的結構也有很大的缺點。一個球的空間是很有限的，在這裏麵大大小小安裝了七八個環，一環套一環，重重掩蔽，把許多天空區域都遮住了，這就縮小了儀器的觀測範圍。這是第一個大缺點。另外，有好幾個環上都有各自的刻度，讀數係統非常複雜，觀測者在使用時也有許多不方便。郭守敬就針對這些缺點作了很大的改進。
郭守敬改進渾儀的主要想法是簡化結構。他準備把這些重重套裝的圓環省去一些，以免互相掩蔽，阻礙觀測。那時候，數學中已發明了球麵三角法的計算，有些星體運行位置的度數可以從數學計算求得，不必要在這渾儀中裝上圓環來直接觀測。這樣，就使得郭守敬在渾儀中省去一些圓環的想法有實現的可能。
郭守敬隻保留了渾儀中最主要最必需的兩個圓環係統；並且把其中的一組圓環係統分出來，改成另一個獨立的儀器；把其他係統的圓環完全取消。這樣就根本改變了渾儀的結構。再把原來罩在外麵作為固定支架用的那些圓環全都撤除，用一對彎拱形的柱子和另外四條柱子承托著留在這個儀器上的一套主要圓環係統。這樣，圓環就四麵淩空，一無遮攔了。這種結構，比起原來的渾儀來，真是又實用，又簡單，所以取名“簡儀”。簡儀的這種結構，同現代稱為“天圖式望遠鏡”的構造基本上是一致的。在歐洲，像這種結構的測天儀器，要到18世紀以後才開始從英國流傳開來。
郭守敬簡儀的刻度分劃也空前精細。以往的儀器一般隻能讀到一度的1／4，而簡儀卻可讀到一度的1／36，精密度一下子提高了很多。這架儀器一直到清初還保存著，後來被在清朝欽天監中任職的一個法國傳教士紀理安拿去當廢銅銷毀了。現在隻留下一架明朝正統年間（1436～1449年）的仿製品，保存在南京紫金山天文台。
簡儀郭守敬用這架簡儀作了許多精密的觀測，其中的兩項觀測對新曆的編算有重大的意義。
一項是黃道和赤道的交角的測定。赤道是指天球的赤道。地球懸空在天球之內，設想地球赤道麵向周圍伸展出去，和天球邊緣相割，割成一個大圓圈，這圓圈就是天球赤道。黃道就是地球繞太陽作公轉的軌道平麵延伸出去，和天球相交所得的大圓。天球上黃道和赤道的交角。就是地球赤道麵和地球公轉軌道麵的交角。這是一個天文學基本常數。這個數值從漢朝以來一直認定是24°，1000多年來始終沒有人懷疑過。實際上這個交角年年在不斷縮減，隻是每年縮減的數值很小，隻有半秒，短期間不覺得。可是變化雖小，積累了1000多年也就會顯出影響來的。黃、赤道交角數值的精確與否，對其他計算結果的準確與否很有關係。因此，郭守敬首先對這沿用了千年的數據進行檢查。果然，經他實際測定，當時的黃、赤道交角隻有23°90′。這個是用古代角度製算出的數目。古代把整個圓周分成1365度，1度分作100分，用這樣的記法來記這個角度就是23°90′。換成現代通用的360°製，那就是23°33′23″.3。根據現代天文學理論推算，當時的這個交角實際應該是23°31′58″.0。郭守敬測量的角度實際還有1′25″.3的誤差。
另一項觀測就是二十八宿距度的測定。中國古規代在測量二十八宿各個星座的距離時，常在各宿中指定某處星為標誌，這個星稱為“距星”。因為要用距星作標誌，所以距星本身的位置一定要定得很精確。從這一宿距星到下一宿距星之間的相距度數叫“距度”。這距度可以決定這兩個距星之間的相對位置。二十八宿的距度，從漢朝到北宋，一共進行過五次測定。它們的精確度是逐次提高的。最後的次在宋徽宗崇寧年間（1102～1106年）進行的觀測中，這二十八個距度數值的誤差平均為0°.15，也就是9′。到郭守敬時，經他測定的數據，誤差數值的平均隻有4′.5，比崇寧年間的那一次降低了一半。在編訂新曆時，郭守敬提供了不少精確的數據，這是新曆得以成功的一個重要原因。
3、創造仰儀
郭守敬觀星台仰儀是一個銅製的中空的半球麵，形狀像一口仰天放著的鍋，半球的口上刻著東西南北的方向，半球口上用一縱一橫的兩根竿子架著一塊小板，板上開一個小孔，孔的位置正好在半球麵的球心上。太陽光通過小孔，在球麵上投下一個圓形的象，映照在所刻的線格網上，立刻可讀出太陽在天球上的位置。人們可以避免用眼睛逼視那光度極強的太陽本身，就看明白太陽的位置，這是很巧妙的。更妙的是，在發生日食時，仰儀麵上的日象也相應地發生虧缺現象。這樣，從仰儀上可以直接觀測出日食的方向，虧缺部分的多少，以及發生各種食象的時刻等等。雖然伊斯蘭天文家在古時候就已經利用日光通過小孔成象的現象觀測日食，但他們隻是利用一塊有洞的板子來觀測日麵的虧缺，幫助測定各種食象的時刻罷了，還沒有像仰儀這樣可以直接讀出數據的儀器。
王恂、郭守敬等同一位尼泊爾的建築師阿你哥合作，在大都興建了一座新的天文台，台上就安置著郭守敬所創製的那些天文儀器。它是當時世界上設備最完善的天文台之一。
由於郭守敬的建議，蒙古統治者派了14位天文家，到當時國內26個地點（大都不算在內），進行幾項重要的天文觀測。在其中的6個地點，特別測定了夏至日的表影長度和晝、夜的時間長度。這些觀測的結果，都為編製中國適用的曆法提供了科學的數據。這一次天文觀測的規模之大，在世界天文學史上也是少見的。
經過王恂、郭守敬等人努力，到1280年春天，一部新的曆法宣告完成。按照“敬授民時”的古語，取名“授時曆”。同年冬天，正式頒發了根據《授時曆》推算出來的下一年的日曆。
《授時曆》頒行不久，王恂就病逝了。那時候，有關這部新曆的許多算草、數表等都還是一堆草稿，不曾整理。最後的整理定稿工作全部落到郭守敬的肩上。他花了兩年多的時間，把數據、算表等整理清楚，寫出定稿。其中的一部分就是《元史·曆誌》中的《授時曆經》。
在《授時曆》裏，有許多革新創造的成績。第一，廢除了過去許多不合理、不必要的計算方法，例如避免用很複雜的分數來表示一個天文數據的尾數部分，改用十進小數等。第二，創立了幾種新的算法，例如三差內插內式及合於球麵三角法的計算公式等。第三，總結了前人的成果，使用了一些較進步的數據，例如采用南宋楊忠輔所定的回歸年，以一年為365.2425日，與現行公曆的平均一年時間長度完全一致。
王恂去世不久，郭守敬升為太史令。在以後的幾年間，他又繼續進行天文觀測，並且陸續地把自己製造天文儀器、觀測天象的經驗和結果等極寶貴的知識編寫成書。他寫的天文學著作共有百餘卷之多。然而蒙古統治者雖然支持了改曆的工作，但限於文化水平不高，隻是把郭守敬的天文著作統統鎖在深宮秘府之中。
開鑿水道
蒙古統治者不事生產，為了供養他們，大都城內每年消費的糧食達幾百萬斤，這些糧食絕大部分是從南方產糧地區征運來的。為了便於運輸，需要在華北平原上利用天然水道和隋唐以來修建的運河建立了一個運輸係統。但由於自然條件的關係，它的終點不是北京，而是京東的通州，離開京城還有幾十裏路。這段幾十裏的路程隻有陸路可通。陸路運輸要占用大量的車、馬、役夫；一至雨季，泥濘難走。
治水沙灘模型通州的地勢比大都低，因此要開運河，隻能從大都引水流往通州。這樣，就非在大都城周圍找水源不可。大都城郊最近的天然水道有兩條：一條是發源於西北郊外的高梁河，另一條是水源從西南而來的涼水河。然而這兩條河偏偏都水量很小，難以滿足運河的水源需要。大都城往北幾十裏，有清河和沙河，水量倒是較大，卻因地形關係，都自然地流向東南，成為經過通州的溫榆河的上源。水量最大的還數大都城西幾十裏的渾河（今永定河）。金朝時候，曾從京西石景山北麵的西麻峪村開了一條運河，把渾河河水引出西山，過燕京城下向東直注入通州城東的白河。但這條運河容納了渾河水中攜帶來的大量泥沙，容易淤積。到夏、秋洪水季節，水勢極其洶湧，運河極易泛濫。這樣，運河對於京城反是一個威脅。開鑿之後隻過了15年，就因山洪決堤，不得已又把運河的上遊填塞了。這是一次失敗的經驗。。
金朝開挖的那條運河，正流經大都城城牆的南麵。利用這條被廢棄的運河，當然是最經濟最簡捷的辦法。至少，大都城以東的那一段是完全可以利用的。因此，郭守敬的問題就是如何解決這段運河的水源。
郭守敬提出的第一個方案就是在大都城的西北，有座玉泉山。玉泉山下迸湧出一股清泉。這股清泉流向東去，並分成南北兩支。南麵的一支流入甕山（今萬壽山）以南的甕山泊（今昆明湖的前身）。又從甕山泊東流，繞過甕山，與北麵的一支會合，再向東流，成為清河的上源。郭守敬的計劃是使進入甕山泊的這支泉水不再向東，劈開它南麵高地的障礙而引它向南，注入高梁河。高梁河的下遊原已被金人攔入運河。這樣，運河的水量就得到了補充。
蒙古統治者接受郭守敬的建議，下令實施這個計劃。但是結果並不合於理想。因為引來增加水源的究竟隻有一泉之水，流量有限，對於數額巨大的航運量仍難勝任。事實上，引來的泉水隻夠用來增加大都城內湖池川流的水量，對於恢複航運沒有多大幫助。這又是一次失敗的經驗。
郭守敬仔細研究了這次失敗的原因。關鍵問題還是在於水量不足。他認為可以利用金人過去開的河道，隻要在運河上段開一道分水河，引回渾河中去；當渾河河水暴漲而危及運河時，就開放分水河閘口，以減少進入運河下遊的水量，解除對京城的威脅。這算得是個一時有效的辦法。因為這裏還有個泥沙淤積問題，日子一久還是要出問題。郭守敬也考慮到了這一點，所以他並沒有在運河上建立閘壩，因為閘壩會阻礙泥沙的衝走。但是接著又發生了一個他所估計不足的問題。原來從大都到通州這段運河的河道，雖不如大都以上一段那樣陡峻，但那坡度卻仍然是相當大的。河道坡度大，水流就很急，沒有水閘的控製，巨大的糧船自然無法逆流而上。結果，這條運河在1276年開成以後，隻能對兩岸的農田灌溉以及從西山砍取木材的順流下送，起相當的作用；至於對大都運糧，還是無濟於事。
郭守敬兩次工程都沒有達到預期的效果。郭守敬分析了兩次失敗的原因，認識到過去的設計思想帶有頗大的片麵性，今後的計劃必須把水量、泥沙及河道坡度等種種因素結合起來，作一個通盤的考慮。在以後的幾年中，他仔細地勘測了大都城四郊的水文情況和地勢起伏。隻是後來他被調去修曆，才把運河工程的規劃擱了下來。
1291年，有人建議利用灤河、渾河作為向上遊地區運糧的河道。蒙古統治者一時不能決斷，就委派正在太史令任上的郭守敬去實地勘查，再定可否。郭守敬探測到中途就發覺這些建議都是不切實際的。他乘著報告調查結果的機會，同時提出了許多新建議。他這許多建議中的第一條就是大都運糧河的新方案。
這個經過實地勘測、再三研究而提出的新方案，仍然利用以前他那個試行方案中鑿成的河道，但是要進一步擴充水源。擴充的辦法是把昌平地方神山（今鳳凰山）腳下的白浮泉水引入甕山泊，並且讓這條引水河在沿途攔截所有原來從西山東流入沙河、清河的泉水，匯合在一起，滾滾而下。這樣一來，運河水量可以大為增加。這些泉水又都是清泉，泥沙很少，在運河下遊可以毫無顧慮地建立一係列控製各段水位的閘門，以便糧船平穩上駛。
蒙古統治者下令重設都水監，命郭守敬兼職領導，並且調動幾萬軍民，在1292年春天動工。
這條從神山到通州高麗莊，全長160多華裏的運河，連同全部閘壩工程在內，在1293年秋天全部完工。當時，這條運河起名叫通惠河。從此以後，船舶可以一直駛進大都城中。
從科學成就上來講，這次運河工程的最突出之點是在於從神山到甕山泊這一段引水河道的路線選擇。
從神山到大都城的直線距離是60多華裏。白浮泉發源地的海拔約60米，高出大都城西北角一帶最高處約10米。看起來，似乎完全可以沿著這條最短的直線路徑把水引來。但實際上這條直線所經地區的地形不是逐漸下降的。由沙河和清河造成的河穀地帶，海拔都在50米以下，甚至不到45米，比大都城西北地帶的地勢都低。如果引水線路取直線南下，泉水勢必都將順著河穀地帶一瀉東流，無法歸入運河。郭守敬看到這一點，所以他所選定的線路就不是直通京都的。他先把白浮泉水背離著東南的大都引向西去，直通西山山麓，然後順著平行山麓的路線，引往南來。這樣，不但保持了河道坡度逐漸下降的趨勢，而且可以順利地截攔、匯合從西山東流的眾多泉水。從後來通航的事實證明，舍棄那條直線，采取這條迂回西山下的線路，確是十分合理的。因為在60多華裏長的路程上，僅僅幾米的高低起伏，那實在是非常微小，不是人眼所能直接看出的。從這取舍之間，可以看出郭守敬對大都城和它四周地區的地形測量，是下過很深的功夫的。
通惠河開通以後，郭守敬一直兼任天文和水利兩方麵的領導工作。
郭守敬1294年，他升知太史院事。但是關於水利方麵的工作，蒙古統治者仍經常要征詢他的意見。
1298年，蒙古統治者決定在上都附近開一道渠，郭守敬就去當地查勘了地形，了解了雨量情況，發現這條河道近山，所經地區的年雨量雖不多，卻很集中，大雨連日的時候山洪非常凶猛。他認為，縱然河道平時的流量不大，河道本身也一定要寬達50～70步。當時主管其事的官員認為郭守敬把雨季的流量估計得太大，把郭守敬所定的寬度消減了1／3。河渠開通的下一年，一到大雨時節，山洪順河直衝下來，河身狹窄，容納不下洪水，兩岸泛濫成災，漂沒了人、畜、篷帳不計其數。
1303年，蒙古統治者說凡是年滿70歲的官員都可以退休，獨有郭守敬，因為朝廷還有許多工作都要依靠他，不準他退休。
元成宗之後，蒙古統治政權迅速腐朽，統治集團內部鬥爭日益劇烈，生活上窮奢極欲，荒唐到極點。在這種情況下，郭守敬的創造活動自然也受到極大的限製，他晚年的活動除了在1298年建造了一架天文儀器——靈台水渾以外，就再沒有別的重大創製和顯著表現了。
1316年，郭守敬去世，享年86歲。
為紀念郭守敬的功績，邢台市最主要的一條街道命名為“郭守敬大街”。人們將月球背麵的一環形山命名為“郭守敬環形山”，將小行星2012命名為“郭守敬小行星”。