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十三世纪，元朝统一中国，全国疆域比汉唐时代更为广阔，西藏正式成为中国行政区划的一部分，直接归朝廷宣政院管辖。云南建省，台湾澎湖也归入中国版图。
  为稳定社会，发展生产，保障大都北京数百万石粮米及百物供给，元世祖忽必烈非常重视大运河这一宝贵遗产，在朝廷财力不足的情况下，全面规划、统一治理，在中国历史上创造了一个崭新的京杭大运河时期。
  裁弯取直大运河中段 1262年8月，忽必烈进入大都北京当月，就召见年仅三十一岁的汉人水利专家郭守敬，听取他对修复大运河的意见，委任其为“提举诸路河渠事”。①不久朝廷设“漕运河渠司”，郭守敬任“督水监"相当于今天国家水利部部长。
  郭守敬奉命带领水利官员若干人，在南起徐州，西至卫河，北抵临清、德州，东达汶、泗水上游的广大地区进行实地勘察，前后六次往返于济宁与东平之间，行程数千里，绘图回京赴命。
  当时，连接黄河与淮河的通济渠全线淤塞，恢复通航十分困难。元朝定鼎北京，全国的政治经济文化中心已经北移。郭守敬大胆提出取直运河，甩掉原运河从徐州向开封、洛阳、长安西安拐的“<”形大弯，让大运河自徐州往北经济宁至临清，再入永济渠卫河、南运河，航程可缩短七八百里。元世祖称善。
  开凿济州河 至元十九年，朝廷任命兵部尚书李奥鲁赤主持开挖从济宁至须城东平的济州河，全长一百五十里，当年二月开工，次年八月竣工。济州河从须城汇入汶河、清河向东北入海，漕粮可经海道抵天津大沽。
  继开会通河 为避海道艰险，至元二十六年1289,按郭守敬的设计，从济州河北端的东平至临清开凿新运河。此段运河全长二百五十里，工程浩大，役民二百五十万。运河所经地段地势高仰，是大运河之水脊，工程艰巨。为解水源之不足，又在河上建闸坝三四十座，设计绝妙。开闸通航后，舟楫连樯而下，蔚为壮观。元世祖赐名“会通河”，取“会通天下”之义。
  会通河的开通标志京杭大运河正式形成，它接通了黄淮、江南、河北平原上的运河，并使诸多天然河川与京杭大运河沟通，使运河航运空前兴旺起来。
  裁直北运河 元朝初年，营建大都，朝廷从全国征召军民百万。所需粮米及大量砖瓦木石均从江南北运，京杭大运河虽全线畅通，仍不能满足大都所需。元世祖忽必烈又下令发展海运。但不论河运海运，只能运到天津时称海津镇，再经北运河运抵通州。北运河时称白河、潞河成了襟喉要地。但河道弯度太大，元世祖采纳郭守敬的建议，于至元二十四年1287,发南军三千，征民工两万，将北运河裁直，航道缩短百余里。明清两代保持了这个格局，直到今天未变。
  重开通惠河 通州的张家湾，距北京不过四、五十里，金代开过里运河，己淤废。漕船从南方运来的粮米百物暂储存张家湾，靠陆挽运进京城。遇到风雨，沿途散落粮米若干，日夜兼运，人畜死伤无数。
  元世祖命郭守敬重开张家湾至京城积水潭的运河。郭守敬踏遍北京西山寻找水源，在昌平县东十里的神山当地称龙王山下发现了白浮泉，遂引白浮泉及西山各泉之水入瓮山泊今颐和园昆明湖，再入城内积水潭北海中南海什刹海。积水潭成了运河之首。南来的船只可直接浮航至大都，积水潭成了繁华的装卸码头。一次元世祖从上都开平回大都，见潭中舳胪蔽水，桅樯林立，热闹非凡，大悦，赐名“通惠河”。
  京杭大运河干道自南向北由下列八段连成：
  1. 杭州至镇江称江南运河 亦称吴越运河。
  2. 扬洲至淮阴称淮南运河 亦称刊沟、里运河。
  3. 淮阴至台儿庄称中运河 亦称中运河。
  4. 台儿庄至安山，称济州河。
  5. 安山至临清称会通河、会通河又称鲁运河。
  6. 临清至天津称南运河亦称御河、卫河、永济渠。
  7. 天津至通州称北运河亦称潞河、白河。
  8. 通州至大都称通惠河。亦称大通河。图5
  元王朝改造并完成的京杭大运河，对巩固和发展中国统一大业立下了大功。明清两朝虽都进行过较大规模的治理，但基本保持了元代大运河的格局。今天的京杭大运河，其选线、走向、垂点工程方位等基础部分，仍是元代治河专家及劳动人民的大手笔。他们的功绩、当受后人推崇和赞扬。