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經過一番籌劃，至元十七年（1280），“將馬頭上的韁繩繃緊拉直”的浩大工程拉開了它最初的序幕。
直通大都的大運河並不在一個水平面上，沿途地勢三起三伏，最高處是山東境內的南旺鎮。人們將這裡稱為“南旺水脊”——
你要拉直馬頭上的韁繩嗎？新鑿運河想要順利地透過這裡嗎？那就看你有沒有足夠的智慧、足夠的力量從我的脊背上爬過去！
保持水源充沛和河面水平，克服懸殊的水位差，以使船隻能順利地爬過“水脊”，成為擺在提舉諸路河渠郭守敬面前的一道難題。
我們有智慧！
我們有力量！
馬頭上的韁繩怎麼可以在這裡被截斷？！“習知水利，且巧思絕人”的提舉諸路河渠郭守敬怎麼可能被這樣一道難題擋住？！
郭守敬來到濟寧、東平、臨清等地考察，精心設計出了爬越“水脊”的方案——
利用東平、馬場、南旺等湖泊作為蓄水的水庫，用來調節運河水量，同時利用這些湖泊為天然航道。湖畔之間阻隔不通的地段，開掘人工河道以相連線；然後，北引汶水作為水源；再然後，在今寧陽的岡城（汶水與洸水分流處）築壩建斗門，阻遏汶水，使汶水南流入洸水，到任城（今屬濟寧市）匯入馬場湖，再將此水分流南北，南與泗水會合流入淮河，北由任城開河道至須城（今屬山東東平）的安山，與大清河相接，以入於海。
此方案還是方案時，所有看到它的人無不嘖嘖稱讚：奇思妙想，巧奪天工。
此方案需要開掘的河道從濟寧任城開始到須城安山，全長約百里，稱濟州河。
丞相伯顏將此施工方案奏報給了元世祖忽必烈。
元世祖在收到奏摺的當日議準：“以鈔萬錠為傭值，仍給糧食，開鑿濟州河。兵部尚書奧魯赤、劉都水及精於算數者一人，給宣差印往濟州，定開河伕役；同時令大名、衛州新附軍亦往助工。”
按郭守敬劃放的河線，在丞相伯顏、兵部尚書奧魯赤的指揮下，在劉都水的具體監督下，十數萬河夫星夜奮戰在築河工地上，挑築的號子響徹河北、山東，河夫們用號子將棄“弓”走“弦”的圖紙方案，化為山河大地上的現實。
面對漕運的艱難，面對聖上的重託，郭守敬深感責任重大，決心儘快打通南北大運河，將東阿到臨清之間250餘里水道——會通河——鑿通。
在我國眾多的大江大河中，黃河是一條十分特異的河流。它濁浪滾滾，每年挾帶著數量驚人的泥沙，從黃土高原奔騰東去，使高原上的漫漫黃土由西向東無休無止地飄移、遷徙，厚厚地淤積在水流相對平緩的下游河道中，把河床逐年抬高，以至遠遠高出於兩岸的地平面，成了一條橫空懸河。作為黃河故道的大清河，自然也不能倖免。開鑿會通河，遇到的就是如何使運河順利翻越遠遠高出於兩岸大清河。
郭守敬奉命帶著禮部尚書張孔孫及韓仲暉等人勘察了今山東西南的泗水、汶水、御河等主要河流，設計、審定了大運河山東段的河道路線。
為了使運河順利地透過橫亙在航道上的大清河，韓仲暉提出開建新渠、引汶（水）絕清（河）的方案。就是在岡城以下，充分利用泰山西麓地勢較高的有利條件，使汶水保持稍高於大清河的水平，繞道北流，積瀦於安山，從安山山腳築閘開溝引入壽張縣境內的大清河，再堵絕清河，迫使河水向北注入通往臨清的新溝。針對臨清新溝一帶坡降較大的地形特徵，為防止開建的新渠瀉水過快導致運道淺澀，採用築造節水閘的辦法，使南來北往的船隻逐閘浮升，以順利地“爬”過清河。
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征服南旺水脊（2）
此時的郭守敬已年近花甲，聽了韓仲暉經過詳細調查拿出的周密規劃，以他近30年的治水經驗肯定道：“此規劃甚好。”
他進一步提醒說，“必須採用閘化運道，才可能突破地勢起伏坡度大的難關。在建造船閘的時候，要充分考慮到地形的變化，大體上採取統一規格，船閘一般長100尺，闊30尺，孔間淨長40尺，淨闊20尺，高10尺，可用大條石築成各長30尺的‘雁翅’。在地形變化較大的地方和重要的碼頭之處，則用兩閘或三閘串聯，配合使用。”
按照郭守敬的提醒和要求，實際上就是把兩閘之間的河段變成了一個大的閘廂，利用兩端閘板的此閉彼啟，往返控制，保持運河水位的平衡，既可以容納較多的船隻順利通行，又可以達到節約用水的目的，建設完成後就可以實現梯級
