公元1271年12月18日，大蒙古国可汗忽必烈下诏改国号为“大元”，元朝建立。国家初建，百废待兴。正当忽必烈南征北战之际，一颗冉冉升起的科学新星即将在这个新兴国家散发耀眼的光芒。

他就是集水利、数学、天文成就于一身的元代科学家郭守敬。

公元1231年（金哀宗正大八年），郭守敬出生在河北邢台一间简陋的农舍中。郭守敬父母早亡，从小和祖父郭荣相依为命。

祖父郭荣学富五车，尤其精通算数和水利，很早就发现了孙子天分过人，便将一生所学倾囊相授。郭守敬勤奋好学，别的小孩都在嬉戏玩闹的时候，小郭守敬蹲在地上算祖父出的混合计算题；别的小朋友围在一起斗蛐蛐的时候，他在用树枝编织简陋的浑仪。

1248年，有“行走的百科全书”之称的刘秉忠回乡为父守丧，并在邢台紫金山收徒讲学。刘秉忠是忽必烈的心腹谋臣，上知天文下知地理，且有丰富的建筑经验，曾亲自设计营建了元大都（今北京）皇城。

听说刘秉忠前来讲学，远近士子都来报名。郭荣听说后也不顾年老体弱带着郭守敬前去。一番考校后，郭守敬凭借聪慧和超强的动手能力被刘秉忠收入门下。

郭荣完成了自己最后的使命，在郭守敬入学后没多久就去世了。

17岁的郭守敬从此开始了一个人的孤军奋战。

他热切地学习着刘秉忠传授的一切知识。一边苦读，一边还钻研出缩小计时误差的工具：莲花漏。

1251年，刘秉忠守孝期满返回朝堂，把孑然一身的郭守敬推荐给自己的另一位弟子张文谦。张文谦深知郭守敬精于算术营建，就把他安排去邢台等地整治河道，兴修水利。

尽管没有高官俸禄，但本着对水利事业的热爱，郭守敬开始了长达十年的与河渠相伴的岁月。这十年里，他勘测多年淤堵的大小河道、支持沟渠改造工程、修复因战乱被毁的堤坝石桥，用专业知识造福当地百姓。

1260年，蒙古大汗蒙哥在攻宋途中暴毙，忽必烈夺得汗位。身为忽必烈心腹重臣的刘秉忠也得以进入中枢。张文谦作为刘秉忠的学生也得到重用。

在老同学张文谦的推荐下，郭守敬面见忽必烈，向皇帝阐述新修水利的重要性和可实施性。

忽必烈深知国家想要长治久安，就必须尽快从战乱中恢复生产，让老百姓能够活下去；而恢复生产首要之事便是兴修水利。他任命郭守敬为提举诸路河渠，主管各地河道的整修建设工作，很快又提拔他为副河渠使。此后，郭守敬随张文谦出镇灵夏，疏浚修复汉唐古渠，将被打成一片废墟的西夏故地重新变成良田万顷的塞上江南。

1275年，蒙元丞相伯颜准备南征南宋。郭守敬受命视察山东、河南水道，并绘制可供粮船同行的水运方案。

次年，郭守敬供职的都水监被并入工部，郭守敬也摇身一变成了工部郎中。

忽必烈根据刘秉忠生前建议，命张文谦和郭守敬主持修订新历。

郭守敬提出“历之本在于测验，而测验之器莫先仪表”的主张，先后发明了十几件测量仪器：简仪、高表、候极仪、浑天象、玲珑仪、仰仪、立运仪、证理仪、景符、窥几、日月食仪、星晷定时仪、正方案、丸表、悬正仪、座正仪……还画出《仰规覆矩图》、《异方浑盖图》、《日出入永短图》等测量仪器的使用手册。有了精确的测量仪器和说明书，大元新历法开始重新修订。

1280年，郭守敬将新历法修订完毕。忽必烈将其命名为《授时历》。

《授时历》推算出的一个回归年365天5小时49分12秒，一朔望月的长度为29.530593日，摒弃了沿用几百年的《上元积年法》，并以至正十七年（1280）冬至作为历元，精确度只比地球绕太阳公转一周的时间差了26秒，和现在通用的公历《格里高利历》一年的长度一样。但《格里高利历》是1582年（明万历十年）开始使用，比郭守敬的《授时历》晚了300多年。

在编制新历法期间，郭守敬主持了全国范围的天文观测，他组织进行了大量观测，观测点多达20余个，分布在南北达万里、东西五千里的广大区域中，观测规模史无前例，并在大量观测数据的基础上主持修订了《推步》《立成》等天文星象著作。

为了将南方的粮食更加快捷的运到大都，朝廷决定将滦河纳入漕运通道。

时隔十五年，花甲之年的郭守敬再次出山主持这项水利工程，并向忽必烈提出十一条切实可行的方案。忽必烈当即重置都水监，命郭守敬全权负责开河事宜。

历时一年半，新运河顺利完工，将大运河从通州延伸到了大都城北的积水潭。

忽必烈将这条新运河起名为：通惠河。

此后，郭守敬一边在太史院观测天象，一边主持国家水利工程，直到70岁时因年老体弱申请致仕（退休）。但朝廷并无可用之人来接任，郭守敬的致仕便一拖再拖。

1316年，85岁的郭守敬故于任上。

郭守敬是当时世界上最伟大的科学家，在天文、历法、水利和数学等方面都取得了卓越的成就，为中国从宋元战乱中恢复过来做出了不可磨灭的贡献。