中国历代古都中，无论水资源丰富程度还是水害程度，北京都是一个异类。作为华北贫水区的一部分，北京目前人均水资源占有量仅为300立方米左右，是全国人均占有量的1/7，世界人均水资源占有量的4%。雪上加霜的是，作为古代北京母亲河的永定河夏季多暴雨洪水，河床经常淤积决口，迁徙无常而造成水害，从其本名“无定河”就可以看出来。
因此水利是北京定都伊始就产生重重困扰的一个大问题。但既然政权选择了北京作为首都，就一定要想办法解决首都的用水问题。
古代首都的营造受到诸多方面的限制，其中水资源是制约首都规模的重要因素。
在没有自来水的古代，城市居民只能就地取水或就近从河流、湖泊等水源取水，如果水资源匮乏，大量居民饮水会存在困难。因此大城市和首都必须至少选在具有一定水源基础的地方。（图中颜色仅表示省会位于该流域，而非全省都位于）▼
而且河流不但是重要的饮用水源，还是灌溉农业的用水来源和漕运粮秣的交通动脉。首都作为消费型城市，如果水资源贫乏，本地农产品产量也难以保障，外地物资运至首都更不方便，成本无法负担。靠近水系的重要性更加凸显。
古都长安有渭、泾、沣、涝、潏、滈、浐、灞八条河流，号称“八水绕长安”。其他古都如洛阳、开封、南京，或濒运河，或临大江，均设立在水资源丰沛的地区。
然而水能载舟亦能覆舟，城市即使靠近大江大河，由于中国东部大多为季风区，降水极度不均，如果缺乏水利设施，发生水害将遭遇没顶之灾。所以对于首都选址来说，水很重要，水利工程则更加重要，古人建都必须综合考虑水的优势和劣势。像开封这样容易受到黄河泛滥影响的城市，建都时就必须量天朝物力修建合适的堤坝维护城市安全。
辽代之前，北京的城市规模不大，居民人数有限，水资源需求不存在较大缺口。但自金代海陵王完颜亮将首都迁往北京——金中都之后，人多水少的矛盾就凸显出来了。为使中都繁荣，海陵王采纳重臣张浩的建议，招徕辖内四方之民，规定定居中都者可以免役十年。这可能是中国最早的“抢人政策”，帮助中都成为了当时世界上最繁华的商业大都市之一，人口迅速膨胀。
城市的承载能力与人口密集的矛盾越来越严重，特别是粮食转运艰难，漕运不畅，维持首都运转成本高。怎样便利漕运成为了朝野上下普遍关注的问题。
为了便利漕运和水军南侵，海陵王在中都以东开凿了潞河与原有的运河连接。开凿潞河意义重大，大船沿潞河可联通运河，也可经海河入海。河开之后京东潞城升格为交通枢纽，成为重要的物资集散地和南征兵马的后勤重镇。连接金帝国的“中都”和“南京”还真是不容易，不过这浩大的工程也是隋唐宋长期积累的结果
金将都城定于北京，也使得这条运河在北方再次延伸▼
后来，海陵王取“漕运通济”之义，将潞城改名为通州，开启了“南通州北通州南北通州通南北”的先河。而在那个时代，通州确实也成为了首都名副其实的“副中心”。
当然金代兴办水利的尝试也并不都成功。数十年后，海陵王的继任者金世宗鉴于漕运终点离中都城尚远，出于贯通运河至京城的目的，又开凿了连接中都和通州的运粮河。但中都所处之地本身并无较大水源，于是计划在金口（今石景山）引永定河水注入运粮河。但毕竟帝都人口基本是消费型，不可能就地解决▼
这一计划最后以失败告终。一是海拔落差太大，金口地势较高，开河之后水流湍急，大船难以逆流上行；二是永定河水泥沙甚多，运河开成后，很快淤塞。不久后朝廷就被迫将金口河重新填塞，以防永定河洪水泛滥，危及京城。
今日北京西四环的金沟河就是金口河填塞后留下的遗迹。后来兴起的蒙元政权因金中都已经残破，而且城市供水来源——莲花河水系出现水量不足的情况，无法满足都城需求，因此以中都城东北原金代皇帝离宫为中心营建新的首都——大都。金和元都是取法中原文化，这建城的逻辑也是高度雷同的，不过城确实是越建越大了
元朝幅员远胜金代，都城的人口和经济规模自然也不可同日而语。如果缺少合理的水利工程，资源紧张的矛盾必然更加突出。所以元朝甫一定都就面临解决城内饮水和漕运两大难题。幸运的是，因为出现了郭守敬这样不世出的水利科学家，两大难题都得到了解决。大都城周边最大的水源当然还是永定河，但与金中都城相比，大都离永定河太远且地势高于永定河，而且永定河本身泥沙太多，泛滥频仍，引水容易发生淤积而重蹈金口河覆辙。因此向城内引水只能另辟蹊径。
郭守敬提出从玉泉山引水，通过高粱河东达大都，解决了宫苑用水和护城壕沟用水两大需求。由于水自城西而来，古人认为西方属金，因此这一引水渠道得名“金水河”。郭守敬的另一贡献是成功延长了漕运大动脉这一“生命线”。金代开通潞河，使运河终点延伸至通州，但通州到大都城仍有四十里路程，其中并无天然河道可供利用。而且大都海拔高于通州20米，也不可能简单开凿河沟将运河水引入城中，因此延伸漕运仍然需要从京西引水进城。
郭守敬初步设想利用玉泉山水源并付诸实践，在大都城北部开凿北线运河（今坝河）以便运粮。但水源径流有限，不能承载大船，几经考察，郭守敬选定京北昌平白浮泉作为水源，将白浮泉水引至大都，与运河贯通。
在全部工程中，怎样从白浮泉引水至大都是关键环节，如果直线凿渠当然省事，但如果从白浮泉直奔东南引向大都，有沙河、清河两条大河当道，且河谷低下，难以逾越。因此郭守敬提出先将白浮泉引向西山，然后大体沿50米等高线南下，避开河谷低地，再向东南注入瓮山泊（今颐和园昆明湖），途中汇入西山诸泉，使水量增加。
之后从瓮山泊沿高粱河引入积水潭进城，再从积水潭引水至大都东南流入同时开凿的通惠河道，与运河贯通。这一渠道形似一个大写的“C”形，直到今天北京最重要的饮用水命脉——京密引水渠走向基本与郭守敬规划近似。只用了一年多时间，郭守敬规划的引水工程已竟完工并与通惠河贯通，从此漕运船只可以从通州沿通惠河直达大都核心城区，漕运难题得到了基本解决。西山引水和引白浮泉水入运河解决了大都城内居民和宫室用水，城壕用水和漕运三大难题。
郭守敬之后一直到新中国成立之前的七百年时间，历代执政者也都开展过京师水利的修葺工作，但大都是小打小闹，对北京的水利状况影响有限。这一方面是因为郭守敬的水利规划比较合理，后人无需做太大改动；另一方面和北京城人口和城建规模增长缓慢也不无关系，生态承载能力与实际承载人口数量大体平衡。一直到新中国成立后，由于北京除政治中心外又陡然加上了经济中心的重担，城市规模呈“摊大饼”急剧增长，既有的水利设施无法满足激增的居民和工业用水需求，于是水利建设又一次成为了加持北京大都会地位的“先行工程”。为北京成长为容纳千万人口特大城市提供充足水资源的两项最重要的工程是两座巨大的水库——官厅和密云。
两座水库分别竣工于1954年和1960年，修建两座水库的主要目的除了供水之外，还兼有灌溉、发电和防洪功能。为了将两座水库的水源引入城市，北京还开凿了京密引水渠和永定河引水渠。
上世纪八十年代后官厅水库一度因为水质污染而不能再作为饮用水源（后又恢复）。除了这两座“巨无霸”水库之外，新中国还陆续在北京的西郊和北郊修筑了十三陵、怀柔、上庄等小水库，这些大小水库为为北京从一个消费型城市成长为中国仅次于上海的第二大工业中心提供了基本的水资源保障。然而北京迅速膨胀的人口还是远远超出了本地脆弱的生态承载能力，解决水资源紧张需要放大“格局”，于是“南水北调”工程出炉了。目前，服务北京的南水北调中线工程已经投入使用北京年均受水达10.5亿立方米，人均水资源量将增加50多立方米。而且南水北调在北京均采用暗渠设计，因此对北京城的地面“水脉”基本没有影响。随着未来海水淡化技术的进一步发展，未来因向北京供水而改变“水脉”的可能越来越低，北京大多数地面河流已经变成了景观性质的水系和公园。
但我们仍然不应当忘记历史上的中国人曾经为了维持这样一座被马可波罗誉为“美善之极，未可言宣”首都曾经付出了怎样的努力。北京的条条水脉，正是中国人自大禹治水以来改造自然智慧与决心的最好注解。
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