元朝的水利与造船，有一个共同的特点：它们都是“帝国需求”倒逼出来的技术。元朝定都大都，政治中心在北方，经济重心却在江南。如何把南方的粮食运到北方？答案只有两个——挖运河，或者走海路。运河需要解决水源和地势问题，海路需要解决造船和航线问题。元朝在这两条路上都走到了极致。
水利：郭守敬与通惠河
元朝水利最核心的任务，是打通大运河的“最后一公里”。
隋唐大运河以洛阳为中心，绕了一个大弯。元朝定都大都后，需要一条更直的南北通道。至元年间，元朝先后开凿了济州河、会通河，使漕船可以从淮河经泗水、济州河、会通河、卫河直达通州。可通州到大都还有五十里陆路，每年千万石官粮要靠人畜搬运，“驴畜死者，不可胜计”。
至元二十八年（1291年），郭守敬接手了这个难题。通州地势低于大都，运河只能从大都引水往东流。金朝曾尝试引浑河（永定河）水，可浑河泥沙太多，运河很快淤积废弃。郭守敬的方案是：引白浮泉。
白浮泉在昌平，水量充足，可它和大都之间隔着沙河、清河两条河谷，地势起伏复杂。郭守敬设计了一条极其巧妙的线路：从白浮泉出发，先让水向西流，沿着西山山麓南下，沿途汇合双塔、榆河、一亩、玉泉等泉水，再转向东南注入瓮山泊（今昆明湖），最后引入大都城，汇于积水潭。这条线路避开了低洼河谷，利用了西山山麓的天然坡度，让水“自己流”到了大都。
至元三十年（1293年），通惠河竣工。南来的漕船从通州经闸河直入大都积水潭，“江淮、湖广、四川、海外诸番土贡、粮运、商旅、搬迁，毕达京师”。郭守敬在通惠河上设了二十四座闸，“节水行舟”，让船只能逐级上行。这套闸坝系统，是中国古代运河工程技术的巅峰之一。
郭守敬的水利生涯不止于此。他早年主持修复西夏的唐徕、汉延等古渠，“因旧谋新，更立闸堰”，灌田九万余顷，夏人“为立生祠于渠上”。他还设计了元上都的铁幡竿渠，用于排泄山洪、防御水患。据《元史》记载，他设计时主张渠道要宽，可主持修建的官员觉得他“言过其实”，私自把宽度缩减了三分之一。第二年大雨，山洪暴发，缩减后的渠道容不下洪水，“将两岸人畜帐篷都淹没了”，差点冲垮元成宗的行宫。这件事从反面证明了郭守敬对水文的判断之准。
造船：从内河漕船到远洋福船
元朝的造船，分为两条线：内河漕船和远洋海船。
内河漕船的代表是“遮洋船”和“钻风船”。遮洋船“容载千石，船体扁浅，平底平头，全长八丈二尺，宽一丈五尺，深四尺八寸，共十六舱”，设双桅四橹，舵杆用铁梨木制，坚固可靠。钻风船载重约四百石，比遮洋船小，用于风险较小的航道。这些船的设计目标很明确：适应运河的浅水和闸坝，能装、能过闸、能扛住风浪。
远洋海船的代表，是福船。福船是福建、浙南沿海尖底海船的统称，宋元时期海上丝绸之路的运输主力。它的核心技术是水密隔舱：船体用隔舱板分成多个独立舱室，一舱进水，其他舱不受影响。1974年泉州湾出土的宋代海船，用十二道隔舱板分成十三个舱，船底为三重板结构，排水量约四百吨。马可·波罗在游记中描述中国海船“有十三舱，以厚板隔之”，“水手发现船身碇处，立将浸水舱中之货物徙于邻舱，盖诸舱之壁嵌甚坚，水不能透”。泉州出土的沉船，替他做了证。
元代的海船比宋代更大。据记载，延祐以来海运船“小者二千余石，大者八九千石”，折算载重量从三百吨到一千三百九十吨。至元年间征日本时，一次就“造战船八百艘于汴梁”，又“造船三千艘”于耽罗。这个造船规模，在当时的世界上是空前的。
海运：朱清与张瑄的航线
造船是为了用。元朝最宏大的用船场景，是海运漕粮。
至元十九年（1282年），丞相伯颜提议海运，命罗璧监造平底海船六十艘，由朱清、张瑄押送首航。朱清是崇明人，张瑄是嘉定人，两人早年做过海盗，熟悉海路。首航成功后，海运成为元朝漕粮的主要通道。
最初的航线沿海岸线北上，绕山东半岛，“路多浅沙，行月余始抵成山”。至元三十年（1293年），千户殷明略开辟了新航线：从刘家港入海，至崇明向东，入黑水大洋，直奔成山，顺风时“十余天便可抵达大都”。海运的效率远高于河运，可风险也大，“风涛不测，粮船漂溺者无岁无之”。至元二十一年，运粮二十九万石，途中损失近一万五千石。可即便如此，“视河漕之费，则其所得盖多矣”。
海运的繁荣，反过来推动了造船和航海技术的进步。元朝的海船已经普遍使用指南针，水手掌握了牵星术，能够远航亚洲各地和非洲东海岸。明初郑和下西洋的壮举，实际上是元朝海上远航的继续。
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