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在治河之初，皇帝下令给河道总督左光斗两个任务，一方面要保证运道的安全疏通，另一方面要解决侵害沿岸百姓的水灾问题。“保运”与“民生”缺一不可。
南运口是黄、淮、运三河交汇之地，也是治理运河的重点。
本来漕船走的不是南运口，走的是天妃闸。天妃闸离黄淮交汇处不过二百丈远，黄河水大时仍不免倒灌，致使运河时常淤垫，朝廷每年都要耗费大量的人力、物力进行挑浚工作，劳民伤财。
不仅如此，漕运也很不便利。由于两河交会，黄河水位高、淮河水位低，水流回旋淤荡，船只行驶十分困难。每逢载重量很大的船只出运口时，都要用多达七八百甚至上千人的牵挽民夫，鸣锣喊号，一齐用力牵拉，才能顶着湍流将船拉出运口，进入黄河。
如此过运口，一天下来，虽竭尽全力也只能通过二三十艘船，而过船之时，黄水乘机从启开的闸门涌进运河，有时竟能沿运河直抵沿岸的城池脚下，以运河为水源的居民只好将水澄清了以后再饮用。
经过实地踏勘，左光斗和徐霞客决定直接修一个新的南运口。新的南运口离黄淮交汇处有十几里远，且河身曲折，又有清水下注，足以抵御黄河浊流内灌。退一步说，即使夏秋黄河暴涨，偶尔黄水入运河，不久黄水势退，清水畅流，仍然很快就会将淤泥冲刷掉，可保漕运无忧。以前每年挑浚运河所需的大量人力、物力也可以节省下来。
此外，运河不淤垫，运河中的水便不会溢入下河地区，从而也就减轻了下河的水灾。
从此以后，重运过淮，扬帆直上，如履坦途，昔日鸣锣呼号、千人共挽巨艘的壮观景象一去不返。从闸上望去，只见运粮的大船、载货的商船、以及民间的木船，错落参差，在闸口管理人员的指挥下，井然有序地穿闸而过，无一阻滞。
改建完南运口，左光斗和徐霞客开始兴修运河大堤工程，最为艰难的是堵塞清水潭大决口。
清水潭水深能达到七八尺，泛滥成患。左光斗和徐霞客一直在工地上率领夫役们劳作，以“避深就浅”之计进行清水潭的堵筑工程。
所谓“避深就浅”之计，指避开潭中深水处，从浅水处筑堤堵口的办法。由于清水潭周围数百里之内全是芦草丛生的沼泽洼地，没有供筑堤的土可用，河道总督左光斗决定让回南方的漕船从北方携带适合筑堤的胶土到这儿，然后统计土方的多少给予运费。
胶土运来后，左光斗和徐霞客便指挥河工人员分头进行筑堤工作。他们先用运来的土在决口旁边的浅水处筑成两道堤，等筑到大约半里长时，将两堤尽头呈半环形内弯合龙，然后将围在两堤之中的水戽干，再从中取土接堤再筑，筑半里长后再以同样的方法合龙两堤，将水戽干，取土再筑。
如此一而再、再而三，多次重复这一从水中取土筑堤的办法，就解决了用土问题，同时还使夹在两堤间的河道被挖深。最后将两堤跟决口两旁的旧堤连接起来，便堵住了决口。
尽管左光斗和徐霞客才智不凡、一心为国为民造福。治河的过程也是困难重重、一波三折。
黄河流域冬春干燥、夏秋多雨，在历史上一直是水旱频仍的地区。由于长期的泛滥、冲刷，黄河岸边很多地方既无田地，也无树木，只有片片被晒得发白的盐碱地和杂草丛生、蚊虫出没的泥沼洼地。这给施工带来了很大的困难：夏日炎炎，岸边连遮荫的地方都没有；冬天朔风凛冽，顺着宽阔平坦的河床长驱直下，扫得人脸上像刀割一样。
常年的风吹日晒，使河工上的民工兵卒几乎都有一张黑黝黝的面孔，干燥的皮肤常常发生皲裂，一道道细小的口子稍一碰就会出血，眼睛红肿得像核桃一般。
身为治河总指挥的左光斗和徐霞客二人常年奔走于各处施工场所，比这些民工兵卒也强不到哪里去。他们既要苦心筹划，又要监督指挥，还要随时缮写奏疏向皇帝汇报工程进展情况，其工作之劳累可想而知。
尤其是徐霞客，经常下到工地上查验工程，又常独自沿河岸上下步行，测量水情、相度地势，以寻求合理的解决办法，更不用报有多么辛苦。三十九岁的他，已经是满脸干皱、饱经风霜的模样，往民工堆里一站，如果不是那双明亮有神的眼睛、坚毅自信的神情，和沉稳不俗的气度，根本无从分辨。
黄河水情的变化无常对治河工程来说是最大的威胁。黄河流域因气候特点而导致一年四季汛期不断：
开春二、三月，桃花盛开的时节，因河流解冻、水量大增发生洪水，称桃花汛；
夏季七、八月间，黄河中游因暴雨带来连续不断的大洪水，称伏汛；
九、十月间，因阴雨连绵而导致历时较长的较大洪水，称秋汛；冬季立春前后，因黄河不同河段所处的纬度不同，气温变化不一致，致使纬度较低处已化的冰凌流往下游纬度较高、河冰尚未融化的河段，使下游河段冰凌阻滞、拥挤成冰坝，使水位陡滞，十分危险，称凌汛，等等。
其中以伏秋二汛为期最长、危害最大。每逢汛期，洪水咆哮奔腾，建瓴直下，对新建工程构成极大的威胁。
天启四年，南方连续降雨，黄、淮两河洪水涨涌，仅九月下旬三四天之内，洪泽湖水面便突涨了七尺，对高堰一带堤岸构成极大的威胁。幸亏新筑的坦坡坚固，不会出现大问题。到十月水势总算平静下来。
然而没过十天，左光斗报告水势情形的奏疏刚刚发出去，二十四、二十五两天又突然刮起西北风，狂风大作、推波助澜，竟漫过了大堤顶部，南端用以分洪的减
水大坝已经岌岌可危。危急关头，管河人员身先士卒，亲自站到深秋季节已经凉气透骨的水中，指挥民工进行抢修，经过一天一夜的奋战，终于在二十六日重新使大坝转危为安。
最后在天启五年的春天，几经周折，几经艰难，黄、淮、运三河上下大小决口全部堵塞，河流全归故道！曾经横溢漫流十余年的黄水如今被束缚在两岸坚实高耸的大堤之内，以一泻千里的气势直趋大海。
朱由校对此结果感到十分欣慰。左光斗、徐霞客治水的这几年，他虽然只有一次亲临河工第一线，但对河工进展情况时刻关心不忘，凡河工走势从来都是随到随看，绝不耽搁，并且总是详加阅览研究，对河道形势有很深的了解。
身为河道总督的左光斗立了如此大功，真可说是实现了自己的从政报国的理想。
徐霞客则与他不同，徐霞客的目标是让他的足迹遍布大明各省。
徐霞客曾经通过亲身的考察，以无可辩驳的史实材料，论证了金沙江是长江的正确的源头，否定了被人们奉为经典的《禹贡》中关于“岷山导江”的说法。同时，他还辨明了左江、右江、大盈江、澜沧江等许多水道的源流，纠正了《大明一统志》中有关这些水道记载的混乱和错误。他认真地观察河水流经地带的地形情况，看到了水流对所经地带的侵蚀作用，并认识到在河岸凹处的侵蚀作用特别厉害。他还注意到植物与环境的关系，观察在不同的地形、气温、风速条件下，植物生态和种属的不同情况，认识到地面高度和地球纬度对气候和生态的影响。对温泉、地下水等，徐霞客也都有一定的科学认识。在徐霞客对地理学的一系列贡献中，最突出的是他对石灰岩地貌的考察。他是中国，也是世界上最早对石灰岩地貌进行系统考察的地理学家。
最后，徐霞客想了又想，工程已经结束，他没必要再当官了，他拿着皇帝赏的一百两银子，留下了一封书信给这些年朝夕与共的左总督。他就毅然决然的重新上路了，他的第一站是江陵。
长江冲出西陵峡口，从宜昌至嘉鱼一段称作荆江。除了这一条从西南流来的荆江，还有一条从西北流来的汉江。两条江犹如穿越千山万壑的两条巨龙，进入楚地之后，便一下子把围追堵截的大山甩在身后，扑向坦荡荡的千里沃野，在重重稻浪与叠叠荷花之间，作大气磅礴的逍遥游。“楚地阔无边，苍茫万顷连”，杜甫船出南津关，不免生出这样的浩叹，而放置这苍茫万顷的沃野，便是素有鱼米之乡称谓的江汉平原。江陵城坐落在江汉平原的腹心，荆江边上。据南朝刘宋时代盛宏之先生所著的《荆州记》所载，江陵城名字的由来，是因为“近州无高山，所有皆陵阜，故名江陵。”楚国当年的国都纪南城，距现在这座江陵城不过二十余里。楚成王在荆江边上建了一座华丽恢弘的江渚宫和通往纪南城的官船码头，便是江陵城最早的建筑。