元朝引汶河、泗河、洸河、府河的水补充运河水源，史称“四水济运”。汶河是流经泰安的一条大型河道，也是黄河最末端一条支流。泗河曾是淮河流域最下游的一条大型支流。汶泗两河历史上水源比较丰富，为引水济运提供了有利条件，早在隋唐时期就得到利用。
隋开皇元年（581年），兖州刺史薛胄在泗河筑金口坝，开渠引泗河水西流，在济宁东会洸河后，再西流与桓公沟接通，用以灌田、转运，称为薛公丰兖渠。唐武德七年（624年），尉迟敬德“导汶泗到任城分水建会源闸，凿治徐州吕、梁二洪，通饷道路”。南宋宝祐五年（1257年），毕辅国在宁阳县北之堽城附近的汶河南岸建设斗门，引汶河水沿新开浚的洸河西南流至济宁，又于兖州城东泗河右岸黑风口建斗门，沿隋丰兖渠开浚府河，引泗水沿府河西流至济宁与洸河合流济运，这是“四水济运”的开端。
元至元十八年（1281年），李奥鲁赤在济州主持开挖济州河时，对于水源问题，采用汶上水利专家马之贞于兖州立闸堰约泗水西流、堽城立闸堰、分汶水入河、南汇于济州、以六闸节水势、启闭通放舟楫的建议，在大汶河堽城坝斗门以东建东闸，将原斗门堵闭，使汶水通过东闸入洸，重修兖州泗河的金口坝为滚水坝，将黑风口引水闸（坝上边右岸）改为三孔，引泗水汇同汶水、洸水、府河水到济宁城区会源闸入运，“四水济运”引水格局形成。
在“四水济运”中，汶、泗两个主要水源，有着降雨不均衡、汛期水量大、冬春水量小和含沙量大、河床易淤高的特点。马之贞根据实际情况，在汶河上用泥土和梢料修筑临时堤堰，岁决岁修。他认为，“汶，鲁之大川，底沙深阔，若修石堰，须高水平五尺方可行水，沙涨淤平，与无堰同，河底填高，必溢为害。”在水源调配上，元时夏秋闭金口坝黑风口闸，泗水由金口坝经泗河至济宁城南师庄入运，冬春则闭金口坝闸孔，使泗河水由黑风口经府河至济宁。后又在河上建了吴泰、宫村两闸，在府河上建土娄、杏林和孙氏店三座节制闸，以调节水位，并修了两个浅水闸，后来对堽城坝及金口坝等几处闸又进行了改建，使水源工程进一步完善。
元代京杭运河图
清代京杭运河山东段示意图
现代京杭运河山东段示意图
元至元二十八年（1291年），都水监马之贞在堽城旧闸（毕辅国所建斗门）之东建堽城东闸，在汶河上兴建草土拦河坝，以便拦蓄汶水，增加引汶水量，至济宁济运。延祐四年（1317年），扩建金口坝冲砂闸，并新增三孔，夏秋泗河洪水暴涨时，可将闸门开启，以免影响泄洪；当冬春水微时，将闸门关闭，可增加坝上游的蓄水量，以备济运之用。至正四年（1344年），汶河洪水将草土筑成的堽城坝冲溃，导致引汶入洸的两闸被冲毁，洪水顺流而下，洸河严重淤垫。次年在疏浚会通河时，元朝廷对堽城东大闸进行改建，其“闸工艰巨，为会通河诸闸未有”。
明永乐九年（1411年）重浚会通河，宋礼采用白英建议，将汶河分水点改在南旺，仍运用堽城坝引汶济运，作为引汶济运的枢纽之一。成化九年（1473年），工部员外郎张盛始改建堽城石坝，将新坝移至原坝址下游约4公里的地方。该坝址是大汶河中游唯一的石底河段，工程于次年三月正式开工，十一月竣工，设闸夫进行管理。至弘治十六年（1503年），戴村坝引汶工程已臻完善，代替元建堽城引汶工程，结束了200余年四水济运的历史。2010年，金口坝仍存，堽城坝被改建为桥，洸河、府河多已淤塞。