新疆乾旱地區年降水量只有50毫米左右，單靠這點降水量是遠遠不夠的，為了解決水源問題，兩千多年前，新疆當地的人們就把眼光投到天山的冰雪融水上，為了躲避烈日的烘烤，他們利用沙漠質地滲漏性強的特性，開挖暗渠，將地下水巧妙截流，為新疆綠洲農業提供源源不斷的水源，這就是坎兒井的原理、構造、作用。

簡單說坎兒井主要是由豎井(從地面上引水)、地下暗渠、地上明渠、澇壩組成的。其中暗渠工程最為艱鉅，一般要在地下開鑿幾公里到幾十公里。極為乾旱的吐魯番有著一千五百餘條總長5000多公里號稱地下萬里長城的坎兒井

由於吐魯番地區年蒸發量在3000毫米以上，而年降水只有16毫米，為防止天山融水從地面蒸發，古人把天山的雪水從地下引入綠洲。工程進行得異常艱辛，由於融雪冰冷刺骨，工人要跪在冰水中挖土，工人的壽命一般都不超過30歲。

構造原理坎兒井是一種結構巧妙的特殊灌溉系統，它由豎井、暗渠、明渠和澇壩四部分組成。總的說來，坎兒井的構造原理是：在高山雪水潛流處，尋其水源，在一定間隔打一深淺不等的豎井，然後再依地勢高下在井底修通暗渠，溝通各井，引水下流。地下渠道的出水口與地面渠道相連線，把地下水引至地面灌溉桑田。拓展資料：豎井先說豎井。豎井是開挖或清理坎兒井暗渠時運送地下泥沙或淤泥的通道，也是送氣通風口。井深因地勢和地下水位高低不同而有深有淺，一般是越靠近源頭豎井就越深，最深的豎井可達90米以上。豎井與豎井之間的距離，隨坎兒井的長度而有所不同，一般每隔20―70米就有一口豎井。一條坎兒井，豎井少則10多個，多則上百個。井口一般呈長方形或圓形，長1米，寬0.7米。乘車臨近吐魯番時，在那鬱鬱蔥蔥的綠洲外圍戈壁灘上，就可以看見順著高坡而下的一堆一堆的圓土包，形如小火山錐，坐落有序地伸向綠洲，這些，就是坎兒井的豎井口。暗渠暗渠，又稱地下渠道，是坎兒井的主體。暗渠的作用是把地下含水層中的水會聚到它的身上來，一般是按一定的坡度由低往高處挖，這樣，水就可以自動地流出地表來。暗渠一般高1.7米，寬1.2米，短的100―200米，最長的長達25公里，暗渠全部是在地下挖掘，因此掏撈工程十分艱鉅。坎兒井始於西漢，而指南針在明朝時期才從中原傳入西域，在開挖暗渠時，為儘量減少彎曲、確定方向，吐魯番的先民們創造了木棍定向法。即相鄰兩個豎井的正中間，在井口之上，各懸掛一條井繩，井繩上綁上一頭削尖的橫木棍，兩個棍尖相向而指的方向，就是兩個豎井之間最短的直線。然後再按相同方法在豎井下以木棍定向，地下的人按木棍所指的方向挖掘就可以了。在掏挖暗渠時，吐魯番人民還發明瞭油燈定向法。油燈定向是依據兩點成線的原理，用兩盞旁邊帶嘴的油燈確定暗渠挖掘的方位，並且能夠保障暗渠的頂部與底部平行。但是，油燈定位只能用於同一個作業點上，不同的作業點又怎樣保持一致呢？挖掘暗渠時，在豎井的中線上掛上一盞油燈，掏挖者背對油燈，始終掏挖自己的影子，就可以不偏離方向，而渠深則以泉流能淹沒筐沿為標準。暗渠越深空間越窄，僅容一個人彎腰向前掏挖而行。由於吐魯番的土質為堅硬的鈣質粘性土，加之作業面又非常狹小，因此，要掏挖出一條25公里長的暗渠，不知要付出怎樣的艱辛。據說，天山融雪冰冷刺骨，而工人掏挖暗渠必須要跪在冰水中挖土，因此長期從事暗渠掏挖的工人，壽命一般都不超過30歲。所以，總長5000公里的吐魯番坎兒井被稱為“地下長城”，真是當之無愧。暗渠還有不少好處是，由於吐魯番高溫乾燥，蒸發量大，水在暗渠不易被蒸發，而且水流地底不容易被汙染，再有，經過暗渠流出的水，經過千層沙石自然過濾，最終形成天然礦泉水，富含眾多礦物質及微量元素，當地居民數百年來一直飲用至今，不少人活到百歲以上，因此，吐魯番素有中國長壽之鄉的美名。龍口龍口是坎兒井明渠、暗渠與豎井口的交界處，也是天山雪水經過地層滲透，透過暗渠流向明渠的第一個出水口。明渠澇壩暗渠流出地面後，就成了明渠。顧名思義，明渠就是在地表上流的溝渠。人們在一定地點修建了具有蓄水和調節水作用的蓄水池，這種大大小小的蓄水池，就稱為澇壩。水蓄積在澇壩，哪裡需要，就送到哪裡。建造條件在吐魯番盆地大量興建的原因，是和當地的自然地理條件分不開的。吐魯番是中國極端乾旱地區之一，年降水量只有16毫米，而蒸發量可達到3000毫米，可稱得上是中國的“幹極”。但坎兒井是在地下暗渠輸水，不受季節、風沙影響，蒸發量小，流量穩定，可以常年自流灌溉。吐魯番雖然酷熱少雨，但盆地北有博格達山，西有喀拉烏成山，每當夏季大量融雪和雨水流向盆地，滲入戈壁，匯成潛流，為坎兒井提供了豐富的地下水源。盆地北部的博格達峰高達5445米，而盆地中心的艾丁湖，卻低於海平面154米，從天山腳下到艾丁湖畔，水平距離僅60公里，高差竟有1400多米，地面坡度平均約四十分之一，地下水的坡降與地面坡變相差不大，這就為開挖坎兒井提供了有利的地形條件。吐魯番土質為砂礫和粘土膠結，質地堅實，井壁及暗渠不易坍塌，這又為大量開挖坎兒井提供了良好的地質條件。“坎兒井”是“井穴”的意思，其結構是由豎井、暗渠、明渠、“澇壩”(積水潭)四部分組成。在高山雪水潛流處，尋其水源，在一定間隔打一深淺不等的豎井，然後再依地勢高下在井底修通暗渠，溝通各井，引水下流。地下渠道的出水口與地面渠道相連線，把地下水引至地面灌溉桑田。正是因為有了這獨特的地下水利工程－－坎兒井，把地下水引向地面，灌溉盆地數十萬畝良田，才孕育了吐魯番各族人民，使沙漠變成了綠洲。歷史記載清代蕭雄《西疆雜述詩》雲：“道出行回火焰山，高昌城郭勝連環。疏泉穴地分澆灌，禾黍盈盈萬頃間。”它說出了“疏泉穴地”這吐魯番盆地獨特的水利工程最大特點。坎兒井是乾旱荒漠地區，利用開發地下水，透過地下渠道可以自流地將地下水引導至地面，進行灌溉和生活用水的無動力吸水設施。坎兒井在吐魯番盆地歷史悠久，分佈很廣。長期以來是吐魯番各族人民進行農牧業生產和人畜飲水的主要水源之一。由於水量穩定水質好，自流引用，不需動力，地下引水蒸發損失、風沙危害少，施工工具簡單，技術要求不高，管理費用低，便於個體農戶分散經營，深受當地人民喜愛。坎兒井是中華文明的產物。盛弘之《荊州記》中記述：“隋郡北界有厲鄉村，村南有重山、山下有一穴，父老相傳雲：神龍所生林西有兩重塹，內有周圍一頃二十畝地，中有九井，神農既育，九井自穿。又云：汲一井則眾井水動，即以此為神農社，年常祠之。”九井自穿相通，一井牽動眾井，這與地下暗渠相通的坎兒井結構相同。神農是中國農業和醫藥發明的傳說人物，把穿井與他連在一起，可見其歷史悠久。司馬遷《史記・五帝本紀》雲：“瞽叟又使舜穿井，舜穿井為匿空旁出。舜既入深，瞽叟與象共下土實井。舜從匿空出去。”舜穿井時，就挖了一條從旁出的“匿空”(地道)，這與坎兒井的挖掘方法極其相似。如果：“匿空”為水平地道，就是坎兒井，這是公元前21世紀的史蹟，比傳說波斯於公元前8世紀有坎井，要早1000多年。《莊子・天地》篇雲：“子貢南遊於楚，反於晉，過漢陰，見一丈人，方將為圃畦，鑿隧而入井，抱甕而出灌，����然用力甚多，而見功寡。子貢曰：‘有械於此，一日浸百畦，用力甚寡而見功多，夫子不欲乎’?”子貢向其介紹當時的先進灌溉提水工具桔槔，而圃者答以“吾非不知，羞而不為也。”他害怕使用機巧工具而亂了思想，堅持遵古法鑿隧取水。可見在春秋時期鑿隧取水已是一項古老技術，而這種技術運用於坡度較大地段，就可挖成坎井。《莊子・秋水》篇的“�刪�”，即“坎井”。蛙“擅一壑之水，而跨�N�刪�之樂”。這類井似同於壑，應是流水深溝或地下暗渠。(苟子・正論)又云：“坎井之蛙，不可與語東海之樂。”坎井之名，正式出現在先秦典籍之中。人們相信波斯地下暗渠起於公元前800年，卻沒有認真考究中國史籍中有關坎井的記述，不無偏廢之嫌。雖然這些記述沒有指明坎井的具體形成時間，卻充分顯示出產生坎井的文化背景淵遠流長。漢代中原井渠法與坎兒井吐魯番坎兒井是由地下暗渠、豎井、出口澇壩、引水渠等工程組成的自流灌溉系統。利用地形特點，透過地下暗渠，將埋深幾十米乃至百米以下的地下潛流，引至農區或居住區。首先對吐魯番坎兒井起源作解釋的人，是清代光緒年間的陶葆廉。他在《辛卯侍行記》一書中記述鄯善連木齊(沁)西面的坎兒井時說：“又西多小圓阜，彌望累累，皆坎爾也。坎兒者，纏回從山麓出泉處作陰溝引水，隔敷步一井，下貫木槽，上掩沙石，懼為飛沙擁塞也，其法甚古，西域亦久有之。今人動雲林文忠所創，非也。”他在夾註中指出：吐魯番盆地的坎兒井與《漢書.溝洫志》引洛水，井下相通行水之法相同，《溝洫志》載：“嚴熊言‘臨晉民願穿洛以溉重泉以東萬餘頃故惡地。誠即得水，可令畝十石。’於是為發卒萬人穿渠，自徵引洛水至商顏下。岸善崩，乃鑿井，深者四十餘丈。往往為井，井下相通行水。水隕以絕商顏，東至山領十餘里間，井渠之生自此始。”今陝西澄城縣北頭村附近有一段引洛水入渠的遺蹟，南流十餘里進入永豐境。其第一段井渠共發現豎井7個。這是將河水透過地下暗渠引至山嶺，吐魯番坎兒井大都是把高遠處潛流透過地下暗渠引至農田，也有少數引河水的坎兒井，其工程原理一致。“井渠之生自此始”，是指其廣泛推廣而言，並非說其工程原理與技術經驗形成於此時，否則，何以言“臨晉民願穿洛以溉”，漢武帝就發卒萬人立即動工。這說明早已有成熟的穿井技術可資應用。《漢書・溝洫志》明確記述井渠之法的推廣情況；“朔方、西河、河西、酒泉皆引河及川穀以溉田。”《重修肅州新志》記述明代肅州千戶曹斌“鑿石為洞，引水漸上”。就是井渠之法的推廣與繼承。漢元鼎六年(前111年)兒寬奏請“穿鑿六輔渠，以益溉鄭國傍高�n之田。”漢武帝雲：“名山川原甚眾，細民未知其利，故為通溝瀆，畜陂澤，所以備旱也。”兒寬所建以溉高�n之田的六渠，即是“通溝瀆”、“畜陂澤”。《風俗通義・山澤》釋“波”雲；“陂者，繁也，言因下鍾水以繁利萬物也。”今山東省桓臺一帶所稱洞子井，海南島所稱“陂”，是與坎兒井類似的水利工程。後漢永平十二年(69年)夏，明帝“遂發卒數十萬，遣景與王吳修渠、築堤，自滎陽(河南滎陽)東至千乘(山東利津)海口乾餘里。景乃商度地勢，鑿山阜，破砥磧，直截溪澗，疏導雍積，十里立一水門，令更相洄注，無復潰漏之患。在這項大型水利工程中，鑿山阜引水修渠、即是坎兒井式暗渠。兩漢時期暗渠開鑿技術已在全國範圍內應用。元朝駱天驤撰《類編長安志》，記述宋朝大中祥符七年修復龍首渠的情況，�仁櫓杏小笆敢�頃首之清渠，實唐就北之舊跡，克修廢隧，深副倚毗”之句，證明這一漢代的穿隧水渠經唐宋，仍然發揮效益，直到元朝成宗元貞二年(1296)駱天驤修志時才廢棄。黃盛璋先生認為漢代井渠法，在漢以後“沒有發展下來”，“也沒有傳到關中盆地以外”，與史實不符。王國維認為“所言與漢井渠之法無異，蓋東來賈胡以此土之法傳之彼國者，非由彼土傳來也。”暫且不論中亞井渠法的起源，關於吐魯番坎兒井技術是由漢代屯田兵卒傳入的中國舊法的論斷，至今還沒有人能提出具有充足理由的反證。《西域井渠考》具有較強的說服力，伯希和在其《評王國維遺書》一文中，也不得不承認公元前2世紀末西安一帶就有坎兒一類渠井，但又說“謂為純粹漢人發明，似乎言之太早。”伯希和的疑慮是由於他不瞭解中國在春秋以前就有鑿隧取水的古老傳統所致。錢伯泉已撰文批駁，他闡明波斯語“卡赫萊茲”(Kahrez)是指蘆葦，波斯語稱坎兒井為“anat”，並非"Kahrez”，它與維吾爾語稱坎兒井為"Kariz”的發音絕不相同。坎兒井一詞，與《莊子・秋水》篇中的“坎井”十分相近。“坎井”一詞屢見於典籍。《初學記》把井分為天井、坎井等名目，可見“坎井”早就是井類家族的正式成員。坎井在漢語中是一個開音節和閉音節組成的詞語，容易兒化為坎兒井，翻譯成維吾爾語自然會嵌入一個“兒”音節。維吾爾語Kariz是直接從漢語音譯“坎井”而來。錢伯泉以坎兒井在《史記》、《漢書》等典籍中稱“井渠”，而山東桓臺縣民間多稱其為“洞子井”為據，考證維吾爾語坎兒井(Kariz)的語源是漢語“洞子井”的意譯。維吾爾語稱“洞”為ㄆ☆〃olar〃，在它後面加上“子”的音譯(Z)，則須在(r)和(Z)這兩個子音字母之間增添一個母音字母(i)，於是“洞子井”譯為維吾爾語(olariz)，“oI”這個後顎磨擦音與“k”音相近，就讀成“ka―riz”了。《重修肅州新志》記述明洪武中，肅州幹戶曹斌在“肅州城南二十五里修東洞子、西洞子兩渠，鑿石崖為洞，引水漸上者也，甚為奇異”。接近新疆地方的肅州民眾也把坎兒井稱為洞子渠，維吾爾語Kariz或是漢語洞子井的意譯，可備一說。不論坎兒井(Kariz)是漢語音譯或意譯，都表明它源於中國。