خشکی و کم آبی از یک طرف و وضع کوهستانی، به خصوص شیب مناسب اغلب اراضی فلات ایران از طرف دیگر، موجب گردید که حفر قنوات و استفاده از آبهای زیر زمینی از قدیمترین ایام تاریخی مورد توجه خاص ایرانیان قرار گیرد. اگر چه وسایل حفر قنات از هزاران سال پیش تا کنون تغییری نکرده است، مع ذالک ایرانیان با تحمل رنج فراوان موفق شده اند از ده قرن قبل از میلاد مسیح مساحت زیادی از بیابانهای بی آب و علف کشور را به مزارع و باغات سرسبز و خرم مبدل سازند و در روزگاری که هنوز تلمبه اختراع نشده بود، جمعیت زیادی از طریق حفر قنوات به کشاورزی مشغول شوند.
شاهان هخامنشی برای تشویق مردم به کشاورزی و آباد کردن اراضی بایر و لم یزرع، مقرر داشته بودند که: هر کس زمینهای بی حاصل را آبیاری و آماده کند، تا پنج پشت از پرداخت مالیات و عوارض مقرر معاف خواهد بود. در عهد هخامنشیان ایرانیان فن فنایی را در کشورهای مفتوحه معمول می ساختند. چنانکه شبه جزیره عمان را به این وسیله آباد کردند؛ و در بیابانهای سوریه و شمال آسیای مرکزی به حفر قنوات پرداختند. فن قنایی به جهت عظمت و اهمیتش از حدود مرزی ایران خارج شد و در کشورهای دور دست تا دامنه کوههای اطلس در آفریقای شمالی نیز گسترش پیدا کرد.
در عهد اشکانیان و ساسانیان نیز که به امور کشاورزی توجه خاصی مبذول می شد، احداث سد و نهر و حفر قنوات در درجه اول اهمیت قرار داشت. ولی در زمان تسلط خلفای عرب در ایران متدرجاً تأسیسات آبیاری و آبادیها تعمداً و یا بر اثر عدم توجه رو به ویرانی گذاشت.
از سلسله های معروف ایران بعد از اسلام که در قسمت آبیاری و حفر قنوات ابراز علاقه و فعالیت کرده اند، سلسله دیلمیان بوده اند، که به عنوان نمونه قنات رکن آباد در شیراز و بندامیر در مرودشت فارس است. اولی به فرمان رکن الدوله دیلمی حفر و به نام او تسمیه گردید و دومی را به دستور عضدالدوله بر روی رودخانه کر بستند. حاج میرزا آقاسی صدراعظم محمد شاه قاجار هم تا آن اندازه به امور کشاورزی و حفر قنوات علاقه داشت که انتصاب حکام ایالات و ولایات را موکول و معلق به این شرط کرده بود که در منطقه تحت الحکومه چند رشته قنات حفر نمایند. حاج میرزا آقاسی شخصاً نیز چند رشته قنات احداث کرد؛ و مساحت زیادی از حومه و اطراف شهر تهران را آباد ساخت. باید دانست آبادیهای که در اطراف و حتی داخل شهر تهران کنونی به نام عباس آباد هنوز باقی است از مستحدثات همین میرزا عباس ایروانی، معروف به حاج میرزا آقاسی است که به نام خودش تسمیه و نامگذاری شده است.
به طور کلی حفر قنوات و تونلهای تحت الارضی به قدری اهمیت داشته و دارد که در عصر حاضر با وجود این همه امکانات و وسایل موجود، آن را از عجایب اختراعات بشمار آورده اند. زمین شناس آمریکایی به نام "تولمان" در کتابی که راجع به آبهای زیر زمینی نوشته، قنات را بزرگترین اقدام مربوط به تهیه آب در روزگار باستان دانسته است. هرگاه سطح آب به زمین نزدیک بوده، شیب آن هم کافی باشد، طول قنات از چند کیلومتر تجاوز نمی کند؛ ولی مسطح بودن زمین و شیب ملایم گاهی طول قنات را تا یک صد و بیست کیلومتر هم می رساند. مانند قنوات یزد که از مسافات بعیده با تحمل مخارج گزاف به دست می آید. در بعضی از نقاط که سطح آب در عمق زیادی قرار دارد، چاهها مخصوصاً مادر چاه تا سیصد متر عمق دارند، مانند قنات گناباد. با این توصیف و با توجه به عمق چاهها و طول قنوات می توان به مهارت و استادی ایرانیان چیره دست پی برد که چگونه از قرنها پیش قادر بودند به با وسایل خیل ساده و ابتدایی شیب آب زیر زمینی و طراز زمین را در عمق چند صد متری از زیر زمین طوری حساب کنند که آب پس از طی کیلومترها در نقطه محاسبه شده به سطح زمین برسد و به قول مقنی ها « آفتابی » شود. یعنی از تاریکی خارج و در معرض آفتاب و روشنایی قرار گیرد.
برای آنکه عظمت کار ایرانیان قدیم در امر آبیاری و حفر قنوات معلوم گردد، همین قدر کافی است دانسته شود که انتشار کتاب "استخراج آبهای پنهانی" تألیف کرجی که برای یکی از بزرگان گرگان و طبرستان به زبان عربی نوشته و خوشبختانه به فارسی ترجمه و چاپ شده است؛ آنچنان در میان دانشمندان اروپا و آمریکا انعکاس وسیعی یافت که یکی از کارشناسان این فن در یکی از مجلات مهم غربی نوشت:«علم هیدرولوژی در جستجوی پدر خود بود که ناگهان جد بزرگ خود را در ایران یافت».
طرز حفر قنات به این ترتیب است:
قبلاً به وسیله مقنی و افراد کارشناس، محل و موضع آب تحت الارضی را به وسیله علایم و اماراتی که بر اثر تجربه و ممارست به دست آورده اند مشخص می کنند. آنگاه حفر مادر چاه شروع می شود. وقتی که مادر چاه به عمق مورد نظر و آب کافی رسید و شتر گلوهای متعدد برای کشش آبهای اطراف و جوانب به سمت مادر چاه حفر گردید، آنوقت از محل مادر چاه تا جایی را که باید آب قنات «آفتابی» شود، یعنی تا مظهر قنات را طراز بندی می کنند؛ و در فواصل معین چاههای متعدد به منظور تهویه و تنقیه قنات و همچنین جذب آبهای مجاور حفر می کنند. چون این دو کار به انجام رسید، مشکلترین کارهای قنایی، یعنی نقب زدن و ارتباط چاهها از زیر زمین به یکدیگر آغاز می گردد.
نقب زدن قنات ظاهراً ساده به نظر می رسد، ولی وقتی که در نظر بگیریم این نقبها در عمق چند صد متر و در آن تاریکی مظلم و هوای خفقان آور باید طوری زده شود که اولاً کمترین اشتباهی در جهت و مسیر نقب رخ ندهد تا با چاه مقابل اتصال پیدا کند؛ ثانیاً طراز بندی آن طوری حساب شود که آب قنات در مقصد نهایی و محل مورد نظر یعنی مظهر قنات به سطح زمین برسد و آفتابی شود. آن وقت دانسته می شود که این عجیبترین اختراعات بشری با همان وسایل ساده و بدوی تا چه اندازه اشکال و دشواری دارد.
پس از آنکه قنات برای بهره برداری کاملاً آماده گردید، به منظور آزمایش جریان آب قنات، در مبدأ یعنی در مادر چاه بر روی آب " کاه " می ریزند و پس از آنکه این کاهها در مظهر قنات آفتابی و از قنات خارج شد، از این طریق میزان سرعت و حسن جریان آب قنات را می سنجند و اگر عیب و نقصی مشاهده شود رفع می کنند. با توجه به همین عمل " کاه ریختن " اهل تحقیق برآنند که واژه "کاریز" در اصل " کاه ریز " بوده و بر اثر کثرت استعمال مبدل به کاریز شده است. در هر صورت نکته ای که لازم است دانسته شود این است که کاریز یا قنات یکی از اختراعات نبوع ایرانی است و اگر در جای دیگری از جهان این طرز آبیاری دیده شود، بدون شک اصل و منشأ آن از ایران است و به وسیله مقنی های آزموده و خبره ایرانی و به دستور فرماندهان ایرانی معمول گردیده و رواج یافته است. ضمناً شرح زیر از نوشته آقای دکتر محمد ابراهیم باستانی پاریزی نقل می شود تا جوانان کشور از فنون و شاهکارهای نبوغ ایرانی در ازمنه و اعصار گذشته اطلاع و آگاهی بیشتر حاصل کنند.