قنات‌ها هزاران سال است که در ایران و سرزمین‌های اطرافش، آب مورد نیاز برای آبیاری مقرون به‌صرفه‌ی محصولات کشاورزی و نیز آب آشامیدنی انسان‌ها را تأمین می کنند.
ساختار سفره آب های زیرزمینی
قنات یا کاریز به معنی کانال و آب‌راه است. در واقع قنات‌ها ساختارهای زیرزمینی هستند که برای جمع‌آوری آب و هدایت آن به سطح زمین مورد استفاده قرار می‌گیرند. قنات‌ها در ابتدا در نواحی کوهستانی آسیای مرکزی و منطقه‌ی قفقاز معمول بودند. آب به‌دست آمده از این قنات‌ها، برای تأمین آب مورد نیاز خانوار و آبیاری استفاده می‌شد.
ایرانیان نه تنها قادر به موقعیت‌یابی محل دقیق آب بودند، بلکه این توانایی را نیز داشتند که آب را تا فاصله‌ی ۶۰ کیلومتری و یا گاهی نیز بیشتر انتقال دهند.هر قنات متشکل از یک یا چند مجرای زهکشی به ارتفاع ۱ الی ۱٫۴ متر و قطر ۵۰ الی ۶۰ سانتی‌متر و نیز دیوارهای مستحکم در کناره‌ها است. چاه‌های تهویه عمودی که به کارگران امکان دسترسی به قنات را می‌داد، به مجرای زهکشی متصل شده و در نهایت به کانال زهکشی منتهی می‌شد. طول مجرای زهکشی ممکن است به چندین کیلومتر نیز برسد. در اواخر قرن هفدهم و اوایل قرن هجدهم میلادی یک جهانگرد فرانسوی-بریتانیایی به نام «ژان چاردین» در جایی چنین نوشته است:
اولین لوله های آب زیرزمینی
در اوایل هزاره‌ی یکم قبل از میلاد، گروه‌ها و قبایل کوچک شروع به مهاجرت به فلات ایران کردند؛ جایی‌که میزان بارش باران در آن، کمتر از محل زندگی سابقشان بود. این قبایل، عادت به کشاورزی داشتند و این‌کار با وجود رودخانه و رودهای زیاد برایشان میسر می‌شد. بنابراین مجبور بودند برای یافتن آب، به جستجوی مکان مناسب بپردازند. در سرزمین‌های فلات ایران، آب و هوا معمولا خشک و طاقت‌فرسا بود و به‌طور کلی میزان بارش باران هم کم و ناکافی بود. بیشترین بارش باران این منطقه، بین ماه‌های اکتبر تا آوریل رخ می‌داد. کشاورزان عهد باستان، تلاش می‌کردند در فصول بارش باران، کانال‌ها و آب‌راه‌هایی حفر کنند اما در تابستان این کانال‌ها خشک می‌شدند. بعدها این کشاورزان متوجه شدند، آب‌های جمع‌شده‌ای که در تونل‌های معادن جریان داشت، خشک نشده است. کشاورزان با معدن‌چی‌هایی که به‌دنبال فلز مس بودند، معامله‌ای کردند که طی آن از معدن‌چی‌ها خواستند برایشان تونل بسازند. کشاورزان می‌خواستند مطمئن شوند، آبی که از نقاط مختلف جمع‌آوری می‌شود و یک رود کوچک تشکیل می‌دهد، برای مصارف کشاورزی و آبیاری آنان کافی خواهد بود یا خیر. کشاورزان ایران باستان، با کمک معدن‌چی‌ها توانستند یک سیستم آبی زیرزمینی برای آبیاری محصولات خود در فصول گرم سال تعبیه کنند. طبق کاوش‌های صورت گرفته، این ابداع در شمال غرب ایران کنونی و در حوالی مرز ترکیه انجام شده است.
ابداعی ماهرانه
شیوه‌ی ساخت قنات از نسلی به نسل دیگر منتقل شد. ساخت قنات نیازمند درک دقیقی از لایه‌های درون زمین و نیز مهندسی بود. یکی از مهم‌ترین شرایط ایجاد قنات، اندازه‌گیری دقیق زوایای مجرای زهکشی آن بود. اگر این زاویه خیلی تنگ می‌شد، اجازه عبور جریان آب را نمی‌داد و اگر زاویه‌ی شیب تند می‌بود، موجب فرسایش و از بین رفتن ساختارهای زیرزمینی قنات می‌شد. به‌طور متوسط، در هر یک متر از مجرای زهکشی سالم، ۰٫۳ الی ۰٫۶ لیتر آب در ثانیه جاری می‌شود.
ابوبکر کرجی، ریاضی‌دان و آب‌شناس ایرانی در سال ۱۰۱۰ میلادی در یکی از کتاب‌های خود، نحوه‌ی هدایت آب‌های زیرزمینی را شرح داده است. در این کتاب که «استخراج آب‌های پنهان» نام دارد، جزئیات ساخت و بازسازی قنات، روش‌های کشف آب‌های زیرزمینی و نحوه محاسبه‌ی میزان شیب شرح داده شده است. در آن زمان، تعداد قنات‌ها به‌قدری زیاد شده بود که حاکمان منطقه، قوانینی در زمینه استفاده صحیح از آن‌ها وضع کردند. اگرچه ایرانیان باستان، سازندگان اصلی و برتر قنات بودند اما چیزی نگذشت که علم ایجاد این ساختارها به‌دست مردمان آسیای مرکزی، جنوب قفقاز، شبه‌جزیره‌ی عربستان و حتی آفریقای شمالی رسید. ساخت قنات بعدها در چین هم مشاهده شد.
قدمت بسیار زیاد
محققان بریتانیایی معتقدند که قدمت ساخت و ساز قنات به چندین دوره‌ی مختلف باز می‌گردد. در ابتدا قنات توسط ایرانیان ساخته شد. سپس رومی‌ها با تأثیرپذیری از ابداعات مردم خاورمیانه، یک شبکه‌ی آبیِ مشابه قنات، طی دوران حکومت خود در مصر ساختند.
طبق حدس و گمان‌های باستان‌شناسان ایرانی، قدمت بقایای سیستم آبیاری که در سال ۲۰۱۴ در حوالی سد «سیمره» استان ایلام یافت شده‌اند، به هزاره‌ی چهارم قبل از میلاد مسیح باز می‌گردد. اگر اطلاعات به‌دست آمده از این یافته‌ها صحیح باشند، می‌توان به سرچشمه‌ی اصلی ساخت قنات پی برد. اگر درستی قدمت بقایای سیستم آبیاری مذکور در سد سیمره تأیید شود، نشان می‌دهد که اولین قنات، نه تنها در هزاره‌ی یکم قبل از میلاد کشف نشده، بلکه دو هزار سال پیش از آن مورد استفاده‌ی بشر بوده است.
