坎儿井与万里长城、京杭大运河并称为中国古代三大工程。吐鲁番的坎儿井总数近千条，全长约500O公里。坎儿井的结构，大体上是由竖井、地下渠道、地面渠道和“涝坝”（小型蓄水池）四部分组成，吐鲁番盆地北部的博格达山和西部的喀拉乌成山，春夏时节有大量积雪和雨水流下山谷，潜入戈壁滩下。人们利用山的坡度，巧妙地创造了坎儿井，引地下潜流灌溉农田。坎儿并不因炎热、狂风而使水分大量蒸发，因而流量稳定，保证了自流灌溉。
坎儿井，早在《史记》中便有记载，时称“井渠”。吐鲁番现存的坎儿井，多为清代以来陆续修建。如今，仍浇灌着大片绿洲良田。吐鲁番市郊五道林坎儿井、五星乡坎儿井，可供参观游览。 我国新疆汉语称为“坎儿井”或简称“坎”。我国内地各省叫法不一；如陕西叫作“井渠”，山西叫作“水巷”，甘肃叫作“百眼串井”，也有的地方称为“地下渠道。”
坎儿井是开发利用地下水的一种很古老式的水平集水建筑物，适用于山麓、冲积扇缘地带，主要是用于截取地下潜水来进行农田灌溉和居民用水。根据1962年统计资料我国新疆共有坎儿井约1700多条，总流量约为26米3／秒，灌溉面积约50多万亩。其中大多数坎儿井分布在吐鲁番和哈密盆地，如吐鲁番盆地共有坎儿井约1100多条，总流量达l8米3／秒，灌溉面积47万亩，占该盆地总耕地面积70万亩的67％，对发展当地农业生产和满足居民生活需要等都具有很重要的意义。
新疆坎儿井的形成条件，根据调查资料分析约有下列三个方面：
1．自然条件的可能性
吐鲁番盆地位于欧亚大陆中心，是天山东部的一个典型封闭式内陆盆地。由于距离海洋较远，且周围高山环绕，加以盆地窄小低洼，潮湿气候难以浸入，降雨量很少，蒸发量极大，故、气候极为酷热，自古即有“火州”之称。
根据1952—1958年7年的资料统计，多年的平均降雨仅有19．5毫米，最大为42．4毫米，最小为5．2毫米，多年平均蒸发量为3608．2毫米。多年平均气温为14C，最热的七月份平均为33．6C，最冷的一月份平均为一9．8 C。年内最高气温为4 7．6 C，1 953年7月曾达到48C，最高地面温度可达75"C。
该盆地常年多风，最大风力一般为7—8级。1961年产生了吐鲁番50年来不曾有过的大风灾，全年仅8级以上的大风就有56次，其中5月31日的那场大风，风力曾达l2级以上，延续了17个小时之久，造成田园破坏、林木折损，使得那片美丽的绿洲一时暗然失色，其惨状令人触目惊心。
该盆地的地形高差悬殊，地势峻陡，周围高山多系古生代末期海西运动形成的，岩层坚硬且多裂隙，有利于裂隙水的形成，北部的博格达山一般海拔高度在3500一4000米之间，主峰高达5445米，西部的喀拉乌成山，最高峰也在4 000米以上。均为万年极雪的冰川、南部的觉罗塔格山，海拔在600一1 500米，山麓低矮，没有积雪、降水亦少，为一极干旱的剥蚀秃山。东南部是库姆塔格沙山，沙子堆积在高．300一500米的古生界及中、新生界的基岩之上，极端干旱为一片不毛之地，盆地中部有火焰山(阿斯腾塔格)褶皱带，由一系列轴向为北西西一南东东的背斜构造组成，出露的地层以侏罗系、白垩系和第三系的砂砾岩层和泥岩为主，背斜构造为许多先成河谷所切割，在地形上成为海拔5OO一6OO米，东西长90余公里，南北宽．6—9公里的丘陵地带。火焰山把盆地分隔成了南北两部分，盆地中心的艾丁湖，地势反而极为低洼，湖底海拔为一1 54米，是世界上最低的陆地之一。由于盆地周围山系高度的互不对称和盆地中心的极其低洼，加，之山前大多堆积着巨厚的第四纪沉积物。因此形成了自北而南的倾斜平原。山麓冲、洪积扇地段多为颗粒较大的砂砾卵石地层，向平原内部逐渐转化为颗粒较细的砂土或粘土地层。地面坡度自北向南，逐渐变缓。北部的冲积扇地面坡度一般为1／30一1／50，山前平原地区的地面坡度一般为1／lOO一1／200之间。
由于盆地的气候条件极为干旱，地面径流比较缺乏。盆地北面由冰雪和降雨补给的天山水系以数十条山谷河流形式流向盆地。其中主要的河流按自东向西排列顺序有卡尔齐，柯柯亚、二唐沟、克郎沟、煤窑沟、塔尔浪沟、大河沿、白杨河的阿拉沟等。年总径流量仅有6．65亿立方米，年平均流量为21. 1米3／秒。其中最大的白杨河年平均流量只有7．29米3／秒。这些河流的特点除具有流量不大，洪枯悬殊外，并在出山口后，因河床经过戈壁砾石地带，大多渗入地下，补给了地下水的径流。但因盆地中部火焰山背斜构造多属泥质页岩、透水性极差，起到了地下坝的作用，阻止了地下水向南流入盆地，从而使火焰山北麓，出现了不少由回归潜水形成的高水位地带。并在火焰山所有缺口处形成了一系列的泉水沟。其中主要有：苏北沟、连木沁沟、木头沟、葡萄沟、桃尔沟、牙尔奶子沟、大草湖等。泉水流量非常丰富，共计年径流量为3．54亿立方米。这些泉水流出火焰山后，又一次重复渗入地下，补给了火焰山南部盆地的地下径流。最后排泄于盆地中心的艾丁湖。该湖面积约为1 OO平方公里，如按年蒸发量为3000毫米计算，一年内蒸发消耗水量即为3．O亿立方米。按吐鲁番水利局资料，目前吐鲁番盆地的有水坎儿井共计有1177条，年开采平均流量为l8．57米3／秒。即年径流量已达5.85亿立方米。
根据上述数字来看，已利用的泉水和坎儿井水的水量加上湖面蒸发的水量远远超过了地面径流量。即使以泉水作为回归水论，可以不计，而坎儿井开采水量和艾丁湖的蒸发量之和也是大于天山水系的地面径流量。由此证明，地下水的补给来源，除了河床渗漏为主以外，尚有天山山区古生代岩层裂隙水的补给，所以说吐鲁番盆地的地下水资源是比较丰富的。加上地面坡度特大等情况，从而构成了开挖坎儿井在自然条件上的可能性。
2．生产发展的需要性
从生产发展条件来看，吐鲁番盆地远在古代汉唐时期就是欧亚交通的孔道、经济文化交流的要地，虽然该地区气候干旱且地面水源非常缺乏，但却蕴藏着丰富的地下水源和充沛的天然泉水、致使冲积扇缘以下的土地尽是肥美的绿洲。气候非常炎热，热能资源丰富，无霜期长达2 30天以上，实属农业发展的理想地区。所以自古以来人们就利用天然的泉水进行着农业生产，不但种植着一般的粮食、油料作物，而且发展着棉花、葡萄、瓜果、蔬菜等经济作物。
这里的农业生产不仅具有着经济上的重要意义，而且具有着政治军事上的重要意义。因此，农业生产上的进一步发展，必然要求人们开发出更多的地下水源，也就是说，农业生产的发展历史，就是劳动人民开发利用地下水的历史，通过千百年生产劳动的实践和内外文化技术经验的交流，人们终于逐步地找到了一种开发利用地下水的最好形式——坎儿井。
3．经济技术的合理性
吐鲁番盆地虽然埋藏着丰富的煤炭、石油等矿产能源，但直到今天尚未大力开采利用。因此不仅对在古代开挖坎儿井的经济技术条件上有着很大的限制，就是在今天，开挖坎儿井中的动力机械设备仍然是十分缺乏。电力供应也很少，钢材水泥也是远地运输而来。这些条件给修建地面水的水利工程带来了很大困难。但是坎儿井的取水形式，既可节省土方工程，又可长年供水不断，且当地人民在炎热的地区久居生活，素有修窑筑洞的习惯和经验。另外人们在掏挖泉水的生产实践中，逐步发现坎儿井形式的地下渠道，不但可以防止风沙侵袭，而且可以减少蒸发损失，工程材料应用不多，操作技术亦颇简易，容易为当地群众所掌握。这对克服当地经济技术上各种困难有很大方便，因此，远在古代经济技术条件较差的情况下，各族劳动人民群众采用坎儿井方式开采利用地下水，就更加显得经济合理了。
综上所述，坎儿井在吐鲁番地区的形成具备了三个基本条件，即：
① 在当地的自然条件上，由于干旱少雨，地面水源缺乏，人们要生产、生活就不得不重视开发利用地下水。同时，当地的地下水因有高山补给，所以储量丰富。地面坡度又陡，有利于修建坎儿井工程，开采出丰富的地下水源，自流灌溉农田和解决人畜饮用。
② 在当时的生产发展上，由于在政治、经济和军事上的要求，以及当时东西方文化的传播，逼使人们必须进一步设法增大地下水的开采量，扩大灌溉面积来满足农业生产发展的需要。因而对引泉结构必须进行改良，采取挖洞延伸以增大其出水量。这样就逐步形成了雏形的坎儿井取水方式。
③ 在当时的经济技术上，尽管经济技术条件水平很低，但坎儿井工程的结构形式可使工程的土方量大为减少，且施工设备极为简单，操作技术又易为当地群众所掌握，故坎儿井的取水方式在当时经济技术条件水平上是比较理想的形式。