關中地區之所以沃野千裏農業發達，一個重要原因就是這裏有豐富的水源，有了黃河的有效灌溉，這裏的農業就可以擺脫靠天吃飯的不利局麵，當然農業能得到有效灌溉還得益於在先前修建的各種水利工程，關中平原西起寶雞，東到潼關，北抵北山，南達秦嶺，麵積約34000多平方公裏。由於黃河最大支流渭水自西向東流經全境，所以又稱渭河平原。它由黃土沉積而成，土層深厚，肥沃疏鬆，無霜期較長，180—200天，這些都有利於農業的發展。但降雨量較少，多年平均在500—700毫米間，又多集中在七、八、九三個月，不能滿足農作物生長的需要，特別是春播的需要。為了發展關中農業，必須發展水利，在曆史的長河中，人們相繼在這裏鑿成鄭國渠、白渠、成國渠等一批重要的灌溉工程。
最早在關中建設大型水利工程的，是戰國末年秦國穿鑿的鄭國渠。當時所以要興建這一工程，除上麵所說的自然條件因素外，另一個因素是政治軍事的需要。
戰國時，我國曆史朝著建立統一國家的方向發展，一些強大的諸侯國，都想以自己為中心，統一全國。兼並戰爭十分劇烈。關中是秦國的基地，它為了增強自己的經濟力量，以便在兼並戰爭中立於不敗之地，很需要發展關中的農田水利，以提高秦國的糧食產量。
韓國是秦國的東鄰。戰國末期，在秦、齊、楚、燕、趙、魏、韓七國中，當秦國國力蒸蒸日上，虎視眈眈，欲有事於東方時，首當其衝的韓國，卻孱弱到不堪一擊的地步，隨時都有可能被秦並吞。公元前246年，韓桓王在走投無路的情況下，采取了一個非常拙劣的所謂“疲秦”的策略。他以著名的水利工程人員鄭國為間諜，派其入秦，遊說秦國在涇水和洛水（北洛水，渭水支流）間，穿鑿一條大型灌溉渠道。表麵上說是可以發展秦國農業，真實目的是要耗竭秦國實力。
這一年是秦王嬴政元年。本來就想發展水利的秦國，很快地采納這一誘人的建議。並立即征集大量的人力和物力，任命鄭國主持，興建這一工程。在施工過程中，韓國“疲秦”的陰謀敗露，秦王大怒，要殺鄭國。鄭國說：“始臣為間，然渠成亦秦之利也。臣為韓延數歲之命，而為秦建萬世之功。”嬴政是位很有遠見卓識的政治家，認為鄭國說得很有道理，同時，秦國的水工技術還比較落後，在技術上也需要鄭國，所以一如既往，仍然加以重用。經過十多年的努力，全渠完工，人稱鄭國渠。
鄭國渠是以涇水為水源，灌溉渭水北麵農田的水利工程。它的渠首工程，東起中山，西到瓠[hù胡]口。中山、瓠口後來分別稱為仲山、穀口，都在涇縣西北，隔著涇水，東西向望。它是一座有壩引水工程，全長2300多米。其中河床上的350米，底寬尚有100多米，頂寬1—20米不等，高六米，當年這一工程是非常宏偉的。
關於鄭國渠的渠道，它位於北山南麓，在涇陽、三原、富平、蒲城、白水等縣二級階地的最高位置上，由西向東，比降為0.64/00，沿線與冶峪、清峪、濁峪、沮漆（今石川河）等水相交。將幹渠布置在平原北緣較高的位置上，便於穿鑿支渠南下，灌溉南麵的大片農田。可見當時的設計是比較合理的，測量的水平也已很高了。不過涇水是著名的多沙河流，古代有“涇水一石，其泥數鬥”的說法，當代實測，為171公斤/立方米，鄭國渠以多沙的涇水為水源，這樣的比降又嫌偏小。比降小，流速慢，泥沙容易沉積，渠道易被堵塞。
渠建成後，經濟、政治效益顯著，用注填閼（淤）之水，溉舄[xì戲]鹵之地四萬餘頃，收皆畝一鍾，於是關中為沃野，無凶年，秦以富強，卒並諸侯，因名曰鄭國渠。”一鍾為六石四鬥，比當時黃河中遊一般畝產一石半，要高許多倍。
西漢定都長安，關中是京師官吏、軍隊、百姓等以糧食為主的生活必需品的主要供給地。西漢重視開拓西北邊疆，關中又是拓邊的基地，肩負著提供糧秣的重任。因此，西漢一代，特別是漢武帝在位期間（公元前140—前87年），為了滿足各方麵對糧秣等的需求，除鑿漕渠，從東方運糧入關外，更主要的是在關中增建灌溉工程，以擴大水澆地麵積，增加當地的糧食產量。這就在關中形成了一個史無前例的興建水利的高潮，在短短的幾十年中，穿鑿了龍首渠、六輔渠、白渠、成國渠等大批農田水利工程。
西漢關中灌渠的穿鑿，以龍首渠為較早，約在漢武帝元狩到元鼎年間（公元前122—前111年）。當時有一位名叫莊熊羆的人，向皇帝上書，反映臨晉（今大荔一帶）人民的要求，希望開一條渠道，引洛水灌溉重泉（今蒲城東南）以東10000多頃鹽堿地。武帝采納這一意見，發兵卒萬餘人擔任鑿渠任務。他們自征縣（治所在今澄城縣西南）向南開渠，到商顏山（今鐵鐮山）麓，由於土質疏鬆，穿鑿的明渠渠岸極易崩塌，改用井渠結構。井渠由地下渠道和豎井兩部分組成。前者為行水路線，後者便於挖渠時人員上下、出土和采光。最深的豎井達40多丈。由於鑿渠時挖出許多骨骼化石，當作龍骨，所以稱為龍首渠。渠道挖通後，由於解決不了塌方問題，溉田效果並不顯著。但卻創造了先進的井渠技術。