להפעלת גלגלי כפות מים אלה היה צורך באספקת מים רציפה ומהותית. אף על פי שההארץ העליון, המקבל משקעים שנתיים של למעלה מ-1,300 מילימטרים בשנה, קיבל כמויות גדושות של מים, המכרות שכנו לעיתים קרובות גבוה בהרים סמוך לקו פרשת המים, שם היו מעט נחלים בגודל משמעותי. בנוסף עוצמת זרימת נחלי ההרים בשטח הסלעי השתנתה כל הזמן. לעיתים קרובות כל מה שנדרש היו רק כמה שבועות של גשמים מועטים כדי שאספקת המים למכרות תהיה בסכנה. עובדה זו הובילה לסגירת מספר מכרות.
בתקופת הזוהר שלהם היו מכרות ההארץ העליון מהעמוקים בעולם. לדוגמה, כבר בשנת 1700 הם חרגו מעומק פיר של 300 מטר, ובסביבות 1830 הושג עומק של 600 מטר. זה היה פיר כל כך עמוק שהמכרה היה למעשה מתחת לפני הים, דבר שנחשב למשמעותי באותה תקופה. עם זאת פירים עמוקים דרשו כמויות אנרגיה גבוהות בהתאמה על מנת להרים עפרות ומים שהצטברו בתחתית הפיר. צריכת אנרגיה גבוהה זו, בשילוב עם הביקוש הרב למים, הובילו לניסיונות מאומצים עוד יותר לפתח את אנרגיית המים הזמינה.
הכורים בנו בדרך כלל מבני מים חדשים בתקופות שבהן לא ניתן היה להפיק עפרות בגלל מחסור במים להפעלת הגלגלים. כאשר גלגלי המים הפסיקו לפעול, כבר לא ניתן היה להסיר את המים התת-קרקעיים שחדרו למכרה; המכרה הוצף והכורים נאלצו לעזוב אותו. בשלבים אלה העבודה התרכזה בשדרוג המתקנים של מערכת המים המלכותית של ההארץ העליון.
הטיית מים ואחסונם.
בסך הכול נבנו 143 מאגרי מים סכורים, 500 קילומטרים של תעלות ו-30 קילומטר של מנהרות לאיסוף, הטיה ואגירה של מי נגר עילי בהארץ העליון. בנוסף נכללים כחלק מערכת המים המלכותית כ-100 קילומטרים של מנהרות ניקוז. אולם מתקנים אלה לא פעלו במקביל. מפעל המים של ההארץ (Harzwasserwerke) מפעיל היום ומתחזק 65 מאגרי מים סכורים, 70 קילומטרים של תעלות ו-20 קילומטרים של מנהרות. כמה מאגרי מים סכורים קטנים יותר עדיין שייכים למחלקת הייעור הממלכתית של סקסוניה התחתונה, או שהם אפילו בידיים פרטיות.
העיקרון של הטיית מים הוא לאסוף את המים בתעלות, העוברות כמעט במקביל לקווי המתאר של המדרון, ולהפנות אותם לאזורי הכרייה. ערוצי אספקה אלה יכולים בקלות להיות באורך של עשרה קילומטרים או יותר (כמו תעלת הסכר (Dammgraben) או תעלת שאלקה העליונה (Obere Schalker Graben)). לפעמים המים שנאספו כך לא הוזנו ישירות לגלגלי המים, אלא למאגרים סכורים גדולים ומלאכותיים (בגרמנית Teiche), על מנת להבטיח מספיק מים לגלגלים גם בימי בצורת. מהמוצא התחתון של המאגרים הללו ניתן היה להוביל את המים למערכת תעלות במטרה להניע את גלגלי המים. בדרך כלל כמה גלגלים היו מסודרים בזה אחר זה, כמו מפל, כך שניתן להשתמש במים להנעה של יותר מגלגל אחד. כדי להוביל את המים על כמה שיותר גלגלים, היה צריך לאסוף אותם, לאחסן אותם ולנתב אותם בגובה הגבוה ביותר האפשרי.
הטכנולוגיה של אז לא אפשרה בניית סכרים בגובה של יותר מ-15 מטרים. משמעות הדבר הייתה כי היה צריך לבנות מאגרים קטנים רבים במקום כמה גדולים יותר. על ידי סידור המאגרים במפל, ניתן היה לשמור על מים בגובה רב כדי להניע כמה שיותר גלגלי מים. נבנו מספר מפלי מאגרים אלה, הכוללים ארבעה עד שישה מאגרים.
רוב גלגלי המים שימשו להנעת משאבות. מדי פעם היה צריך להעביר את הכוח שייצרו על פני כמה מאות מטרים למכרה עצמו באמצעות סדרת מוטות שטוחים מחוברים (Feldgestänge). במכרות חשובים היה גם גלגל מים ששימש גם לספק כוח להובלת העפרות וגם את הכוח לכתישת החומר. כל גלגלי המים היו מסוג הקרוי באנגלית overshot (כלומר, שהמים הוזרמו על חלקו העליון הקדמי של גלגל המים). מלבד כמה שחזורים, נעלמו גלגלי המים כולם במהלך המאה ה-20.
תיירות.
בשל מספר המבנים העצום ואורך התעלות, מומלץ לחקור רגלית את מערכת המים של ההארץ העליון. הודות למפעל המים של ההארץ (Harzwasserwerke) נוצרו מספר רב של שבילי הליכה לצד המים: מה שמכונה "שבילי שוטטות המים" (Wasserwanderwege). המבקרים יכולים להכיר את האלמנטים האופייניים המרכיבים את מערכת המים המלכותית של ההארץ העליון באמצעות לוחות מידע לאורך המסלולים המסומנים בבירור. למעט כמה יוצאים מן הכלל, אפשר לשחות ברוב המאגרים בחודשי הקיץ. רובם גם מושכרים למועדוני דיג מקומיים.
היסטוריה.
בנייה.
פעילות הכרייה בהרי ההארץ החלו כבר במאות ה-10 וה-11. גלגלי המים הראשונים בהארץ הוקמו במאה ה-13 בעמק פנדלבאך (Pandelbachtal) מדרום-מזרח לזזן (Seesen). באותה תקופה הכרייה, כולל השימוש המוקדם במה שהיה קרוי מפעלי המים (Wasserkünste) עבור המכרות, נוהלה על ידי המנזר הציסטריציאני בוולקנריד (Walkenried).
המוות השחור בימי הביניים דילל את אוכלוסיית ההארץ במידה רבה וכמעט גרם להפסקה מוחלטת של פעולות הכרייה. גורם נוסף היה ככל הנראה שהכרייה הגיעה באותה עת לגבולותיה הטכניים בעומק של עד כ-60 מטר.
התאוששות ברורה חלה החל משנת 1520 לערך ואילך, בתחילה ביוזמת הדוכס מבראונשווייג-וולפנביטל (Braunschweig-Wolfenbüttel), (Heinrich der Jüngere). אך זה היה בנו, , שנתן תנופה נוספת לפעולות הכרייה הקיימות בהארץ העליון ויזם יצירת מספר גדול של מאגרים ותעלות.
השימוש הנרחב באנרגיית מים הוא זה שאפשר את תנופת הכרייה בהארץ העליון. ככל שהמכרות הלכו והעמיקו עם הזמן הם נזקקו ליותר ויותר אנרגיה. המחסור במים, בעקבות חודשים של מיעוט גשמים או תקופות קיפאון ארוכות, היווה פעם אחר פעם גורם מגביל למכרות. הרחבת מערכת המים הושגה באמצעות הגבהת סכרי המאגרים הקיימים, בניית סכרים חדשים, חפירת תעלות חדשות והארכת מסלולי תעלות קיימים.
שיפורים נוספים: מנהרות מים ומנהרות לניקוז.
אחת הדוגמאות להרחבת רשת מערכת המים המלכותית הייתה אופטימיזציה של כמה מסלולי תעלה (תעלת הסכר, מפלי רוזנהוף העליון והתחתון), בעיקר במהלך המאה ה-19, על ידי הקמת מה שנקרא Wasserläufen (גם Wasserüberleitungsstollen) או מנהרות מים. אלה אפשרו לקצר משמעותית את המרחק שהמים היו צריכים לעבור. מנהרות אלו גם הבטיחו אספקת מים גם בחורף, כי המים הזורמים מתחת לאדמה לא קפאו. בנוסף עלות האחזקה של קטע מנהרה קצרה הייתה זולה בהרבה מזו של תעלה ארוכה. אך יתרון חשוב במיוחד היה יכולת הספיקה הגבוהה יותר. המנהרות ירדו באותו הפרש גובה על פני מרחק קצר יותר ולכן היו בעלות שיפוע תלול יותר. בתחילה נחצבו בעמל רב בפטיש ואזמל. מאוחר יותר שימש אבק שרפה כחומר נפץ, מה שהופך את בניית מנהרות המים לקלה ומהירה באופן משמעותי.
מכיוון שרוב האנרגיה נדרשה לניקוז המים מהמכרות ומכיוון שהצורך בכך המשיך לגדול ככל שהמכרות הלכו והעמיקו, היו ניסיונות מוקדמים לפנות את המים באמצעות מנהרות ניקוז (Wasserlösungsstollen). זה היה כרוך בכריית מנהרות מהמכרות לעמקים, שדרכם מים היו יכולים להתנקז באמצעות כוח הכבידה. ככל שרמת הניקוז עמוקה יותר, כך הייתה צריכה להיות מנהרת הניקוז ארוכה יותר. הארוכה מבין המנהרות הללו היא מנהרת ארנסט אוגוסט (Ernst-August-Stollen), שנבנתה באמצע המאה ה-19 שאורכה 35 קילומטרים. היא אספה מים מהמכרות בבוקסוויזה (Bockswiese), לאוטנטל (Lautenthal), צלרפלד, קלאוסטל ווילדמן והובילה אותם לאזור גיטלדה (Gittelde) שבקצה ההארץ.
שיא והידרדרות.
כ-80%–90% מהמאגרים במערכת המים המלכותית של ההארץ העליון נוצרו במאות ה-16 וה-17, בעוד שמערכת תעלות הסכר הורחבה עוד יותר במאה ה-19. מבנים אלה תרמו משמעותית לכך שההארץ הפך לאזור התעשייה הגדול ביותר בגרמניה בתחילת התקופה המודרנית. המצאת מנוע הקיטור וגילוי האנרגיה החשמלית לא שינו באופן מיידי את השימוש באנרגיית מים. צורות אנרגיה אחרות אלה הונהגו בהדרגה יחסית בהארץ העליון. עם כניסתו של מנוע הקיטור, גם הקשיים ברכישת פחם בכמויות מספקות היוו גורם עד להקמת רכבת עמק אינרשטה (Innerstetalbahn).
עם הלאמת המכרות ב-1 בינואר 1864 על ידי ממלכת הנובר, לא רק שזכויות הכרייה הועברו כעת למדינה, אלא גם הזכויות לשימוש במים. אז ממלכת הנובר תבעה גם בעלות על מערכת המים המלכותית שהוגדרה לראשונה באופן חוקי בחוק המים הפרוסי (Preußisches Wassergesetz) משנת 1913 בסעיפים 16 ו-381. בעקבות בליעתה של ממלכת הנובר בממלכת פרוסיה, השתלטו מחלקת הפיקוח הפרוסית המלכותית על הכרייה (Königlich-Preußische Bergbauinspektion), ומאוחר יותר חברת Preussag על הפעלת המכרות בהארץ העליון.
ספירת מלאי המתוארכת לשנת 1868 מעלה כי נמנו בסך הכול 198 גלגלי מים בקטרים שונים והספק כולל של כ-3,000 כוחות סוס הונעו על ידי מערכת המים המלכותית בהארץ העליון.
בסביבות 1900 הגיע עומק פירי הכרייה ל-1,000 מטר. אך עלות הכרייה בעומקים גדולים יותר ויותר המשיכה לעלות. באותה תקופה התעשייה נאלצה להתחרות באתרי כריית מתכות אחרים בגרמניה ומחוצה לה בעידן של שיפור התחבורה. ניצול יתר במהלך מלחמת העולם הראשונה וצניחת מחירי המתכות במהלך השפל הגדול גרמו, בשיאו, לגל גדול של סגירת מכרות, כשהמכרות הגדולים בקלאוסטל-צלרפלד, בוקסוויזה ולאוטנטל נאלצו להיסגר. בבאד גרונד (Bad Grund), לעומת זאת, הכרייה בהארץ העליון נמשכה עד 1992, אך היה עליה להשתמש רק בחלק קטן מהמתקנים של מערכת המים המלכותית של ההארץ עליון.
אנרגיה הידרואלקטרית.