多布施川
石井樋築造以前
多布施川は完全な人工河川ではなく、茂安の石井樋築造以前からもともとあった川を改修したものと考えられている。鎌倉時代の文書に「北村から多布施に通ずる分水」の記述があり、また佐賀藩の資料にも「元亀二年（1571年）北村の井関普請云々」の記述がある。
石井樋築造以前から灌漑用水や舟運に利用されていたが、洪水で井堰が壊れるなどの理由で用水確保が困難であったと考えられる。そもそも、分派元の嘉瀬川は佐賀平野の代表的河川であって脊振山地の出口で扇状地を形成しているように、洪水のたびに流路を変え、佐賀平野に幾筋もの旧河道を残したとされる。現在の佐賀市中心部には、多布施川に沿い南北に細長い自然堤防、その端に繋がって佐賀城跡を中心に東西に長い微高地が分布するが、『佐賀平野の水と土』によれば、嘉瀬川の堆積させた土砂と、有明海の大きな潮汐で旧海岸沿いに堆積する泥とが重なった結果であるという。
多布施川本流は、石井樋から市内を南下、市街地に入り長崎本線の鉄橋付近で天祐寺川を分流、十間堀川（佐賀城外曲輪）を超えて護国神社前を通り、北御門付近で佐賀城内に入る。佐賀城を囲む濠は川の下を潜り交差する。城内では各屋敷地に配水できるよう何度も曲がり、一部北に流れる区間を挟み、東濠を超え、武家地の水ヶ江を経て、市街地南東部で八田江に合流する。
なお、川の名前の由来となっている多布施は佐賀城下のかつての町人町で天祐寺川が分岐する辺りにあり、現在は佐賀市多布施1 - 3丁目として名が残っている。
石井樋築造と河道整備
石井樋の築造工事は、『疎導要書』によると、佐賀城建設・城下町割りの後、元和年間（1615-1624年）と寛永年間（1624-1644年）を跨ぐいずれかの12年間（年は特定されていない）にかけて行われた。工事には農民らが動員されたが、農繁期を避ける配慮があったという。
なお、「石井樋」は本来、石造の樋門の本体だけを指すが、嘉瀬川・多布施川の当該施設に関しては、施設全体も「石井樋」と総称するのが慣例となっている。
江戸-明治期の生活利用と維持管理
江戸時代、多布施川の水利用で最優先されたのは佐賀城内及び佐賀城下町の生活用水の確保である。石井樋では番宅に常住する藩士と井樋番の管理下で、地元住民から集められた7人の抱男（人足役）が井手の開閉を行った。嘉瀬川には農村の水路につながる井樋が14か所あったが、藩の取り決めにより多布施川（石井樋）が優先され、干ばつの時には全て取水するときもあったという。明治に入ると水利組合の管理や郡・町村の協議に委ねられ、石井樋でも「大井樋普通水利組合」が設立された。しかし、流域では下流になるほど取水条件が厳しく水争いもあったため、多くの樋門などに番人を雇って配置したほか、堀を拡張して貯水量を増やしたり、用水路の浚渫を徹底していた。
また、飲み水にも利用する川を清潔に保ち、年々川砂が堆積して川底が浅くなり溢れやすくなるのを防ぐため、毎年、水量が少なくなる春の2月から3月にかけて、「川干（かわひ）」と呼ばれる川浚え（砂利、土砂を取り除く作業）を行った。作業は奉行所の指揮のもと、石井樋を堰き止め（これを「干落ち（ひおち）」と呼んだ）、一度では完了しないため二、三回に分け、各数日間をかけて行った。川から水を引く水路末端の村々では、人足の代わりに人夫賃を納めることもあった。採った砂は道路の補修に用いたり、各家庭で利用したりしていた。川干は太平洋戦争前まで、さらに遅くとも昭和30年頃までは行われており、当時の川沿いの春の風物詩だったという。
川から引く水路の管理についても、藩政時代、水路を埋めて狭めたり、新しく分岐させることを制限していた。また、水質悪化を防ぐため、1886年 (明治19年）に当時の佐賀市は条例を定め、川や水路への塵芥投棄や遊泳を禁じ、また朝の汲み水を清浄に保つため毎日午前10時までは洗浄（洗い物）を禁じて、違反者は科料により罰せられた。
1917年（大正6年）、佐賀市では地下水を水源とする上水道が開設され、飲み水としての役割は次第に縮小していく。
戦前までの景観
ところで、多布施川はかつて水運に利用されており、嘉瀬川の川上（現佐賀市大和町都渡城）から佐賀城下まで川舟が行き交っていた。佐賀城天守の石垣築造の際（江戸初期）には「大石百万荷、小石三十万荷」を川上から舟で運んだとの記録がある（『勝茂公譜考補』）。
また堤防の内側、川床から続く砂地の川岸には松の大木が生い茂り、松並木は石井樋から青木橋（多布施）まで続いていた。肥後の国学者中島弘足の「佐嘉日記」には1854年（嘉永7年）、川上から多布施まで船で下ったこと、川岸に松の生い茂っていたことが記されている。その少し前の1846年（弘化3年）、鍋島直正が別荘として神野の御茶屋を建て、川から引いた水を庭園に用いた。この地は後の1923年（大正12年）に鍋島家が市に寄付し、神野公園となる。その際、地元青年団を中心とする市民により堤防沿いに桜や楓などが植えられた。行楽地となった神野公園沿いを経由し、城中あるいは護国神社から川上の間を、昭和初期までは屋形船が運行していた。一方、アユやハヤなどの川魚釣りやカニ採り、ホタルの鑑賞もでき、特に春の川干の時期は子供達が少なくなった水の淀みに潜む魚を捕る光景が見られたほか、昭和30年頃までは栴檀橋の上流に近隣の神野小学校や中学校の水泳場が設けられていた。
近現代：水道水源と河畔公園
かつては白砂青松と謳われることもあった風景だが、昭和30年頃から松にいわゆる松くい虫が蔓延、台風の被害も重なって、多くが枯死してしまった。現在に至っては、多布施の旅館「松月」そばの松などごく少数が残るのみである。
また1960年（昭和35年）嘉瀬川上流に川上頭首工が完成すると石井樋に代わってこちらが取水口となり、「大井手幹線水路」を通じて多布施川に水が導かれるようになった。取水先変更によって上流から川砂の流入が無くなったため川の環境は大きく変化、川床に葦や藻が繁茂して泥の堆積が目立ち、貝やホタルが見られなくなった。
一方、佐賀市の水道事業では水源とする地下水の規制強化や需要増加により水不足が深刻となり、多布施川河畔の神野に浄水場を建設、1954年（昭和29年）多布施川からの取水を再開した。1965年（昭和40年）には取水権を7倍に拡大し施設を増強、1970年（昭和45年）までに地下水源を廃止して全量を多布施川の河川水源とした。その後、1993年（平成4年）からは筑後川を水源とする佐賀東部水道企業団からの分水を受けている。
昭和47年度（1972年）から始まった佐賀市の事業により、護岸工事が行われ、河畔公園が整備された。また上流部にも桜が植えられ、さが桜マラソンのコースになるなど、憩いの場となっている。また一度は遊泳場が無くなったが、1983年（昭和58年）から護国神社の東側に夏期のみ水遊び場が開設されるようになった。地元自治会・子ども会・ライオンズクラブの共同運営で、事前にボランティアによる清掃活動を行い、7月中旬に「川開き」を行ってから8月中旬まで開放されている。
石井樋の復元
数十年にわたり機能せず土砂に埋もれつつあった石井樋は、江戸初期の土木事業としての歴史的価値が見直されたことで1993年（平成5年）から発掘調査が行われ、石積みの堰や水制を調査、記録にしかなかった荒籠の存在を確認するなどした。これを元に石積みを積み直し、または一部埋め戻すなどして保存の上、2005年（平成17年）までに復元され再び多布施川の取水口として使用されるようになった。
また2006年には「大井手堰（石井樋～多布施川）」として疏水百選に選定されている。
水源
石井樋にて嘉瀬川本流から分派した直後のすぐ下流で、嘉瀬川上流から川上頭首工を経て分派した「大井手幹線水路（上流部）」の五領分水工から灌漑用水の供給を受けている。
また、佐賀市内の川の水質を改善するための浄化用水として、状況により佐賀導水を通じて城原川や筑後川からの補給を受けている。