見沼代用水
設計および測量
代用水の建設は、文字通り見沼溜井の代替となる水路の建設であったが、同時に見沼以外の用水路流域周辺の沼地を干拓する壮大な計画であった。井沢弥惣兵衛は周囲を調査し、利根川や荒川の治水も考慮して埼玉郡（さきたまぐん）から足立郡を抜ける約80 km（20里）の幹水路に加え、高沼用水路などの分流路も多数開削することで、流域周囲の沼地を干拓した後の水源とすることを計画した。
用水は、利根川から取水されることとなったが、その場所は現在の行田市にあった下中条村の地となった。この付近の利根川の流れは水深が年間を通して安定していた。また、享保以前100年間の洪水時でも堤の決壊したことがないなど、好条件がそろった場所であることが理由となった。現在の代用水の取水口も江戸時代とほぼ同地点の利根大堰であり、当時の土木水準の高さをここからも窺い知ることが出来る。
代用水建設のための測量は、利根川からの上流側と見沼溜井から流れ出ていた芝川の下流側からの二手に分かれて進められた。測量は水盛りとよばれた水準測量により行われ、30間（約55 m）につき3寸（約9 cm）の傾斜、すなわち約1/611の勾配が付くように正確に進められた。その精度は当時としては極めて高く、上流側と下流側からの測量が落ち合った地点では、水路底高は2寸（約6 cm）の誤差しかなかったと伝わっている。
また水路となる場所は、既存の水田を避けて出来るだけ未開の場所を選択し、減水を防ぐため比較的地盤の固い場所を選んで決められた。
水路開削
測量がほぼ終わり、見沼溜井周囲の農業の水需要が減った1727年（享保12年）9月から水路の開削が始まった。工事は水路沿いの村々にそれぞれ割り当てて請け負わせたが、工事に必要な木材や釘は幕府より支給され、また大工、石工、鍛冶など技能を必要とする人員についても幕府より派遣された。
下中条村の取り入れ口は、長さが約43.6 m（24間）、幅が約3.6 m（2間）の木製の樋で作られた。利根川から取り入れられた用水は、新たに建設された水路、見沼新井筋（長さ約2.45 km）をくだり、星川に合流させた。星川内は流路を改修して使用した。星川と代用水は、現在の久喜市菖蒲町で分流し、星川側に十六間堰、代用水側に八間堰がそれぞれ設けられた（詳しくは後述）。
星川と分かれた水路は、新たに開削された幅約6間の水路を南下する。柴山（現在の白岡市）で元荒川と交差するが、元荒川と代用水の高低差があるため、伏越（ふせこし、詳しくは後述）で元荒川を越える。工事当時の元荒川は湾曲した流れになっていたため、元荒川の流路の湾曲を正す工事も行われた。また、元荒川の交差には通船のための、懸渡井（かけとい、詳しくは後述）も作られた。しかしこの懸渡井は1760年（宝暦10年）に水害のため大破し、取り壊された。
さらに大宮台地（蓮田支台）の縁に新設の水路を下り、瓦葺村（現在の上尾市）では綾瀬川と交差するが、ここでは懸渡井で綾瀬川を越える。懸渡井の前後は水位を維持するため盛土を築き、その天端に水路を通している。綾瀬川周囲は、低地湿地となっており、最も難工事であった場所と考えられている。綾瀬川を越えたところで、流路は見沼代用水東縁と見沼代用水西縁の二手に分かれる。しかしこの懸渡井も1961年（昭和36年）に伏越に改められて取り壊され、流路の分流も綾瀬川を越える手前になった。遺構として掛渡井の一部が残されている。

東縁代用水路は、見沼のあった東側の台地（鳩ヶ谷支台）の縁を沿うように東側へ進み、八丁堤まで達した。ここから、旧来の見沼溜井に接続されていた谷古田、舎人などへの農業水路に接続された。
西縁代用水路は、東縁同様に見沼のあった西側の台地（浦和大宮支台）の縁を沿うように南下し、八丁堤まで達した。ここから旧来の見沼溜井に接続されていた浦和、戸田、笹目などの領地を灌漑する水路へ付け替えられた。
代用水路の開削とともに、見沼溜井の干拓も同時に行われた。まず、芝川の荒川への吐口からの川幅拡張が行われ、八丁堤までの水路が延長された。その後、八丁堤を開いて溜井の水を排出した。後の1731年には荒川からの逆流を防ぐため、芝川吐口逆水樋門が設置された。
これだけの大規模工事にもかかわらず、用水路の完成は着工から約5ヶ月後の1728年2月で、3月には利根川より水を流し込み用水路の利用が始まっている。建設に関わった作業者は延べ90万人といわれ、幕府の支出した工事費用は賃金が約1万5000両、工作物が5000両で総額約2万両に達した。しかし、見沼溜井跡地に新田として1175町歩（約1160 ha）が打ち出され、毎年5000石弱の年貢米が幕府の蔵に納められるようになった（詳しくは後述）。
代用水の土木的特長
徳川家が関東に入って以来、代々にわたり武蔵国の河川土木普請を指揮していた伊奈家の手法は、関東流と呼ばれ、戦国期の甲斐国主武田信玄が築いたといわれる信玄堤を作り上げた甲州流に起源があるともいわれる。これに対し、井沢のとった手法は紀州流と呼ばれた。
井沢のとった紀州流の土木手法として、取水と排水の分離が大きな特徴として挙げられるが、見沼代用水でもこの特徴を見ることができる。見沼代用水では見沼跡の中央に、芝川が北に延長する形で作られている。これは、東西の用水路から取り込んだ水を芝川に排水するためである。
また、地形をうまく生かし台地と低地との境にある崖を天然の堤として利用し、工事量を減らす工夫も見られる。
見沼用水路は、水田等の灌漑目的であったが、年貢米などを江戸に運ぶ水路としても有用であった。1730年に、新田の打ち出しに貢献があった鈴木家および高田家の願い出により、水運利用が許可された（参考、見沼通船）。しかし、用水路は江戸まで直接つながっていない為、代用水と芝川を結ぶ運河である見沼通船堀が、1731年にやはり井沢弥惣兵衛の手によって作られている。代用水と芝川との高度差は3 mもあるため、パナマ運河と同じ閘門式運河で作られた。見沼通船堀は同方式で日本最古のものといわれている。
伏越
伏越（ふせこし・ふせごし）とは、木や石の樋を地中に埋め、逆サイフォンの原理で交差する川を跨いで水を送る仕組みである。
十六間堰と八間堰
十六間堰と八間堰は、星川と見沼代用水路の分流地点にそれぞれ設けられた堰である。両堰ともに木造の堰枠で、堰枠の上に水圧で浮き上がらないように土橋をかけた重土橋堰枠とよばれる構造をとっている。
堰は通常、水田に水が必要となる八十八夜から二百二十日までと、水運（通船）を行うために代用水に水が必要な期間は、十六間堰を閉め、八間堰を開いて代用水路に水を流した。それ以外の期間は十六間堰を開き、八間堰を閉じて、星川へ放流した。
見沼新田
見沼代用水の開削と平行して見沼溜井は干拓された。埋め立てられた土地の総面積は1228町歩（約1218 ha）におよび、その内の1172町歩（約1160 ha）が新田として打ち出された。見沼溜井周辺の17の村は工事請負と引き換えに新田の村による開拓を願い出て許可された。一度、沼に戻された入江新田も再び開拓された。
また、見沼跡の一部については江戸市中の商人3名に新田開発の許可が下されたが、この権利は後にすべて山口屋藤左衛門に売り渡された。山口屋藤左衛門は、見沼溜井で獲れる鯉を幕府に納めたこともあり、鯉屋藤左衛門ともいわれた。彼の干拓した新田はその屋号より山口新田、下山口新田との名前でよばれるようになった。
他の新田開発
見沼溜井の他にも、用水路建設時には大小80余りの沼が点在していた。万葉集に小崎之池として登場する現在の行田市にあった埼玉沼（さきたまぬま）を始め、屈巣沼、小林沼、柴山沼などが新田開発の対象となった。沼の跡地には見沼代用水などから分水路が築かれた。これらの沼を干拓して打ち出された。
現状
太平洋戦争後、用水路の近代化が進んだ。まず用水の取り込み口には、1963年（昭和38年）に利根大堰が作られ、取水流量が正確に管理できるようになった。代用水路も、1979年（昭和54年）から水資源開発公団（現・独立行政法人水資源機構）などにより開始された埼玉合口二期事業によって、護岸と路底のコンクリート化（東縁代用水路のうち、さいたま市緑区の南部領辻地内の斜面林がある区間に関しては、「さいたま緑のトラスト基金」による保全第1号地として、コンクリート化を実施していない）や、遊歩道「緑のヘルシーロード」の整備などが進められた。1989年（平成元年）には、西縁代用水路より荒川へ送水する「荒川連絡水道専用水路」（約9.1 kmの地下トンネル）が完成して、水道用水の取水が開始された。この水路は、さいたま市大宮区に「天沼揚水機場」を設置して、ここからさいたま市西区の荒川へ水を送るもので、武蔵水路を補完する役割を果たすものとなった。
また、埼玉県は東京都に近く、このため工場進出や宅地化が進んだ。代用水流域の水田も開発の需要が高まったが、一方で台風などが関東に上陸するたびに、代用水周囲の水田が遊水地の役割を果たしていることを理由に、開発消極派との意見対立が見られた。
1965年、埼玉県は、「見沼田圃農地転用方針」(通称「見沼三原則」)と題した指針を制定した。内容は、八丁堤より北から埼玉県道64号浦和岩槻線（現埼玉県道65号さいたま幸手線）付近までは緑地を維持するというものであった。1969年には、「見沼田圃の取扱いについて」(通称「見沼三原則補足」)を制定したが、減反政策などのあおりを受け、休耕田が目立つようになってしまった。また農家の高齢化も進み、土地所有者からは開発規制緩和の声も強いが、1995年に「見沼三原則」・「見沼三原則補足」に代わる新たな土地利用の基準として、「見沼田圃の保全・活用・創造の基本方針」を策定して、規制を事実上継続することとなった。
これを受けて、さいたま市は「見沼に100 haの公園緑地帯を創出させる」という見沼セントラルパーク構想を打ち出し、その手始めとして、浦和・大宮・与野・岩槻の4市合併を象徴する公園を大宮区内に「合併記念見沼公園」として2007年（平成19年）に開園した。その一方で、人間の手を一切加えるのをやめて自然の湿地帯にするという意見もある。
見沼代用水東縁の東京都足立区の部分のうち約1700 mは、1984年（昭和59年）に見沼代親水公園として整備された。