香港屬臨海的丘陵地形，海平面上的內陸範圍山多平地少。地表上有眾多山澗小溪，但沒有大面積的河流與湖泊，同時香港地質多屬火山岩及花崗岩，不利儲存大量地下水。香港要應付早年人口不斷增加而產生的食水需要，便須設法開發和收集水源。為此，昔日香港政府於1859年懸賞1,000英鎊徵求方案，結果當時皇家工程部工程監督羅寧（S.B. Rawling）提出於薄扶林谷地興建水塘，建議獲採納。政府隨後呼籲私人企業投資開發水務，不過跟電力、煤氣、渡輪等公共服務不同，水務工程投資龐大，回報期長而不明朗，吸引力不足，政府遂以公帑獨力承擔，從此展開逾一個世紀的龐大水塘網絡發展，令水務署至今成為全球少有負責整個城市供水服務的公營部門。
集水設施之構成
水務署多年來管理的集水設施，除了最顯眼的水塘外，其他部分還有為貯存原水而興建的水壩、將背向水塘的山水引導到水塘或集水設施的引水道系統、匯集降雨至集水設施的山嶺範圍（集水區）、把原水由低位抽送至高位的抽水站，以及輸送原水至濾水廠作處理的輸水隧道。香港現時整套集水系統的規模，約佔香港三分一的面積，多年來收集降到香港境內的部分雨水，是城市生命之源的建設。
香港水塘之最
香港現有17個用作供應食水的水塘之中，最古老的是薄扶林水塘（18631年落成）；地理位置最高的是石梨貝水塘（1925年落成），其最高水位為香港主水平基準以上195.1米，香港範圍內與它高度相若的山峰，是港島南的玉桂山。香港曾經有個比它更高的水塘，是黃泥涌水塘（1899年落成），最高水位為香港主水平基準以上220.98米，但隨著往後更大型的供水設施陸續投入服務，其重要性減低，1986年便退役改作划艇公園。至於規模最大的水塘，則是最後才建成的萬宜水庫（1978年落成），容量達2.81億立方米，佔全港水塘總存量近一半，也是最早的薄扶林水塘容量的1,200多倍。當然，回顧1863年香港人口只有124,000人，100年前後的人口，相距數十倍。
歷年分區水塘的高度
水塘選址高度與發展時序
| 水塘名稱 | 落成年份 | 容量 (立方米) | 水滿時水平面高度 （香港主水平基準以上，米） | 水塘／灌溉水塘 | 所處地區 |
|---|---|---|---|---|---|
| 薄扶林水塘 | 1871 | 233,000 | 168.52 | 水塘 | 香港島 |
| 大潭上水塘 | 1888 | 1,490,000 | 152.31 | 水塘 | 香港島 |
| 黃泥涌水塘 | 1899 | 109,000 | 220.98 | 停用 | 香港島 |
| 大潭副水塘 | 1904 | 80,000 | 151.40 | 水塘 | 香港島 |
| 大潭中水塘 | 1907 | 686,000 | 58.17 | 水塘 | 香港島 |
| 九龍水塘 | 1910 | 1,578,000 | 136.55 | 水塘 | 新界東 |
| 大潭篤水塘 | 1917 | 6,047,000 | 35.95 | 水塘 | 香港島 |
| 石梨貝水塘 | 1925 | 374,000 | 195.10 | 水塘 | 新界東 |
| 九龍接收水塘 | 1926 | 121,000 | 145.54 | 水塘 | 新界東 |
| 九龍副水塘 | 1931 | 800,000 | 115.80 | 水塘 | 新界東 |
| 香港仔上水塘 | 1931 | 773,000 | 111.25 | 水塘 | 香港島 |
| 香港仔下水塘 | 1931 | 486,000 | 80.32 | 水塘 | 香港島 |
| 城門水塘 | 1937 | 13,279,000 | 190.50 | 水塘 | 新界西 |
| 十塱灌溉水塘 | 1955 | 133,000 | 56.83 | 灌溉水塘 | 離島 |
| 藍地灌溉水塘 | 1956 | 115,000 | 45.11 | 灌溉水塘 | 新界西 |
| 洪水坑灌溉水塘 | 1957 | 91,000 | 85.34 | 灌溉水塘 | 新界西 |
| 大欖涌水塘 | 1957 | 20,490,000 | 60.96 | 水塘 | 新界西 |
| 河背灌溉水塘 | 1961 | 505,000 | 164.59 | 灌溉水塘 | 新界西 |
| 黃泥墩灌溉水塘 | 1961 | 160,500 | 153.92 | 灌溉水塘 | 新界西 |
| 清潭上灌溉水塘 | 1962 | 100,000 | 111.87 | 灌溉水塘 | 新界西 |
| 清潭下灌溉水塘 | 1962 | 57,000 | 85.75 | 灌溉水塘 | 新界西 |
| 石壁水塘 | 1963 | 24,461,000 | 54.03 | 水塘 | 離島 |
| 下城門水塘 | 1964 | 4,299,000 | 90.22 | 水塘 | 新界東 |
| 流水響灌溉水塘 | 1968 | 170,000 | 100.58 | 灌溉水塘 | 新界東 |
| 鶴藪灌溉水塘 | 1968 | 180,000 | 100.58 | 灌溉水塘 | 新界東 |
| 船灣淡水湖 | 1968 | 229,729,000 | 13.41 | 水塘 | 新界東 |
| 萬宜水庫 | 1978 | 281,124,000 | 60.96 | 水塘 | 新界東 |
俗語有云：「人望高處，水向低流」，這亦可形容早期水塘選址的準則。水因「重力」而向低流，正是水務設施運作上最普遍應用的原理，前人選址亦因此往高處尋。
以香港第一個水塘──薄扶林水塘為例，它位於港島西高山和奇力山之間一個高地峽谷，地點並不影響當時維多利亞城的民居及經濟活動，但仍屬合理的輸水距離。從「歷年分區水塘的高度」排列圖可見，位處最高位置的數個水塘，都是二次大戰以前建成的，規模容量都較小。往後隨著香港人口增長，以及香港整體城市規劃及發展的步伐，水塘也由香港島建到新界。水塘的規模也越建越大。
正因為水塘佔用面積廣，要繼續找到合適的高地峽谷不易，規模亦難以滿足用水需要。在上世紀六、七十年代最後落成的兩大水塘，就建在海邊低地，其中船灣淡水湖（1968年落成）更是建在海中，要將其中海水抽乾，換入淡水，當時可說是全球創舉。它善用船灣這個三面環山的海灣，藉興建一道主水壩，圈劃出內湖成為貯水區。這項工程技術亦為往後規模更大的萬宜水庫（1978年落成）奠下基礎。兩個水務項目令香港水塘的總容量大幅增加，由原來只得約7,520萬立方米，增至5.86億立方米。15年間水塘貯水量增幅近8倍，這亦可說是香港於二次大戰後人口增長和經濟急速起飛的基建實證。
灌溉水塘
在供水水塘以外，香港在上世紀五、六十年代亦先後興建了9個灌溉水塘（見「歷年分區水塘的高度」圖中綠葉標示的水塘）。受石壁水塘、大欖涌水塘、船灣淡水湖和萬宜水庫這4個最大規模項目影響，原有農田水源改道，這些灌溉水塘就是水務署為補償當區農民而建設的。時至今日，這些灌溉水塘亦成為了優美郊野的一部分，讓山水互相輝映。
貯水需要盛器，一個人可以用「杯」，一幢大廈是「缸」，一個城市則是「塘」、「湖」或「庫」。它們的體積不同，但都是一個以穩固之物作圍牆的儲存空間，越深廣，體積容量便越大。然而，貯水越多，重量和相應的重力亦越大，對周遭環境的影響亦然，這是一門需要精密計算的力學。
利用峽谷地形而建的水塘，不論位處高低，同樣需要山巒環抱作天然圍牆，缺口位置便要興建水壩作屏障。水壩的工程結構需要按地勢和規模而設計，香港一眾水塘之中的水壩，主要可分「重力壩」（Gravity Dam）（以混凝土為主）及「土石壩」（Embankment Dam）（以泥土和／或石塊興建為主）兩大類型。
分別於1917年和1937年落成的大潭篤水塘和城門水塘，其主壩均採用重力壩的設計。兩者規模都是那時代越級挑戰的工程項目，除了令香港整體的貯水量隨之一再倍增外，大潭篤水塘當年被喻為「亞洲第一壩」，甚至超越了當時英國國內及其屬土的同類型工程。
城門水塘位於高地峽谷，滿水時高度為香港主水平基準以上190米，是回應當時香港及九龍人口均急增的基建項目。由於設計期間急不及待要提高水塘貯水量，主壩一再加高，令水壩結構最終高達85米。一般峽谷水壩所採用的重力壩設計會使用混凝土作基座，但考慮到當時混凝土價格昂貴，香港各地、以至項目附近卻不乏花崗石，於是工程設計就地取材，改作填石的方法，為此動員了約2,500名工程人員及工人參與建造。此外，城門水塘工程更配合了一條跨越維多利亞港的輸水管道，將中部地區所貯存的食水輸送至香港島，成為標誌性的時代建設。
二十世紀七十年代以前的香港，人口急增，食水長期供不應求，往往新水塘未落成便要規劃下一個水塘，水務工程亦因而屢創奇蹟。
構思於上世紀五十年代末、1968年落成的船灣淡水湖，是當時全球首個建於海中的水塘，雖然該選址有三面山巒圍繞，但要圈劃出可以阻隔海水的內湖水塘，則要加建一條長達兩公里的主壩（另加3條較短的副壩），並能夠抵擋比平均海面高出12至13米因貯水而來的壓力，這水壩之長度是天星小輪尖沙咀到中環航線這維港兩岸距離的兩倍，殊不簡單。
這條至今仍是香港水塘中最長的主壩，其結構類型為「土石壩」，是當今世上最遠古又最普遍採用的設計，物料主要為沙泥及石礫，藉層層堆疊而成，原理雖簡單，但堆疊在海中間，是聚沙成塔、堆石成壩的浩瀚規模。
當年建造船灣淡水湖，工程前後分為三個部分，第一階段包括先建沙田濾水廠、相關的輸水隧道及進水系統等配套；第二期才興建水壩，並要先在馬料水今中文大學及馬鞍山女婆山石礦場等地採石取材。堤壩工程是先挖掘開207米闊的深溝來安置地基（見「船灣淡水湖主壩剖面圖」），然後再輪流擺放一層石礫再一層沙泥，用重量去鞏固最有份量的核心基石。堤壩表面會鋪置大石塊作保護，內裡則埋藏儀器以監測物料狀態。待其他副壩建成後，工程人員花上約4個月把圍封的海水抽乾，再隨之花了約4個月注入原水，這才投入供水系統。1970年，政府斥資加高堤壩，3年後完成，進一步增加貯水量近三成半達2.3億立方米。
水塘作為一套全港性的貯水系統，具有貯存的基本功能，設計上亦有超負荷時疏導滿溢雨水及轉運的準備。溢洪道就是讓過多貯水可以安全地從水塘的指定路徑中流走的設計部件，避免水塘水位過高而危及水壩頂部的設施或通道，亦避免滿溢的水沖刷水壩下游壩面在設計上非觸水的位置。有些設計會在溢洪道之上加建通道令行人或車輛可在上方通過。
在水塘內、經常成為市民拍攝勝景的大圓坑結構，同樣是用來疏導過剩貯水。這個稱為「鐘形溢流口」的部件連接地下排水隧道，將過剩的原水排至下游。以城門水塘、下城門水塘為例，它倆各自設有一個「鐘形溢流口」，其高度是水塘容量的最高位，水滿時原水自然往下流走，城門水塘的原水流到下城門水塘，待下城門水塘也滿溢時，便透過溢流口排到更低位的城門河，再流出吐露港。
集水區與引水道
在山巒圍繞的峽谷中興建水塘，部分雨水直接落入水塘，也有部分經天然山澗河溪流入水塘。圍繞水塘的山巒，其最高點連成分水嶺，構成集水區。在沒有人工建設的情況下，當雨水落在分水嶺另一邊的坡地或溪流便很大機會流失，最終落入市區的雨水渠或大海。為更有效收集雨水，水務署便在分水嶺另一邊建造引水道，把本來流失的原水導向水塘或集水設施。
以位處香港中心地帶的九龍水塘為例，中英雙方於1898年簽定《展拓香港界址專條》，進一步租借新界，於是政府於1901年展開興建九龍水塘的計劃；1902年，當局在畢架山以西、針山以南山谷的山脊線上豎立起32座界石，以標示天然集水區的範圍；其後為更有效收集雨水，建築工程顧問（Messrs Denison, Ram & Gibbs）曾建議，加建引水道系統，1904年3月向立法局申請撥款40,000元推展工程。
全港現時共有45條引水道系統，支援著各區的水塘及水塘群，全長120公里，它們有40多年至逾百年歷史，其中57公里建於二次大戰以前，是削挖天然山坡而成的水道，所以多與人造斜坡接連。引水道可分為開放式河道和密封式隧道，在大雨或山洪暴發時，雨水可以湧滿整條引水隧道，有一定危險，市民切勿入內。
此外，為免集水區內的原水受污染，香港法例第102章《水務設施條例》列明，任何人不得進入構成「水務設施」部分的水中，或在其中浸洗或沖洗；而水務設施部分便包括了「集水區」，法例中的定義為：「雨水或其他來源的水匯集其中的任何地面，或用以匯集雨水或其他來源的水的任何地面，並由該地面或擬由該地面汲水作供水用途者」。有趣的是，法例中所指的集水區，除了地理學上的天然集水區，其實還包括了人為發展的整套集水系統，即工程設計加上天然集水區的整套引水道系統。
羅馬不是一天建成，香港如此龐大的集水系統，發展亦歷時逾百年。時至今日，它們仍服務這個城市，滋養萬物，生生不息。由昔日工務局轄下的水務及渠務分部，到今天的水務署，從創業到守業，能夠維護整套系統百年如一日的持續運作，讓市民今日用水不缺，實得來不易。
- 薄扶林水塘於1863年落成，由於水塘容量不敷應用，原址擴建工程在1866年展開，並於1871年完成。