תעלה זו המכונה גם "תעלת השילוח" (או תעלה II על פי המספור שהעניק לה חוקר ירושלים האב לואי ונסאן בראשית המאה ה-20) הייתה מוכרת לחופרים עוד קודם לכן. כפי שנראה בהמשך תפקיד תעלת השילוח היה להשקות חלקות חקלאיות בנחל קדרון באמצעות "חלונות" שהיו בדופנה המזרחי, ולהזרים את שארית המים לברכת אגירה בדרום העיר. החוקרים הראשונים יחסו את תעלת השילוח לתקופת הבית הראשון. עתה משגילו רייך ושוקרון שאבני הקירוי של התעלה עומדות בבסיס מגדל המעיין, הם הסיקו שהתעלה קדומה למגדל (או שהיא בת זמנו) ושהיא שימשה מרכיב חשוב במערכת אספקת המים כבר בתקופה הקדומה ביותר בחיי העיר. בדרכה דרומה, מספר מטרים בלבד מהמעיין, מסתעפת מתעלה II תעלה קצרה (תעלה III) לכיוון מערב. החופרים הלכו בעקבותיה ונכנסו אל תוך ברכה חצובה בסלע שנחפרה בחלקה כבר על ידי האב ונסאן.

כבר בימיה הקדומים של העיר השכילו תושבי ירושלים לתעל באופן מבוקר את המים, שזרמו עד אז בחופשיות באפיק הקדרון לברכות מאגר ולהשקיית גידולים חקלאיים. קטע של אחד המפעלים, המכונה "תעלת השילוח", נתגלה במדרון המזרחי של גבעת עיר דוד ב-1886 בידי החוקר והאדריכל הגרמני קונרד שיק. התעלה יורדת מן המעיין דרומה, מרחק של כ-400 מטרים לאורך המדרון, עד המפגש של נחל קדרון עם הגיא המרכזי (הטירופיאון). כאן זרמו המים לתוך ברכה גדולה המכונה בימינו בִּרְכֶּת אל חמרה.

הכניסה לתעלת השילוח גבוהה ביותר משני מטרים ממפלס נביעת הגיחון ולכן היה צורך להעלות תחילה את מפלס המים על מנת שיזרמו לתוכה. הדבר נעשה על ידי חסימת הזרימה הטבעית מזרחה באמצעות קיר סכר או באמצעות קירותיו של מגדל המעיין.

המפעל נחצב בחלקו כתעלה פתוחה לאורך המדרון, שאותה קירו הקדמונים באבנים גדולות ממדים. ואולם חלק מן המפעל חצוב כמנהרה סגורה וישרה בתוך הסלע הטבעי. החציבה איננה יורדת לעומק רב ופירים אנכיים שהיו, לאורך חלקים ממנה, על פני המדרון אפשרו לפועלים להתוות מבחוץ את המסלול. פירים אלה, שחלקם נתגלה בחפירות, שימשו גם לאוורור ולהוצאת פסולת החציבה. בתוך התעלה נתגלו גומחות ששימשו להצבת נרות שמן שלאורם ביצעו הפועלים את מלאכתם.

החלונות
תפקיד אחד של המפעל היה, כאמור, להזרים את מי המעיין לאגירה בבִּרכת אל חמרה, הנמצאת בדרום עיר דוד. למי המעיין הצטרפו מי גשמים שנוקזו מהמדרונות סביב. עם התקנת הברכה והתעלה נוצר, לראשונה בתולדות העיר, מאגר משמעותי שהיה מסוגל לספק מים בשפע בכל שעה ובכל עונות השנה.

תפקיד נוסף, ואולי עיקרי, שיועד לתעלת השילוח התברר עם חשיפת פתחים טבעיים, או מעין "חלונות", לאורך רוב דופנה המזרחי, הפונים לכיוון נחל קדרון. אלה שימשו להשקיית חלקות השלחין הנמצאות לאורך העמק הפורה. החקלאים חסמו את נתיב המים הזורמים בתעלה, באמצעות מתקני חסימה שהעלו את מפלסם לגובה מפתן החלונות הפונים מזרחה ואילצו אותם לגלוש אל הערוגות שבתוך העמק. ניתן היה לחסום לסירוגין קטעים שונים של התעלה וכך להבטיח את השקיית העמק כולו.

מי חצב את תעלת השילוח?
עד לאחרונה מקובל היה לייחס את התקנת תעלת השילוח למאה ה-10 לפנה"ס, בסמוך לימי שלמה המלך. ברור היה שהיא קודמת לימי חזקיהו שכן נקבת חזקיהו, שנחצבה במפלס נמוך יותר, שבתה את מימיה ולמעשה הוציאה את התעלה מכלל שימוש. יתרה מכך, בדיקת חלקה הדרומי של תעלת השילוח גילתה שקטע ממנה הפך תעלה לניקוז עודפי מים ממפעל הנקבה שחצב חזקיהו ערב המתקפה האשורית.

ומי אם לא הבנאי הגדול שלמה, שהציב את חומות ירושלים והגביה את ארמנותיה יאה יותר לדאוג למאגר מי שתייה זמין, לפיתוח תשתית החקלאות וכמובן לנויה של עיר? העובדה שהמפעל כולו מצוי מחוץ לחומות וגלוי לעין כול מעידה כי היא נועדה לימי שלום, שבהם לא היה חשש למצור – ואף עובדה זו תואמת את ידיעותינו על ימי שלמה.

שלמה אף מעיד על עצמו כי עסק בתחומים אלה: "עשיתי לי ברכות מים להשקות מהם יער צומח עצים" (קה' ב ו).

אולם, לאחרונה העלו רוני רייך ואלי שוקרון את הסברה, כי למעשה קדום המפעל בהרבה לשלמה, וזמנו כזמן חומות העיר, מתקופת הברונזה התיכונה 2 דהיינו מן המאה ה-18 לפנה"ס. ראיה לכך נמצאה בעובדה שאבני הענק, שהיוו את בסיס מגדל המעיין, מקרות את הקטע הצפוני של התעלה ותחובות לתוכה. מכאן הסיקו החופרים שהתעלה קדומה למגדל או בת זמנו. עם זאת אין להוציא מכלל אפשרות (ולכך נוטים כיום החופרים) שהמשך התעלה, אותו חלק שמדרום לברכה החצובה (שתחילתו כ-190 מ' דרומית למעיין), ושבו נמצאו "חלונות" ההשקיה הוא מאוחר לחלק הצפוני וזמנו מימי הבית הראשון.

"מי השילוח ההולכים לאט"
יען כי מאס העם הזה את מי הַשִּׁלֹחַ ההלכים לאט ומשוש את רצין ובן רמליהו (יש' ח ו).

הנביא ישעיהו, שחי והתנבא בירושלים במשך לפחות 40 שנה, הכיר בוודאי את מפעל המים הקדום שפעל בה לפני השינויים הדרמטיים שביצע חזקיה. התיאור של "מי השילוח", שמזכיר הנביא, הולם יפה את המפעל הנזכר, שבו "נשלחו" המים לאורך המדרון לחלקות השלחין. השיפוע הקטן – לעתים רק 4 מ"מ למטר אורך – והתוואי הפתלתול גרמו לכך שמי השילוח אכן הלכו לאט והתאימו למשל שבו ביקש הנביא להוכיח את אלה מבני יהודה שמאסו במלכות בית דוד הקטנה והחלשה לפי שעה, והעדיפו את הרפתקאות ארם וישראל הרוקמים מרד כנגד המעצמה האשורית בימיו של אחז מלך יהודה.

תיאור נוסף המתייחס אולי לתעלת השילוח זמן קצר לפני שהוציא אותה חזקיהו מכלל פעולה מופיע בספר דברי הימים: "ויקבצו עם רב ויסתמו את כל המעיינות ואת הנחל השוטף בתוך הארץ לאמר למה יבואו מלכי אשור ומצאו מים רבים" (דה"ב לב ד). נראה כי המעיינות שנסתמו הם "חלונות" ההשקייה, שמתוכם גלשו המים כמו מתוך מעיין אל החלקות בנחל קדרון. ואולי "הנחל השוטף בתוך הארץ" אינו אלא התעלה עצמה.