設想下員山小平原是第一河階，南邊地勢較平緩，頭前溪侵蝕四次，產生河階地形，故第一河階範圍為下員山、千甲里、水源里；第二河階範圍為上員山、員山車站、公學新村；第三河階範圍為工研院到二重埔、關埔地區；第四河階範圍則為工研院後方及園區。

以地質年代的先後順序而言，第四河階先受到頭前溪的侵蝕，屬於最年老的地質；第一河階則是最後受到頭前溪的侵蝕，屬於較年輕的地質。自然河川為麻園肚圳，昔日以種植「麻」為主，往北側較低的地勢流淌至頭前溪，無法灌溉至南側較高的地勢，故開鑿下員山圳是有其必要性的。

下員山圳沿著第一河階邊界流淌，使第一河階得以灌溉；今日此地社區警衛室上方的過水橋，將頭前溪的溪水引至下員山圳，且跨越來自二重埔的地表水與竹東圳的尾水之天然河道。

位於頭前溪南岸的土牛溝，跨越頭前溪後，沿著河階地形的邊界前行，同時亦沿著水圳前行，直至快到光復路才與水圳分開。水圳往灌溉區持續流淌，而土牛溝則繼續沿著河階地形的邊界向前走，並接上光復路，再前行至新竹市區、食品路，使整條光復路成為當年的土牛溝。是以，於乾隆時代，光復路以北的地區為漢人的生活圈，光復路以南的地區則為竹塹社人的生活圈。

除此之外，曾有歷經小型規模的拓墾，當年的漢人看上今日工研院的平整土地，故申請東移至該區域，成為第二代土牛溝的劃設範圍。

過水橋，穿過一個小隧道及一個小涵洞後，開始沿著第一河階的背山處鋪設水道，並建置一個水量觀測站，故水圳位於最高點，往北方的下游地區灌溉，直至公道五路。而第二河階則是位於上員山地區，前行至公道五路右轉後的下坡路段是第二河階往第一河階的下坡路段。