水系 甘州区境内河流均为内陆河，均发源于祁连山区及北麓前山地带，流向多为由南向北流入走廊区，由东至西分属河西走廊石羊河、黑河、疏勒河三大水系。
黑河水系各河均发源于祁连山脉，东起景阳岭，西至托勒山西段，主要河流有36条，全流域面积14.3万平方千米，跨青海、甘肃、内蒙古三省区，流域范围介于东经98°—102°、北纬37°50′—42°40′。东与石羊河流域相邻，西与疏勒河流域相接，南隔祁连山脊与大通河流域分界，北至内蒙古自治区额济纳旗境内的居延海，与蒙古接壤。
黑河水系按地表水和地下水的水力联系及归宿分为东、中、西三个子水系。西部子水系为托勒河水系，归宿于金塔盆地，流域面积2.1万平方千米。中部子水系包括马营河、丰乐河等诸小河流，归宿于肃南县明花至高台盐池盆地，流域面积0.6万平方千米。东部子水系即黑河干流水系，流域面积11.6万平方千米。黑河流域自上而下流经祁连山区、河西走廊平原（含南北盆地）、阿拉善台地三个大的地貌单元。张掖市境内河流为黑河中东部子水系，包括黑河干流有大小河流20多条，地表水除梨园河尚有余水汇入黑河外，其他各河出山后均被绿洲引水灌溉，地下水随地形汇入黑河。
河流黑河。是河西走廊最大的一条内陆河，发源于青海省境内，分东西两岔，东岔发源于青海祁连县的俄博东端景阳岭，长约100公里；西岔发源于祁连县托勒腰掌，约175公里，于黄藏寺汇合后向北流称“黑河”，入肃南县境内（干流在肃南县境内长约48公里），到张掖市莺落峡出山。黄藏寺到莺落峡黑河干流长约95公里。莺落峡水文站以上流域面积为10009平方公里，年径流量15.5亿立方米。自莺落峡出山后，灌溉张掖、临泽、高台两岸百万亩农田，到高台正义峡出口，流经酒泉市金塔县，最后流入内蒙古自治区的额济纳旗居延海。
山丹河。位于甘州区城区以北，南至张掖农场、碱滩镇、上秦镇和三闸镇的耕地，北至东大山，区内长43.5公里。在甘州区境内的水量组成主要是降雨量和地下泉水涌出量，另有牛角山口子、平易河、小口子、东山寺口子4条小流域地带产生的洪水汇入，地表水资源极为短缺。山丹河流域面积541平方公里，平均流量0.38立方米/秒，年径流0.12亿立方米。流域内地势由东北向西南缓慢倾斜，海拔高程1420—1480米，地形坡降25‰—4‰，地势比较平坦，基本呈现为山前洪积平原地形地貌特征。
大野口河。流域径流主要由降雨形成，径流集中在每年汛期6—9月，当流域内有暴雨时，山内各沟岔径流汇集至流域口即形成洪水。大野口河流域每年发生较小山洪3—4次，一般洪峰流量6—8立方米/秒；1988年6月，历史最大暴雨洪水洪峰流量达90立方米/秒。
大磁窑河。流域洪水一般发生在每年5—9月的雨季，流域内因降雨强度大、历时短，暴雨产生径流，山内各小沟岔径流汇集至大磁窑口后形成洪水而出山，洪水历时一般为4—6小时。大磁窑流域每年发生较小山洪1—2次，一般洪峰流量8立方米/秒；1963年7月，历史最大暴雨洪水洪峰流量达85立方米/秒。
酥油口河。在民乐与张掖两县分界处，发源于海拔高4880米的祁连山雪大坂，主要支流有大西岔、南岔、东岔、小西岔、法马沟、皮家沟、窄路沟、香沟等。源头冰川面积为2.52平方公里，地势高峻，林木茂密，草场广布。山口酥油口水库断面以上河道长33公里，流域面积为147平方公里，年径流量0.448亿立方米。出山后经苗家堡东流渗入石岗墩滩，河尾入九龙江。
地下水 域内由于气候、地形、地质构造的不同，地下水的形成与分布于具有明显的地理带性差异。
北山地区。北部合黎山、龙首山区，受干燥气候的制约，除短暂的洪流外，无长年地表径流。由降水和洪水渗入形成的地下水，主要有贮存于岩石风化缝隙和中新生界松散碎屑岩类中的裂隙水、孔隙水及孔隙裂隙承压水。由于补给量有限，水量贫乏，单井出水量多不足50立方米/日。特别是合黎山区，地下水资源极为贫乏，且水质很差，矿化度多大于5克/升，人畜用水十分缺乏。在靠近较高山体（海拔2000米以上）的中新界盆地，水量较山区相对丰富些，单井出水量可达100立方米/日以上，但水质较差，矿化度达3克/升。
走廊平原区。从地表到200—300米深度范围内的浅层含水层，是走廊各盆地地下水主要赋存层位。它是一套第四系冲积、洪积、湖积相交织的沙、沙砾石及透水性弱的黏土层。由于所处的地貌部位不同，每个盆地内由南而北其含水层岩性、厚度、地下水类型、富水性、水质等有明显差异。
盆地南部祁连山前洪积—冲积扇带，地下水为扇形砾石平原潜水，含水层由大厚度砾卵石组成。渗透性强，渗透系数100—400米/日；富水性亦强，单井出水量大于3000立方米/日，单位涌水量10—50升/秒·米；潜水位由南而北由深变浅，南部山前地带埋深大于200米，向北逐渐变为100—200米、50—100米、小于50米，至北部与细上平原衔接处，地下水大量溢出。可将潜水区分为深藏带、浅藏带和泉水溢出带。潜水水质好，矿化度小于1克/升，为良好的饮用和灌溉水源。
盆地下中部细土平原，地下水具有潜水—承压水性质，主要含水层厚度多为50—100米。单井出水量以张掖盆地最大，钻孔单位涌水量5—20升/秒·米，渗透系数50—200米/日，矿化度一般小于1克/升，为HCO3-SO4-Ca—毫克型水或SO4-HCO-Ga—毫克型水。
祁连山区。祁连山海拔3500—4000米以上地段分布于有冻结层下水和不稳定的冻结层上水。据钻孔揭露，冻结层厚度随地势增高由薄变厚，海拔3800米黑河谷地冻结层厚76米，而4100米处冻结层厚达141米。仅从今有的河谷地段资料分析，冻结层上水水量较小；冻结层下水水量略大，单位涌水量可达1.5升/秒·米。水质均较好，属重碳酸钙型水。
在多年冻结层分布于高程以下的山地中，基岩裂隙水和脉状水赋存于各不同时代岩层中。据钻探试验，含水层分布在100米以内，100米以下富水性随深度增加而减弱。单泉流水量0.1—1.0升/秒，水质较好。海拔3000米以上与走廊平原毗邻的中低山（亦称“前山带”）气候干燥，降雨稀少，山岭不同程度荒漠化，地下水矿化度1—5克/升，径流模数小于0.5升/秒·平方公里。
分布于祁连山的山间盆地（或河流谷地）各自构成独立的水文地质单元，区内较大的山间盆地有托勒河谷地和皇城盆地。托勒河谷地地下水类型为河谷潜水，含水层沙砾卵石和含泥沙砾石，埋深1.8—120米，含水层厚度35—94米，单井涌水量400—2500立方米/日，矿化度＜0.4克/升。皇城盆地潜水含水层沙砾卵石，埋深1—35米，含水层厚度10—45米，单井涌水量2000—3000立方米/日，矿化度0.4—0.5克/升。水化学类型为HC03S04-Ca毫克。
湿地 湿地分类、面积。经2010年湿地资源调查和省林业厅审核公布，甘州区有湿地13736.69公顷，占全区土地总面积的3.24％，分河流湿地、沼泽湿地、人工湿地3个湿地类，永久性河流等7个湿地型。其中，河流湿地2431.48公顷，占全区湿地总面积的17.7％；沼泽湿地11130.46公顷，占全区湿地总面积的81.1％；人工湿地174.75公顷，占全区湿地总面积的1.3％。河流湿地：全区有河流湿地2431.48公顷。其中，永久性河流1138.95公顷，占全区湿地总面积的8.29％；季节性或间歇性河流363.92公顷，占全区湿地总面积的2.65％；洪泛平原湿地928.61公顷，占全区湿地总面积的6.76％。沼泽湿地：全区有沼泽湿地11130.46公顷。其中，草本沼泽10357.97公顷，占全区湿地总面积的75.4％；灌丛沼泽675.75公顷，占全区湿地总面积的4.92％；季节性咸水沼泽96.74公顷，占全区湿地总面积的0.7％。
永久性的河流湿地。主要分布在黑河、酥油口河、大野口河、大磁窑河等4条长流水河，均为黑河水系。
泛洪平原湿地。主要分布在黑河沿岸，河水泛滥淹没的河流两岸地势平坦的河滩、泛滥的河谷、季节性泛滥林地和草地。
沼泽湿地。包括草本沼泽湿地和内陆盐沼湿地两类。主要分布在区境内黑河、山丹河、新河、马虎子河、大沙河、柳河、麼河、碱河、苦河两岸的5个泉水溢出带，分别是：黑河马虎子河乌江泉水溢出带，城区泉水溢出带，山丹河河谷泉水溢出带，大沙河、黄水沟泉水溢出带，黑河干流（黑河桥以下）泉水溢出带。
水稻田湿地。主要分布在黑河桥以下及山丹河、城郊东北乡镇泉水溢出带。
灌溉渠系湿地。主要分布在大满、盈科、西浚、上三、安阳、花寨灌区干、支渠系。
农用泛滥湿地。主要分布在黑河以下河流平缓地带，季节性泛滥农用地。
蓄水区湿地。主要分布在滨河新区、碱滩镇、湿地公园等周边区域。