一、黑河
黑河是我国第二大内陆河，为甘肃省河西走廊三大内陆河水系中最大的一支，汉时称“羌谷水”，后称“黑水”“弱水”。《尚书·禹贡》记载：“导弱水至于合黎，余波入于流沙。”弱水即指黑河，流沙指弱水的尾闾湖居延海。黑河干流全长928千米，流域面积14.3万平方千米。黑河干流以莺落峡、正义峡为界，分为上、中、下游，跨越3种不同的自然地理环境。出山口莺落峡以上为上游，流域面积10009平方千米，河道长313千米。河源区位于青海省祁连山腹地，黄藏寺以上分为东、西两岔。东岔为八宝河，又称俄博河，发源于祁连山中段俄博滩东的景阳岭，经俄博（红土城）、草大坂（加隆）、拉东峡进入峡谷，自东向西北穿越祁连县城，至黄藏寺附近的狼舌头汇入黑河干流，流域面积2511平方千米，全长104千米。沿途纳俄博河、黑沟河、小八宝河、小东草河、青羊沟、东岔河、东草河、白杨河、冰沟、涑沟等较大支流，多年平均流量14.5立方米/秒，年径流量4.586亿立方米。西岔为黑河干流，称野牛沟河，发源于讨赖山和祁连山主峰南麓。河源高程约4145米，向东南与八宝河相向流动。沿途汇入较大的支流有野牛川、隆拉河、油葫芦沟、札马什河等，多年平均流量23.8立方米/秒，年径流量7.514亿立方米，全长223千米，行程至黄藏寺后纳入八宝河折向北流始称黑河。两岸山高谷深，水能资源丰富。气候阴湿寒冷，年平均降水量200～400毫米，是黑河流域的产流区。径流补给来源主要为降水和冰川融水，出山口多年平均流量51.5立方米/秒，年径流量16.25亿立方米（莺落峡1945—2015年）。上游河床陡峻，水流湍急，天然落差3000多米，河道平均比降10‰，水力资源丰富，下垫面植被较好，为黑河的水源涵养区。莺落峡至正义峡区间为中游，河道长204千米。出莺落峡后河床渐宽，纵坡变缓，平均比降为2‰。北行至甘州区乌江堡山丹桥，右岸为山丹河汇入口。行至临泽县城北侧野沟湾，左岸为梨园河汇入口，梨园河是黑河中游地区唯一有剩余地表水汇入的支流。黑河行至高台永丰村纳入山水河直至正义峡下泄。黑河中游所处张掖盆地是河西走廊平原中段最大的水文地质盆地，区域内渠网密布，灌溉区从汉、唐、明、清历朝引水灌溉。张掖盆地是黑河东子水系各河流汇集并参与地表水和地下水“两水转换”的地域，黑河干流与其他支流的流域界限不明显，但均受控于正义峡断面。正义峡断面以上控制面积35634平方千米，1957—2015年平均流量32.6立方米/秒，年径流量10.28亿立方米。两岸地势平坦，光热资源充足，为黑河径流的灌溉农业利用区，农牧业开发历史悠久，享有“金张掖”之美誉。但年平均降水量仅有110毫米，蒸发量达1400毫米以上。正义峡以下为下游，河道长411千米，除河流沿岸和居延三角洲外，大部分为沙漠戈壁，属极端干旱区，生态环境脆弱。黑河出正义峡流入下游阿拉善台地，北流至金塔县鼎新左侧营盘，纳入黑河水系西支流讨赖河与洪水河的下游北大河。由于上游修建水库引水灌溉，北大河地表水难以汇入黑河干流，只有微量地下潜流加入。黑河出鼎新继续北流到达内蒙古自治区额济纳旗地界后称额济纳河，穿越酒泉卫星发射中心在狼心山附近分为东、西两河，东河称达西敖包河，也叫纳林河，西河称穆林河，两河向下分别注入东、西居延海（索果淖尔和嘎顺淖尔）。
黑河径流可明显地划分为径流形成区、利用区和消失区。祁连山出山口以上流域面积占总面积的7％，是黑河径流的主要来源区。中下游流域面积占总流域面积的93％，几乎不产生地表径流。中游地区和下游的上部，是径流的主要利用区。最下游的尾闾附近是径流的消失区。径流年际变化相对不大，而年内分配不均，地表水、地下水转换频繁。在一定条件下，地下水以泉水形式溢出地面，变为地表水，成为平原河流的主要补给来源。在中游地区这种河水—地下水—河水的转化过程重复多次。由水文部门监测到的黑河干流历史上最大洪水发生于1996年8月22日，自出山口莺落峡进入中游张掖地区的最大洪峰流量为1280立方米/秒，次大洪水发生于1952年7月29日，出山口最大洪峰流量为1150立方米/秒。
黑河干流上游落差较大，具有较好的水能资源，有多座梯级电站，有草滩庄引水枢纽工程。
二、马营河（山丹河）
马营河上游为白石崖河，中游名马营河，下游称山丹河。白石崖河发源于祁连山冷龙岭北麓，从源头向北至白舌口出山。主河道长22千米，流域面积156.4平方千米，年径流量0.43亿立方米。出山后流经大马营滩，至石泉村一带以泉水形式出露汇成马营河，至高庙南1.5千米纳入霍城河（年径流量0.18亿立方米），沿途补入大黄山泉水，至李桥水库断面以上流域面积为1143平方千米，多年平均年径流量为0.5391亿立方米（李桥水库断面1957—2015年）。自水库往北流31千米，至焦化厂东南与寺沟河（年径流量0.13亿立方米）汇合，至山丹县城以西，称山丹河。向西流纳入南草湖、西草湖之泉水至东乐纳童子坝河，至太平堡纳入九龙江（原汇集洪水河、海潮坝河、小都麻河、大都麻河、马蹄河、酥油口河、大野口河诸河），至乌江堡东北处汇入黑河，全长175千米。
三、童子坝河
汉时为“祁连河”，魏晋时称“羌水河”。发源于祁连山俄博岭北麓，源头东起冷龙岭，西至卡登山，主要支流有东沟、羊胸子、小石壁、大石壁、大羊尕、小羊尕、木虎沟、二道沟等。从源头大湖窝至扁都口出山，河道长27.5千米，流域面积331平方千米。出山后流经翟寨子、杨庄、太和村，至东乐汇入山丹河。全长95千米，年径流量为0.738亿立方米。
四、洪水河
位于民乐县境中南部，由南向北穿行。汉名“氐水”，魏晋称“元川”，唐为“金山河”，亦名“大河”。元时于大河口老金山下筑关，称“西水关”，故又称“西水河”。明时甘州巡抚唐泽因其山谷土石皆赤，色如渥丹，而易名为“洪水大河”，俗称“洪水河”。发源于祁连山龙孔岭北坡，源头东起卡登山，西至青羊沟大坂。两岸支流有刺疙瘩、石灰窑、杂尕峡、东道流、西道流、大长湖、正南沟等。由西南向东北流至双树寺出山，转向西北，纳玉带河、山城子河，经民乐县城西直至石岗墩滩干柴墩，与大、小都麻、海潮坝等河汇流为九龙江，在太平堡汇入山丹河，全长80余千米。出山口以上流域面积680平方千米，多年平均径流量为1.2亿立方米（双树寺水库断面1958—2015年）。上源有冰川面积3.12平方千米。河源山峭、沟深坡陡，植被稀疏，遇大雨则泥沙俱下，产生赤色洪流。出山后10余千米，河道深切，形成峡谷。
五、海潮坝河
位于民乐城西15千米处。古称“虎喇河”，清乾隆年间改为“海潮坝河”。发源于祁连山野牛山与老君山之间，源头东从犁铧山西至肖不德克岭，由东岔河、西岔河、西红沟、正南沟、道阳沟、好柴沟等支流汇集而成。源头最高峰海拔5027米，有冰川面积3.77平方千米。河道所经，山高坡陡，峡谷深邃。山腰松柏苍翠，河底乱石林立，水流曲折蜿蜒。从源头至出山口长22千米，流域面积146平方千米。出山后流经涌泉、铨将、五坝村汇入洪水河，全长60余千米，年径流量0.483亿立方米。因源头有冰川雪水，水量稳定。出山口有海潮坝水库。
六、小都麻河
位于海潮坝河与大都麻河之间，曾称“小慕化河”。发源于野牛山北坡肖不德克岭下，由白沟河、排路沟、野胡沟等支流汇集而成。出山口以上长15千米，流域面积101平方千米。出山后渗入地下，洪水下泄经太平寨、周家岗至五坝汇入洪水河。多年平均径流量1740万立方米。
七、大都麻河
汉朝称为“卢水”，五凉时改为“大虞河”，后改称“大慕化河”，今称大都麻河。发源于祁连山野牛山北坡，有南岔河、西岔河、北岔河、冰沟河等支流。从源头由南向东北汇于三岔口出峡谷，傍肃南县大都麻北流至民乐瓦房城以北出山，上游河道长21千米，流域面积229平方千米。出山后向东北至石岗墩滩汇入九龙江，全长60余千米。发源地有冰川约10.4平方千米，中山区有大片松林，前山区多为草原，植被较好。出山口以下水流渗入地下，遇大洪水可达石岗墩滩。多年平均径流量为0.8934亿立方米（瓦房城水库断面1959—2015年）。
八、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2.52平方千米，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33千米，流域面积147平方千米，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。
九、大野口河发源于祁连山青大坂。自源头由南向东北穿谷而行，至出山口23.5千米，流域面积99.1平方千米，年径流量0.145亿立方米。红石峡建有大野口水库。
十、大磁窑河
发源于肃南县拉哥梁，出泉源沟，东岔经石窝，西支经康乐于干沟门（康隆寺）汇合，称“大磁窑河”。自源头至大磁窑口出山，主河道长40千米，流域面积220平方千米，年平均径流量约0.136亿立方米。出山后渗入沙砾河床。由于河道纵坡陡，季节性变化大，河床渗漏严重，利用率甚低。
十一、梨园河
梨园河上游为“隆畅河”，中游“梨园河”，古称“响山河”，下游为“大沙河”。发源于走廊南山以北之柴诺山，上源由九个泉等河汇流，由西向东流，纳白泉河折向东北，至肃南红湾寺，汇东、西流沟河，其间称为“隆畅河”。再纳入青沟、海牙沟、白杨沟之水经骆驼脖子、梨园堡出山，此段称为“梨园河”，梨园堡以上流域面积2240平方千米。出山后转向北流，俗为大沙河，以临泽县城东侧直下，至野沟湾汇入黑河。全长143千米，至肃南县喇嘛湾段多年平均径流量为1.904亿立方米（1984—2015年），鹦哥嘴水库断面以上多年平均径流量2.276亿立方米（鹦鸽咀水库断面1954—2015年）。梨园河上源冰川面积16.18平方千米。上游多为高山深谷，植被较好。而红湾寺以北为童山秃岭，侵蚀严重，遇大的降雨携带大量泥沙下泄。
十二、摆浪河
发源于祁连山北麓天涝池一带。发源地冰川面积15.13平方千米，冰川以下草场广布。主要支流有花石头河、鹿角沟、西岔河、西马莲沟、东马莲沟、漫淌河等，干流由南向北，河道穿行于峡谷之中，至五湾水库长约33千米，流域面积221平方千米，年径流量0.409亿立方米。出五湾水库至新坝，经元山子、骆驼城，汇集水关河、石灰关河，北流注入黑河，全程120千米。洪水没于元山子一带戈壁滩，早已无下泄之地表水。摆浪河水源比较稳定，但河道处于玉门砾岩山体，至三湾以北渗流严重。河床沙砾覆盖甚厚，加之地形复杂，渠道易冲易淤，难于引水。
十三、水关河
位于高台县南新坝镇境内，发源于祁连山火石达坂，由牦牛沟、东阴沟、西阴沟、小牛沟、大牛沟、沙沟等小支流汇集而成。主流长16千米，出山口以上流域面积67.3平方千米，源头冰川面积2.1平方千米，年径流量0.126亿立方米。出山后浸入前山河床，河尾汇入山水河。明代两岸开有古城渠、毛家坝渠、高红山渠，清代又增开二坝、大样、黄蒿等渠，灌地甚少。20世纪50年代合并为东、西干渠，60年代在出山口兴建水关河水库，由于河道基础渗漏严重，不能正常蓄水，效益不佳，进行了防渗处理。今有效灌溉面积1130公顷，每年保灌面积约666.67公顷。
十四、石灰关河
位于水关河西侧，发源于祁连山的猞猁岔子山，有错口沟、红塘西河、大小火烧沟、冰沟、马梁沟、大小贼柳沟等小支流。主流长9.5千米，山口以上流域面积68.1平方千米，上源冰川面积2.5平方千米，年径流量0.126亿立方米。出山口渐次消失于河道之中，河尾入山水河。20世纪60年代兴建红塘调引水工程，解冻期引水量每秒约0.14～0.3立方米，补入石灰关河库。70年代兴修石灰关水库。