黑河是中国西北地区第二大内陆河,发源于祁连山北麓中断,流域南以祁连山为界,北与蒙古人民共和国接壤,西与疏勒河流域相接,北至内蒙古自治区额济纳旗境内的居延海,与蒙古人民共和国相接壤,黑河干流全长821千米,出山口莺落峡以上为上游,河道长303千米,面积1万平方公里,河道两岸山高谷深,河床陡峻,气候阴湿寒冷,植被较好,多年平均气温不足2摄氏度,年降水量350厘米,是黑河流域的产流区。
莺落峡至正义峡为中游,河道长185千米,面积2.56万平方公里。黑河流域位于红原弧形构造的内侧,受弧形构造的控制。在早更新世时期,这里由于地质构造运动而断陷成湖,汇集周围山地水流,自成独立水系,称为唐克湖,后逐渐成为沼泽。黑河就是在这一沼泽区发展而成的,所以这两条河除上游丘陵区有较明显的河谷外,大部分河段河流都在盆底沼泽间串流蛇曲,水系发育为湖串形。