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。