8.5.6.1 流域水资源存在形式
黑河流域水资源有4种存在形式，即大气降水、冰川融水、地表水和地下水。他们主要来源于祁连山区的大气降水，祁连山区是水资源的重要形成区。在高山区，降水凝结成雪与冰形成山区冰雪水资源;在中低山区和丘陵区，降水部分形成地表径流直接补给河流，部分入渗后成为山区地下水资源，最终通过深切的水文网排泄到沟谷成为地表水资源。地表径流出山后向流域中下游输送，沿途经历地表水与地下水的多次转化最后消失于终端湖泊居延海。这种水存在形式的变化受流域内的气候和人类活动的影响。
8.5.6.2 黑河上游水环境
黑河流域上游地区降水较为充沛，相对湿度大，植被覆盖率高，对水资源涵养、地表水和地下水十分有利，是流域内唯一的地表水产流区，产流面积约32442km2。自东到西发育大小河流35条，这些河流汇集了山区的地表径流和地下径流，径流出山口的径流总量为37.95×108m3/a，为中下游地区提供了必需的水资源。
黑河流域地下水由于受大气降水和冰雪融水的补给，地下水补给较为充沛，以裂隙和裂隙－孔隙含水系统为主，变质岩系普遍为裂隙水，而上古生界及中古生界的灰岩、砂砾岩及砂岩则为层状裂隙－孔隙水。地下水的径流模数随地形增高、降水量增大而变大，在低山区，地下水的径流模数为0.1～2L/s·km2，在中高山区，地下水的径流模数则增大到10～20L/s·km2。祁连山区的单井涌水量(水位降深30m)一般为50～100m3/d，在富水地段仅限于岩溶化的碳酸盐岩及与山体走向基本一致的断裂带，单井涌水量(水位降深30m)可达100～500m3/d。大部分地下水矿化度小于1g/L，水化学类型为HCO3－Ca·Mg，水质良好。山区的地下水接受大气降水的补给，向河谷径流和排泄，构成地表径流的基流。
8.5.6.3 黑河中游水环境
发源于祁连山区的黑河及其诸多支流出山后，进入盆地，由于盆地内地势比较平坦，包气带渗透性好，有大量河水渗入地下。在雨季，中游盆地内基本无地表径流产生，盆地内的地表径流全靠河流出山口的流量维持，其37.95×108m3/a的径流量大体上占中、下游盆地水资源总量的80%以上。
中游地区地下水含水系统结构比较简单，仅第四系厚度达500～800m，构成盆地内良好的地下含水系统。盆地南、北边缘地带为洪积扇群及洪积台地组成的山前倾斜平原，含水层为厚度很大的粗大卵砾石层，渗透性好，渗透系数为100～250m/d，地下水类型为潜水，地下水埋深较大，在边缘地带达180m。从盆地边缘到盆地中部的细土平原，含水层岩性逐渐变细，由卵砾石渐变为砂砾石，出现细砂和亚砂土及亚黏土层，构成细土平原，该区一般为承压水分布区，具双层结构，上部为潜水，下部为承压水;地下水埋深逐渐变浅，细土平原带水位埋深一般为0.5～4m;地下水化学类型由HCO3型水逐渐变为HCO3·SO4型水或SO4·Cl型水，矿化度一般小于1g/L，细土平原上部的潜水，由于大陆盐渍化作用强烈，多为SO4·Cl型水，矿化度较高，多在5g/L以上。总的来说，中游山前断陷盆地含水系统渗透性好，含水层厚度大，有很大的储存空间，并接受大量地表水渗漏补给，整个含水系统富水性好。
盆地北部近东西向合黎山－酒泉北山基岩隆起带，将中游盆地含水系统与下游盆地含水系统分割，使两个含水系统之间基本无水力联系。张掖和酒泉两盆地含水系统之间，并无明显的岩性差异分界。仅是在元山子－清水河镇一带的地下水分水岭将两盆地流场分开，一部分地下水向东北径流，进入张掖盆地的高台;另一部分向西北径流进入酒泉东盆地。
盆地内地下水的补给来自过境河流地表水的渗透、大气降水、凝结水和侧向地下径流补给，其中最主要的是河流地表水的渗漏，有3种渗漏方式。第一种是河流入渗，主要发生在河流出山后，进入中游盆地，流经透水性极强的洪积扇群，大量河水渗入地下，转化为地下水，渗漏量约为9.072×108m3/a左右。第二种是渠道渗漏，河水经人工渠道引流过程中产生的渗漏，由于渠系有效利用系数只有0.49～0.6，总的渠系渗漏量较大，约10×108m3/a左右。第三种是灌溉回渗，河水经渠系引入农田后进行大水漫灌，灌溉回渗约为2.861×108m3/a左右。通过上述3种方式，地表河水转化为地下水的总量为21.933×108m3/a左右，占河流出山口总流量的57.79%。大气降水和凝结水、侧向地下径流补给量分别约0.918×108m3/a和1.723×108m3/a。地下水总补给量为24.574×108m3/a，其中大部分由地表水转换而来。
地下水大体上由南向北径流，由于最低排泄区位置不同，各盆地的径流方向有所区别，张掖盆地地下水先由南向北径流，然后折向西北，受北山阻隔，以泉群溢出带的形式出露，转化为地表水排入黑河;酒泉东盆地，地下水向北径流，流向盐池，以蒸发排泄为主;酒泉西盆地，地下水向北径流后，折向东北，因北山隆起阻隔，在佳山峡以南的北大河谷中以泉群溢出带的形式出露，转化为地表水排入北大河。
中游盆地地下水的排泄形式主要有泉群溢出带排泄、蒸发、蒸腾和地下水开采。泉群溢出带排泄总量为18.344×108m3/a，其中以张掖盆地溢出量最大，地下水在鸭暖乡－正义峡一带溢出，溢出量达(8.429～14.727)×108m3/a，其次是酒泉盆地的大北河下游溢出带，溢出量达(3.589～4.257)×108m3/a;蒸发、蒸腾量为8.318×108m3/a;工业、农业及生活用水地下水开采量为2.171×108m3/a。
8.5.6.4 黑河下游水环境
下游地区仅有北大河、黑河两条河流。北大河自佳山峡进入金塔盆地后，向东在鼎新汇入黑河，由于位于佳山峡口的鸳鸯池水库将水蓄积，用于金塔地区的灌溉，现已基本无水流入黑河。黑河穿过正义峡，流入下游地区，向北经鼎新，进入内蒙古额济纳旗，在狼心山北分为东、西两支，最终分别汇入东居延海和西居延海。东居延海和西居延海在近几十年里曾有过干涸的现象。
黑河下游地区地下水系统由盆地周边山区基岩裂隙含水系统和盆地内的第四系松散孔隙含水系统组成。周边山区基岩裂隙含水系统分为3部分，盆地的东北低山丘陵裂隙含水系统，为花岗岩岩体和玄武岩裂隙含水系统，补给条件不好，富水性很差，单井涌水量小于10m3/d;西部马鬃山区裂隙含水系统，基岩主要是古生代的变质岩，地下水主要赋存在北东向和北西向构造裂隙网络中，富水性差，单井涌水量小于100m3/d，而在震旦系结晶灰岩地层中，富水性略好，单井涌水量为100～1000m3/d;南部合黎山等走廊北山基岩山区含水系统由发育在侏罗系、白垩系砂泥岩中东西向和北东向构造裂隙组成的裂隙网络构成，其富水性很差，单井涌水量小于10m3/d。总的来说，由于降水稀少，补给不足，盆地周边山区的裂隙含水系统富水性很差，矿化度较高，一般大于3g/L。而盆地内第四系松散孔隙含水系统，如前所述，是区内最重要的含水系统。