黑河水系位于走廊中部，是本区最大的内陆水系。由东起山丹马营河，西至酒泉讨赖河，大小36条河流组成。比较大的有马营河、民乐洪水河、大渚马河、黑河（干流）、梨园河、摆浪河、丰乐河、酒泉洪水河、讨赖河等。黑河干流发源于祁连山腹地，由东西两支汇合而成：东支八宝河，发源于锦羊岭，长100公里；西支野牛沟河，发源于祁连山主峰东坡，长175公里。东西两支在祁连县的黄藏寺汇合折向北流，始称黑河，穿90公里峡谷，在莺落峡出山。称为上游。黑河上游水能资源丰富，可开发量16万千瓦，现已在支流八宝河上建成小电站两处，装机容量1337千瓦，年发电量400万千瓦时。
中游进入走廊平原，经张掖、临泽、高台三县，流程200公里，经正义峡—大墩门穿过北山，进入下游内蒙古阿拉善平原，习惯称“额济纳河”。下游地域宽广，胡杨成林，绿洲连片，自南而北，先后经过甘肃金塔县鼎新灌区、东风场区(酒泉卫星发射中心)，在狼心山附近流入内蒙古额济纳旗草原灌区，分为19条支汊，成扇形流向尾闾东、西居延海，全长800公里。
在历史上，东支流山丹河，西支流梨园河以及北大河。曾分别于高崖、临泽、营盘等三处注入黑河，后来随着水资源利用和环境演变，许多支流水量减少甚至断流。现在，除梨园河外，黑河干流已无支流汇入， 黑河水系河川径流量36.7亿立方米，其中干流15.5亿立方米。在河西内陆河区，黑河是一条非常著名的河流。
黑河水系
黑河水系
黑河水系
黑河水系
黑河水系
黑河水系
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