黑河发源于南部祁连山区，分东西两支：东支为干流，上游分东西两岔，东岔俄博河又称八宝河，源于俄博滩东的锦阳岭，自东向西流长80余公里，西岔野牛沟，源于铁里干山，由西向东流长190余公里，东西两岔汇于黄藏寺折向北流称为甘州河，流程90公里至莺落峡进入走廊平原，始称黑河，上述流域为黑河(干流)的上游。西支源于陶勒寺，上游称讨赖河，也有东西两岔，于朱龙庙附近汇合，称北大河（或临水河）。黑河从莺落峡进入河西走廊,于张掖市城西北10公里附近，纳山丹河、洪水河，流向西北，经临泽、高台汇梨园河、摆浪河穿越正义峡（北山），进入阿拉善平原。莺落峡至正义峡流程185公里，河床平均比降2‰，为黑河（干流）的中游。黑河流经正义峡谷后，在甘肃金塔县境内的鼎新与北大河汇合，北流150公里至内蒙古自治区额济纳旗境内的狼心山西麓，又分为东西两河，东河（达西敖包河）向北分八个支流（纳林河、保都格河、昂茨河等）呈扇形注入东居延海（索果淖尔）；西河（穆林河）向北分五条支流（龚子河、科立杜河、马蹄格格河等）注入西居延海（嘎顺淖尔）。
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