黄河发源于青海巴颜喀拉山北麓的约占宗列渠，海拔五千四百多公尺，四周高山终年积雪。黄河源流段有星宿海，是一片无数小湖的沼泽。出星宿海后进入鄂陵湖和札陵湖到玛多，绕过积石山和西倾山，穿过龙羊峡到达青海贵德，长一千九百多公里。上游段自贵德至绥远省河口镇，长一千五百多公里。黄河在甘肃境内，穿过不少大峡谷，汇集许多支流。中游段从河口镇到河南盂津，长一千一百多公里。河水折向南流，纵贯黄土高原，夹带着大量泥沙，汹涌而下，到了壶口，地势陡落，形成壶口瀑布，接着穿过龙门峡流到潼关，河道变宽，因汇人汾沁、洛河和消水等支流，水量大增。河水到潼关为华山所阻，折向东流，过三门峡到盂洛，便进入平原地区。下游段自孟津到山东利津县注入渤海，长八百七十多公里，由于泥沙淤积，水流缓慢，两岸筑有大堤，成为高出地面的"地上河"。
黄河河道以源流段和上游段最曲折，中游段次之，而下游段则笔直。从兰州到潼关，河水绕流一个长方形的三边，那就是著名的河套，约长二千公里。古时下游河道游移不定，河水有时在山东丘陵以北注入渤海，有时在山东丘陵以南夺淮流入黄海，两者相距达五百公里。
在历史上，黄河流城经常泛滥成灾。据记载，二千多年来，黄河下游溃堤达一千五百多次，较大规模的改道有二十六次，水灾范围北至天津，南达江苏、安徽，广达二十五万平方公里。河水夹带到下游的泥沙总量，平均每年超过十六亿公吨。由于下游段地势低平，河道坡降平缓，流速减低，大量泥沙于是沉积在河床上，平均每年逾四亿公吨，其余泥沙则流到河口，冲积成向海伸展的河口三角洲，平均每年造陆达二十多平方公里。黄河流域有肥原沃土，物产丰富，山川壮丽，居民几占中国总人口四分之一，耕地则约占全国四成。黄河流域界于北纬32°至42°，东经96°至119°之间，南北相差10个纬度，东西跨越23个经度，集水面积75.2万多平方公里，黄河全长5464公里，河源至河口落差4830米。流域内石山区占29%，黄土和丘陵区占46%，风沙区占11%，平原区占14%。各地自然景观差异很大，尤其有世界上最大的黄土高原，土壤侵蚀十分严重。
黄河流域属大陆性气候。兰州以上大部分为半湿润区，兰州以下，西北部为干旱区，南部和东南部为湿润区，其余为半干旱半湿润区。冬季受蒙古高压控制，盛行偏北风，气温低，降水少；春季蒙古高压衰退，西太平洋副热带高压开始北上西伸，气温回升，降水增多；夏季大部分地区受西太平洋副热带高压的影响，盛行偏南风，水汽丰沛，是一年中降水最多的时段；秋季西太平洋副热带高压逐渐衰退，蒙古高压向南扩展，降水开始减少，但常发生连阴雨天气。气温的地区分布特点是由南向北、由东向西逐渐降低。多年平均气温最高的地区大于14℃，最低的地区小于-4℃。年极端最高气温为洛阳盆地44.2℃，年极端最低气温为河源地区-53.0℃。降水自东南向西北逐渐减少，多年平均年降水量最多的地区为秦岭，局部达900毫米以上。年降水最多的站为泰山顶达1108.3毫米；年降水量少的地区为内蒙古杭锦后旗、临河一带，在150毫米以下，年降水最少的站为内蒙古杭锦后旗的陕坝，只有138.4毫米。上游降雨强度较小，历时较长，暴雨极少，日降水量很少超过50毫米；中下游降雨强度较大，历时较短，暴雨较多。陕西、内蒙古交界处的乌审旗，1977年8月1日发生过一次特大暴雨，暴雨中心木多才当，10小时降雨1400毫米(调查值)，超过世界最高记录；三门峡至花园口间，1982年7月底至8月初的一次大暴雨，暴雨中心宜阳县石 镇24小时降雨734.3毫米，也是黄河流域罕见的大暴雨。
由于气候和地形、地貌等自然地理景观的影响，黄河的水文情况非常复杂，主要有以下三个方面的特点：
第一，径流的时空变化大。丰水年与枯水年的比值，干流为2.5~3.5倍，支流为2.5~40.8倍。各地区的年径流变差系数为0.11~0.53。多水区和少水区径流深相差140多倍。年径流系数最大为0.7，最小只有0.01。
第二，汛期长、洪水次数多。一年中有伏、秋、凌、桃四个汛期，总历时长达10个月。伏、秋汛合称为大汛，由降雨形成。其洪水来源有兰州以上、晋陕区间、龙门至三门峡区间、三门峡至花园口区间和大汶河流域。上游洪水涨落比较缓慢，历时较长，兰州水文站一次洪水历时平均40天，最长可达66天，最短22天；中游洪水涨落较快，尤其晋陕区间的洪水陡涨陡落，历时较短，干流龙门站洪水历时平均46小时，最长80小时，最短20小时，连续洪水一般为3~6天，涨水平均8小时，最长30小时，最短2小时；支流洪水更是来猛去速；下游干流洪水主要来自中游，其特点与来源有关，但又受高含沙量变动河床和滩区建筑物的影响，往往使洪水演进规律发生异常变化。凌汛主要发生在宁夏、内蒙古和黄河下游两个河段，均由冰塞、冰坝壅水形成。黄河下游的冰情变化极不稳定，约有十分之一的年份不封河，有的年份则三封三开。60年代以来由于三门峡、刘家峡水库防凌运用，冰情有较大变化，凌灾有所减轻，但盐锅峡水库至刘家峡河段于1961~1962年度，青铜峡水库上游于1967~1968年度，天桥水库上游河曲河段于1981~1982年度都曾发生过严重冰塞，造成不同程度的损失。桃汛是宁夏、内蒙古河段开河时融冰水和河槽蓄水下泄形成的冰凌洪水，流至下游正值桃花开放季节，洪峰不高，涨落较缓。1972年后为了下游灌溉，三门峡水库调蓄桃汛水量，下游不再有桃汛洪峰。
第三，含沙量高并且水沙异源。黄河上游兰州以上和中游三门峡以下水多沙少；黄河中游三门峡以上水少沙多，由于黄河流经黄土高原，水土流失，携带大量泥沙进入黄河，支流窟野河温家川水文站最大含沙量达1700公斤每立方米。干流陕县水文站多年平均输沙量达16亿吨，形成了居世界首位的多沙河流，由于河流含沙量高带来了特殊的产流、汇流、产沙和输沙规律，并造成河槽冲淤游荡，河床剧烈变化，水位变化无常。
黄河水文工作是治黄的基础，是各项治黄工作的重要依据。黄河水文观测已有四千多年的历史，早在大禹治水时期(公元前21世纪前)，就以树木标志水位；殷代(公元前13~前11世纪)又开始有描述雨情和占卜预测洪水的记载；战国时的慎到(公元前395~前315年)曾在黄河龙门流浮竹观察水流速度；秦代(公元前221~前206年)建立了报雨制度；西汉后期(公元前77~前37年)创造了雨量筒，开始降雨的定量观测；西汉元始四年(公元4年)对黄河泥沙进行过观测论述；隋朝(公元581~618年)设立“水则”观测水位；明万历元年(1573年)开展了“塘马报汛”；到了清朝(1644~1911年)自兰州以下多处设立水志桩测报水情，并在泺口观测过含沙量。黄河下游传递水情的手段也由快马改进为电话。
清朝末年到民国时期的黄河水文工作已发展到采用近代科学技术方法。1912年设立了泰安雨量站。1915年设立了支流大汶河南城子水文站。1919年至1933年又先后增设了黄河干流陕县、泺口、柳园口及支流泾河张家山等水文站和支流渭河咸阳、交口镇、阳平关、泾河船头等水位站。1933年陕县发生了一次大洪水，洪峰流量22000立方米每秒，造成了黄河下游的严重水灾，引起了国民政府对测报洪水的重视，促进了黄河水文工作的发展。1937年黄河水文观测站点有增加，曾达到水文站(包括渠道站，下同)43处，水位站29处，雨量站185处。后因战争影响，一大批测站停测，1939年只有水文站26处，水位站4处，雨量站80处。抗日战争胜利后，1947年又恢复到水文站60处，水位站33处，雨量站73处。建国前夕1949年尚有水文站44处，水位站48处，雨量站45处。民国时期还进行过部分水文资料整编，开展过水文分析研究，随着通信技术的改进，报汛手段除电话外又设立了专用电台，但总的情况发展仍然比较缓慢，站网稀疏，设备简陋，技术粗放，资料不系统。
建国后，党和政府对黄河治理十分重视，在治黄工作的推动下，黄河水文工作得到了很快的发展。大体可分三个阶段：
50年代。建国初期，黄委会统一了全河治理，确定了治理黄河的目的是“变害河为利河，上、中、下三游统筹，干支流兼顾”的方针。黄河水文工作根据治黄要求，以为防洪服务为主进行恢复发展。1955年第一届全国人民代表大会第二次会议通过了《关于根治黄河水害和开发黄河水利的综合规划的决议》，治黄工作进入了由防洪过渡到治本的阶段。黄河水文工作除继续为防洪作好水文测报外，并为黄河治理规划、工程建设、河道治理、引黄灌溉、水土保持等全面服务。50年代末期，在国民经济“大跃进”的形势下，黄河水文工作也加快了建设步伐，在1958年和1959年大搞技术革新和技术革命之后，1960年又提出“开展全面服务，保证治黄重点，大力支援农业，洪水枯水泥沙并重，大中小河兼顾，基本站、实验站并举，定位观测与调查研究结合”的方针，全面高速度地发展，但是也出现了建设过快、战线过长、工作不切实际的现象。总的来说，50年代是一个大发展阶段，水文站网已初步形成，水文测验已全面展开，测验规范己大力贯彻，实验观测分析研究已取得了不少成果，历年资料整编已全部刊印出版，逐年资料整编体系也已建成，水文情报预报，已在防洪防凌中发挥了重大作用，为黄河水文工作的进一步发展奠定了良好的基础。
60~70年代虽曾受国民经济暂时困难及“文化大革命”的影响，但后期又得到了恢复发展，稳步提高。在这一阶段里，由于黄河干支流相继建成了15个大型水库，支流上也修建了大量中小型水库，引黄灌溉和水土保持面积不断扩大，使黄河水文自然变化规律受到了很大影响。在这种形势下，治黄对水文工作提出了完善站网，提高测验质量，算清水账、沙账，加强水文情报、预报，深入探讨水文变化规律的要求。据此进行了调整发展站网，整顿加强设施，以土洋结合和开展协作的方法研究创造了适应黄河特点的测验工具仪器，改进了技术，提高了水文测报质量，开展了气象预报和水质监测，增加了服务项目，全面展开了实验研究和水文分析计算并开始引进先进设备和技术，各项水文工作都获得了新的进展。
进入80年代，遵照国家“调整改革，整顿提高”的方针和治黄工作确保防洪安全，合理利用和保护水资源的精神，以改革为动力，以洪水测报为中心，研制、引进了各种先进设备和技术，开始建立自动测报系统，逐步向现代化迈进。
一、站网建设
水文站网是水文工作的战略部署，建国后即以全面控制洪水、径流、泥沙为原则，恢复旧站，建设新站。1950年全河水文站即已恢复到民国时期的最高水平，1955年全河水文站、水位站、雨量站已为1949年的4.7倍、2.7倍、13.8倍。1956年编制了黄河流域水文站网规划，为科学合理地建设站网提供了依据。1960年站网密度已超过了全国平均水平，尤其泥沙站网大大超过了一般河流。1960年以后，为了适应黄河流域自然情况和治黄工作的新变化，又修订了四次站网规划，其中60~70年代三次，80年代一次。60年代受国民经济暂时困难和“文化大革命”的影响，曾不适当地撤销了一大批测站。到了70年代逐渐恢复和发展并设立了一批小河站。1990年全河水文站网已有水文站451处(其中渠道站129处)，水位站60处，雨量站2357处。其中属黄委会系统的分别为139、35、763处。全河水文站每万平方公里4.28站，为1949年每万平方公里0.52站的8.23倍。全河雨量站每万平方公里31.32站。水文站体制也由全部水文站常年驻站观测，改为大部分支流站实行站队结合。随着水文站网的逐步完善，黄河流域的径流、泥沙、洪水等各项水文因素的形成变化，已得到全面控制。
二、水文测验
(一)基本测验
测验工作是水文工作的基础。建国后，各项基本观测迅速全面展开。在测验设施方面，除了进行高程和平面控制建设外，主要创建了适合各站特性的各种测验设施，用测船测验的水文站一般架设吊船缆道，山溪性河流架设缆车(吊箱)缆道，断面较窄河床比较稳定，漂浮物较少的水文站架设流速仪缆道。在洪水时用浮标测流的水文站都架设了浮标投放器。1987年全河已架设吊船缆道64处(其中黄委会系统37处)，缆车和流速仪缆道252处(其中黄委会系统94处)。黄委会系统除黄河下游河面特别宽，游荡多变的夹河滩水文站外全部架设了缆道。兰州水文站还建成了半自动流速仪缆道，宁夏固原水文站架设了双刹型电动独轮缆道。电动升降缆车己作为中国水文业务技术经验之一，列入世界气象组织推行的《水文业务综合子计划》向各国推荐。少数使用机动船的站，则加大了马力，建立了机船组，提高了测洪能力。河口水文实验站建造了黄河上最大的600匹马力40.15米长的浅海测量船。
在测验工具仪器方面，首先配齐了各站必需的测验和测量工具仪器，然后根据各站特点逐步改进提高。雨量观测，由雨量筒改进为自记雨量计和遥测雨量计，1990年雨量自记程度全河已达46%，其中黄委会系统达到60%。水位观测由直立固定水尺发展到活动水尺和各种适合测站特性的自记水位计、遥测水位计，1987年水位自记程度全河已达20%，其中黄委会系统达到24%。测速仪器由一般流速仪改进为防沙防草流速仪。测沙工具由直立式悬移质采样器改进为横式采样器，进而研制了同位素测沙仪。泥沙颗粒分析仪器初期为筛分析、比重计、底漏管，于1960年改为粒径计，1980年发展为光电颗分仪。
测验规范是测验工作的法规，为了统一测验标准，提高测验质量，1951年黄委会首先制订了一个简单的测验规定。1956年后认真贯彻了水利部颁发的《水文测站暂行规范》，并制订了补充要求，改进了测验方法。在测流方面，对测流的各个环节都进行过试验研究，不断改进提高。泥沙测验方面，建国一开始就十分重视，除了各站一般泥沙测验外，还有部分站开展了精密泥沙测验。1956年按测验规范规定改为输沙率测验。为了研究泥沙的形成、输移规律，1950年就开始在黄委会系统14个水文站上取样进行颗粒分析，到了80年代全河已发展到124站，其中黄委会系统68站。黄委会系统颗粒分析室也由1950年的1处增加到1980年的12处，后又调整为7处。
冰情是黄河上又一种复杂的水文现象，观测冰情的站1960年全河已达400处，其中黄委会系统181处。为认真贯彻水文测验规范的规定，除一般冰情观测外，还开展了特殊冰情观测。
开发利用黄河水资源，不仅需要掌握水量还必须了解水质。1958年开展了天然水为主的水化学成分测验。1972年开展了水质污染监测后，天然水化学成分测验与水质监测相结合。1975年建立了黄河水源保护和水质监测系统，增加了水化学成分测验站，布设了大量的水质监测站点。分析方法除天然水化学成分贯彻《水文测验试行规范》外，水质监测污染物分析均按特定的规范执行。80年代逐步引进了各种先进的分析仪器，改进了分析技术，分析质量已达到国际标准。黄河水质状况经过调查和对监测资料分析研究，基本搞清了黄河水质的主要水化学成分和矿化度分布情况。大量的数据和分析资料说明建国后黄河水质污染日趋严重，1990年低于三类水质的河长，干流为34%，支流达59%。
水文调查是弥补水文定位观测不足的一项重要水文工作。自50年代初开始，黄委会就组织了多次黄河干支流洪水调查，获得了大量的宝贵资料。如黄河干流三门峡1843年的洪水，洪峰流量36000立方米每秒；黑岗口1761年的洪水，洪峰流量30000立方米每秒；支流伊河龙门镇公元223年的洪水，洪峰流量20000立方米每秒；沁河九女台1482年的洪水，洪峰流量14000立方米每秒等，都是大大超过实测资料的罕见特大洪水。80年代黄委会勘测规划设计院将全河172个河段的调查洪水成果汇编成册，刊印出版。沿黄甘肃、宁夏、山东等省(区)也将调查洪水资料汇编刊印。
由于测验工作不断充实，测洪能力不断加强，测流历时不断缩短，测验方法不断改进，测验精度不断提高，水沙不平衡现象逐渐减少，散乱的水位流量关系逐渐变为较规律的曲线，为治黄提供了完善、可靠的水沙、水质等资料。
(二)实验观测
为了掌握黄河的水沙特性，除了大量的基本水文测站外，还开展各项实验观测，探求水沙的形成变化规律。
1953年首先在河口建立了前左水文实验站，进行黄河三角洲淤积延伸和尾闾摆动规律的观测研究。1956年开始在上诠、三门峡和三盛公相继建立了大型水面蒸发站，研究了水库水面蒸发和一般蒸发器与天然水面蒸发的关系，并为计算大范围陆面蒸发提供了资料。1957年在花园口游荡性河段建立了河床演变测验队，进行了河床冲淤摆动变化规律的观测研究。在高村以下的自然弯曲河段和由人工控制、半人工控制的弯曲河段建立了弯曲河道观测队，进行了弯曲河道变化规律的观测。1958年在陕北黄土高原地区岔巴沟设立了子洲径流实验站，观测研究了黄土地区径流形成变化规律和水土保持的影响。同年又设立了三门峡库区水文实验站，随着位山、盐锅峡、八盘峡、青铜峡、天桥、巴家嘴等大中型水利枢纽工程的修建，都相继成立了实验站(队)，开展了以库区泥沙运行规律为主的观测研究。累计建立实验站(队)14个，测取了各种水文实验资料，撰写了大量的分析报告和专著，这些成果已在治黄规划、河道整治、水库建设管理运用、河口治理等治黄工作中发挥了重要作用。
(三)资料整编
建国初期，根据治黄规划的急需，1952~1956年对1953年前的全部黄河基本水文测验资料进行系统的整编，于1956年刊印出版。在此基础上，确定自1954年的资料开始转向逐年整编，并建立了在站整编、集中审查、复审汇编、刊印出版四个步骤和保证质量提高工效的制度。每年的测验资料一般隔年刊印出版。整编方法除贯彻全国统一规定外，又结合黄河特点进行了补充1976年开始试行电子计算机整编，1984年从国外引进了电子计算机，此后正式展开并开始筹备和建设水文资料数据库，以推动资料整编工作的改革。
水文实验资料整编，自1960年整编三门峡库区实验资料开始，相继展开对各实验资料的整编，同时还进行了小河站资料整编，并在整编资料基础上作了五次黄河流域水文特征值统计。在70年代初还进行了黄河流域特征值的量算，将原用的黄河流域面积745000平方公里修改为752443平方公里，原用的河长4845公里修改为5464公里。
截至1990年共整编刊印了各种水文资料368册，除提供水利部和黄委会有关单位使用外，还供应了其他165个单位部门应用。
一、沿岸污染已到达黄河不能承受之重
二、工农业及生活用水大量引用黄河水造成黄河水资源严重不足，几近干枯
三、河床太高了，现在又出现二级悬河，洪水威胁加大
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