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黑河长125.8公里，主河道比降8.8%。流域面积2258平方公里，其中峪口以上控制面积1636.9平方公里，占流域总面积的72.8%。黑河流域分水岭高差悬殊较大，分水线总长225.1公里，相对高差3282米，平均高差1768.6米，流域平均坡降81.23%，河流直线长42.7公里，弯曲系数2.265。
黑河有南北两大源流。北支发源于太白山主峰拔仙台东侧，向东又折向南流，称红水河，至老场向东流，接纳八斗河，流向两河口。其二为南支，发源于太白山主峰拔仙台南侧的第四纪冰川湖泊二爷海，向南流经三爷海、玉皇池、三清池，称黑河，至钓鱼台接纳鱼肚河，沿东西向大的断块向东流。至黑河口接纳发源于秦岭主脊海拔2838米的光头山的花耳坪河，经厚畛子镇向北流，接纳清水河、太平河，于两河口，南北两大源流汇流，黑河继续东流，经沙梁子，逐渐向东北方向转折，转过老君岭与终南山之间的深峡，最后折向北，再接纳板房子河、虎豹河、王家河、陈家沟、柳叶河等，于马召镇东南的武家庄出山，流入渭河平原，在富仁乡的高王号处接纳沙河，沿渭河废弃河道折向东流，接纳就峪河、田峪河、赤峪河等，至尚村镇马村梁家滩注入渭河。 黑河河道峪口以上流经秦岭山区，为上游河段，比降大，水流急，河源至峪口高差2537.2米，河长96.7公里，河道比降19.3%；其中河源至虎豹河口，高差2179.2米，河长62.1公里，河道比降35.3%；虎豹河口至峪口，高差282.3米，河长34.6公里，河道比降8.16%；黑河峪口开阔，为典型的U型谷，两旁坡度平缓，植被较差，河道平直，峪谷右岸有一级阶地发育，河床推移质为粗沙、卵石和砾石，砾径在10～34厘米之间，磨圆度好，多呈迭瓦状排列。峪口上溯至两河口，河谷渐窄，植被逐渐转好，直流与曲流交替出现，但以曲流深切为基本特征。其中峪口至王家河口，河道较直，河谷稍宽，曲流发育，两岸有不连续的高河漫滩和一级阶地，边滩明显，水流较平缓，流速0.4米/秒；王家河口至虎豹河口段，河谷较窄，河道深切，水流较急，流速0.6米/秒；虎豹河口至板房子河口，河谷狭窄，两岸陡峭，深切曲流最为明显，流速0.8米/秒；板房子河口至两河口，河道又转平直，但纵坡较陡，水流湍急，流速1～2米/秒。主河道摆动小，直逼两岸陡岩，黑河上游由于有30余条支流汇入。因此，河床推移质沿河分布无明显的规律性，均为砾石河床，偶有基岩出露。
峪口以下为中、下游段，高差75.7米，坡降2.13%，由于坡度渐缓，水流悠慢，主河道横向摆动明显，具有明显的边滩和心滩。河流推移质分布颇有规律，由沙砾河段，逐渐过度为砾石河段和纯沙河段。当黑河干流同就峪河汇流后，沿渭河故道东流，河道基本为泥质河床。
黑河出山后，因其挟带的大量砾石、卵石、泥沙随着流速的骤减而沿河床堆积，使主流在沙石堆积的心滩和边滩的分流下，在河床升高后向两岸漫流，形成众多的互相交叉的河道和池塘水泊，加上地下水出露的溪流，使辛家寨、司竹至终南镇以西河网交错，成为水乡，号称“七十二道脚不干”。
黑河入渭处，由于三角洲的升高，渭河涨水，使黑水入渭受到顶力，泥沙沉淀，迫使入渭处东移，加上渭河北移，使黑河沿渭河故道东流20余公里方才入渭。
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