新疆境内伊犁河流域位于天山北支科古琴山—婆罗科努山与中支哈尔克山—那拉提山之间，中国天山水资源最丰富山段，伊犁河为新疆径流量最丰富河流。河水流入哈萨克斯坦的巴尔喀什湖。河道密布，滩地辽阔，淡水沼泽200,000公顷。
新疆境内伊犁河流域形似向西开口的三角形，有3条自西向东逐渐收缩的山脉，北为天山北支婆罗科努及伊连哈比尔尕山段，南为天山南支哈尔克及那拉提等山段，中为山势较低的克特绵、伊什格里克等山段。北部和中部山段之间为伊犁河谷与喀什河谷，南部和中部山段之间为特克斯河谷与巩乃斯河谷。
因向西开口，全流域处于迎风面，降水丰富，谷地年降水量约300毫米，山地年降水量500～1000毫米。集水区内山地面积占68%，是径流丰富的重要原因。由于降水丰富，山地能自然形成植被，低山缓坡还能经营旱地农业，河谷平原的农田与林带则需要补充灌溉，但耗水不多。
伊犁河流出国境的年径流量约130亿立方米。 因流域范围处于天山最高峰地区，故降水多，流量丰富，落差也大，水能蕴藏量700多万千瓦，占新疆水能蕴藏总量21%，如全部开发，每年可得电能620亿度。开发条件好的水力地址有30多处，可装机300万千瓦，占新疆开发条件好的水力资源30%。
伊犁河集水区可分4部分：
①特克斯河。为伊犁河西源，亦为最大支流，发源于哈萨克斯坦境内汗腾格里峰 北坡，进入新疆后经昭苏、特克斯2县，在巩留县东北与巩乃斯河汇合后称伊犁河。年径流量86亿立方米，主要产生于哈尔克山北坡。
②巩乃斯河。为伊犁河东源南支，发源于和静县西北角安迪尔山南坡，年径流量20亿立方米，向西穿过新源县境，至巩留县与特克斯河汇合。
③喀什河。为伊犁河东源北支，源于天山北支南坡，向西穿过尼勒克县，至伊宁县雅马渡汇入伊犁河，年径流量39亿立方米。
④雅马渡以下共有小支流39条，共产生年径流量21亿立方米。其中，北岸支流16条，共产生18亿立方米；南岸支流13条，共产生3亿立方米。
新疆集水区面积约5.7万平方公里，占新疆面积3.5%；年径流量153亿立方米（已扣除从哈萨克斯坦流入的水量14亿立方米），占新疆地表径流总量19%；年均径流深268毫米，为新疆平均值的5.7倍，接近于全国年均径流深值。在中国西北干旱区中伊犁河流域堪称相对湿润地区。
流域内植被覆盖度为新疆最高地区，平均覆盖度约90%。除雪线以上的常年冰雪带和雪线以下间有寒冻裸岩带外，其余地面均有植被。低山带为优质春秋草场，中山带为茂密云杉林，高山带为优质夏季草场。
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