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  主源為葉爾羌河,發源於喀喇崑崙山特力木坎力峰東南麓。源流分三支即葉爾羌河、阿克蘇河與和田河,三河於阿瓦提縣的肖夾克附近匯合,肖夾克至臺特瑪湖段稱塔里木河。按照主源葉爾羌河計算,全長2030公里,流域面積43.55萬平方公里,其中中國境內流域面積41.48萬平方公里。幹流沿盆地北部邊緣由西向東蜿蜒於北緯41度,到東經87度以東折向東南,穿過塔克拉瑪干沙漠東部,最後注入臺特瑪湖。 清代的《河源紀略》裡記載為“會處四水交貫,形若牛欄”。故塔河干流始於阿瓦提縣肖加克,東流經塔克拉瑪干大沙漠北緣,到群克附近折向東南,最後流入若羌以北的臺特馬湖。根據新疆地情網資料,塔河流域面積1.8萬平方千米。

  塔里木河原流向羅布泊,後河流改道;近年來下游很多地區水量已經很少。航道改變也很大。塔河干流兩岸並不產水,其水源完全來自發源於四周山區的各支流。據1981～1993年的水文資料,塔河在阿拉爾站的年均水量是42.99億立方米,其中阿克蘇河提供33.58億立方米,葉爾羌河0.23億立方米,和田河9.18億立方米。另外從孔雀河引入2.12億立方米,因此塔河干流的總水量為45.11億立方米。同時水量因季節差異而變化很大,每當進入酷熱夏季,積雪及冰川融化使得水量驟然增高,冬季則水量減小。塔里木河近年含沙量很高,多年平均含沙量,天山南坡河流在2.0-5.6千克·立方米之間,崑崙山及阿爾金山河流在2.0-11.5之間,帕米爾及喀拉崑崙山河流在2.9-5.9之間,塔河干流中下游在4.1-5.0之間。塔里木河歷史上是一條自然耗散型河流,多年平均上游耗水量為16.69億立方米,中游耗水量22.96億立方米,下游耗水量為6.33億立方米,上中游是塔河最大的耗水區段,耗水量達39.65億立方米,佔阿拉爾水文站多年平均流量45.98億立方米的86.2%,僅有6.33立方米水量進入下游。冰川徑流年內分配不均勻,6-9月來水量佔全年徑流量的70%-80%,大多為洪水,且洪峰高,起漲快,洪災重;3-5月的灌溉季節來水量僅佔全年徑流量的10%左右,極易造成春旱。

  塔里木河經常改道,河道含沙量大,衝淤變化頻繁,中游地區形成南北寬達千百米的沖積平原。塔河流域涉及南疆5個地州27個縣市和新疆生產建設兵團49個農牧團場,據1996年統計,總人口為360萬,耕地1200萬畝,人均國內生產總值2615元(為全疆平均數的50%)。自1950年代以來,雖然各支流的天然來水沒有減少並有所增加,但由於源流區和幹流上中游的用水不斷增加,塔河在卡拉下洩的水量,從12億立方米(1957～1967年)逐步減少到2.7億立方米(1986～1995年)。下游的下段(阿拉幹至臺特馬湖)已成一片沙漠,臺特馬湖季節性乾涸;中段(鐵幹裡克至阿拉幹),植被衰敗,沙化嚴重;上段(卡拉至鐵幹裡克)為生產建設兵團農二師的5個團場,依靠攔截塔河的大閘,將塔河來水全部引入平原水庫,又從孔雀河修渠引水接濟,才得勉強維持,即使這樣,水源仍不能得到保證,而且受下游地區的沙化威脅,生態環境日益惡化。造成  自2001年開始,政府開始定期向下遊實行「生態供水」,部分恢復並維持下游植被及生態環境。
塔里木河()為中國最大,世界第五大內流河(第一大為伏爾加河),中國境內最長的內流河。位於新疆塔里木盆地北部。古突厥語中塔里木河的意思是“沙中之水”。塔里木河河道在歷史上南北擺動,遷移不定。最後一次大的河道變動發生在1921年,幹流東流入孔雀河注入羅布泊。1952年在尉犁縣附近築壩,同孔雀河分離,河水復經鐵幹裡克故道流向臺特瑪湖。