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  主源为叶尔羌河,发源于喀喇昆仑山特力木坎力峰东南麓。源流分三支即叶尔羌河、阿克苏河与和田河,三河于阿瓦提县的肖夹克附近汇合,肖夹克至台特玛湖段称塔里木河。按照主源叶尔羌河计算,全长2030公里,流域面积43.55万平方公里,其中中国境内流域面积41.48万平方公里。干流沿盆地北部边缘由西向东蜿蜒于北纬41度,到东经87度以东折向东南,穿过塔克拉玛干沙漠东部,最后注入台特玛湖。 清代的《河源纪略》里记载为“会处四水交贯,形若牛栏”。故塔河干流始于阿瓦提县肖加克,东流经塔克拉玛干大沙漠北缘,到群克附近折向东南,最后流入若羌以北的台特马湖。根据新疆地情网资料,塔河流域面积1.8万平方千米。

  塔里木河原流向罗布泊,后河流改道;近年来下游很多地区水量已经很少。航道改变也很大。塔河干流两岸并不产水,其水源完全来自发源于四周山区的各支流。据1981～1993年的水文资料,塔河在阿拉尔站的年均水量是42.99亿立方米,其中阿克苏河提供33.58亿立方米,叶尔羌河0.23亿立方米,和田河9.18亿立方米。另外从孔雀河引入2.12亿立方米,因此塔河干流的总水量为45.11亿立方米。同时水量因季节差异而变化很大,每当进入酷热夏季,积雪及冰川融化使得水量骤然增高,冬季则水量减小。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·立方米之间,昆仑山及阿尔金山河流在2.0-11.5之间,帕米尔及喀拉昆仑山河流在2.9-5.9之间,塔河干流中下游在4.1-5.0之间。塔里木河历史上是一条自然耗散型河流,多年平均上游耗水量为16.69亿立方米,中游耗水量22.96亿立方米,下游耗水量为6.33亿立方米,上中游是塔河最大的耗水区段,耗水量达39.65亿立方米,占阿拉尔水文站多年平均流量45.98亿立方米的86.2%,仅有6.33立方米水量进入下游。冰川径流年内分配不均匀,6-9月来水量占全年径流量的70%-80%,大多为洪水,且洪峰高,起涨快,洪灾重;3-5月的灌溉季节来水量仅占全年径流量的10%左右,极易造成春旱。

  塔里木河经常改道,河道含沙量大,冲淤变化频繁,中游地区形成南北宽达千百米的冲积平原。塔河流域涉及南疆5个地州27个县市和新疆生产建设兵团49个农牧团场,据1996年统计,总人口为360万,耕地1200万亩,人均国内生产总值2615元(为全疆平均数的50%)。自1950年代以来,虽然各支流的天然来水没有减少并有所增加,但由于源流区和干流上中游的用水不断增加,塔河在卡拉下泄的水量,从12亿立方米(1957～1967年)逐步减少到2.7亿立方米(1986～1995年)。下游的下段(阿拉干至台特马湖)已成一片沙漠,台特马湖季节性干涸;中段(铁干里克至阿拉干),植被衰败,沙化严重;上段(卡拉至铁干里克)为生产建设兵团农二师的5个团场,依靠拦截塔河的大闸,将塔河来水全部引入平原水库,又从孔雀河修渠引水接济,才得勉强维持,即使这样,水源仍不能得到保证,而且受下游地区的沙化威胁,生态环境日益恶化。造成  自2001年开始,政府开始定期向下游实行「生态供水」,部分恢复并维持下游植被及生态环境。
塔里木河()为中国最大,世界第五大内流河(第一大为伏尔加河),中国境内最长的内流河。位于新疆塔里木盆地北部。古突厥语中塔里木河的意思是“沙中之水”。塔里木河河道在历史上南北摆动,迁移不定。最后一次大的河道变动发生在1921年,干流东流入孔雀河注入罗布泊。1952年在尉犁县附近筑坝,同孔雀河分离,河水复经铁干里克故道流向台特玛湖。