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黄河流域的水文地质条件大致可分为4种：
多年冻结层水多年冻结层水分布在流域青海高原的达日一玛沁一兴海一线以西的黄河源，巴颜喀拉山、阿尼玛卿山以及祁连山的部分地区，呈岛状或片状分布的多年冻土区，埋藏在砂砾石、基岩强风化带的碎屑岩类冻土层中，地下水的补给、径流、排泄条件受多年冻土层的制约，按埋藏的部位分为冻结层上水、冻结层间水、冻结层下水和融区水。
基岩孔隙裂隙水依靠大气降水补给，大部分以地下径流的形式排人河道，为河川径流的组成部分，少部分消耗于蒸发，或流人山前平原，富水程度不等，按照组合特征又可分为碎屑岩类孔隙裂隙水、碳酸盐岩类裂隙岩溶水、岩浆岩类裂隙水和变质岩类裂隙水，主要分布在流域上、中游地区所出露的二叠系和三叠系等砂岩中、山西境内的奥陶系石灰岩中及秦岭北坡、吕梁山和大青山等地。
黄土孔隙裂隙水分布在黄土高原，主要靠降水补给。
松散岩类孔隙水分布在黄河河套平原、汾河盆地、关中平原、太行山山前冲积平原、黄淮海平原等地区，地下水由大气降水和地表水体补给，以孔隙潜水形式存在，局部地区有承压水。