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黑龙江流域，本来是水文地理学方面的概念。《中国大百科全书·地理卷》这样记载：“所谓的流域，是指由分水线所包围的河流集水区。河流集水区又分为地面集水区和地下集水区两类。如果地面集水区和地下集水区相重合，则称为闭合流域，如果不重合则称为非闭合流域。平时我们习惯所称的流域，一般都是指地面集水区。”
每条河流都有自己的流域，一个大流域可以按照水系等级分成若干小流域，小流域又可分成更小的流域等。而流域之间的分水地带称为分水岭，分水岭上的最高点的连线为分水线，即集水区的边界线。处于分水岭最高处的大气降水，以分水线为界分别流向相邻的河系或水系。
如果我们将一个流域的地面集水区的整个水系，作为平面来观察的话，那么我们可以清楚地看到一幅犹如一棵大树的模样的图画。即大树的主干犹如水系中的主流，而大树的分枝犹如水系的支流。当然，流域就是这些主流和支流的总称。一般来说，我们所指的流域，大多是指河流水系所流经的区域。
概言之，所谓的黑龙江流域，就是指整个黑龙江水系所流经的区域。黑龙江是东北区域内最大的一条河流。黑龙江的主流有南北两个源头，其南源为额尔古纳河，源于海拉尔河，发源于大兴安岭的西坡。北源为石勒喀河，其上源为鄂嫩河（即斡难河），发源于蒙古北部的肯特山麓。南北两源在中国境内的黑龙江省漠河县的洛古村汇合后成为黑龙江的主干流之源。黑龙江的上中游为今天的中俄两国的界河，而下游经至乌苏里江汇合后完全在俄罗斯境内，并在今天俄境的尼古拉耶夫斯克（中国名字庙街或称特林）附近注入鄂霍茨克海的鞑靼海峡。
黑龙江的主干流全长4363公里，流域面积为184.3万平方公里。黑龙江是中国境内的第三大河，它的左岸的最大支流是结雅河，满语原称精奇里江，为黄河之意。19世纪60年代沙俄抢占了精奇里江口等地后，后改名为结雅河。此河口处是黑龙江上游与中游的分界点。精奇里江发源于外兴安岭的南坡，在俄境布拉戈维申斯克附近注入黑龙江，全长1242公里，流域面积为23.3万平方公里。
松花江是黑龙江右岸的最大支流，松花江水系分为南、北两支。南支发源于今吉林省长白山天池，全长1927公里，总流域面积为55.72平方公里。松花江的重要支流有嫩江、洮尔河、拉林河、呼兰河、牡丹江、倭肯河、汤旺河等，干流流经今黑龙江省同江市附近的三岔口处与黑龙江合流。
松花江的名称来自于女真语或满语，金代的松花江中上游曾被女真语称为“宋瓦江”或“宋嘎江”，元明两代则把整个松花江称为“宋瓦江”，清代满语则称之为“松噶里乌拉”，其意为天河。显然，满语中的“松噶里”与金元女真语的“宋瓦”“宋噶”有语音相继的关系，当为同音异写的地名。然而，金元之际的宋瓦江则是一种复合地名语言，“宋瓦”为女真语，而“江”则为汉语。值得注意的是，宋瓦、宋嘎、宋哥、松嘎里均与突厥语系中的“腾哥里”音近，说明阿尔泰语系的蒙古语支与通古斯语族有着相通相混的语音融合现象。金代还曾在松花江中下游的胡里改路附近设有“哥扎宋哥屯谋克”建置。1977年3月，在黑龙江省依兰县达连河乡晨光村出土了一方金代官印，即“哥扎宋哥屯谋克印”，隶属宋哥屯猛安管辖。“哥扎”即亲军之意，“宋哥”当与“松噶里”音近，可能是金代松花江的称谓之佐证。
嫩江是松花江最大的支流，也是松花江水系的北支。发源于大兴安岭伊勒呼里山的南麓，由北向南流，在今黑龙江省肇源县三岔河村附近注入松花江。全长1369公里，流域面积为28.3万平方公里。主要支流有讷谟尔河、诺敏河、雅鲁河、甘河、绰尔河等。此外，在嫩江流域尚有一些无尾河，如乌裕尔河、双阳河等，这些河流在中水的年份一般不流入嫩江干流，其尾端流注于沼泽地，形成闭流区，面积大约在2.56万平方公里。今天齐齐哈尔市附近的扎龙自然保护区就是由于这些闭流河而形成的闭流区。
嫩江古称难水或难河，又称捺水或那河，金代女真语称恼温江。20世纪80年代初佳木斯市文物管理站曾征集到一方金代官印，称为“恼温毕拉谋克之印”，清代又有诺尼江之称，诺尼在蒙语中意即碧绿。
洮尔河又称他漏河，发源于内蒙古自治区科右前旗大兴安岭南麓西坡的高岳山。在吉林省大安市韩屯西北转而东流，尾端进入月亮泡，通过月亮泡水库的哈尔水闸注入嫩江。河流全长约553公里，流域面积约3.08万平方公里，主要支流有蛟流河。
牡丹江又称胡里改江，是松花江下游右岸较大的支流，发源于吉林省长白山牡丹岭，流经镜泊湖后北流，在今黑龙江省依兰县西侧注入松花江，全长为726公里，流域面积约为3.7万平方公里。
乌苏里江是黑龙江下游的一条较大的支流，也是中俄的一条界河。发源于中俄两国，分为东、西两支。东支发源于俄罗斯滨海边疆区锡霍特山脉南端西麓，西支发源于中国黑龙江省与吉林省交界的老爷岭的北麓，即今绥芬河与穆棱河的分水岭。乌苏里江全长为890公里，总流域面积为18.7万平方公里。它的重要支流有穆棱河、松阿察河、挠力河等。其中松阿察河发源于东北亚第一大淡水湖，即兴凯湖。
由此可见，以今天黑龙江主干流为主，凡是流入黑龙江的诸水系所流经的区域，均属于黑龙江流域。根据其水系的分布，黑龙江流域的范围大致是北至外兴安岭，南至长白山天池的分水岭，东至鄂霍茨克海的鞑靼海峡，西至内蒙古的东部。凡黑龙江所流经的山川、平原、湿地、草地、湖泊、海湾皆属于黑龙江流域的研究范畴。
黑龙江流域的地貌特征是：平原区主要分布在松花江与嫩江合流后的南北，其北部与大、小兴安岭东西两翼的丘陵山地相接，南部则与辽河平原相连，构成了东北亚地域最大的平原区，即松嫩平原。此外，在黑龙江下游松花江与黑龙江、乌苏里江三江汇合口的地方又形成了黑龙江流域的第二大平原，即三江平原。在上述两大平原内的边缘地带，由于有闭流河的存在，长期以来还形成了大片的湿地和沼泽区。除此之外，在结雅河与黑龙江交汇口以下的黑龙江中游沿岸，也分布着面积较小的河谷平原。这三大平原区构成了黑龙江流域最肥沃的土地，同时也是黑龙江流域古代文明的聚集区。松嫩平原孕育了夫余和大金帝国文化，三江平原则孕育了勿吉与黑水文明。除上述两大平原外，在今牡丹江中游流域的海浪河谷地与宁安盆地也是黑龙江最肥沃的土地之一，孕育了渤海文化。而黑龙江上游的山地则培育了鲜卑文化。
黑龙江流域的北部横亘着外兴安岭山脉，从外兴安岭南麓流下的诸水从右翼注入黑龙江，流域的西部由南至北是大兴安岭山脉，大兴安岭北麓、东麓的诸水分别注入黑龙江上游左翼和嫩江的右翼。黑龙江流域的南部则是以长白山为界，此山北麓的诸水皆注入松花江。此流域的东部则是锡霍特山脉，其西麓诸水皆入乌苏里江后注入黑龙江。黑龙江流域的东北为黑龙江入海口及鄂霍茨克海的西部海岸。面对黑龙江之地，正是萨哈林岛。
黑龙江流域的中部则分布着小兴安岭、张广才岭、老爷岭等山脉。
从河流特征的分类看，黑龙江的诸水系属于永久性河流。一年之中不会产生断流现象，由于河床低于地下水的层面，即使是降水偏少，也会得到地下水的补充，黑龙江流域的山地，无论是长白山还是大、小兴安岭的山区，其地下泉水特别丰富。有些泉水即使在零下40摄氏度的严寒天气里，也流淌不止。黑龙江属于外洋性河流，即河流最终流出大陆注入鄂霍茨克海转入太平洋。一般来说，这种江河流域的地域气候比较湿润。
黑龙江流域的地质与气候特点与辽西地区完全不同，辽西地区的河流多为断续性河流，受降水的因素影响较大。由于河床远远高于地下水的位置，地下水无法补充河流，从而经常出现断流的现象。每当降水量增大，地下水升高超过河床时，河流的断流现象才能结束。此种流域的地质与气候特征是沙化和干燥。有时站在河床上，可以倾听到鹅卵石下面的暗流流淌的声音。
总之，黑龙江流域地域辽阔，江河纵横、山地绵亘、森林茂盛、沃野数千里，物产极为丰富，是古代东北亚各族繁衍、生息、壮大、发展的最理想的场所之一。无论是远古文明，还是古代文明及当代文明，生活在黑龙江流域的人们都是以其博大的胸怀和独特的方式接纳了外来文化，并创建了令世人惊叹的黑龙江流域文明。受黑龙江流域地理环境与地质条件所限，黑龙江流域的古代民族一直从事着多种经济的生产和生活方式。实际上，他们的经济类型，既不属于农耕，也不纯属于游牧。许多学者常把黑龙江的古代民族称为北方游牧民族，是不正确的。他们在长期的生活中已经适应了环境，他们既有农耕，也有采集，兼营狩猎、渔捞和游牧、畜牧业。多种生活方式决定了他们手工业的发达，因为他们极其需要多种精细的手工业制品。他们还养成了与自然和谐相处的生活习惯。