地質地貌
水系變遷沂沭泗流域地形是西高東低、北高南低，大致由北向西向南逐漸降低，由低山丘陵逐漸過渡為傾斜沖積平原、濱海平原。區域內地貌可分為平原、中高山區、低山丘陵和崗地四大類。山地丘陵區面積占31％，平原區面積占67％，湖泊面積占2％。
平原區主要由黃泛平原、沂沭河沖積平原、濱海沉積平原組成。黃泛平原分布於本區南部，地勢高仰，延伸於黃河故道兩側，由於黃河多次決口、改道，黃泛平原微地貌發育，地勢起伏、高低相間。沂沭河沖積平原分布於黃泛平原和低山丘陵、崗地之間，由黃河泥沙和沂沭河沖積物填積原來的湖盪形成，地勢低平。濱海沉積平原分布東部沿海一帶，系由黃河和淮河及其支流攜帶的泥沙受海水波浪作用沉積而成，地勢低平。平原區近代沉積物甚厚，南四湖湖西平原的第四紀沉積物在100米以上。
北中部的中高山區，是沂、沭、泗河的發源地，有海拔800多米的高山(沂河上游最高峰龜蒙頂海拔高程達1156米)，也有低山丘陵。長期以來，地殼較為穩定或略有上升，地面以剝蝕作用為主，形成廣闊、平坦和向東南微微傾斜的山麓面，加之流水侵蝕破壞而支離破碎，形成波狀起伏高差不大的丘崗和窪地。
崗地分布在贛榆中部、東海西部、新沂東部、灌雲西部陡溝一帶和宿遷的東北部及沭陽西部等。崗地多在低山丘陵之外圍，是古夷平面經長期侵蝕、剝蝕，再經流水切割形成的崗、谷相間排列的地貌形態，其平面呈波浪起伏狀。
山丘區主要是地殼垂直升降運動造成的。根據其斷裂折皺構造在平面上排列形式及延伸方向，沂河東為新華夏構造區，其河流、山脈及海岸地形曲折與延伸方向均受這一構造體影響；沂河以西為魯西鏇轉構造與新華夏構造複合構造區。沂沭河大斷裂帶是一條延展長、規模大、切割深、時間長的複雜斷裂帶，縱貫魯東、魯西。魯西南斷陷區以近南北和東西向的兩組斷裂為主，形成近似格線的構造。山區除馬陵山為中生代紅色砂躒岩和頁岩外，其餘主要為古老的寒武紀深度變質岩和花崗岩。
沂沭泗區域為強震區，根據1990年中國地震烈度區劃圖，南四湖湖西地區為Ⅵ度地震區，湖東至黃海大致為Ⅶ度地震區，其中睢寧至郯城為Ⅷ度地震區，宿遷一帶為Ⅸ度地震區。
氣象特徵
沂沭泗流域屬暖溫帶半濕潤季風氣候區，具有大陸性氣候特徵。夏熱多雨，冬寒乾燥，春旱多風，秋旱少雨，冷暖和旱澇較為突出。氣候特徵介於黃淮之間，而較接近於黃河流域。
1、氣溫：年平均氣溫13~16℃，由北向南，由沿海向內陸遞增，年內最高氣溫達43.3℃(1955年7月15日發生在徐州)，最低氣溫為-23.3℃(1969年2月6日發生在徐州)。
2、霜凍、霜期：流域南部在11月上旬到次年3月中旬為霜期，平均一年無霜期為230天。流域北部在10月下旬到次年4月上旬為霜期，平均一年無霜期為200天，山區一般為180~190天。
3、蒸發量：流域南部小，北部大，自南向北，多年平均水面蒸發量為1180~1320毫米。歷年最高為1755毫米(韓莊閘站)，歷年最低903毫米(響水口站)。
4、日照：全流域一年內日照平均為2100~2400小時，由南向北遞增。
5、風：本流域為季風區，隨季節而轉移，冬季盛行東北與西北風。夏季盛行東南與西南風。年平均風速2.5~3.0米/秒，最大風速為23.4米/秒，發生在徐州，時間為6月份。
水文特徵
1、年降水：沂沭泗流域多年平均降水為830毫米，最大年為1098毫米(1964年)，最小年為562毫米（1966年)。多年平均年內分配春季(3～5月)為131毫米占15.8%，夏季汛期(6～9月)平均為592毫米占71.3%，秋季(10~12月)平均77毫米占9.3%，冬季平均為30毫米占3.6%。
2、暴雨特性：沂沭泗流域暴雨成因主要是黃淮氣鏇，颱風及南北切變。長曆時降雨多數由切變線和低渦接連出現造成。颱風主要影響沂沭河及南四湖湖東區。暴雨移動方向由西向東較多。降雨量的變化，一般自南向北遞減，沿海多於內陸，山地多於平原。年際變化較大，最大年降雨量和最小年降雨量相差達4.5倍(發生沂河臨沂站)。
3、時段暴雨：建國後歷年統計，流域內最大一日降雨為563.1毫米，2000年8月30日發生在江蘇省響水縣響水口站，該站24小時降雨量825毫米，重現期超過萬年一遇。流域最大三日暴雨877.4毫米，最大七日暴雨1046.3毫米，皆發生在響水口站。
4、徑流：全流域多年平均徑流深為232毫米，年徑流係數為0.28。年徑流分布與降水分布相似，南大北小，山區大平原小。泰沂山丘區年徑流深達348毫米，年徑流係數為0.40；南四湖湖西年徑流深達97.2毫米，年徑流係數為0.14。
5、泥沙與淤積沂沭泗上游沂蒙山區植被覆蓋差，水土流失嚴重。據統計，沂河臨沂站多年平均含沙量1.15㎏∕ｍ3，多年平均輸沙率127㎏∕ｓ，多年平均輸沙量400萬噸。沭河莒縣多年平均含沙量1.2㎏∕ｍ3，多年平均輸沙率17.4㎏∕ｓ，多年平均輸沙量55萬噸。南四湖湖西各河由於引黃灌溉泥沙沒有很好控制，放淤時渾水入河，河道淤積較為突出。據1961～1983年南四湖入湖河道實測資料分析，多年平均入湖沙量441.71萬立方米，年出湖沙量3.38萬立方米，年淤積量達437.88萬立方米，占入湖沙量的99.1％。石樑河水庫建庫以來至1988年總淤積量為0.74億立方米。
