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城門河上游為[[城門水塘]], 城門水塘有多條引水道將 [[ 大帽山 ]] 、 [[ 針山 ]] 及 [[ 鉛礦凹 ]] 等地方的山水引到城門 銀禧 水塘。當城門水塘溢滿時，食水會經城門峽流至下城門水塘。除了城門水塘的水源外，城門峽附近的走私凹及草山水源亦會流進下城門水塘。每當下城門水塘滿溢，水塘內的儲水會流進城門河，進而排出 [[ 吐露港 ]] ，在七十年代初，城門河終點是在 [[ 獅子橋 ]] ﹙即今香港文化博物館﹚附近。<ref>{{Cite Web|url= http://shatinurbanization.blogspot.com/2012/03/blog-post.html|title=從檔案照片看沙田的變化|website=都巿發展與生活質素|accessdate=2021-06-21}}</ref>

1970年代政府發展沙田新市鎮，在沙田海兩岸進行填海工程，並把城門河拉直延長成為一條7公里長，200米闊的人工河道。 由 [[ 大圍 ]] 開始，流經 [[ 沙田市中心 ]] 及沙田馬場，流向沙田海及吐露港。以前流向沙田海的小河亦改為流入城門河的支流或明渠，這些支流共有3條，包括大圍渠、火炭渠及小瀝源渠，當中大圍渠更大約在七八十年代封閉成一條暗渠。 昔日沙田海大部分面積移山填海, 成為了今日城門河兩岸的土地， 當時位於沙田海中央的小島圓洲則成為東岸陸地的一部份，並改稱 [[ 圓洲角 ]] 。現在城門河的出口，即 [[ 馬料水 ]] 與 [[ 馬鞍山 ]] 之間的海灣，仍稱為沙田海。<ref>{{Cite Web|url=https://www.hktopic.com/doc-view-17847.html|title=城門河|website=hktopic|accessdate=2021-06-21}}</ref>