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巴彦淖尔市阴山山脉以南为黄河水系，阴山以北为内陆河水系。山地属产流区，北部高平原和河套平原属不产流区。黄河水系，汇入黄河水系的支流有狼山、乌拉山的山沟等177条，总集水面积为1.6万平方公里，多为季节性短小山洪沟，有清水的山沟只有52条，均间接汇入。内陆河水系分布于阴山北的高原上，共有河沟34条，流域面积3.1万平方公里，也为季节性河流，有清水的仅有10条，而且流量很小。

巴彦淖尔市湖泊资源较为丰富，有大小湖泊300多个，面积约4.7万公顷(70.5万亩)。多数分布于河套灌区，阴山以北仅有桑根达来淖尔、查干陶勒盖淖尔等少数几个时令湖泊。河套灌区面积在100公顷亩以上的湖泊就有10个，其中位于后套平原东端的乌梁素海面积3万公顷。

据1985年第二次土壤普查，全市土壤类型较多，有灌淤土、盐土、碱土、风沙土、潮土、新积土、沼泽土、灰土、栗钙土、棕钙土、灰漠土、灰棕漠土、石质土、粗骨土等14个土类，32个亚类，94个土属，348个土种。