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李家山镇发源于娘娘山香林峡的云谷川流域面积164.6平方千米，是湟水的重要支流之一，也是境内唯一水系；1978年，始建的以云谷川水库为中心的“2708”工程，总库容768万立方米，主干渠总长89.77千米，控制耕地面积4.5万亩，是联合国无偿援助的项目。

李家山镇属大陆性高原气候，其特点是四季不甚分明，昼夜温差大，年均气温3℃—5℃，无霜期130—140天，年降水量450—500毫米，蒸发量850—900毫米。