降水量
安定区地处内陆腹地，远离海洋，海洋潮湿空气随季节风到达本区时，因沿途受群山的阻隔消耗，空气中水份含量已为数不多，因而成雨机会少，降水历时短，降雨量稀少，是一个水资源不充足的黄土丘陵地带，淡水资源较为缺乏。在区域分布上南多北少，由北部370毫米左右向南渐增为420毫米左右，且降水量极为不均，汛期（6-9月）降水量约占全年降水量的68%左右，多以局地暴雨和雷阵雨形式出现，对土壤补给的有效降水很少，作物播种及幼苗生长期(3-5月)的降水仅占20.8%。全区年均降水量1960年代为436.6毫米，1970年代为429.9毫米，1980年代为376.3毫米，1990年代为372.6毫米，2000年代为374.1毫米。
地表水
安定区境内的河川径流量主要由降水补给，大气降水所产生的径流，一部分由地表直接汇入河流，一部分渗入地下，延期以泉水形式复出地面而转化为河川径流。境内各河道的径流主要是自产水，入境水量极少。因此，各地径流大小基本上取决于降水量的多少，其分布与降水大体一致，具有南多北少的特点。南部地区是安定区主要的产流地带，有泉水出溢而常年有水的主要沟道有14 条，其多年平均流量为15 -200升／秒，其余沟道为季节性河沟，仅在多雨期及洪水期才产生径流。
根据 1998 年甘肃省地质环境监测总站《甘肃省定西县区域水文地质调查报告》，河流基本特征为：
关川河流域集水总面积1132.38 平方千米，其中境内1097.91平方千米，境外34.47平方千米。干流长104千米，径流深11.7毫米，径流系数0.029。多年平均径流量1325*104立方米，其中自产1285*104立方米，入境40*104立方米。矿化度在7.0克／升左右，水质较差。
西巩河流域集水总面积728.47平方千米，其中境内722.97平方千米，境外5.5平方千米。干流长34.5千米，径流深14.96毫米，径流系数0.036。多年平均径流量1090*104立方米，其中自产1082*104立方米，入境8*104立方米。矿化度大于5.0克／升，水质差，基本无利用价值。
地下水
根据地下水的分布及赋存条件，安定区境内地下水可分为四种类型。
基岩裂隙水 主要分布于内官营南山、华家岭、铁木山及榆中北山一带。赋存于基岩裂隙及半风化构造裂隙带中，局部有断层脉状水。单泉流量0.01-0.5 升／秒，富水性自南向北逐渐减弱。
碎屑岩类孔隙裂隙水 主要分布于内官营南山及安定区中部黄土覆盖区。赋存于第三系碎屑岩孔隙裂隙中，据赋存条件和水力性质可分为浅部潜水和深部承压水。浅部潜水与黄土孔隙裂隙水上下相通，联系密切。深部承压水主要赋存于老第三系砾岩、新第三系砂岩中，含水层顶板埋深260-300 米。富水性差，单位涌水量小于0.01 升／秒米。矿化度9- 15克／升，水质极差，无开采利用价值。
黄土孔隙裂隙水 主要分布于称沟驿—西巩驿以南地区，以北仅零星分布于各支沟沟脑。赋存于黄土孔隙裂隙和第三系表层风化壳中，以第三系为隔水底板。水位埋深随黄土堆积厚度而变化，大口井涌水量3-25立方米／天。
松散岩类孔隙水 根据地下水分布范围及赋存条件，该类水可分为两个亚类。一类为山前盆地松散岩类孔隙水。主要分布于内官营南山山前盆地—内官营盆地、乌龙川谷地及香泉盆地，这3个盆地之间无水力联系。内官营盆地位于山前盆地西端，地势平坦，以10‰左右坡度微向东北倾斜。盆地地下水主要以潜水形式存在，在盖家庄附近稍具承压性，压力水头小于5.0 米。地下水赋存于上更新统、全新统砂砾石中，含水层厚15-100米。盆地内含水层厚度变化较大，永丰渠、阳阴峡等河床附近含水层厚26-100米；距河床较远的盖家庄、年家沟和东岭一带为15-40米。地下水位埋深5-60米，自南向北逐渐变浅。含水层富水性好，单井涌水量500-300立方米／天。乌龙川谷地位于山前盆地中部，以10‰左右的坡度自南向北倾斜。地下水在甘家庙一带略具承压性，其余地段均以潜水形式存在。地下水主要赋存于上更新统、全新统砂砾石中，含水层厚3-20 米。含水层厚度变化较大，南部原庄一带厚20米，北部田家埂子一带厚3-10 米。地下水位埋深5-60米，由南向北逐渐变浅。含水层富水性好，单井涌水量一般大于1000立方米／天。香泉盆地位于山前盆地东端。南部被黄土梁分割，地势较陡，坡度在20‰左右；北部地势较平缓，坡度在10‰左右。地下水主要以潜水形式存在，仅在下凡坪一带略具承压性。地下水赋存于上更新统、全新统砂砾石中，含水层厚3-45 米。含水层厚度纵向和横向变化较大，凡坪—新庄—带厚20-45米。由凡坪向北逐渐变薄，至陈家庄一带小于5.0 米；向南至后岭一带砂砾石逐渐变薄。定渭公路以西凡坪—新庄—带含水层厚20-45米，以东寨子一带含水层不足10 米。地下水位埋深3-70米，自南向北逐渐变浅。南坪—上凡坪一带为70米左右，到大堡子一带为30米，北至陈家庄一带则小于20米。含水层富水性好，单井涌水量1000-3000立方米／天。另一类为河、沟谷松散岩类孔隙水。主要分布于关川河、西巩河及其一、二级支流河、沟谷谷地赋存于河、沟谷漫滩及其一、二级阶地砂砾石中，含水层厚1-8米。其中西河河谷古洞庄—马家车门段、东河河谷李家堡—安定区城区段、团结沟、符川沟及称沟河等河、沟谷含水层厚度4-8米，其余地段则小于4米。地下水位埋深一般小于40米，在一、二级阶地埋深10-40 米，而漫滩则小于10 米。单井涌水量100-1500立方米／天，不同河、沟谷和同一河、谷的不同地段差别较大。单井涌水量与含水层厚度相关。
根据《甘肃省定西县区域水文地质调查报告》和近年水质分析资料，选取矿化度、总硬度、S042-、CI-、N03–-N 等五项分组进行动态分析，安定区境内地下水水质动态可分为基本稳定型和恶化型。基本稳定型的地下水分布于内官营盆地、乌龙川谷地、香泉盆地李家庄以南、西河河谷古洞庄—李家嘴段、东河河谷、团结沟和西巩河河谷。其特点是除N03–-N 浓度增幅较大外（增幅 0.6-21.5毫克／升），其他组浓度基本稳定。恶化型的地下水主要分布于香泉盆地李家庄以北、西河河谷李家嘴——安定区城区段、关川河河谷和符川沟沟谷。其特点是地下水中矿化度、总硬度、S042-、CI-和N03–-N等组浓度均有不同程度的增加，其增幅其增幅分别为385.2 -5608.8毫克／升、215.0 -2296.3毫克／升、147.5 -1587.4毫克／升、122.0 - 2080.9毫克／升和6.6 -32.7毫克／升。
造成水质恶化的主要原因，其一，地下水开采区均为农灌区，因大量施用农药化肥，地下水中N03–-N浓度均有不同程度的增加。其二，由于大量开采地下水，使上游淡水来水量减少，造成水质恶化。