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水资源是地处内陆干旱区的乌鲁木齐最宝贵的资源。乌鲁木齐存在着冰川融水、地表径流和地下径流等不同形态的水资源，降水是水资源的补给来源，降水的变化直接影响水资源的变化。水资源总量为9. 969亿立方米，其中地表水资源量9. 198亿立方米，地下水资源量为0. 771亿立方米。
乌鲁木齐地表水水质较好，河流均系内陆河，河道短而分散，源于山区，以冰雪融水补给为主，水位季节变化大，散失于绿洲或平原水库中。乌鲁木齐地区共有河流46条，分别属于乌鲁木齐河、头屯河、白杨河、阿拉沟、柴窝堡湖5个水系。
乌鲁木齐地区地下水资源比较丰富，按地质情况可划分为达坂城—柴窝堡洼地、乌鲁木齐河谷和北部倾斜平原三个区，形成地下水储存的良好环境。
乌鲁木齐地区冰川资源丰富，冰川素有“高山固体水库”之称，主要分布在乌鲁木齐河和头屯河上游的天格尔山以及东部的博格达山，储量73. 9亿立方米，平均消融量1. 23亿立方米。
乌鲁木齐地区湖泊有盐湖和柴窝堡湖，二湖位于东南部的柴窝堡达坂城谷地。盐湖水面总计23. 7平方公里，湖内原盐芒硝储量丰富，畅销全疆和内地省区；柴窝堡湖湖面面积30平方公里，平均水深4. 2米，储水量1. 26亿立方米，盛产鲤鱼、鲢鱼、螃蟹等，已辟为旅游区。
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