境内丘、岗、平地貌类型齐全,以平原为主,河网纵横。地势西高东低,西南为环湖岗地,沿湖蜿曲多汊湾,岗岭在海拔100多米上下。全市最高点庵子岭海拔115.7米。北部为河湖沉积物形成的平原。低平开阔,沟渠交织,海拔30米左右。东南部为南洞庭湖的一部分。万子湖、东南湖等大小湖泊星罗棋布,淤积洲滩鳞鳞相切。东北部为沼泽芦洲。全境呈“三分水面三分洲,三分垸田一分丘。最高处赤山,海拔117米。滨湖一带多沼泽、浅滩和洲渚。
沅江市主要湖泊有漉湖、东南湖、万子湖、目平湖。每逢汛期,水位上涨,湖面呈现水天相连,一望无涯的景象。沅江、澧水尾闾在市境内,主要河道有白沙长河、赤磊洪道和蒿竹河。境内河流25条,汇集湘、资、沅、澧四水。流域面积10平方公里以上的河流7条。河流总长206公里。河网密度10公里/平方公里,有湖泊154个,其中垸内84个,垸外70个,河湖相通,连续成网。年平均降水的地表径流量为6.31亿立方米,地下水资源可利用量达4.16亿立方米。
沅江市气候属亚热带湿润季风气候。具有湖区气候特色。光热充足,降水适中。平均气温16.9℃。1月平均气温4.3℃,7月平均气温29.1℃。年平均日照数为1743.5小时。年平均降水量1322毫米。多集中在4~6月。无霜期276天。地区多洪闹灾害天气。
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