柳林县属于吕梁山区，为干旱半干旱的大陆性气候，多年平均降水量456.3mm，蒸发量1200mm，地表经流模数20－55mm，由东向西递增，年平均侵蚀模数8995T／km2，年侵蚀泥沙1158.6万T。

水文地质属于两种区域：黄土覆盖的低山丘陵区和松散物堆积的河平川区。丘陵剖面多为“二元结构”由上部的第四纪次生黄土、第三纪红土砾石层和下部的三迭纪、二迭纪、石碳纪和沉积岩层组成。这些岩层中含有不太丰富的孔隙裂隙水，常常在沟谷底部呈下降泉出露，流量一般小于1kg／s。河床冲积层中孔隙水储量较丰富，但面积不大，局限于三川河沿岸。地下水多以泉水出露，通过河沟排出，潜水蒸发相对较少。大部面积为贫水区和极贫水区，贫水区面积1052.3km2，极贫水区222.11　km2，较富水区仅13.6　km2，占全县总面积的1.1％。

水文