牛头河全长84.6千米，流域面积1846平方千米，多年平均流量4.34立方米每秒，年径流量1.38亿立方米，年输沙量515万吨，平均含沙量37.4千克每立方米。河道平均比降7.64‰。牛头河干流呈左拐湾马蹄形，所以主要支流均来自右岸，自上游到下游依次有汤峪河、樊河、后川河、白驼河、稠泥河。
现状
牛头河流域地处 亚热带 气候区，属陇中南半湿润大陆季风气候，多年平均气温8.8 摄氏度 ，最高气温36摄氏度，最低气温零下24.6摄氏度，年降水量517～662毫米，无霜期168天。
牛头河流域所处大地构造位置为北祁连加里东地槽的东延部位，属 关山 山地向梁 沟壑过度地带。土壤有褐土、黑垆土、黄绵土、潮土和红土五个土类，11个亚类，28个土属，41个土种。流域上游山峦重叠，沟道纵横，多为灌丛材区，植被良好；中游为河谷地段，土地平坦肥沃，引、提灌溉条件较好；下游为深山峡谷， 水力资源 较为丰富，落差大、河床地质条件好，适宜于小水电开发。
牛头河流域有人口20.42万人，耕地面积4万公顷，地区生产总值6.13亿元。建有自流灌渠20条，灌溉面积3670公顷。主要粮食作物有小麦、玉米、 阳芋 、 蚕豆 ，经济作物有胡麻、 向日葵属 、大麻、蔬菜。中药材资源非常丰富，有 北柴胡 、半夏、蒲公英、 沙参 、甘草等140多种。野生动物有50多种，较为珍贵的有 林麝 、 斑羚属 、 水獭亚科 、 红腹锦鸡 等。
牛头河上目前已建小水电站4座，装机容量940千瓦，规划再建6座，总装机容量4000千瓦。
名胜
牛头河
牛头河流域内名胜古迹众多，文化积淀丰厚，据记载及民间传说， 黄帝 诞生于牛头河上游 山门镇 轩辕谷，因之而称 清水县 为“ 轩辕故里 ”。牛头河中游的永清堡遗址，属马家窑文化——齐家文化的一部分，距今5000年左右，反映了母系氏族社会晚期向父系氏族社会初期的概况，是清水远古文化的典型代表。牛头河上游支流柳林河之上的 秦亭镇 为秦人的发祥地，从 秦非子 到 秦庄公 ，秦人先后有五位首领以此为根据地，致力农牧，在同西戎的对峙中求得生存和发展。位列全国十三大名泉之一的汤浴温泉为集游览、健身、理疗、运动于一体的天然乐园。文物遗址主要有魏鲁姬造像碑， 赵充国陵园 、砖雕彩绘宋墓群等。
支流
牛头河自发源地关山西侧的芦子滩向东北流动，到 山门镇 左折九十度流向西北方向。山门镇相传是 黄帝 故里，轩辕黄帝诞生于白河村的轩辕谷，有“轩王爷睡觉石”、“戏台”、“晒台”等遗迹。牛头河西北流经 白沙乡 到暖湾村有汤峪河自右岸来汇。汤峪河古名 牛谷河 ，发源于 张家川回族自治县 闫家店乡 陇坡，西南流汇入牛头河，全长35.6千米，流域面积186平方千米。汤峪河上建有柳林水库。牛头河继续西北流至清水县城，有樊河自右岸来汇。樊河古名清水，发源于张家川回族自治县东部的道保石梁，西南流经过恭门乡和 清水县 新城乡直达清水县城北注入牛头河，全长52千米，流域面积249平方千米。今清水县城北集翅坡以上新城梁诸山， 西周公国 初是古 邽 戎居地，故称邽山至今。牛头河过清水县城东流至 红堡镇 ，在红堡镇东侧有后川河、红堡镇西侧有白驼河均从右岸来汇。后川河古名秦水，发源于 张家川回族自治县 北部的张棉驿卧虎山，流经刘堡乡、张川镇、 胡川镇 、 清水县 黄门镇 ，于 红堡镇 嘴头村汇入牛头河。后川河上建有西李沟水库。白驼河发源于县东部 白驼镇 玉屏梁，流经贾川乡，于红堡镇西城注入牛头河，全长21千米，流域面积135平方千米。牛头河过红堡镇折向西南流，至高家新庄右纳稠泥河。稠泥河发源于白驼镇卢家窑，流经贾川，于高家新庄注入牛头河，全长23千米，流域面积151平方千米。稠泥河上建有贾川水库。牛头河接纳稠泥河后折向正南流动，于 麦积区 社棠镇 沙湾里注入 渭河 。
风光
牛头河两岸自然景观令人目不暇接，所谓古洞悬石、击鼓深潭、青岩暮雨、汤浴温泉、红崖晚照、霞涧悬珠、月台云影、宝盖朝岚、清泉烟柳、高岭飞泉、牛卧悬崖、驼眠白石、玉屏拱翠、庞公仙境、五龙胜景、八狼遗迹等象一颗颗璀璨的明珠镶嵌在这片美丽的家园。
庞公仙境 位于清水县红堡乡境内小泉峡口，相传湖广襄阳人庞蕴参禅问道于马祖：“何日得道？” 马祖 回答：“待汝一口吸尽 西江 水却得道”。 庞德公 大悟，周游天下，行至牛河口，方知已到 西江 ，他便于江畔 少华山 结庐隐居，临终把挖出的聚宝盆洒入峡谷，盆内金银珠宝顿时变成五彩斑斓的玉翠，这些玉翠被后人采集加工，称之为 庞公石 。
大桥
陇海铁路 宝天段下行线牛头河大桥建成于1934年，为21孔10米钢筋混凝土板型 梁式桥 ，全长232米，曾历经12次大修。由于技术等级低，列车限速每小时45公里，既制约了刚建成不久的宝兰
二线列车运行速度，也与 青藏铁路 铁路等级不匹配，无法满足铁路大提速和重载列车运行的需要。2006年4月30日，铁道部做出决定：用两个月时间在牛头河大桥新建一座大桥，作为 青藏铁路 的重要附属工程，“七一”建成通车。
牛头河大桥是连接 陕西省 、 甘肃省 两省铁路大动脉的咽喉所在。新建的牛头河大桥设计为拆除既有大桥，在原址重建7孔32米预应力混凝土桥梁。全长245.11米，加上大桥两边的线路全长2600米，铺设无缝钢轨，开通后列车时速达到140公里。要在拆除旧桥的基础上再造一座新桥，并确保 陇海铁路 大动脉运输畅通，无异于在运输繁忙、每天通行120多趟列车的宝兰 铁路干线 上实施“动脉搭桥”大手术，其难度之大，在 铁路桥梁 建设史上亦属罕见，按照常规施工最少需要半年时间。
济宁牛头河
简介
明洪武元年（1368年）， 黄河 决曹州双河口，东流入鱼台。适逢大将 徐达 北征，为军用需要，乃开塌场口（今 南阳镇 南调嘴村附近）引黄入 泗 ，并开挖自塌场口至济宁西耐牢陂（今 任城区 安居北）长90里的运河。在耐牢陂口建永通闸，上经芒生闸通南旺，东经永通闸达 济宁市 ，下经塌场口通谷亭，后谓之旧运河。明宣德八年（1433年）、 成化 十一年（1475年）两次疏浚更名永通河。明 隆庆 元年（1567年）漕运新渠挖成通航后，牛头河不再通航，大旱时引黄济运。清嘉庆十二年（1807年），大浚牛头河，引水入 微山湖 济运。清咸丰八年（1858年）， 济宁 知州 卢朝安 主持重浚牛头河83里，以泄坡水。
船闸
牛头河先后建永通闸、永通下闸、 广运 上闸、广运闸共4座。
永通闸 位于 济宁 西20里耐牢陂口（今 任城区 安居街道 北），明洪武三年（1370年）建，二月开工，三月二十日告成。 金门 宽一丈六尺五寸，高一丈二尺一寸。1964年该闸改建为小型泄水闸，排除上游坡水。
永通下闸 亦称明镜闸，北距永通闸2里。
广运上闸 北距永通下闸80里，位于南阳北吉家浅（今南阳镇 管闸村 附近），明弘治四年（1491年）建。明 隆庆 元年（1567年），漕运新渠挖成通航后，弃而不用。
广运闸 北距广运上闸8里，位于南阳闸西里许（今南阳镇柳沟村附近），明成化十一年（1475年）漕运总兵 陈锐 主持兴建。明隆庆元年（1567年），漕运新渠挖成通航后，弃而不用。