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永定地处博平岭山脉和玳瑁山山脉地带。地势东北高、西南低。全境群山起伏，大致以永定河为界，分东、西两大部分：东部是博平岭山脉向西南延伸的中低山，西部属玳瑁山山脉的中低山。此两条山脉分别从新罗区的小池及适中进入虎岗与培丰、龙潭后，向南、东南和西南方向延伸，沿着永定河、金丰溪、黄潭河及汀江下游两岸倾斜，分别形成3种地貌类型：中山区和低中山区，约占40%；丘陵，约占15%；河谷盆地和山间盆地，约占45%。全县最高点为虎岗乡汉洋村赤岩头，海拔1547米；最低处为仙师乡芦下坝永定河末端，海拔69米。
永定地处北回归线北侧、中亚热带向南亚热带过渡地段，属中亚热带海洋性季风气候，其特点是湿润温和，夏长而不酷热，冬短而无严寒。多年平均气温20.1℃，1月平均气温11.3℃，极端最低气温-5.1℃(1999年12月23 日)；7月平均气温27.5℃，极端最高气温39.2℃(1963年9月 2日)。最低月均气温6.9℃(1963年1月)，最高月均气温28.5℃(1969年7月)。平均气温年较差1℃，最大日较差25.1℃（1963年1月15日）。无霜期年平均305天，最长达347天，最短为258天。年平均日照时数1742.8小时。年平均降水量1606.9毫米，年平均降雨日数为159天，最多达197天(1961年)，最少为134天(1958年)。极端最大年降雨量2479.8毫米(1983年)，极端最少年降雨量1157.7毫米(1958年)。降雨集中在每年3―9月，6月最多。
境内河流均属山区性暴涨暴落河流，受地形、气候的影响极大，其特征是水量丰富，河道坡降大，流速快，汇流时间短。境内溪流众多，呈树枝状分布，流域面积在15平方千米以上的河流41条，分属汀江水系（含汀江干流、永定河、金丰溪、黄潭河，流域面积2153平方千米，占全县面积的96.7%）、梅江水系、九龙江水系，河流总长度646.4千米，河网密度0.3千米/平方千米，年径流总量19.7亿立方米（不含入境径流）。主要河流：汀江干流，自县内西南角入境，流经洪山、峰市，境内河长25.2千米，流域面积212平方千米，入境径流量171立方米/秒，出境径流量234立方米/秒，主要支流有永定河、黄潭河等。永定河，发源于培丰田地竹子炉和虎岗笔架山，从东北至西南贯穿全境，全长91.5千米，流经高陂、坎市、抚市、堂堡、湖雷、凤城、城郊、仙师、峰市，于芦下坝汇入汀江，流域面积1075平方千米，多年平均流量30.3立方米/秒，主要支流悠远溪、文溪、文馆溪、抚溪、堂堡溪等。金丰溪，发源于古竹乡洋竹村，流经古竹、湖坑、大溪、岐岭、下洋，从下洋镇出境流入广东省大埔县，境内流域面积668平方千米，全长57.5千米，多年平均径流量18.1立方米/秒，主要支流有高头溪、奥杳溪、南溪、陈东溪等。黄潭河，源于上杭，在仙师乡金寨村齐潭入境，至华侨村河口汇入汀江，境内长13.9千米，流域面积198平方千米，入境年径流量37.4立方米/秒，主要支流有灌洋溪、汤湖溪、合调溪、金寨溪等。
探明的矿藏资源有36种。其中非金属矿有煤、石灰岩、红色花岗岩、辉绿岩、混合岩、霏细岩、二长花岗岩、花岗斑岩、耐火粘土、水泥原料黏土、瓷砖黏土、建筑砂、建筑石、石墨、石英砂、高岭土、钾长石、铝土、硅石、水晶、矿泉水等22种；金属矿有金、铜、铅、锌、锡、钼、铌、钛、钴、钽、稀土、铁、锰、钨等14种。其中煤储量3.6亿吨。已经开发的煤矿位于虎岗、高陂、坎市、培丰、抚市、龙潭等6个乡镇。水力资源理论蕴藏量121.7万千瓦，可开发73.1万千瓦，已开发70.5万千瓦，占可开发量96.5%。地热资源有温泉，已开发利用的9处，其中凤城、合溪各1处，城郊2处，下洋5处。林业资源有林业用地1751.9平方千米，占全县土地面积的78.7%，绿化程度91.2%。有桫椤、红豆杉等珍稀植物。珍稀动物有穿山甲、蟒等。
