湘江流域属亚热带湿润气候，雨量充沛，日照充足，四季分明。多年平均气温15.2℃。多年平均降水量1373.2mm，多年平均蒸发量1313.6mm。无霜期270天左右。历年平均风速2.5m／s，历年平均最大风速11.7m／s。
湘江流域面积大，河网密布，洪水主要来源于暴雨，洪水过程峰高量大，洪水多发生在每年4～7月，根据湘水流域的水文特征，每年5～8月为汛期，9月至次年4月为枯期。
湘江干流长沙站段多年平均水位25.38m，设计最枯水位24.15m，长沙站多年月平均水位见下表。