北京在华北大平原的西北端，三面有崇山环绕，中间形成一个小平原叫做北京小平原，因为其形势犹如海湾，所以又叫做“北京湾”。北京城址距离西山最近，正当古代永定河冲积扇的背脊，地形由西山山麓向东南逐渐倾斜，同时，北京西山地又是华北降水量最多的中心地区之一，因此北京地下水的储量相当丰富，凿井汲水，非常方便。但城市附近，除有少数泉流分布外，却无天然大河或湖泊资源可利用。因此，在北京都市发展的过程中，随着实际需要的增加，地上水的来源就成了一个很大的问题。最初为了灌溉用水，曾不得不开凿人工渠道，从永定河引水东下，耗费人力物力，效果却很难持久。后来，当北京开始形成为封建时期全国性的政治中心之后，为了营建宫室、点缀市容，更重要的是为了开凿运河、运输漕粮，历代都城的建设者，也曾多方设计，开发水源，在企图打破自然条件的这一限制上，表现了高度的智慧与技术，但仍然没有得到有效的解决。
选址和范围——水源开发与城址变迁
北京市区的水系，东、北两面为潮白河水系，西、南两面为永定河水系，再细分则北为温榆河，南为凉水河，横贯城中的为古高梁河、通惠河水系。
在北京建都的有5个朝代，3座城址。北京城最早的城址是蓟，战国七雄之一的燕国的都城，位于永定河以北的洗马沟（今莲花河）边上。辽的南京城和金的中都城都是对蓟城的延续和发展。元代把城址转移到蓟城东北，另建大都城，横跨高梁河。明代把元大都城北墙内缩，南墙外拓，另建北京内城，中叶时又建北京外城，使得城址南移，不仅横跨高梁河，也更靠近洗马沟和永定河。这就是北京的3座城市在不同时期与区域内河流水系的位置变化关系。
北京在西周时代为燕国的都城，时称蓟，城池规模不大，人口也不多，供水问题较容易解决。金中都时期以莲花池作为主要的供水水源，莲花池下游有莲花河将水引入城中。古代莲花池的水源是相当丰沛的，当时的湖面很可观，《水经注》载：“湖东西二里，南北三里，盖燕之旧池也。绿水澄溶，川亭望远，亦为游属之胜所也。”金中都时代充分发挥了莲花池的作用，不仅以其为供水水源，还以此为造景建园之基础，如西苑和太液池（中都城内的鱼藻池）均已莲花湖作为水源。同时还在金中都的东北郊的白莲潭（即北海）扩建了辽时瑶屿行宫为大宁离宫。
元朝定都于北京新建大都城，综合考虑了城市防洪、供水、水运和宫殿建设等问题，决定将城址由莲花池水系转移到高粱河水系上来。因为莲花湖水系水量较少，不能满足元大都日后的城市用水，其次高粱河上有大面积的湖泊和清澈的泉流，既为新宫的建设保证了优美的环境，又为新城的水运提供了有利的条件，这些都是莲花湖水系难以达到的。在防洪方面也比金中都好很多，辽南京和金中都离当时的永定河较近，时常受到洪水的侵袭和威胁，而元大都的选址位于永定河冲积扇脊背的最优位置，防洪方面比金中都好很多，基本避开了一般的洪水袭击，排洪也比较便利。
元大都是全国的政治、文化中心，也就是从那时起，北京的水资源不足的问题逐步显现出来。首要问题就是漕运，历代统治者为解决这一问题，不遗余力地开发建设供水工程。金朝疏浚了隋朝始建、因战乱淤废的永济渠；同时，还以永定河为水源，开凿了一条新运河即金口河。据《金史》记载，金口河“自金口（今石景山北麓）疏导至京城北人濠，而东至通州之北入潞水”，再与永济渠沟通起来。遗憾的是，由于“金口河地势高峻，水性浑浊……不能胜舟”，而导致航运失败。直至元代郭守敬主持开凿的通惠河，引白浮诸泉入积水潭，直接沟通了大都城内外的水路交通，积水潭成为京杭大运河北端的终点码头，使京城的漕运问题得到了根本解决。
明清时白浮瓮山河水源断绝，通惠河及城市各项供水都要仰仗玉泉山的泉水补给，水量不足的问题日趋严重。到了清乾隆十四至十五年（1749-1750年），大规模实施了对瓮山泊扩建和新辟水源工程，并改瓮山泊为昆明湖。主要工程包括：一是扩大瓮山泊的库容，新湖周长达15km，积水面积较原来扩大了两三倍。二是开辟了新的水源。在以玉泉山诸泉为主要水源的同时，又引西山诸泉水至昆明湖。三是把昆明湖建成了一座蓄泄得当的水利枢纽，具有城市供水、农田灌溉、接济航运、园林用水等综合功能。工程建成后，效益十分显著，为北京城的生存与发展提供了可靠的水源保证。
考古发现北京城区有许多古井，说明当时城市居民用水主要靠挖井提取地下水。因为北京地区地下水蕴藏丰富，潜水层较浅，凿井便利，且地下水源稳定、可靠、清洁，因此历史上北京居民生活用水主要依靠水井。按人口密度、街道大小，每条街内分布着不同数目的水井。城区的水面，城墙外有护城河，城区中有小河和湖泊。河流来自北京城西的永定河和发源于郊区玉泉山的高梁河。水面分布基本上继承元代之旧，但在功能上已经消失了元代漕运的作用。护城河仅作为防卫和排泄雨水之用。
空间格局——积水潭对北京城规划的影响
根据复原的元大都城平面图进行分析，可以明显看出都城的设计与城市水系的关系：
首先宫城偏南，大都城的宫城虽然是建立在全城的中轴线上，却又偏在大城的南部，这在我国历代封建都城的设计中，别具一格。其主要原因是金中都的故城限制了元大都的南城墙位置，而宫城的建设依托于太液池和积水潭，且太液池偏在大城南面，因此在众多限制之下，为了充分利用当地的湖泊与河流所以宫城偏南建设，这也说明了对于城市水源的重视。
其次都城的西墙刚好在积水潭西岸以外，中间仅容一条顺城街的宽度，而积水他的东岸恰好是已经确定的全城南北中轴线。这就说明积水潭东西两岸之间的宽度稍加延长，就是全城的宽度的一半。元大都城整体规划时在积水潭东北岸选定了全城布局的中心，确定大都东西城墙两面的位置，南北城墙的位置是从中心台向南北各延伸3.75公里来决定的。这个距离不像是依据积水潭湖面宽度作为客观依据，而是从主观上选择了中心台向南包括整个皇城在内的一段距离作为丈量的尺度，从而决定了大都城南城墙的位置，然后以同一尺度确定了大都城北城墙的位置，这样就构成了元大都长方形的城市轮廓。居于大都城心脏位置的是皇城、太液池和积水潭主体。可见积水潭在元大都城规划中起到了关键作用，如果没有积水潭，就不会有在设计上独具特色的北京城。
积水潭对于元大都的经济繁荣也有直接的关系，因为积水潭作为京杭大运河通惠河的终点上，当时从江南北来的粮船都停泊在积水潭上，货物源源不断的由此流入大都城内，因此中心阁以及积水潭东北岸的斜街成为全城最为繁华的商业区。
明初改建大都城，把大城和宫城城址相继南移，同时还扩充加凿了南海，增加了湖上风光，此后北京才有了“三海”的名称。并且将南海以及新建紫禁城护城河所挖掘出的泥土在紫禁城的正北方堆筑了景山（最初命名为万岁山，俗称煤山）。景山的中锋也正好定在全城的中轴线上，并且标志着改造后的全城几何中心。
明初为了便于防卫，首先把北城墙南移了2.5公里，但是南移涉及到积水潭的处理，所以从积水潭的最窄处穿越，将原有的湖面一分为二，东南部宽阔的湖面被圈在新城墙内，而偏西北的一段狭长的水面，被分隔在城墙外部，这一段水面渐渐转向西南方向，因此沿着湖面修建的城墙也稍稍向西南向城内倾斜。所以改建后的北京城的西北角是一个斜角。
明扩建皇城的时候，对积水潭再次造成破坏。明皇城的东墙和北墙向外改建，将积水潭东岸沿原皇城东墙之外南流的汇通河圈入新建的皇城内，从此以后，南来的船舶再也不能驶入积水潭，积水潭就此失去了它的水运价值，变为具有湖光山色的民间游憩胜地。只是在当时没有具体规划和保护，湖中出现了稻田和荷塘，达官贵人沿湖一带新建府第引湖水点缀。经过长期的不当经营，湖面日益缩小，原来一望无际的水面，被分解成为三块仅仅相连的小湖，自西北向东南，分别叫做积水潭、什刹海后海、什刹海前海、北海。这些残存的湖区成为市民休闲游览的最佳去处，热闹非凡，与太液池上的皇家禁苑形成鲜明的对比。
肌理脉络——顺应河流的城市道路肌理
北京城最大的特点和辉煌之处，在于它以中国传统的礼制思想为指导，城市先规划后建设，处处体现礼制和秩序。明清时期的北京城是在元大都的基础上而兴建的。元大都的街巷胡同的排列整齐规律，纵横交错，给人留下棋盘的印象。然而，在横平整直的街巷胡同之中，还有诸多斜街曲巷，一些是人们平时走捷径抄近道走出的斜街，所谓“两点之间直线最短”，如铁树斜街、樱桃斜街、棕树斜街等，然而大部分斜街的成因是受到斜向的河流的影响而形成的斜街，如形成顺应河道的街道布局和河渠故道改建城道路。
第一，顺应河流的布局方式:如前门地区的多数街巷。这区域的斜街都与这里曾经河道纵横交错有关，其中最著名的一条古河道就是三里河。王里河流经的前门地区，这里商业服务发达，人口密集，由于处于外城，建设不受规划限制，所以该片区的建设比较自由，未按照传统的正南正北的四合院形制布局而是顺应河流走势形成多角度变化的院落和胡同。长巷头条、长巷二条、三条都星东南走向平行于三里河河道:草场胡同的头条、二条、三条、四条、六条、八条又是垂直于河道布局，形成片南北向的胡同，东向的院落肌理。后来三里河到还渐淤积，到清代以后终于干洞形成陆路。另外这些胡同的名称也随着当地的地形、功能特点和性质而命名，如三里河路、冰宫斜街、芦草园、南泉寺，体现出于三里河的密切关系。这些院落肌理同周围和城内的正南北的肌理形成强烈的反差，可以说是当时适应河流水系的城市建设的典型。
第二，干涸的河道改建道路:东、西斜街是金水河故道改建而成，元代时，这里是金水河河道，明代时金水河上游断流，该河道逐渐变为排水沟，称作大明濠，后来又改为暗沟，暗沟上建为路面。暗沟最终通向西苑（中南海）的小河中，当河道干涸后，暗沟背填平为街道。成为东、西斜街，分界点就在甘石桥。
技术问题——北京城市排水系统
按照地形特点进行城市排水系统的规划设计，是我国古代城市排水系统设计的传统经验。北京的地形西北高东南低，城市内的河渠走向也是东南走向，元大都排水干渠方向是自北向南，与地形坡度方向一致，整个北京城的排水系统也是这样，顺应自然地势自北而南的进行规划设计。
紫禁城也不例外。其北部与南部有一米的高差，所以金水河从西北方向引入皇城内，然后沿着内廷宫墙之外的西侧南行而下，再东转，由皇城的东南角出城。此番设计就是根据地理形势设计的排水体统，因此排水十分顺畅，在紫禁城建成至今600多年从未有洪涝灾害发生。
特别是明清时代，北京城的内城、外城、紫禁城都建有十分完善的排水系统。该城市排水系统从街区分出支渠、斗渠和毛渠三级沟渠，最终以筒子河为轴线，形成南北向的城市排水骨干渠道，汇入环绕内城的护城河中，最终进入通惠河。其中，护城河不仅具有分流市区洪水、排泄市区污水的功能，而且是市区生活、消防及园林灌溉的重要水源；同时将市区污水输出城外，构成了一个有机的城市水利体系。
总结
中国古代的山水文化积累深厚，对城市规划产生了深远的影响，“理水”在中国古典园林设计中占有举足轻重的地位，因小见大，“理水”同样也是中国古代城市规划设计的核心。
《管子•乘马》“凡立国都，非于大山之下，必于广川之上。高毋近阜，而水用足；下毋近水，而沟防省。因天材，就地利，故城郭不必中规矩，道路不必中准绳”，早已道破了城市选址与河流水系的关系。河流水系对于城市的功能主要有：饮水、农田灌溉、舟楫之便、城市美化和防御功能。中国的历代都城都根据各自的基础条件和需求。对都城周边的河流水系进行改造，其中有大型的水利工程、城市内部供排水系统、园林水体改造等，此时城市处于主动地位，创造出了适应城市发展的水环境。
古都北京的建设过程中主要的限制因素就是水，所以在北京城市规划中处处都能体现对水的重视，在区域内水环境治理也取得了很高的成就。元大都的城市选址考虑到长久的发展，放弃莲花池水系选择资源更为充沛的高粱河水系为城市水源地，城市布局也依照积水潭的特点，确定了城市中心点、中轴线以及总体轮廓，局部地区也有顺应河道的城市道路肌理，可见北京规划中对水的重视。至清代水源不足问题日益突显，从而引发北京西郊水系的整治活动，开辟水源建设水库，解决城市用水问题。
古代河流的水运功能作为城市的经济命脉，也对城市发展影响显著。隋唐大运河的开通带动了沿线城市经济快速发展，成就了后来的盛唐帝国，同时杭州城因此而快速的崛起。当政治中心转移到北京时，因为北京附近的水量有限，京杭大运河的北京段从来都是历代急需解决的问题，历代统治者可以说是用尽心机不断尝试，可见水系对城市重要性。