Das Einzugsgebiet der Dreisam liegt am Westrand des südlichen Schwarzwaldes, östlich von Freiburg i.Br. Es befindet sich bis zum Pegel Ebnet im Bereich des kristallinen Grundgebirges im Südschwarzwald. Danach tritt die Dreisam in das Rheintal über und fließt in nordwestlicher Richtung bis sie bei Riegel in die Elz mündet. Abflüsse bis 8,5 m³/s fließen von dort aus in die alte Elz, Abflüsse darüber werden über den künstlichen Leopoldskanal abgeführt. Das Gebiet umfasst eine Fläche von 568 km². Es weist bis zum Pegel Ebnet eine maximale Höhendifferenz von fast 1200 m zwischen dem Gebietsauslass (Pegel Ebnet, 308 m ü. NN) und dem höchsten Punkt am Feldberg-Gipfel (1493 m ü. NN) auf.

Das Gewässernetz des Dreisam-Einzugsgebiets lässt sich einfach mit den Fingern der gespreizten linken Hand (Innenfläche zum Betrachter) verdeutlichen. Im Uhrzeigersinn fließen Eschbach, Ibenbach, Wagensteigbach, Rotbach, Zastler Bach und Brugga zusammen und bilden so die Dreisam. Nach der Stadtgrenze Freiburgs fließen der Dreisam erst wieder bei Riegel nennenswerte Gewässer zu. Es sind rechtsseitig Glotter und Elz und linksseitig die „Alte Dreisam“.

Das mittlere Flussgefälle der Dreisam beträgt bis zum Pegel Ebnet 3,2 %. Die südlichen Teileinzugsgebiete (Zastlerbach, St. Wilhelmer Talbach und Brugga) haben noch wesentlich größere mittlere Flussgefälle (11,9, 11,1 und 8 %). Die nördlichen Teileinzugsgebiete sind weniger steil, beispielsweise hat der Wagensteigbach ein mittleres Flussgefälle von nur 4,2 %. Ab dem Pegel Ebnet sinkt das mittlere Flussgefälle dann auf 0,5 % - im Unterlauf liegt es sogar bei unter 0,2 %, was praktisch kein Gefälle darstellt.

Der mittlere Abfluss der Dreisam beträgt am Pegel Ebnet etwa 5,5 m³/s. Der Abfluss weist einen stark saisonalen Verlauf auf. Im Winter beträgt der mittlere Abfluss mehr als 7 m³/s, im Sommer dagegen nur knapp 4 m³/s. Der größte monatliche Abfluss tritt im April auf. In den Sommermonaten kommt es durch die hohe Verdunstung und die starke Versickerung in das Lockergestein des Dreisamschwemmfächers und der Freiburger Bucht vor allem im Flussabschnitt zwischen Neuershausen und Hugstetten (km 8 -12) oftmals zu einem kompletten Trockenfallen der Dreisam.

Abflussregime der Dreisam am Pegel Ebnet (Datengrundlage: 1941-93; LfU: 1994)

Die Abbildung zeigt das Verhältnis des mittleren Abflusses eines Monats zum mittleren Abfluss des Jahres.

Obwohl die mittleren Abflüsse durch die Schneeschmelze im Frühjahr am höchsten sind, ist die Hochwasserwahrscheinlichkeit im Winter (insbesondere Dezember) am höchsten. Dies wird durch die regelmäßigen feuchte und relativ warme Luftmassen (meistens „zyklonal-west“ Lagen) hervorgerufen, die gehäuft im frühen Winter auftreten. Daher stammt auch der Begriff „Weihnachtshochwasser“ für die so verursachten Hochwasser.

Das größte Hochwasser im 20. Jhd. ereignete sich am 22.12.1991 (Weihnachtshochwasser) und hatte einen Spitzenabfluss von 232 m³/s. Es stellt ein wirklich außergewöhnliches Ereignis dar. Die Wiederholungszeitspanne beträgt ca. 300 Jahre, obwohl das gemessene Ereignis in die statistische Analyse einbezogen wurde. Weiter flussabwärts am Pegel Riegel/ Elz ist dieses Hochwasser nur noch als ein 50jährliches Ereignis einzustufen (LfU 1994). Das deutet auf die lokalen Besonderheiten bei der Hochwasserbildung dieses Ereignisses im oberen Dreisamgebiet hin. Ergiebige Niederschläge einer west-zyklonalen Front fielen auf teilweise gefrorenen Untergrund. Zusätzlich wurden noch größere Wassermengen aus dem Schneespeicher freigesetzt.