ความรู้ความเข้าใจในการบริหารจัดการน้ำของบ้านเมืองสมัยโบราณที่สามารถรับมือกับวิกฤตธรรมชาติอย่างอุทกภัย หรือภัยที่เกิดขึ้นจากน้ำท่วมได้อย่างมีประสิทธิภาพ ทั้งยังสามารถนำน้ำมาใช้ประโยชน์ที่เอื้อต่อการสร้างบ้านแปงเมืองได้นั้นมีความน่าทึ่งเป็นอย่างมาก 

เมืองโบราณสุโขทัยตั้งอยู่ในเขตพื้นที่ราบลุ่มแม่น้ำเจ้าพระยาตอนบน ปรากฏแนวคูน้ำคันดินล้อมรอบเป็นกำแพงเมืองทั้ง ๔ ด้าน ขนาดกำแพงเมืองด้านเหนือและใต้ ยาวประมาณ ๑,๘๐๐ เมตร ส่วนด้านทิศตะวันออกและทิศตะวันตกกว้างประมาณ ๑,๖๐๐ เมตร ที่ตั้งของเมืองสุโขทัยตามภูมิศาสตร์โบราณคดี เป็นส่วนขอบของพื้นที่ราบลุ่มแม่น้ำเจ้าพระยาทางด้านเหนือบริเวณนี้จะปรากฏภูเขาเล็กๆ โผล่ขึ้นมาไม่สูงมากนัก แล้วค่อยๆ ลาดลงเป็นพื้นที่ราบกว้างสม่ำเสมอต่อเนื่องไปตลอด จนถึงด้านใต้ของพื้นที่ราบลุ่มแม่น้ำเจ้าพระยา ซึ่งอยู่ทางภาคกลางของประเทศไทย
 

คูเมืองสุโขทัย จากระบบฐานข้อมูลภาพศรีศักร-มานิต วัลลิโภดม

ด้านทิศตะวันตกของเมืองสุโขทัยปรากฏแนวเทือกเขาประทักษ์ ทำหน้าที่เป็นหลังคารับน้ำก่อนที่จะไหลลงสู่ที่ราบทางด้านทิศตะวันออก ซึ่งเป็นที่ตั้งเมืองสุโขทัย และต่อเนื่องไปสู่พื้นที่ราบลุ่มแม่น้ำยมที่อยู่ห่างออกไปราว ๑๔ กิโลเมตร

แนวเทือกเขาประทักษ์ทอดตัวตามแนวทิศเหนือ-ใต้ เป็นระยะทางกว่า ๒๙ กิโลเมตร ครอบคลุมพื้นที่ราว ๓๑๒ ตารางกิโลเมตร มีสันเขาค่อนไปทางด้านทิศตะวันตก ทำให้ภูเขาฝั่งตะวันตกมีความลาดชันมากกว่าฝั่งตะวันออก มียอดเขาสูงต่ำรวมทั้งหมด ๓๙ ยอด มีหุบเขาระหว่างยอดเขาลูกต่างๆ เป็นต้นน้ำลำธารที่จะไหลสู่ที่ลาดเชิงเขา น้ำที่ไหลลงจากลำธารบนเทือกเขาประทักษ์ ที่มีผลเกี่ยวกับระบบน้ำสุโขทัย 

เทือกเขาประทักษ์ประกอบด้วยชุดหินแม่ทะ มีหินกรวดมน หินทราย หินดินดาน หินชนวน หินปูน และหินภูเขาไฟ มีแหล่งต้นน้ำบนเทือกเขาไหลลงมาเป็นลำธาร ซึ่งมีความลาดชันและรุนแรง พัดพาตะกอนหิน กรวด ทราย ทับถมในลำธารบนภูเขา แล้วค่อยๆ เปลี่ยนสภาพพื้นที่เอนลาดสู่พื้นที่ราบ ตะกอนหินที่มีขนาดใหญ่จะทับถมบริเวณเชิงเขา ลักษณะดินบริเวณนี้จะแข็งและร่วน ตะกอนส่วนมากในบริเวณนี้เป็นกรวดและทราย เป็นที่แห้งแล้งหรือกึ่งแห้งแล้งไม่สามารถกักเก็บน้ำหรือเพาะปลูกได้

ส่วนตะกอนที่มีขนาดเล็กกว่าจะถูกพัดพาไกลออกไป และเมื่อเข้าสู่ที่ราบที่ห่างไกลภูเขามากขึ้น พื้นที่บริเวณนี้กระแสน้ำจะไหลช้ากว่า และเมื่อเข้าสู่ที่ราบที่ห่างไกลภูเขามากขึ้นอีกจะกลายเป็นที่ราบระดับ บริเวณนี้จะมีป่าไม้เตี้ยๆ หรือหญ้าขึ้นปกคลุมห่างๆ

ที่ราบลุ่มบริเวณนี้จะมีน้ำท่วมขังทุกปี กระแสน้ำที่ไหลช้าจะทำให้อนุภาคที่มีขนาดใหญ่กว่าตกตะกอนบริเวณใกล้ฝั่ง ส่วนอนุภาคเล็กจะตกตะกอนไกลออกไป ทำให้พื้นที่ริมฝั่งประกอบด้วยอนุภาคขนาดโต ทำให้เกิดสภาพภูมิประเทศสูง เรียกว่า สันริมน้ำ เป็นบริเวณที่มีต้นไม้ขนาดใหญ่ขึ้นอยู่ และเป็นที่อยู่อาศัยของชาวบ้าน และถัดลงไปเป็นที่ลุ่มต่ำ ประกอบด้วยอนุภาคที่มีขนาดเล็กกว่าที่เรียกว่า ที่ลุ่มต่ำ มีการระบายน้ำได้ไม่ดีนัก ใช้เป็นพื้นที่ปลูกข้าว

ส่วนพื้นที่ฝั่งตะวันตกของแม่น้ำยมมีลักษณะเป็นท้องกระทะที่มีความสัมพันธ์กับการเกิดที่ราบขั้นบันไดของแม่น้ำที่ต่อเนื่องจากที่ลาดของเชิงเขาประทักษ์