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La cuenca del río Lempa abarca tres países: Guatemala, Honduras y El Salvador. El río Lempa se origina en la zona Sur-Este de Guatemala, desplazándose por el Sur-Oeste de Honduras, a una elevación aproximada de 1,500 metros sobre el nivel del mar (msnm), pero su recorrido principal, incluyendo su desembocadura en el Océano Pacífico, está en El Salvador.

El área total de la cuenca, es de aproximadamente 18,240 km2, de los cuales 10,215 km2 (56%) están en El Salvador; 5,472 km2 (30%) en Honduras; y, 2,553 km2 (14%) en Guatemala.

Después de ingresar a El Salvador, el río Lempa fluye generalmente en dirección Sur-Oeste para encontrarse con el río Desagüe que es su mayor afluente, en un punto cercano a la ciudad de Masahuat, en el departamento de Santa Ana. El río Desagüe es la salida del lago Güija, y recibe los aportes del río Guajoyo, en el cual se vierte el agua utilizada en la generación eléctrica en la Central Hidroeléctrica Guajoyo. El Lago Güija se extiende a través de la frontera entre El Salvador y Guatemala y su mayor parte se encuentra en territorio salvadoreño.

A partir de la ciudad de Masahuat, el río Lempa fluye en dirección Sur en un tramo de 18 km, desviándose luego hacia el Este y recorriendo 85 km hasta que alcanza y forma una porción de la frontera entre El Salvador y Honduras.

Entre los grandes tributarios del río Lempa tenemos: el río Suquiapa, río Sucio y río Acelhuate por el Sur; y el río Metayate por el Norte. Este tramo del río es usualmente definido como la parte alta del río Lempa, y el resto del río está definido como la parte media y baja. La zona baja de la cuenca, es propensa a inundaciones y a la vez posee un alto potencial agrícola.

Otros ríos con afluentes importantes del río Lempa son El Grande, Quezalapa, Sumpul, Titihuapa, Mocal, Guarajambala yTorola, estos tres últimos son afluentes provenientes de Honduras. El río Torola, el cual forma parte de la cuenca del río Lempa en la frontera El Salvador-Honduras, desemboca en el río Lempa aproximadamente a 50 km aguas abajo de la Central Hidroeléctrica 5 de Noviembre.

Desde este punto, el río Lempa fluye en la dirección Sur por unos 105 km en territorio salvadoreño, antes de entrar al Océano Pacífico. La cuenca alta del río Lempa, en territorio salvadoreño, tiene un área de 5,437 km2. En su zona Norte la topografía es escarpada y se encuentra cubierta por matorrales, vegetación arbustiva y arborescente perennifolia y caducifolia, conformada por diferentes especies. Las áreas naturales con cobertura boscosa de esta zona se encuentran principalmente en la zona del Trifinio y otras cercanas al lago de Güija.

La zona sur de la cuenca alta se caracteriza por contener el 35% de la población de El Salvador, concentrada principalmente a lo largo de los ríos Suquiapa, Sucio y Acelhuate. La cuenca media-baja del río Lempa, en territorio salvadoreño, tiene un área de 4,778 km2 y se caracteriza por una topografía con pendientes moderadas y elevaciones que no pasan de los 1,000 m.s.n.m. Las tierras bajas son resultado de las deposiciones de los ríos, por lo que poseen un alto potencial agrícola.

Desde el punto de vista bioclimático, la cuenca media-baja del río Lempa contiene bosques secos en transición a bosques húmedos. La cuenca media-baja se encuentra drenada por varios ríos tributarios, además de aquellos drenajes que sólo acarrean agua durante la estación lluviosa.