ลักษณะภูมิประเทศตอนบนของลุ่มน้ำเป็นภูเขา โดยเฉพาะเทือกเขาน้ำค้างซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของเทือกเขาสันกาลาคีรี ส่วนตอนกลางและตอนล่างเป็นพื้นที่ราบลุ่มกว้าง ซึ่งมีการตั้งถิ่นฐานหนาแน่นอย่างเมืองหาดใหญ่ ทำให้พื้นที่นี้กลายเป็นจุดรับน้ำหลักของลุ่มน้ำทั้งหมด

ลักษณะภูมิประเทศเองเป็นปัจจัยสำคัญที่ทำให้สถานการณ์น้ำท่วมรุนแรงขึ้น พื้นที่ตอนเหนือของลุ่มน้ำเป็นภูเขาและพื้นที่ลาดเอียง เมื่อเกิดฝนตกหนัก น้ำจะไหลลงสู่พื้นที่ราบอย่างรวดเร็ว โดยไม่มีพื้นที่หน่วงหรือกักเก็บน้ำตามธรรมชาติ ขณะเดียวกัน พื้นที่ราบตอนกลางและตอนล่างซึ่งเป็นเขตเมืองมีสิ่งปลูกสร้างหนาแน่น ทำให้การซึมลงดินลดลงอย่างมาก น้ำจำนวนมหาศาลจึงไหลสะสมลงในพื้นที่ล่าง จนเกิดสภาวะที่เปรียบได้ว่า “น้ำลงมาเร็ว แต่ระบายออกช้า” อันเป็นสาเหตุสำคัญของน้ำท่วมขยายวงกว้างในเขตเมืองหาดใหญ่

นอกจากปริมาณฝนที่มากกว่าปกติแล้ว เหตุการณ์ครั้งนี้ยังมีลักษณะสำคัญอีกประการหนึ่งคือ “ฝนตกแช่” (Stagnant Rainfall) หรือฝนที่ตกต่อเนื่องยาวนานโดยไม่มีช่วงให้ระดับน้ำได้ลดลงเลย ตั้งแต่วันที่ 19 พฤศจิกายนจนถึงหลายวันถัดมา ฝนยังคงตกด้วยความแรงสลับเบา แต่ไม่หยุดสนิท ทำให้ดินอุ้มน้ำจนเต็ม ความสามารถในการดูดซึมน้ำลดลงจนเหลือศูนย์ น้ำผิวดินจึงไหลบ่าลงคลองอู่ตะเภาอย่างต่อเนื่องตลอดทั้งวันทั้งคืน ปริมาณน้ำที่ไหลเข้ามาแบบไม่หยุดพักนี้ ทำให้ระบบลำน้ำและระบบระบายภายในเขตเมืองไม่สามารถรับมือได้ทัน เกิดการหนุนทับชั้นแล้วชั้นเล่า จนน้ำท่วมทวีความรุนแรงขึ้นในเวลาอันสั้น

เมื่อรวมเข้ากับปริมาณฝนที่ตกหนักกว่าปกติและตกต่อเนื่องหลายวัน ทำให้ปริมาณน้ำที่ไหลลงสู่คลองอู่ตะเภามากเกินความสามารถของทั้งดิน ระบบลำน้ำ และระบบระบายน้ำในเขตเมืองในการรองรับ พื้นที่ราบตอนล่าง ซึ่งเป็นโซนรับน้ำสุดท้ายของลุ่มน้ำถูกน้ำท่วมซ้ำซากอีกครั้ง เหตุการณ์ครั้งนี้จึงเป็นผลลัพธ์ของทั้งสภาพอากาศสุดขั้วและข้อจำกัดด้านภูมิประเทศที่เสี่ยงต่อการเกิดน้ำท่วมโดยโครงสร้าง

ความรุนแรงของอุทกภัยครั้งนี้ส่งผลกระทบอย่างกว้างขวางต่อโครงสร้างพื้นฐานของจังหวัดสงขลา ทั้งความเสียหายต่อเมือง ที่อยู่อาศัยประชาชน ระบบสาธารณูปโภคล่ม ระบบการขนส่ง เป็นต้น จนจังหวัดสงขลาได้ประกาศเขตภัยพิบัติทั้ง 16 อำเภอ และต้องเร่งอพยพประชาชนจำนวนมากคนออกจากพื้นที่เสี่ยง

เหตุการณ์น้ำท่วมลุ่มน้ำคลองอู่ตะเภาครั้งนี้เป็นบทเรียนสำคัญที่สะท้อนถึงความเปราะบางของพื้นที่ต่อสภาพอากาศที่รุนแรงขึ้นจากการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ การวางแผนบริหารจัดการน้ำอย่างเป็นระบบ เป็นความจำเป็นเร่งด่วน เพื่อให้ลุ่มน้ำคลองอู่ตะเภาและเมืองหาดใหญ่ รวมถึงลุ่มน้ำอื่นๆที่มีลักษณะปัจจัยใกล้เคียง สามารถรับมือกับเหตุการณ์น้ำท่วมที่อาจทวีความรุนแรงขึ้นในอนาคต