D'une superficie de 410 km², le bassin versant s'étend sur deux départements, de l'Oise et la Seine-et-Marne, et couvre 2 régions, les Hauts-de-France et l'île-de-France. Il est composé de 52 communes, 46 dans l'Oise et 6 en Seine-et-Marne dont les plus importantes sont : Senlis, Chantilly, Gouvieux, Nanteuil et Dammartin-en-Goële

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Le bassin versant est caractérisé par des plateaux agricoles sur les parties Nord, Est et Sud-Est et par de nombreux massifs forestiers sur sa partie Ouest dont les plus remarquables sont les forêts de Chantilly, d'Halatte et d'Ermenonville.

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Le bassin versant est drainé par un linéaire de 120 km de cours d'eau. La Nonette est le cours d'eau principal. Elle prend sa source à Nanteuil-le-Haudouin et se jette dans l'Oise à Gouvieux après un parcours de 41 km. Ses deux autres affluents principaux sont : 

• La Launette : elle prend sa source en Seine-et-Marne et présente plusieurs bras disséminés. Elle rejoint la Nonette en rive gauche au niveau de Montlognon après un parcours de 20 km

• L'Aunette : Elle prend sa source à Rully et conflue avec le Nonette en rive droite en aval de Senlis après un parcours de 15 km