Der Gefällesprung am Binger Riff ist das direkte hydrologische Resultat einer massiven geologischen Barriere, die den Rhein an dieser Stelle prägt. Da das extrem harte Quarzitgestein über Jahrtausende der erodierenden Kraft des Flusses widerstand, wirkte es wie ein natürlich entstandenes Stauwehr, das die Ausbildung eines idealen, sanft abfallenden Flussbettes verhinderte.
Extreme Fallstufe auf engstem Raum Durch die Stauwirkung des Felsriffs wurde das Wasser stromaufwärts im Inselrhein gebremst und aufgestaut. Beim Überqueren dieser Barriere stürzte der Fluss unter natürlichen Bedingungen regelrecht in die Tiefe: Auf einer extrem kurzen Strecke von nur 17 Metern entstand ein gewaltiges Sohlgefälle von 8,3 Promille. Auf den darauffolgenden 40 Metern betrug das Gefälle immer noch 4,2 Promille und auf weiteren 110 Metern 3,1 Promille. Zum Vergleich: In der gesamten sich anschließenden Gebirgsstrecke des Mittelrheins liegt das Gefälle durchschnittlich bei lediglich 0,4 Promille.
Gewaltige Auswirkungen auf die Fließdynamik Diese markante Fallstufe veränderte die Natur des Flusses schlagartig. Sie war die Ursache für die gefährlichen Stromschnellen, tiefe Kolke (Auswaschungen) und unberechenbare Querströmungen, die das Binger Loch so berüchtigt machten. Aufgrund des starken Gefällesprungs verdoppelte sich die Fließgeschwindigkeit des Rheins gegenüber dem oberhalb liegenden Inselrhein abrupt und erreichte enorme Geschwindigkeiten von rund 3 Metern pro Sekunde (etwa 14 km/h).
Menschliche Abmilderung des Gefällesprungs Der naturgegebene Höhenunterschied wurde durch historische Wasserbaumaßnahmen sukzessive abgeschwächt, um die Schifffahrt zu erleichtern. Bereits durch die Sprengungen und die Vertiefung der Fahrrinne um 82 Zentimeter in den Jahren 1893/94 wurde der Gefällesprung deutlich abgemildert.
Den entscheidenden Eingriff in dieses Naturphänomen brachte jedoch der große Rheinausbau zwischen 1964 und 1974. Hierbei wurde gezielt Fels im Oberwasser abgetragen und die Sohle im unteren Bereich des Riffs aufgehöht, um das Gefälle zu vergleichmäßigen. Durch diese Maßnahmen wurde der unmittelbare Höhenunterschied am Binger Riff von ehemals 80 auf 40 Zentimeter halbiert und künstlich auf eine Länge von 300 Metern gestreckt. Dennoch ist die natürliche Barrierewirkung nicht völlig beseitigt: Gerade bei Niedrigwasser, wenn der Fluss weniger Volumen führt, stellt sich am Binger Loch nach wie vor ein deutlich sichtbares, größeres Wasserspiegelgefälle ein.