坝址地处开阔的滩地河谷，河床右岸地形陡峻，左岸地势平缓。左岸基岩上部为坚硬的沉积岩，下部滩地砂土层厚15~25m，夹有透镜体和粘土夹层。坝址河宽4000m，枯水期河床水面宽700~900m。河谷西段地势隆起，由胶结不良的粉砂岩、泥质岩和砂岩粉砂岩互层组成，向东南微倾斜。河谷东段地势较低，上伏第四纪砂岩和粘土岩，总厚度15~20m。

坝区属大陆性气候，最低气温-10~16℃，最高气温20~25℃，全年无霜期200d，年平均降水量350mm。坝址控制流域面积135.2万平方公里。多年平均流量8000立方米/秒。平水年径流量2510亿立方米，相应的流量7960立方米/秒，枯水年径流量1620亿立方米，相应的流量5140立方米/秒，多水年径流量3830亿立方米，相应的流量12145立方米/秒。最大实测流量59000立方米/秒，夏季最小日常流量1710立方米/秒，冬季最小流量1330立方米/秒。千年一遇最大设计洪水流量64500立方米/秒，万年一遇校核洪水流量77600立方米/秒，河床最大水位变幅11.8m，坝址年输沙量2500t。正常蓄水位30.0m，大坝下游最高水位15.9m，最低水位3.0m，水库长约600km，水库面积3470平方公里。