总排干沟位于河套灌区北部的狼山山前洪积扇与黄河淤积扇交接低洼地带，北纬40︒—41︒之间，是河套灌区排水系统的骨干工程。全长257.283公里，控制灌区排水面积1137.56万亩，控制山洪洪水面积13313平方公里。总排干西起杭锦后旗张大圪旦村，沿狼山山前冲积扇与黄河冲积平原的交接洼地(即乌加河古道)东行，经杭锦后旗、乌拉特后旗、临河区、五原县、乌拉特中旗、乌拉特前旗境穿乌梁素海，再向南穿过包兰铁路，至三湖河口入黄河。总排干全线分为三段，第一段称总排干主干段。自杭锦后旗张大圪旦村至红圪卜扬水站，扬水入乌梁素海，此段全长203.283公里，控制排水面积967.22万亩。在末端建有红圪卜扬水站，包括新站、旧站和自流泄水闸3处水工建筑物。第二段称乌梁素海段。其水域长30公里，乌毛计处设计水位1018.50米时（乌毛计泄水闸处）海子库容1.65亿m³, 当乌毛计闸上水位上涨10cm时，可增加库容2500—3000万m³（按水面面积43万亩计算），它对河套灌区排水、退水及山洪水起着调蓄水量的作用。控制排水面积135.44万亩。第三段称总排干沟出口段。该段由乌梁素海南端乌毛计泄水闸至三湖河口入黄河，全长24公里，控制排水面积34.90万亩。建有乌毛计泄水闸、挡黄闸和总排干出口泵站，其中乌毛计泄水闸泄水能力100 m³/s，挡黄闸的过流能力100 m³/s，出口泵站设计排水流量为60m³/s，下泄水量由乌毛计闸通过挡黄闸和总排干出口泵站进入黄河。

总排干沟由黄河故道—乌加河逐步改造而来。

古代黄河途径河套分为南北两河，开始北河为主流，南河为支流，后受乌兰布和沙漠东侵等原因，北河淤积，南河即现在的黄河河道逐渐成为主流，至清代光绪年间北河断流，乌加河就是在北河断流后的改称，蒙语就是“红色的老黄河”或“河的一端”的意思。

在科学的规划下，总排干经历了三处大规模的疏通扩建改造，最终形成了现在的规模。

第一次大规模开挖总排干。1965年，华北局和内蒙古党委作出“尽快防治巴盟土壤盐碱化，于1970年实现400万亩单产400斤”的指示精神，乌兰夫书记作出关于1966年6月底前挖通总排干的具体指示。当年8月，按照灌区“六四”规划，巴彦淖尔盟治碱工作处组织了2万民工浅挖了总排干，共完成土方749万立米，总排干过水流量为30m/s。但是由于当时的条件，投入不足，人工开挖标准低，排水出路没有被完全打通。

第二次大规模开挖总排干。1975年巴彦淖尔盟盟委书记李贵力排众议，作出了《关于疏通总排干和十大排干的决定》。当年冬天李贵同志亲任总指挥，带领全盟15万干部群众，冒着严寒，肩挑人扛，在极其艰苦恶劣的条件下大干100天，累计开挖土方1150多万立方米，开挖疏通了200多公里总排干沟。由于这次开挖全部是人工开挖，仍未能达到设计深度，总排干功能没有得到充分发挥。

第三次大规模开挖总排干。1983年，时任国家政协副主席兼水利部部长钱正英同志率专家组视察河套，指出“合理灌溉、保证排水”是解决河套地区土壤盐碱化的根本措施，并力促河套灌区引进世行贷款，开展以排水工程建设为主的灌排配套工程建设。排水工程建设也迎来了建国之后投资最大、发展最快的阶段。从1989年开始，按照“八三规划”设计对总排干沟进行扩建整治，完成了200公里总排干沟的挖深、扩宽，共完成土方开挖1950万立方米，同时新建了亚洲最大的斜式轴流泵站——红圪卜二站，红站排水能力由30立方米/秒提高到120立方米/秒。

总排干沟是河套灌区农业排水、沿山山洪排水的大通道，也是全市七个旗县区工业、城镇排水的重要组成部分，2014年以来，总排干沟又承担起了为乌梁素海实施大规模生态补水重要任务。总排干沟自运行以来不仅为灌区排盐降碱、防洪减灾、农牧业生产做出重大贡献，也为全市经济社会发展及生态文明建设发挥了重要作用。