坝址以上流域面积638km2，河长54.5km，平均比降3.73‰。沙坝河水库处于黔中山原西部，地势西北高，东南低。
属低中山丘陵地貌类型。境内碳酸盐类岩石广布，岩溶发育，岩溶地貌如溶丘、洼地、峰丛、溶斗、伏流等分布普遍。
设计流域多为碳酸盐，占60～80%，其次为碎屑岩，岩溶发育，导致流域分水岭不闭合。
流域植被属石灰岩山原常绿栎林、常绿落叶混交林及马尾松林，主要植物有阔叶林、次生藤刺灌丛和禾本草等。本区植被较差，森林覆盖率不足10%，水土流失严重。