羊毛湾水库坝址以上控制流域面积1100km‘，属黄土丘陵沟壑区。多年平均年径流量8515万立方米(1952—1986年)，最大21338万立方米，最小3849万立方米。实测最大洪水流量为825立方米/秒(1954年8月)，由公元836年洪水(麟游调查)推算坝址历史洪水为4200立方米/秒． 由于灌区农业生产受于旱威胁最为严重，地多水少，供需矛盾突出，故羊毛湾水库规划系多年调节，确定死水位620m(导渭高程，下同，比黄海高程低13．998m)，正常蓄水位635．9m，相应死库容为1500万立方米，有效库容为5220万立方米。

除险加固设计按2000年一遇洪水校核滞洪库容5280万立方米计，总库容1．2亿立方米 (原为500年一遇洪水校核，总库容1．07亿立方米)。正常蓄水位时，水库回水长度7．3km，淹没面积443万平方米，属大(2)型工程。水库位于渭北蒲凤大断裂带以北10km，坝址地段基底岩层为寒武——奥陶系灰岩，上覆第三系红土砾石层，两者为不整合接触，顶部为第四系砂卵石层、黄土状壤土、古土壤夹层及黄土层所覆盖，灰岩中溶洞及裂隙发育。第三系红土砾石层，岩性致密坚硬，渗透系数0.22m/d，但由于河水浸蚀，其在库坝区的分布残缺不全，缺失部位均为水库漏水通道。