河套地区渠系成网以来，引黄灌溉条件方便，用水充足，普遍深浇漫灌且有灌无排，长期以来不合理的灌排比抬高了地下水位。地下水深浅加剧了土壤盐渍化，浅层高矿化度的地下水加剧了土壤盐碱化，半荒漠的气候条件成为土地盐碱化的动力，加之土壤地质剖面构造、地形、植被、耕作、施肥等因素，灌域土壤盐碱化程度逐步加重，严重危害了粮食作物产量和土地资源的开发利用，制约了农业经济的发展。据调查和推算,1957年解放灌域盐碱化耕地面积占排地总面积的10-15％，全灌域约16万亩;1961年，盐地发展到41.09万亩，约占总耕地面积的30％:1964年发展到61.89万亩，约占总耕地面积的50％;1974年发展到87.94万亩，约占总耕地面积的62.2％，其中轻盐碱化耕地42.33万亩，中盐碱化耕地27.53万亩，重盐碱化耕地18.08万亩。土地盐碱化成为制约农业经济乃至整个国民经济进一步发展的瓶颈。
1960年2月至1961年元月，内蒙古水利厅、内蒙古农业科学研究所、内蒙古土地利用局、内蒙古水利水电学院、内蒙古畜牧兽医学院和巴盟水利局、巴盟农科所、河套土地改良试验站、中国科学院土壤队内蒙古工作组等九个科研单
位，在解放闸灌域开展灌溉排水及盐碱地改良利用研究。试验研究的项目包括“灌区水盐动态定位观测”、“重盐碱地改良技术措施的试验研究”、“轻中度盐碱地(包括现耕地中的盐碱地)改良利用试验研究”、“灌区土壤次生盐碱化的防治措施”和“总结群众改土治碱经验”等，为灌域兴修水利根治盐碱提供了科学数据。
经过多方研究论证，得出的结论是：改土治盐碱，首要是解决排水的问题。为此目的，早在1957年就开始治理乌加河，想利用乌加河的旧渠道开挖一条解决全河套地区排水的总排干沟。特别是1983年原国家政协副主席、时任国家水利部部长钱正英同志率专家组视察河套灌区是指出：“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。
从上个世纪五六十年代开始，河套灌区的排水系统建设大致经历了有灌无排（1975年前）、有灌有排（1976年~1985年）和灌排配套（1986年~1998年）、排水改造（2010年之后）四个阶段。现经过多年努力，河套灌区已经形成了引水有保证、排水有出路的灌排骨干工程体系，灌区盐碱化蔓延发展的趋势得到有效遏制，并开始向良性转化。排水能力和抵御自然灾害的能力也明显增强，排水系统的建设和配套对河套土地排盐治碱、农民增收、农业发展、农村稳定和地区经济建设做出了巨大贡献。
1957年，国家水利部北京勘測设计院在灌区《五七规划》中提出，利用全部乌加河河道做为总排干沟，西起太阳庙海子，东至乌梁素海，并沿乌梁素海西侧南行至西山咀，过总干渠后建扬水站、由泄水渠排入黄河。1958年、黄委会设计院对此进行了技术设计。总排干西起马三圪旦，东至乌梁素海，沿乌梁素海西侧南行至西山咀，过总干渠后顺黄河防洪堤北侧至山阴河头排入黄河。
施工时，内蒙古水利设计院对改造利用乌加河的规划设计又进行了适当修改。修改方案中选定总排干西起袁家坑，沿乌加河东行入乌梁素海，全长201.6公里。此为排水沟道的主体部分。这段线路共利用乌加河天然河道和洼地104.2公里，新工段及裁弯牮正部分为97.4公里，比原乌加河天然河道缩短了54公里。
总排干沟从入乌梁素海起，经乌毛计出口排水入黄河，共长50多公里。整个总排干沟工程由总排干主干段、乌梁素海、出口退水渠三部分组成。
主干段(即总排干沟) 西起杭锦后旗太阳庙乡张大圪旦，东至乌拉特前旗树林乡红地圪ト入乌梁素海，全长206.28公里，控制排水面积966.18万亩，有9条干沟、26条分干沟、82条支斗沟、共117条排水沟向总排干沟排水，是河套地下排水、灌溉退水及狼山洪水的总通道。
1962年，开挖了总排干沟的部分段落，并实施了部分段落的裁弯牮正工程。
1965年，内蒙古水利设计院提出，总排干沟土方工程分近期、远期两步实施，近期先按小断面开挖，设计流量为20立方米/秒，校核流量为30立方米/秒。当年，盟水利局治碱工程处组织施工，集中2万民兵，達续开挖2年，完成土方749万立方米，投资569万元，1967年通水。至此，总排干沟初步成型，乌加河被正式废弃，并拆除了乌加河上的陈广汉、同义隆、六分桥、王洋河头等堵水阐坝。
总排干沟在实际运行中远未达到设计要求，主要表现在规模太小、乌梁素海水位偏高、沟道淤积严重、水流不畅，不能适应河套地区排地下水和退水的客观需求。
1975年，内蒙古水利设计院会同巴盟水利局提出，按原规划中的远期排水量实施扩建工程，延伸工程设计方案，并立即组织施工。扩建总排干沟工程设计流量为30立方米/秒。考虑至狼山水系泄洪的因素，校核流量为90立方米/秒。为了确保排水效果，在总排干沟入鸟梁素海处的红圪卜修建扬水站和泄洪闸，以适应高、低水位均能正常排水的需求。
为了加强对总排干沟扩建工程的领导，巴盟组建了总排干施工总指挥部，中共巴盟盟委书记李贵任总指挥，巴盟军分区司令员李玉堂、巴盟军分区政委赵清和巴盟革委会副主任康骏、何耀、昝振英、常四任副总指挥。指挥部下设秘书处、政治处、施工处、后勤处。各旗县分别建立分指挥部和相应的办事机构，出旗县委书记和主任亲自挂帅。各公社按民兵组织形式组建了营、连、排、班，以大兵团作战的形式实施了总排干沟的扩建工程。
扩建工程开工后，原计划动员民工3万人，但1975年11月3日至7日的5天时间内，就有7万多民工背上行李、口粮，担箩头持锹上了工地。人数最多时达15万人，出现了一个党、政、军、民齐动员，四级书记(中共盟委、旗县委、公社党委、大队党支部)带头干，五级干部(盟、旗县、公社、大队、生产队)上前线，男女劳力齐参战，全民大战总排干的动人场面，施工现场十分壮观。
经过15万人100多天的日夜奋战，胜利完成了总排干沟疏通扩建任务，共开挖土方1600多万立方米，为灌区内的排水配套工程打下了基础。
总排干沟扩建工程结束后，接着开展了总排干沟配套工程和农田基本建设工程。截止1985年底，灌区内建成直接汇入总排干沟的排水沟117条，交叉渡槽20座，桥44座，扬水站15座。其中在总排干沟尾部建立的红圪ト扬水站为四级水工建筑物。排水站设计流量为30立方米/秒，安装40ZLB-85、JSL14-12机组10台，装机容量为2100千瓦，设计净扬程2.42米。扬水站南侧建有泄水闸，设计流量60立方米/秒。在总排干沟流量超过30立方米/秒时，采取壅水运行方式，由泄水闸自流入乌梁素海。
为了进一步提升排水能力，对红圪ト扬水站进行了扩建。新建站装机6台，设计流量100立方米/秒，为二级水工建筑物。原站加固，作为排水备用容量，并起调节泵的作用。
总排干建成以来，入乌梁素海的最大流量为57.4立方米/秒，年入海5亿多立方米。截止2000年，累计向乌梁素海排水121.74亿立方米，排盐1864.05万吨。
乌梁素海是河套地区地下水、灌溉退水和狼山山洪的容泄区。总排干沟流经乌梁素海30公里。乌梁素海水面近3万公顷，控制水位1018.5米(黄海标高)，平均水深1.14米，蓄水量3.3亿立方米。
出口退水是灌区向黄河排水的咽喉，从乌梁素海南端的乌毛计开始，穿过包银公路和包兰铁路，于三湖河口自流入黄河，全长24.1公里，控制样水面积1137.56万亩，有1条干沟、2条支斗沟，近期设计流量40立方米/秒，远景规划流量100立方米/秒，全年畅排入黄河保证率75％。
出口退水渠全长18.8公里，设计流量25立方米/秒。在穿越黄河防处修建了乌拉壕扬水站和自流闸，黄河水位低时自流泄入黄河，水位高时排入黄河。
由于总排干沟主干段排入乌梁素海的水量逐年增大，黄河水流顶托，加之乌拉壕扬水站装机太小，扬水入黄河的水量有限，不能相应排出乌梁素海的多余积水，致使乌梁素海水位上涨，有时堤岸漫溢决口，冲毁农田，退水渠倒流，甚
至黄河水倒灌，影响灌区改土治碱和渲泄山洪。1978年4月，水利部和农林部专家组明确指出:“排水出路必须打通，必须打开西山咀，排出河套水。
1979年，对出口退水渠进行了扩建，1983年基本完工。1984年将废弃的乌拉壕扬水站和自流拆除。1985年，出口引水渠扩建工程全部竣工开始运作。此项工程共投资1323万元。出口退水渠建成以来，每年向黄河排水3亿立方米。截止2000年，累计排水45亿立方米、累计排盐量870万吨。
总排干沟建成后，在解放闸灌域开挖了3条干沟、12条分干沟、65条支沟。干沟于1988年由旗县水利局交解放闸灌域管理局管理。分干沟于1988年由旗县水利局交解放闸灌域管理局管理，1996年又由解放闸灌域管理局交旗县水利局管理。支沟、斗沟、农沟、毛沟由当地村社管理。现归解放闸灌域管理局管理的排干沟总共三条：一排干沟下游段，二排干沟下游段和三排干沟。
为了根治土地盐碱化，在河套灌区实施了规模巨大的灌排配套工程以后，解放闸灌域开始全面实行了“计划用水，合理灌溉，保证排水”的灌溉管理办法。此后以来，灌域土壤盐碱化的情况逐步得到了有效遏制和治理改良，粮食产量逐步上升，农业经济持续增长。（白剑锋）