三轮河水库主要建筑物由大坝、取水系统、输水管道组成。挡水坝轴线位于三轮河大坡屯上游230m处，挡水坝坝型为混凝土重力坝。挡水坝由左、右岸重力坝段、河床溢流坝段组成，整个挡水坝共计分12个坝块，坝顶总长213.5m，坝顶高程1079.4m，最低建基面高程1033m，最大坝高46.4m。溢流坝采用开敞式泄流方式，溢流坝段长36.8m，宽38.98m，溢流堰堰顶高程为1075m，为开敞式实用堰，设单孔净宽为10m的3孔溢流坝进行泄流；消能防冲采用挑流消能，由于下游河道微向左转弯，为避免水流冲刷右岸岸坡，故将溢流坝导墙两侧各向内收缩5°，经收缩后鼻坎末端宽31.5m，挑流鼻坎顶高程1043.4m。