解放初期，怀揣著建設祖國大西北夢想的水利學校畢業生陳大河與方文剛一同來到塔里木河，為了解決塔里木河流域長久以來“桃花水”給當地群眾帶來的災害問題，陳大河與方文剛與當地的年輕水利工作者吐爾遜一起，在英蘇村阿布杜拉老人和鄉親們的幫助下，戰天斗地共同修建了維繫當地百姓生產生活命脈的水利工程---大海子水庫。在水庫修建的過程中他們結識了蘇聯專家安東諾夫和翻譯冬妮婭，並建立了深厚的友誼和感情。
   中蘇關係變化，蘇聯撤走所有在華人員時，留下了一套偽造的塔里木河流域水文調查資料。面對分離，冬妮婭毅然選擇留下，選擇了陳大河，並把安東諾夫給她的真實資料交還給陳大河。冬妮婭的癡情與堅強，感動了陳大河。但這也因此讓整個大壩工程背上了“修正主義”的罪名。危難中方文剛挺身而出主動承擔責任，卻被迫離開了塔里木河水利建設工地，為了能繼續施工陳大河立下生死狀，用自己的性命為大壩的安全擔保……
   洪水來了，陳大河和冬妮亞帶著出生不久的小南疆站在了新修的大壩上，吐爾遜和鄉親們一起站在了陳大河的身後……塔里木河第一次臣服於陳大河等建設者的腳下。為了徹底治理水患，陳大河與冬妮婭進山尋找新的山區水庫時遭遇泥石流冬尼婭不幸遇難。
   二十年後，水庫大壩泥沙淤積，塔河主幹道斷流，下游的胡楊和生態急劇惡化。陳大河開始意識到這座用青春和生命修築的大壩，將在歷史的車輪中慢慢的褪色，他給兒子陳南疆留下了記錄塔里木河流域完整的水文勘測文稿後溘然長逝……
   陳南疆完成學業回到塔河，父親用生命築起的大壩因阻斷了疏水主河道將被拆除，他站在父母的墓前請求他們的原諒和理解，這一舉動遭到養父吐爾遜和鄉親們的強烈反對。因為，他們已經把這座大壩看作陳大河與冬妮婭的化身，陳南疆與養父吐爾遜以及妹妹貝爾娜的矛盾也越演越烈……
   在父親測繪文稿的指引下，陳南疆與妹妹貝爾娜一起重走塔里木河古河道，尋找著父親當年留下的一個個河道拐點，在經歷了種種磨難後，兄妹倆終於被父輩們當年治理塔里木河流域的激情歲月所感動並相互和解。
   2001年，黨中央作出西部大開發的重大決策，國務院決定投資107個億，對塔里木河流域實施綜合治理。
   大海子水庫現場，兩代水利人共同按下了爆破的按鈕，往日心中神聖的大壩頃刻間瓦解，塔里木河河水洶湧向下游奔去，滋潤著乾涸的土地，孕育著新的生命，也漸漸漫過埋葬陳大河與冬妮婭的墓地，陳南疆等新一代水利人用另一種方式延續了陳大河與冬妮婭，以及整個塔里木河流域的綠色生命，塔里木河水帶著兩代水利人的熱血與夢想向著更加寬廣的前方流去……