（一）黄土高原剥蚀丘陵
行政上归甘肃省管辖。管线长约431km（含定西支线和张家川—天水支线，长85km），海拔高程一般1500～2000m。依成因又可分为黄土梁峁区和河谷冲洪积平原区两种地貌类型。
黄土梁峁区地形波状起伏，梁峁间冲沟密布。通渭以东为深切黄土丘陵，以深沟长梁为主要特征，海拔高程1980m左右，沟谷切割深度50～100m。长梁两侧树枝状冲沟密集，梁顶蜿蜒但相对平坦，地质环境较好，是管线敷设的理想地段。通渭以西为中等切割黄土丘陵区，丘顶浑圆，沟谷呈宽浅的“U”形。黄土梁峁区地面以上更新统马兰黄土为主，下伏新近系软弱泥岩和砂质泥岩，沟谷中局部尚有华力西期花岗岩和加里东期石英闪长岩出露。
河谷冲洪积平原主要分布于通渭以西地段。这里有黄河干流及其支流宛川河、关川河南河和东河等，河谷宽阔，地势平坦，一、二级阶地发育，具二元结构。除臬兰山北坡切割强度较大外，其他地段切割较浅。西固城盆地、榆中盆地、宛川河河谷平原、关川河南河及东河河谷平原地势开阔平坦，是管线敷设的地貌条件最佳地段。此外，通渭以东的清水河河谷平原，也是管线敷设的最佳地段。
黄土丘陵区黄土介质岩性和结构的特性以及独特的地形地貌景观，是崩塌、滑坡和泥石流最为集中发育的地段；此外，黄土湿陷和潜蚀灾害也应予以关注。
（二）关山—陇山侵蚀构造中低山
位于甘肃、陕西二省接壤地段，为六盘山南延部分。管线长约36km，海拔高程1300～2400m。属侵蚀构造中低山区，处于二省交界处（长约12km），为中山区，由加里东期石英闪长岩和元古宇变质岩等坚硬基岩组成，有薄层黄土覆盖。海拔1900～2400m，最高峰老爷岭海拔2427m。山势陡峭，切割强烈，深达50～100m，沟谷多呈“V”形。在陕西境内长约16km地段为低山区，由寒武、奥陶系碳酸盐岩和白垩系碎屑岩组成，基岩裸露。海拔1300～1700m，切割深20～50m，山体呈锥丘状，沟谷多呈“V”形。
此段管线地质环境条件较好，仅有少量小型崩滑体，但由于基岩裸露，管沟施工开挖较困难。
（三）汾渭裂陷盆地
行政上归陕西、山西二省管辖。管线长约993km，其中陕西段长460km，山西段长约533km （包括干线、支干线和各支线），海拔高程300～1400m。陕西段300～900m，由西往东逐渐降低，地势较平坦，山西段300～1400m，总趋势是由北往南逐渐降低，地势较平坦，在跨越盆周基岩山地时，局部地段山高坡陡。本地形地貌单元是我国东部新生代时期形成的大陆裂谷带，又称“桑汾渭裂谷带”或“汾渭地堑”，裂谷带平面上呈“S”形，由一系列串珠状断陷盆地组成，在本工程管线地段就有千陇盆地、关中盆地、芮城盆地、运城盆地、临汾盆地和太原盆地等，它们呈右行斜列展布。盆地内新生界沉积物巨厚，南部盆地内沉积物厚度更比北部盆地厚，如关中盆地厚达8500m。本地形地貌单元内水系较发育，管线经过地段主要河流有黄河干流及其支流渭河、泾河、千河、漆水河、石川河、汾河、涑水河、浍河、北涧河、潇河等，在各盆地内冲积平原发育。
按成因类型，可将本段地形地貌再细分为剥蚀中低山、黄土台塬（台地）、冲洪积倾斜平原、冲积平原等。剥蚀中低山分布于山西支干线的中条山西端、临汾西边山、霍山、太原东山等地，基岩裸露，岩性较复杂。黄土台塬（台地）分布较广，陕西段的千阳柳家塬—崔家头村和扶风—泾河间，山西段运城盆地北峨嵋台地、中条山南、永济西南、闻喜—侯马、灵石静升—介休—祁县、太原北东部等，台面平坦、沟谷不甚发育，而其边缘冲沟发育，崩塌、滑坡活跃。它是管线途经的主要地貌类型之一。冲洪积倾斜平原在陕西段分布在凤翔、扶风、岐山的北部，华县、华阴南部，山西段的中条山山前、吕梁山山前以及介休—平遥—祁县一带，由边山向前缘微倾，有时形成带状分布的洪积扇裾，扇面波状起伏，由砂卵石和细粒土形成。冲积平原主要分布于渭河和汾河两岸，阶地和河漫滩发育，由粉质粘土、粉土和砂、砂砾石组成，地面平坦开阔。冲洪积和冲积平原也是管线所经主要的地貌类型。
（四）豫西侵蚀—剥蚀丘陵低山
行政上归河南省管辖。管线长约357km（含支线长度16.5km），海拔高程100～900m，起伏变化较大，最高处位于陕县观音堂西，最低处位于偃师境内的伊洛河河谷，总趋势是西高东低。按成因本地形地貌单元还可再划分出基岩侵蚀—剥蚀低山丘陵、黄土剥蚀丘陵、黄土台塬和河谷冲积平原等类型。
基岩侵蚀—剥蚀低山丘陵分布于陕县张茅—观音堂和义马—铁门一带，地面高程前者600～900m，后者500～700m，为豫西的最高地段。由元古宇、古生界和中生界砂页岩和灰岩组成，一般以浑圆状山体为主，山坡较缓，沟谷中多被残坡积物覆盖。地质灾害较弱发育，但局部地段因采煤导致的采空地面塌陷突出。
黄土剥蚀丘陵是豫西段最主要的地形地貌类型，分布于豫陕边界—张茅、观音堂—义马、铁门—洛阳和巩义—郑州等4个地段。豫陕边界—张茅段海拔500～750m，地面由上更新统马兰黄土组成，地貌形态为黄土塬及其前缘的梁峁，冲沟切深50～150m，位于三门峡盆地东部的东凡塬，有古近系和新近系泥岩及砂砾岩出露，小型崩塌、滑坡较发育。观音堂—义马段海拔500～600m，地面由中更新统离石黄土组成，侵蚀切割相对较弱，有少量小型崩塌。新安—洛阳段海拔250～400m，地面由中更新统离石黄土组成，下伏新近系红色泥岩，沟谷内多为上更新统黄土。冲沟发育，多呈“V”形。巩义—郑州段海拔200～420m，地面由上更新统马兰黄土组成，局部有三叠系砂页岩出露。冲沟发育，多呈“V”形，沟深30～50m，黄土柱等微地貌发育，冲沟内崩塌、滑坡较多。
黄土台塬分布于洛阳—伊洛河地段内，为邙山岭顶，海拔一般200～250m，管线长约40km，地形平坦开阔，冲沟不发育，地面为黄土所覆。塬边与伊洛河过渡的斜坡地段冲沟较发育，且有三叠系基岩被切割出露。
河谷冲积平原主要分布于伊洛河两岸，海拔112.7～116m，地表岩性为粉质粘土、粉土、粉砂、砂砾等，组成阶地和河漫滩，地形平缓，宽10km。伊洛河是本地形地貌单元内最大的河流，为黄河一级支流，年径流量较大。除此，西部灵宝—三门峡地段还有多条短促的河流，河谷阶地较窄。