为确保东线工程全线输水水质达到国家地表水环境质量 Ⅲ类标准，使长江水保质、安全地输送至天津，南水北调将实施节水为本，治污为先，配套截污导流、污水资源化和流域综合整治工程，形成“治理、截污、导流、回用、整治”一体化的治污工程体系。东线治污工程安排建设城市污水处理工程、截污导流工程、工业结构调整工程、工业综合治理工程及流域综合整治工程等项。为保证中线水源地丹江口水库水质安全及运行安全，国务院有关部门正在组织编制《丹江口库区及上游水污染防制和水土保持规划》，并将纳入中线总体方案一并实施。
    为避免中线工程对汉江中下游可能造成的影响，南水北调将兴建兴隆水利枢纽、引江济汉、改建部分闸站、整治局部航道等4项汉江中下游治理工程。此外，通过丹江口水库的运行调度，控制下泄流量将沿江两岸的供水保证率将较调水前有所提高。采取这些措施后可基本消除中线工程调水对汉江中下游的不利影响。
    从生态环境的角度来看，西线工程不仅仅是一项跨流域调水工程，而且还是一项规模宏大的生态环境工程。调水对生态环境产生的不利影响主要集中在调水区，有利影响集中在干旱缺水的受水区。西线工程三条调水线路从通天河、雅砻江、大渡河多年平均年调水总量为170亿m3，将使引水枢纽下游局部河段径流量明显减少。但在坝下游距引水枢纽4～10km距离内一般都有支流汇入，河川径流又明显增加。根据对当地所做的实地调查研究，由于地理位置和地形的原因，维系地表植被、生物种群等生态系统的水分主要靠天然降水补给。因此，径流量及水位的变化不会对当地生态系统产生重大不利影响。
    关于南水北调工程对长江口生态环境的影响，长江口盐水入侵问题是因潮汐活动所致的、长期存在的自然现象，也受到人类活动的影响，与长江入海水量关系较大，多发生于12月至翌年4月长江的枯水期。包括上海市在内的长江三角洲，是中国重要的经济发达地区，长江又是上海市和沿江两岸主要的供水水源。因此，要高度重视长江口的盐水入侵问题。从三条调水线路的情况分析，西线、中线工程由于三峡工程、洞庭湖、鄱阳湖等一系列水库和湖泊的调节作用，对长江口基本没有影响，会产生一定影响的主要是相对距长江口较近的南水北调东线工程。由于东线第一期工程调水规模仅增加抽引长江水100 m3/s，年调水量仅占长江最枯月流量的1.3% 和长江多年平均入海水量的0.4%，对长江口盐水入侵基本无影响。当2030年抽江规模达到800 m3/s时，调水量占长江多年平均入海水量的1.6%，影响也不大。规划提出当长江大通水文站流量小于10,000m3/s时，采取“避让”措施，减少抽江水量。由于东线工程沿线有湖泊调蓄，不会对城市供水产生影响。采取“避让”措施后，可基本消除调水对长江口盐水入侵的可能影响。另外，长江三峡工程已投入运行，可使1～4月大通站流量增加1,000～2,000m3/s，在较大程度上缓解枯水期沿江抽水对长江口的影响。长江入海水量是影响长江口盐水入侵的重要因素之一。目前大通站以下长江沿岸有数百个引水口和抽水站，引水流量超过3,000 m3/s，需要加强水资源的统一管理。今后要通过对各取水口引水量的有效控制和三峡下泄量的合理调度，减轻或避免沿江取水对长江口盐水入侵的影响。