调水工程困境的最主要表现形式之一，就是生态环境的恶化。
作为国内首个大型调水工程——引滦入津工程，近年来便遭遇水源地养殖泛滥、水体富营养化严重、生活污水排放污染严重等问题。由于上下游城市缺乏有效的统筹机制，生态补偿始终难以推进实施，从而又导致生态持续恶化。
引大入秦工程的生态“副作用”也已经显现，早在调水工程之初，张明泉就预见调水到秦王川后，土壤的盐渍化将会加剧，低洼地带的乡村甚至出现了盐碱滩，能做的就是尽量排碱，使土壤恢复。
张明泉告诉记者，如今江河断流、污染严重，黄河入海水量锐减，都与众多调水工程有关系。他举例称，在甘肃党河、疏勒河部分流域，由于私自建设小水电站调水，已经导致河流断流、干涸，出现生态危机。
有资料显示，黄河流域的众多灌溉调水及饮用水调水，让黄河水在近十年平均年入海量不足200亿立方米。以总水量计，黄河水被沿岸居民用去70%以上。由于黄河入海水量持续减少，从上世纪50年代的500多亿立方米减至如今不足200亿立方米，渤海海水的氮磷比严重失调。2008年，渤海海水的氮磷比为67，而渤海湾底部、莱州湾底部、辽宁近岸的氮磷比甚至高达200以上。一般认为，氮磷比超过50，会造成生态恶化。昔日渤海为海上渔场，今日已基本没什么渔获量了，大批海洋生物灭绝。
目前，国内最大的调水工程南水北调工程中线、东线均未正式通水，相关影响暂时尚无法估计。但有学者表示，中线调水后，汉江襄樊段水位下降严重，水污染将加重，水生鱼类可能大幅减少。此外，南水北调或将使得长江入海口遭受更大程度的咸潮倒灌，从而影响上海的饮用水质，造成水源危机。
被指“拆东墙补西墙”
马军坦言，从某种程度上说，跨流域以及长距离的调水工程作为应急项目可以缓解一些地区面临的水危机。但从长远来看，调水工程实质上存在着“拆东墙补西墙”的弊端。它只能作为解决方案的一个组成部分，不能作为主要的解决办法。他认为，节水应该是重中之重。但长期以来，这方面的投入要远远小于水库、调水工程等方面的投入。解决城市水安全，应从水生态修复入手，全面地提高水的使用效率。
以色列和新加坡的高效用水案例，或许可为我国提供借鉴。
据资料显示，以色列人均水资源占有量只有每年320立方米，仅为我国人均水平的1/6，世界平均水平的1/33，并且国内缺少过境水源；同时以色列的水资源分布又严重不均，50%的农田都需要灌溉。
以色列提高污水再生利用率，加强微咸水和雨水利用，实施海水淡化，节约农业用水等手段，用水效率成倍提高，辅以完善的水价体系，发挥行政手段、技术手段和市场手段，成功地解决了水资源短缺问题。
新加坡的水资源利用率也很高，该国污水再生利用率可以超过90%，其中30%的再生水经过水库进一步的自然净化后可作为饮用水水源；雨水的收集利用率达到90%；海水淡化可满足至少10%的用水需求。
马军称，除少量的生活饮用水外，其他如绿化、环卫等用水都可以通过污水的再生利用来解决。更多城市已从“以需定供”的“供水管理”，转向以提高用水效率为任务的“需水管理”。如果科学规划，通过多次循环利用完全可以替代长距离调水；如再加上海水淡化、雨水收集等非传统水资源利用，我国绝大多数城市有能力解决自身水资源短缺问题。
马军认为，从技术措施上，要加强开源节流，大力开展城市节水，加强建筑节水和雨水、海水等非传统水资源的利用。从市场机制上，要进一步完善水价机制，从计划的定额管理，转向超定额加价、阶梯水价调节，充分调动企业和市民节水积极性。