水污染治理專項將三峽庫區列為水污染治理專項重點流域，緊密結合水庫水環境保護和水污染治理的實際，設立了“三峽水庫水污染綜合防治技術與工程示范”項目，開展大攻關、大會戰。“十一五”期間，重點開展了三峽水庫消落帶生態保護與水環境治理關鍵技術、次級支流污染負荷削減技術、三峽水庫水華發生基本特征及其防控綜合技術等方面研究，突破一批庫區水環境治理關鍵技術，形成三峽水庫水污染監控與防治的技術體系，為庫區水安全保障及流域水污染控制提供了有力的技術與管理支撐。
三峽庫區水污染防治工作不僅關系環境保護，更關系庫區移民安穩致富和庫區長治久安。要堅持在發展中保護、在保護中發展，保持一江碧水，為后人留下一片綠水青山。從現實狀況看，盡管庫區水污染防治工作取得積極進展，但仍存在水污染治理項目建設滯后、城鎮污水處理設施運營管理問題突出、部分湖庫和次級河流環境狀況不容樂觀等問題。
如何對庫區生態環境的演化過程進行科學認知，掌握其演變規律，從而正確診斷三峽水庫生態安全問題成為首要問題。“十一五”期間，三峽水污染治理專項按照“動態觀測-多維模擬-流域污染負荷解構-綜合評價”的技術路線，以國務院三峽辦支持建立的小江、忠縣、香溪河水生態監測站為重點，建立了覆蓋全庫區干流、支流的93個固定監測斷面網絡，共采集超過10萬件水體、沉積物、生物標樣，全面掌握了從2003年工程初期蓄水至2010年達到175米正常水位期間的庫區水質變化特征，初步完成了三峽水庫的水環境水生態特征、主要污染物來源及時空分布特征、水環境演變過程和水華暴發機制等方面的科學認知和問題診斷，取得了“1個對策、2個技術體系、3大工程、2個方案”的重要研究成果。
“1個對策”提出了“強支控干、增容減排、生態優先、保護為重”的水污染防治策略，“2個技術體系”構建了三峽庫區水環境演化及富營養化控制科學認知和診斷技術體系和水污染治理與生態修復成套集成技術體系，“3大工程”實施了消落帶保護與生態恢復示范工程、次級河流環境治理與污染控制示范工程和支流水華綜合控制示范工程，“2個方案”形成了三峽庫區水污染總量控制方案和三峽水庫生態調度方案。
在水污染治理專項這個強大科研平臺的支持下，中國水利水電科學研究院、中國環境科學研究院、中科院水生生物研究所、華北水利電力大學及重慶市環境科學研究院等16家國內長期研究三峽的優勢單位和團隊共同參與研究，一大批科技工作者通過不懈努力，取得了水環境污染治理技術創新的累累碩果：
（1）在水污染防治技術突破方面，重點攻克了庫區水環境風險監測與生態安全問題診斷、次級河流點源與面源污染綜合控制、消落帶生態修復、支流水華控制、山地小城鎮污水經濟適用處理等關鍵技術，初步形成了具有鮮明三峽庫區特色的、適應、經濟的成套技術和體系；
（2）在監控預警網絡構建方面，初步形成了三峽庫區監測預警監控網絡和體系，集成構建了三峽庫區水環境風險評估與預警技術平臺。建設了三峽庫區環境基礎數據庫，覆蓋8個自動監測斷面和45個水質手工監測斷面，構建了三峽庫區水環境風險評估系統。
“十一五”項目研究的主要成果和提出的“強支控干、增容減排、生態優先、保護為重”的水污染防治策略，為《三峽庫區及其上游流域水污染防治“十二五”規劃》、《三峽后續工作規劃》的編制實施以及國務院有關部門的三峽環境咨詢、決策和管理工作提供了有力支持。