1999年，从长桥溪直排西湖的污水量为19.56万吨，比1991年增加1.97万吨。据杭州市园文局2002年的调查，西湖流域长桥溪、赤山溪、龙泓涧和金沙涧的年排污总量已达到256万吨左右，已成为污染西湖水体的主要源头。沿溪而建的厕所、粪池以及附近常住人口的生活垃圾，甚而还有饲养40头猪的养猪场，都时时危害着西湖水质和西湖游览环境。因此，防止、减轻和控制人类活动对西湖水域环境的污染危害，特别是从源头的环境保护和整治入手，就成了改善西湖水体水质的关键之所在。
2000年4月，杭州成立了西湖水域整治领导小组，由杭州市园文局牵头，市环保、市容环卫、市政、市土地管理和西湖区人民政府等部门参加，展开了对西湖上游四条溪流的统一整治，先后拆除溪流两侧违法建筑和点污染源，及时清理了垃圾、废物，并采取了一系列相应的整治和环保措施。
在2003年展开的西湖湖西综合保护工程中，西湖上游的赤山溪、龙泓涧和金沙涧流域环境都曾进行过整治，大部分居民的生活污水都纳入了市政污水管道。而由于长桥溪的污染最为严重，又由于其流域的地形特点和居民分布的复杂性，因此杭州市政府为改善长桥溪流域的水质状况，专门于2004年6～12月实施了长桥溪水生态修复工程，对该流域进行综合整治。
长桥溪的生态修复工程主要是建立长桥溪生态公园，先将流域内的污水收集起来，然后汇入地埋式的污水处理系统进行净化处理，经净化过的出水流入园区南端的初级人工湿地，再经多级跌水，使水更具活力，再通过暗管接入公园北端的二级人工湿地，最后汇入西湖。如此，通过物理、化学、生物、生态等手段，净化了长桥溪流域的居民生活污水，拦截了污染物质流入西湖，同时增加了水体中的溶解氧，大大提高了水体的活力，从而为生物的生长、代谢以及污染物的降解提供了更为有利的环境，将曾经污染严重的长桥溪流域建成了风景如画的长桥溪生态公园。
经过一系列的治理，西湖环湖以及上游的污染点已经很少了，农居点的生活污水都纳入了市政污水管网，这样，农业用的化肥农药对溪流的污染问题就显得日益突出了。而这种农业面源的污染，主要来自龙井茶区的化肥农药污染。
西湖周边的群山，是驰名中外的龙井茶产地，因此西湖边低一点的山上种的大多是茶树。根据当地茶农的介绍，龙井茶一般一年施两次肥，冬天施菜籽饼，春天采了茶后施化肥。每当春天新茶采了以后，为了马上能长出新的茶叶来，农户都用化肥来催生茶叶。而为了防止虫害，龙井茶还需要喷洒一些农药。这些施用的化肥和农药，在雨天的时候，经雨水的冲刷，很多被冲到溪流里，然后通过溪流流入西湖。化肥中含有大量的磷和氮，农药中含有大量的磷，因此在经过各种治理以后，西湖水中氮和磷的含量还是很高，多次被被评为劣Ⅴ类，很重要的一个原因就在于农业面源的污染。针对茶园施肥和农药产生的影响，政府采取的主要措施就是加强对基地化肥、农药使用、土壤、水质的检测和分析，鼓励和帮助茶农、茶叶生产企业尽量少用化肥和农药，这既是为了保护西湖水源的需要，也是对龙井茶自身质量和声誉的一种保证。
经过这一系列治理，上游径流中的主要污染源逐个取消，因此非点源污染就成为径流污染的重要因素。污染物的发生源通常可分为点源和非点源两类。点源污染指有固定排放点的污染源，如工业废水及城市生活污水，由排放口集中汇入江河湖泊等水体。非点源污染相对点源污染而言，是指大气、地面和土壤中溶解的和固体的污染物，从非特定的地点，在降水或融雪的冲刷作用下，进入江河、湖泊、水库和海洋等水体而造成的水环境污染，在非点源污染中，污染物是以广域的、分散的、微量的形式进入地表及地下水体，表现为污染发生的随机性、机理过程的复杂性、排放途径及排放污染物的不确定性、污染负荷的时空差异性以及模拟监测与控制的困难性，等等。而具体表现在西湖流域中，则是来自暴雨和梅雨对富磷表土的侵蚀及表土中磷的淋溶后在土壤中侧流和渗流进入径流，最后汇入西湖。
西湖流域的土壤主要是粉砂土，其特性决定了表土的持磷性较差，林地表层下面是硬层，在大雨和暴雨等水文条件下，雨水在硬表层上的集积速度大于其下渗速度，导致雨水易在地表形成径流并挟带磷进入小溪，汇入西湖水体。同时在高温高湿的梅雨季节，有大量新鲜落叶覆盖的表土处于还原性状态，而处于还原状态的富含有机质的表土中的磷是极易流失的。
与母土相比，西湖流域各类土壤表土均出现了不同程度的富磷化倾向，但导致各类土壤磷富集的机制有所不同。对于菜地，流域内的居民有用人粪尿浇灌蔬菜和施用垃圾堆肥的习惯，因此，在各类土壤中，菜地土壤的总磷含量最高；由于施肥和茶树的枯枝落叶中的磷在地表层中积累，因此茶园表土也含有较高的磷含量；而占流域面积70％以上的林地表土富含磷，则是由于森林植被对深层土壤中磷的吸收并以落叶的形式在表土富集的结果。由于林地所占面积比例大，成为雨后径流中磷的主要来源。
作为径流磷污染治理对策，首先是建立河岸绿色保护带。雨水进入地表后，如果降雨量较小，雨水全被土壤吸着，降雨对径流磷的浓度无影响；但如果降雨量较大，大到能形成地表径流的条件下，河岸绿色保护带的建立将有助于阻止地表径流水中泥沙。由于入湖径流水中的磷主要是颗粒态磷，因此，降低泥沙的输入量将大大地降低入湖水的磷含量。另外，河岸绿色保护带也将优化整个西湖流域环境，提升西湖的整体形象。
除了建立河岸绿色保护带以外，选择合适的生态系统，也是一项比较可行的治理对策。森林生态系统具有保持水土、涵养水源等作用，延长了雨水与森林土壤的相互作用时间，降低了地表径流量，同时也降低了浅层地下水的渗出量，因此，有利于减少总磷的输出。表面具有青苔覆盖的林地土壤，无论是总磷输出还是水溶性磷的输出均是最小的。因此，在西湖上游建立森林生态系统，既是环境绿化的需要，也可以很好地保护西湖的水源，免遭更多的环境污染。
三、引水工程
西湖是一个典型的封闭型浅水湖，补充水源主要靠天然降雨与山间积蓄的泉水，因此来水受降水影响较大。而杭州不仅一年内降水量的分配极不均匀，而且每年的降水量差别也很大；加上西湖湖体的容积很小，自身几乎无调节能力，因此水量交换主要集中在洪水季节，到了旱季则几乎无水量交换，特别是伏早期间，连续干旱无雨，蒸发量大，沿湖用水量剧增，水位持续下降，蓄水量减少，特别容易引起氮、磷等营养元素的浓度升高。同时因水温适宜，藻类生长十分迅速，极易造成湖水水质恶化。
西湖的流域面积也较小，只有二十多平方公里，平均年径流总量约为1400万立方米，与西湖总蓄水量大致持平。由于天然水源明显不足，使西湖不仅易涝易旱，以致在历史上曾多次发生干涸和涝灾，同时还使水体更新不良，营养元素外泄缓慢，自净能力低下。
随着人类活动的增加，西湖日益面临着淤浅和污染的威胁。前人整治西湖，主要采取筑高湖堤（如唐代白居易的筑堤）、疏挖淤泥（自北宋苏轼以下，历代的各次疏浚）来保持和增加蓄水量，同时兼及风景园林的建设。南宋以后，西湖作为游览水体的功能明显增强，就要求西湖水域必须长年显现清澈、盈满和平静。因此，净化水质、维持水位的要求始终至关重要。
可是，自20世纪50年代末以来，由于入湖的几条溪流流经的多为人口密集的居住区或工业区，沿岸生产、生活污水的排入和旅游垃圾的影响，给西湖水质带来负面的影响。另一方面，西湖水体交换率低，水体深度也较低，流动性差，稀释扩散、自净能力低，虽然采取了底泥疏浚、环湖截流、上游清源、污水治理等一系列措施，水环境形势仍十分严峻，各项水质指标如透明度、总氮、总磷等仍达不到要求，并有进一步恶化的趋势。西湖成了富营养化的湖泊，湖水中以水花束丝藻为主的藻类出现疯长，湖水水体的总氮、总磷含量居高不下，甚至一度出现变红、变黑的现象。因此，改善西湖的水质成为西湖综合治理中占绝对重要地位的问题。赋予西湖水质清澄巨大活力的是钱塘江引水工程。引水入湖的举措，早在南宋时就已施行过。南宋淳祐年间，知府赵与就曾在西湖的望湖亭下开凿过一渠，沟通了西湖和余杭塘河，引天目山水（南苕溪）进入西湖，以补充湖水量的不足。
钱塘江与西湖在地理上属于两个不同的水系，但钱塘江自古以来就与杭州居民的生活及西湖动植物生态有着不可分割的关系。早在1981和1982年，西湖水体由于藻类爆发性繁殖而变成棕红色时，就曾参照广西桂林引进漓江清水改善桂湖、榕湖水质的成功经验，从钱塘江引水两千多万吨（相当于当时两个西湖的最大蓄水量）作为引水试验。此后经检测，湖水水色好转、藻腥气消除；湖水中所含的总氮、总磷也降低了，透明度增加了0.2米，而且西湖中的自然水生物、人工养殖的荷花和水草等，也都未受不良影响。到1984年，在未引水的情况下，西湖水体的总氮、总磷又明显提高，藻类增加，透明度下降了0.11米。实验中出现的正反两方面的现象和获得的分析结果，证实了西湖引水对改善水质的必要性。
1982年9月，国家城乡建设环境保护部领导，亲自带领有关人员来杭州实地了解、查看从钱塘江引水入西湖的引水工程。当年10月，审查同意经过杭州市三年科学研究的《杭州市自钱塘江向西湖引水工程可行性研究》及《计划任务书》，并列入国家环保经费投资项目。以后又经过一年多工程设计论证，西湖引水工程最终于1985年2月1日正式动工，1986年7月18日竣工通水，历时20个月，总投资人民币1169万元。
引水工程从钱塘江闸口段江边取水，在闸口新建取水泵一座，配备装机容量720千瓦的取水泵与水质监察室，日取水能力为30万立方米，相当于西湖总贮水量的1/33。输水管线全长3194.5米（其中钢管342.8米，钢筋混凝土管826米，隧洞1605米，明渠420.7米），从闸口小桥外街江边开始，经复兴街、铁路货运站、鱼塘、浙赣铁路、南山公墓，穿越玉皇山、九曜山，流入太子湾公园明渠，在花港公园南大门旁注入西湖的小南湖。
输水线分三段：前段为输水管道，南起闸口小桥外街，穿越原复兴街、养鱼塘、浙赣铁路、南山陵园，全长1168.8米；中段是输水隧洞，先后穿过玉皇山、南屏山和九曜山山体，全长1605米；后段是太子湾公园明渠，长420.7米。最后在花港公园南大门旁，注入小南湖。一部分经苏堤映波桥直接进入外湖，另一部分沿花港公园明渠先到里西湖，再从苏堤锁澜桥、望山桥、压堤桥汇入外湖，成为净化湖水的生力军。引水入湖后，不仅保证了西湖游览水系的水位稳定在黄海标高7.2米左右，而且改变了西湖完全依赖天然补给水源的历史，使西湖的水质有了明显的改善。
引水工程的建成，使西湖水位可以进行人工控制，管理部门可以根据西湖蒸发量和用水及水质的情况及时予以补水或换水，控制藻类的生长，防止水质因藻类的疯长而恶化。引水后，西湖水体的交换率大大提高，不仅有效地保持了西湖作为游览湖的水位，水质也得到明显改善。从太子湾入湖处的江水，6天内便扩散、稀释至西湖圣塘闸一带出水口；通水7天，可置换全湖水量的20％。经过测试，湖水水质有了明显改善，水体平均透明度提高了5—7厘米，影响水质的浮游生物在各湖区都有不同程度的减少，湖水中磷的含量下降了1/5左右，藻类总数也减少了1/6，西湖水质逐步好转。
西湖多年来营养元素收大于支，大量沉积于湖底淤泥中，成为最大的内污染源，时刻威胁着湖体的水质。引水使排水量大大增加，也使大量营养元素和有机耗氧物质被带走，稀释湖水，减少了营养元素的积累，对水质长远的改善起到重要的作用，同时也使总氮和总磷的升高趋势得到扭转。
另外，由于西湖湖区在市区范围内，常年气温较高，藻类繁殖非常迅速。而钱塘江水温一般比西湖水低3～8℃，引入的江水相对降低了湖水的水温，使藻类生长繁殖速度降低。同时因钱塘江中水生生物的含量较低，有利于提高湖水的透明度。