國內河川污染問題向來為政府、民眾所關切，二仁溪更是著名的嚴重污染河川之一。自七０年代起因廢五金酸洗造成綠牡蠣事件，八０年代因鋁熔煉業污染嚴重影響附近環境空氣品質及河川水質。政府藉禁止廢五金進口、強制拆除違章酸洗業、鋁熔煉業等環保政策、措施，已使原重金屬污染，獲明顯改善。二仁溪南萣橋水質監測站銅含量自70年代之6～7mg/L，降至93年0.047mg/L。90年起環保署積極整治二仁溪有機污染，嚴重污染河段已從整治前90年的100%，降至93年的47.2%，為二仁溪帶來新的生機。
環保署廣邀各界專家學者討論，凝聚共識二仁溪是具有改善潛力的河川。為進一步提昇二仁溪水域環境，環保署乃規劃二仁溪水環境再生的願景，期盼展現二仁溪新風貌。
二仁溪主要污染來自三爺溪、港尾溝、深坑仔溪三支流，該三支流之污染負荷量共佔全流域的56.1%，整治重點亦將以這三個區域為主。環保署表示二仁溪整治四大願景為「水質清澈魚類重現」、「守望相助杜絶污染」、「河面無垃圾」、「開創親水空間」。
為達成四大願景之目標，規劃之策略、措施兼顧硬體及軟體建設。在硬體建設方面，將以水質改善工程為主軸，包括加速進行三爺溪及深坑仔溪截流工程，利用現有污水處理廠代處理河水，設置社區聚落型自然淨化工程，加速台南縣市污水下水道建設，違章熔煉業拆除後堤岸整理等。在軟體建設方面，則著重提昇稽查有效性，包括重大污染源功能評鑑、利用透地雷達糾出不法，以GIS系統清查槽車軌跡，重要河段及重大污染源利用監視系統監看等，另外將結合社區、學校及環保團體參與河川保育，設置生態園區及解說設施進行教育宣導，並鼓勵社區認養維護生態園區。
環保署表示，河川污染整治工作為一長期性工作，非短期之內即可立竿見影。二仁溪已踏出水體整治第一步，水質改善已有初績，惟後續進一步提昇水域環境工作，則不是環保署可獨力完成的。環保署將邀集內政部營建署、經濟部水利署、工業局、農委會、地方縣市政府等有關單位，凝聚共識，通力合作，以達成二仁溪水環境再生願景。