ダム建設による環境問題として、河川環境の悪化も問題とされた。特に水力発電が盛んに行われた河川において顕著で、取水元であるダムから水力発電所まで距離があるダム水路式発電所ではダムに付属する取水口から発電所までトンネルによって河水を迂回させるため、ダムと発電所の間では河川の水量が激減し、場合によっては完全に途絶する。流水が途絶することで河川生態系はほぼ壊滅し河川環境は極度に悪化した。こうした「枯れ川」の問題が特に深刻だったのが、静岡県を流れる大井川であった。大井川における水力発電の歴史は古く、1902年（明治35年）に日英同盟が締結されたのを機にイギリス資本が大井川の水力発電事業に参入、日英水力発電が1906年（明治39年）に設立されたのを契機とする。以後電力会社は変転するが開発は続けられ、源流部の田代ダムから中流部の塩郷堰堤に至るまで大井川本流は階段状に多数のダムと堰そして水力発電所が建設された。また寸又川などの支流にも多くのダムや水力発電所が建設されて高度な水利用が図られた。しかし発電用に多くの河水を取水したことで本来河川に流れる水が発電所のトンネルを流れ、さらにトンネル末端からは農業用水や上水道のための取水が行われたことから大井川は塩郷堰堤下流から全く流水が途絶した「枯れ川」となった。1975年（昭和50年）静岡県は田代ダムを管理する東京電力に対して河川環境維持のための放流を求めたが、取水量の減少は発電量ひいては利益の減少につながることから東京電力はこれを拒否。また大井川の発電用水利権をほぼ掌握していた中部電力にも同様の措置を求め、1976年（昭和51年）に静岡県と東京・中部両電力間で暫定的な放流措置に関する協定が締結された。だが根本的な改善には程遠く、大井川は枯渇して漁業資源や水環境を著しく損ねた。このため流域住民からの不満が高まり「大井川水返せ運動」が勃発する。環境権と水利権の衝突という側面を持ったこの問題は斉藤滋与史静岡県知事が大井川の流水改善を電力会社や河川行政を監督する建設省に強く求めたことで1989年に動き出す。塩郷堰堤の水利権が期限を迎えたこの年に中部電力は静岡県が提示した水利権使用許可条件である一定量の河川維持放流義務化を受け入れ、1960年（昭和35年）の塩郷堰堤完成以来途絶していた大井川の流水が29年振りに復活した。さらに2005年（平成17年）には田代ダムの水利権更新に伴い静岡県と東京電力などの間で河川維持放流の増量措置について合意し、大井川における流水の改善は一定の改善を見た。しかし往時の平均水深は76センチメートルであった豊富な大井川の水量は完全には回復していない。ダムが河川環境に及ぼす影響に対処するため、1980年代以降行政側も対策に乗り出した。1988年（昭和63年）建設省は河川局水政課長・開発課長通知として「発電水利権の期間更新時における河川維持流量の確保について」、通称発電ガイドラインを定めた。大井川のように分水または長い減水区間を伴う一定の発電水利を対象として、水利権を利用する際のルールである水利使用規則に何らかの方法で必ず河川維持放流量を確保し、具体的な流量を規定することが水利権を所有する事業者に義務付けられた。このガイドラインは電力行政を監督する通商産業省との合意で定められ、本文には明確化されていないが取水量減少に伴う電力会社への減電補償は行わないことを電力会社に了解させた。大井川水返せ運動以降河川環境保護の風潮はさらに高まり、環境影響評価法が成立した1997年には河川法が改訂された。今次の河川法改訂は河川管理の目的について、第1条で「流水の正常な機能が維持され、及び河川環境の整備と保全がされるようにこれを総合的に管理する」と明記されたことが大きな特徴であり、治水・利水に加え河川環境保護が河川管理の重要な目的であると明確に規定された。1964年（昭和39年）の新河川法成立以来となる河川管理の大きな転換点である。世論の高まりを受けた河川法改訂と環境影響評価法の成立によりダム事業は今までになく厳しい環境保護の順守を求められた。河川の流水改善については改善傾向が見られ、例えば群馬県と埼玉県にまたがる下久保ダム（神流川）ではダム完成に伴い流水が途絶、荒廃していた神流川の三波石峡を復活させるため2001年（平成13年）に国土交通省と群馬県企業局による下久保ダム水環境改善事業が行われ、32年振りに国の名勝及び天然記念物である三波石峡に流水が復活した。また信濃川では東京電力西大滝ダムと東日本旅客鉄道宮中ダム（信濃川発電所）の建設によって西大滝ダムから魚野川合流点までの63.5キロメートルが「枯れ川」となってサケの遡上に重大な影響を与えたことから、信濃川を管理する国土交通省北陸地方整備局と流域市町村、ダム管理者が信濃川の流量改善を目指すため1999年に信濃川中流域水環境改善検討協議会を発足させ、流量改善と共にサケ遡上の復活に取り組んだ。西大滝・宮中両ダムの河川維持放流量を増加させることで水環境の改善を図ることが柱であり、放流量増加に伴い徐々にサケが戻ってきた。ところが取り組みの最中2008年（平成20年）協議会に参加している東日本旅客鉄道が宮中ダムから水利使用規則を超過する不正な取水を行ったことが発覚、国土交通省は河川法違反として東日本旅客鉄道の発電用水利権を取り消した。水利権は2010年（平成22年）暫定的に許可されたがこの間水量が増加した信濃川ではサケの遡上が水利権取り消し前よりもさらに増加し、長野県上田市まで遡上が確認された。このため国土交通省は東日本旅客鉄道に対して毎秒40-100立方メートルの放流を5年間行うよう命じ、環境への影響を調査している。一方、ダム湖の堆砂については今まで有効な対策を打てずにいた。堆砂は治水目的を有するダムの場合貯水容量の減少に伴う治水への影響、ダム湖上流の河床上昇による水害の危険性増幅、流砂連続性の途絶による砂丘縮小や濁水長期化現象による河川生態系の影響など多種にわたる問題をもたらす。特に治水に対する影響は1961年の昭和36年梅雨前線豪雨（三六災害）における泰阜ダム（天竜川）と長野県飯田市の水害との関係性が指摘され、ダムを管理する中部電力が被害集落の地上げ工事を実施するなど対策を行った。堆砂量を計測している日本の911か所のダムにおける平均堆砂率は7パーセントであるが、崩壊が激しく重荒廃地域に指定されている中央構造線付近の赤石山脈・木曽山脈・飛騨山脈を流れる河川に建設されたダムで堆砂が進行している。貯水池の浚渫以外特別な対策がなかった堆砂対策だったが、1990年代に入り連携排砂と排砂バイパスという手法が登場した。連携排砂は富山県を流れる黒部川に建設された関西電力の出し平ダムと国土交通省の宇奈月ダムで2001年（平成13年）より実施しており、洪水時に排砂門から堆砂を連携して排出することで堆砂防止と流砂連続性を確保して海岸線の後退を防止するものである。出し平ダムは1991年（平成3年）12月より単独で排砂を実施しているが、排砂により富山湾の環境が損なわれたとして漁業関係者の一部が2002年（平成14年）12月関西電力を相手取り黒部川ダム排砂被害訴訟を起こした。訴訟は2011年（平成23年）に和解が成立したが連携排砂と環境保護の両立に重い課題を残した。一方排砂バイパスはダム湖上流端に貯砂堰堤を建設し、貯砂堰堤からダム湖を迂回してダム本体直下流に通じるバイパストンネルを建設して洪水時にトンネルから洪水を排水してダム湖の堆砂を防ぐ施設である。1999年に関西電力が奥吉野揚水発電所の下部調整池である旭ダム（旭川）において建設したのが日本初であり、以後美和ダム（三峰川）、小渋ダム（小渋川）、松川ダム（松川）といった天竜川水系の多目的ダムで施工され、佐久間ダム（天竜川）でも計画されている。