海河北系北运河流域（北京段）是实施首都生态文明水务工程建设的重点区域，也是京津冀协同发展格局下水资源互连互通的关键纽带，承载着首都主要人口与经济发展的城市排水功能。针对流域以典型非常规水源补给为主、水生态缓冲能力弱的城市河流污染特征，开展水环境目标管理支撑技术研究，提出了河流污染物总量控制和减排分配总体方案；以提高污水处理厂出水水质为目标，开展污水处理厂升级改造和深度处理技术研究，建立了流域污水处理升级改造与深度处理资源化集成技术体系，为减轻河流污染负荷、提高河流自我修复能力提供前提条件；以改善乡村水环境和建设生态农业为目标，开展农业面源污染环境行为研究，提出了具有流域特点的农业面源污染防控成套技术与畜禽养殖污染综合管理模式，为全面控制流域农业面源污染提供技术指导；以修复受损河流生态系统为目标，研发了河道型湿地构建及生态维护成套技术，开展了水资源调配下的生态需水量研究并制定了工程方案，为类似河流水质改善及生态修复提供示范借鉴。通过非常规水源补给型河流水质改善与生态修复技术研发与集成，建设示范与依托工程，为北运河流域（北京段）河流水质改善与生态功能恢复提供了有力的技术支撑。