1950年，日本水俁灣附近的一個化肥廠將大量含有有機汞的廢水排入水俁灣， 造成水俁灣和新縣阿賀野川下游283人汞中毒，其中60人死亡。1955～1972年期間，日本富山縣神通川流域的工廠排放未經適當處理的含鎘廢水，造成當地130人因鎘中毒患上名為“痛痛病”的怪病，其中81人死亡。日本兩次震驚世界的水污染事件，使得日本政府不得不重視對水污染的預防與控制。
20世紀50年代到70年代，是日本高速發展的時期，為了滿足工業發展對水的需要，日本修建了許多大型水利工程，對水進行儲存和調用，同時大力開發諸如地下水等其他水源，但總體理念是“輕節流、輕治污”與“先污染、后治理”，為此，日本政府付出了慘痛的代價。以“水俁病”和“痛痛病”為轉折點，日本政府轉變思路，從先污染后治理開始逐步轉向事前防治和源頭保護。
第一，通過科學合理的總量消減計劃控制總量的排放，對人口和產業集中的區域， 以及大范圍向封閉性水域（湖泊、內灣、內海）排放大量生活污水或產業污水的地區， 引入排水總量控制制度，制定污染物總量削減基本方針以及各污染源分解削減目標量。
第二，全面推廣污水處理新技術，大力發展污水處理產業。為了應對廢水處理技術的迫切需要，日本政府聯合許多大公司共同投資，進行了為期6年的“水復興90年規劃”科研項目，不僅幫助許多企業建立了廢水處理技術系統，而且開發了一種膜技術與生物反應器相結合處理工業和城市污水的技術，直接推動了膜生物反應器（MBR）在污水處理中的應用。目前，膜法水處理技術仍是污水處理最經濟的方法之一。
第三，建立水權制度，實現政府調控與市場引導。在日本，水權的取得遵循“占有優先”的原則，河川上下游、左右岸、地區之間以及農業、工業、市政、水電等部門之間，各自擁有不同空間、不同時間、不同用量的水權，同時擁有不同的排污權，通過水權交易市場實現水資源的優化配置和高效利用。
此外，政府還會根據實際情況在引水量上進行控制和協調，如為了保證河水在自然循環中的凈化能力，規定只有在河水超過河流正常流量時才可取用；在干旱來臨時，優先引水權要經過當地用水協調委員會的協商，先滿足抗旱灌溉的需要，再兼顧其它方面等。
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