流域地势南高北低 曾为重度黑臭水体
牛湖水属于观澜河流域中的独立支流，上游为石马径水库，由南向北穿越高尔夫大道、裕新路，流经大水田村后，汇入东莞境内观澜河的下游石马河。牛湖水全长约5.29公里，其中深圳境内河段长约4.07公里（观澜街道长度），流域面积6.96 km。牛湖水也是跨越深圳和东莞的界河，因此它的水环境治理也有着特殊的意义。
从先天条件来说，牛湖水流域为低山丘陵地带和盆地，总地势南高北低，上游是水库，天然径流量匮乏，枯水期河道基流极小、甚至河床干涸，丰水季节水量集中，河流短小势急，雨天易形成洪流。由于缺少稳定水源，河道环境容量小，自净能力极低，基本上只要有污水排入河道，河流就会污染，变黑变臭。
牛湖水版画博物馆段
根据深圳市治水提质指挥部办公室发布的《深圳市城市黑臭水体治理攻坚实施方案》“深圳市城市黑臭水体治理清单”，龙华区共有20条黑臭水体，其中重度黑臭16条、轻度黑臭4条，而牛湖水就是属于重度黑臭水体，因此水环境整治刻不容缓。
随着深圳市政府对观澜河水环境的重视，特别是2009年5月，东莞与深圳、惠州签订了《深、莞、惠界河及跨界河综合治理计划》，将石马河列入联合整治范围，明确目标任务，由上下游同步推进治理，牛湖水自然也成为了其中的重点项目之一。
牛湖水综合整治工程
据龙华区水务局水污染治理中心前期部部长邓佑锋介绍，因为历史原因，牛湖水流域侵占河道的建筑比较多，明渠段河道两岸临河建房现象普遍存在，部分河道被挤占的情况严重，治理起来比较困难。2017年，以牛湖水综合整治工程为主开展全流域整治，2018年完成，防洪标准提高到50年一遇。2019年，在原有整治基础上进行了水质提升工程，河流从以前黑乎乎一片，市民路过绕道走蜕变成现在上游到下游都是绿油油的一片。值得一提的是，这里的河道和其他地方不同，河水中不光出现了鲶鱼，还有鲤鱼等一些适合在干净水体生存的鱼类，可见生态恢复情况不错。
据了解，2018年，龙华区完成了牛湖、大水田片区雨污分流管网工程，2019年实施了人工快渗污水处理工艺，但针对当时的污水处理量，该工程属于应急工程，无法承担更多的污水处理量。2019年底，牛湖水水质提升工程开始动工，2020年正式投入使用，每天可以处理2万吨的污水。该工程采用的是立体生态技术，在经过初步的沉淀后，利用生物去吸附污水中的氨氮物质达到净化水质的效果。