牡丹水庫自完工蓄水迄今已逾25年，生態系統已由原來的溪流環境轉變為湖泊生態環境，對另加上近來不當放生造成的外來水域生物入侵庫區，引發非常態性的生態消長與生物群聚的時空變化，已成為目前水庫管理的一大挑戰。
牡丹水庫分別於庫區設置4個深水域樣站，以及庫區上游汝仍溪、牡丹溪與下游四重溪設置4個樣站，總計8個樣站，於111年3月、6月、8月及11月進行調查，調查結果為7科23種1,604尾魚類、3科7種2,213隻蝦類以及1科2種3隻蟹類，其中特有種有臺灣石𩼧、屏東鬚鱲、高屏馬口鱲、恆春吻鰕虎、斑帶吻鰕虎、南臺吻鰕虎、擬多齒米蝦、拉氏明溪蟹、銹色澤蟹等共9種。外來種有線鱧、巴西珠母麗魚、雜交種吳郭魚、花身副麗魚、鯁、草魚、鱅、斑駁尖塘鱧、孔雀花鱂、四脊滑螯蝦等10種。
透過水域及周邊環境生態資源調查工作之執行，蒐集水域生態系所需各面向之知識加以整合應用，並依據研究成果作為生態保育工作之參考，達到水體品質、生物多樣性維護與永續經營管理的目標。