石梁河水庫建成後，將負責調蓄沂沭泗河流域洪水，保障連雲港市、隴海鐵路、田灣核電站和東海、贛榆兩縣6萬傾耕地的防洪安全和工農業用水。水庫下建有蜀南(東海縣)和蜀北(贛榆縣)兩個大型自流灌區，設計灌溉面積591萬公頃，有效灌溉面積4.25萬公頃，年均供水量3億立方米。
自從石梁水庫建成以來，水質壹直很好。從20世紀80年代中後期開始，石梁水庫上遊臨沭縣南古鎮工業區和蛟龍鎮的327國道沿線建設了大量小化工廠和造紙廠，導致水庫水質惡化，汙染事故頻發。1998水庫發生大汙染事故，當地漁民損失嚴重。
石梁河水庫的汙染問題已經引起了庫區及下遊各級黨委和政府的高度重視。2004年3月30日，水利部淮河水利委員會批準實施大官莊水利工程防汙調度意見。贛榆、臨沭、東海三縣環保部門加強執法監管，關閉上遊汙染較重的造紙廠、小化工廠等汙染源。自2002年以來，水庫水質壹直保持在ⅲ類水以上。
20世紀90年代以來，水庫漁業資源逐漸枯竭，後發展網箱養殖，網箱8萬個，漁船738艘。由於水產養殖產生的大量餌料腐敗和魚類排泄物，使水質富營養化，造成水質汙染，破壞生態平衡。