水运水利的设官制度比较早，京杭运河贯通后，唐宋元三代均设立“都水监”，以统筹治水，管理河道。唐代都水监设使者二人。使者，为正五品，“掌川泽、渠堰、陂池之政，总河渠、诸津监督”；并设都水监丞二人，从七品；主簿一人，从八品。下属机构有“河渠署”，设河渠令一人，正八品；丞一人，正九品；河渠谒者六人，正八品。都水监为水利治河专门机构，隶属工部。为更好地管理好此事，工部还专设水部郎中、员外郎各一人，以分管并协调与都水监的公务关系。宋代都水监设于嘉祐三年（1058年），元丰年间，配齐官员及其机构。即置使者一人，丞二人，主簿一人，“南北外都水丞各一人，都提举官八人，监埽官百三十有五人，皆分职涖事”。都水监除以治水为主外，还负责河防，“谨其法禁”。据考，唐宋时期的运河河道防务没有专职队伍，只有治水机构兼管。《宋史·食货志上》记载：“靖康初，汴河决口有至百步者，塞之，工久未讫，干涸月余，纲运不通，南京及京师皆乏粮。责都水使陈求道等……同措置，水复旧，纲运沓至，两京粮乃足。”这说明运河无防务，不然的话，不会河决百多步才责令都水监使者“措置”。

元代至正六年五月，“以连年河决为患，置都水监，以专疏塞之责……至正八年二月，河水为患，诏于济宁、郓城立行都水监，掌巡视河道，从五品”。之后，行都水监又增加判官二员，少监、监丞、知事各一员。在“济宁行都水监”属下设立“河防提举司”，这当为最早的运河、黄河河道防务机构，它的职责是“巡视河道”。负责河道的正常管理，如：巡视护堤、清除河障、守卫闸桥，抑或抢险、救灾。如河决、淤塞，则上报都水监专项处理。

明代最高河道管理机构设在济宁，成化七年（1471年），始称其职官为总督河道，或叫河道总督。嘉靖三十一年（1552年），“以都御史加工部衔，提督河南、山东、直隶河道。隆庆四年加提督军务”。据《山东通志·兵防志》记载，为了运河的防护，永乐十八年（1420年），曾遣行军司马，提马步兵拾万镇守济宁。正德年间之后，遣都御史负责沿运防务。隆庆四年（1570年）在济宁驻防的济宁卫，拥兵5600人，隶济宁兵备道管辖，是河道总督署下设的专职防务机构。《明史·兵防三》还记载：“治河之役，给事中张贞观请益募士兵，捍淮、扬、徐、邳”，经皇帝允准，这四地驻兵也曾由河督节制以护卫河道。

清代仍设河道总督，驻济宁。“顺治元年因明旧设河营，随总督河道都御史驻扎济宁州，领以副将、游击、守备、千总、把总。每营经制马步兵壹千名，领以都司、守备、千总、把总，存城分汛，统于河标”。《清史稿·兵六》曾记：“河道总督标营凡二十营”，此数字可能是清初运河全线的河标营数量。《清史稿·兵志二·绿营兵》记载：“定山东官兵经制，设副将或游击以下将领八，兵凡三千，备河防护运。”河道总督辖河标中军署，中军又称为将军，专司运河河道的防务。其直属的中营、左营、右营、济宁城守营的防区，南至徐州界，北至张秋（今属东平县张秋镇），全长365公里，下辖49汛。

“清雍正六年，设河东总督，驻扎河南开封府”旋返驻济宁。这时的运河河道管理一分为三：南河总督驻清江浦（今江苏淮安市），北河总督驻天津，东河总督驻济宁。济宁改为东河后，仍辖河标中、左、右、济宁城守四营，并增管运河、怀河、豫河三营。怀河营管理黄河北岸祥河、下北河、黄沁河系。豫河营指上南河、中河、下南河区域的防护，地在今河南省。后又收归济宁称总河，嘉庆十七年（1812年），南河总督领兵1566人，东河总督领兵4241人，北河属于直隶总督代管，辖北运河务官厅、杨村厅、通惠河漕运厅、南运河厅、督标四营及运河营，其驻兵数字不详。

据考，明清时期的漕督衙署、河督衙署均配置军用船只。漕运总督署的军船主要是为漕运船队护航，河道总督署的军船主要用于巡视河堤、桥闸，护理河道，打击河盗，维护京杭运输线上的秩序。1956年4月，在梁山县运河西侧的宋金河中出土了一艘明代兵船，现藏山东省博物馆。该船呈柳叶形，船身全长21.8米，中宽3.44米，共13个大小相同的船舱，各舱相通。船内遗留有铜铳（即炮）、铜盔、军刀、剑、铡、剪、锯、起子、马鞍、马镫、马嚼、锚、钱币等金属制品及瓷瓶、瓷碗等生活用品共计174件。铜炮铸铭云：“杭州护卫教师孙习举□人王宦音铳筒，重三斤七两，洪武□年□月白造”。铁锚铭云“甲字五百六十号，八十五斤”：“洪武五年造，□字一千三十九号，八十斤重。”从器铭我们得知，这艘军船用于运河“护卫”，为明代洪武年间制造。船锚已编号至“一千三十九号”就已说明，军船的数量是相当可观的。

除护河、护漕船只外，各卫所、标营还配备有刀、枪、重炮。济宁市博物馆现藏有元明清铁炮38尊，其中两尊分别铸铭文：“崇祯拾叁年捌月总督两广军门张行委济宁卫掌印指挥张古臣督造”“济宁运河道捐资铸造崇祯拾……济宁指挥张古臣监造”等字。其余均曾用于标营驻地的防护。

在清代运河的防务中，由于时代发展需要和外国水域设防经验的传人，部分区段还设立了水师营，以熟习水性的士兵为主要兵员。如：“直隶水师四百七十六人，舢板战船三十二艘，驻三岔河口”。济宁“利捷水师营”于1868年设立，哨官1人，水师25人，船24艘。南河漕督及河督也设立了水师。光绪二十八年（1902年）河道总督裁撤，河漕管理及其防务均由地方分段管理，兹不赘述。