公園の北西側に広がる「水元公園バードサンクチュアリ」は、都内でも極めて珍しい本格的な隔離保護区です。一般の来園者が立ち入れないよう原生林と池が保全されており、人間側は木製の「観察窓（スリットブラインド）」から身を隠して野鳥の自然な生態を覗き見る仕組みになっています。
観察舎には第1から第3までの観察ポイントが設けられており、季節ごとに異なるドラマが繰り広げられます。「水元公園の野鳥出没場所詳細まとめ」として各エリアの生態系を整理すると、観察窓の目の前にある浅瀬にはサギ類（アオサギ、ダイサギ、コサギ）が常駐し、倒木の上ではカワウが羽を休める光景が日常的に見られます。静寂を保って20分ほど待機していると、アシ原の根元からクイナやヒクイナが姿を現す瞬間にも巡り合えます。
上空や対岸の高木に目を凝らすと、生態系の頂点に君臨する猛禽類の姿が確認できます。「小合溜でのオオタカ目撃情報」は冬期を中心に増加しており、対岸の埼玉県三郷市側（みさと公園）の防風林と水元公園のメタセコイアの森を行き来しながら、水面に浮かぶカモ類を急降下で狙うハンティングシーンが報告されています。小合溜の広い水面があるからこそ、猛禽類が獲物を追い込むためのオープンな空間が確保され、都市部では極めて貴重な食物連鎖のリアルな営みを目の当たりにできます。
