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根据水文水资源与水利工程科学面临的国家目标和学科前沿问题，在充分研究本领域发展趋势、结合实验室已有工作成果的基础上，本实验室确立了五大研究方向：
方向一：水资源演变机理与高效利用
水资源演变机理与合理配置，流域雨洪资源利用，水资源高效利用与节水灌溉理论，水资源系统管理与突发水灾害应急管理。
方向二：流域水文过程及防灾减灾
气候和下垫面变化对产汇流过程影响机理，流域水文过程模拟的参数化及尺度效应分析，气候及下垫面变化对水文极值影响分析，变化环境下流域洪旱灾害评估。
方向三：河流水沙动力学与水生态保护
泥沙颗粒与污染物微界面动力学问题，河流水沙动力学及水沙运动对污染物的输运作用机理，联合利用闸、坝、泵的水沙—污染物环境调控，陆地-水域界面内的物理、生化过程及其环境、生态效应。
方向四：河口海岸综合治理与保护
河口海岸水沙运动特性与物质输运机理，河口海岸动力地貌过程及其对工程建设的响应，河口海岸水灾害形成机制及预警预报技术，河口海岸治理保护新技术新方法。
方向五：水工程安全与灾变控制
大型水工程安全监控及预测预报理论与方法，溃坝机理与风险分析，高性能水工程新材料，水工程除险加固与性能提升。
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