方向一：旱区水循环与生态水文过程模拟
旱区流域水循环机理
旱区生态水文过程与模拟
旱区水资源预测与评价
基于生态安全的流域可持续发展策略

方向二：旱区水土资源演变与调控机制
流域水资源多维调控理论模式及决策方法
西北地区黄河流域的泥沙治理、泥沙资源化利用研究
水沙联合配置的理论方法
旱区农田生态系统能量物质循环过程机理与模型

方向三：旱区水动力及其伴生过程模拟
新型复合消能工、高速水流水力特性、旋转强剪切气水两相流的特性研究
高含沙河流非均匀沙输沙能力、不平衡输沙机理、床沙级配变化的泥沙运动机理研究
水沙资源多目标优化配置模型及多泥沙河库水沙联合调控技术体系研究
多过程耦合的高效高精度水动力模型研究

方向四：旱区水利工程生态环境效应及调控
水利工程水文变动影响下的水质变动规律与水体纳污能力研究
跨流域调水过程中的污染物迁移、转化规律及水质安全研究
维护流域生态系统健康的水文和生态调控方法（生态需水量与水环境承载力）研究
梯级水电开发的累积生态效应理论及累积影响评价关键技术研究

方向五：旱区水利工程建造与安全运行
多泥沙河流水电站、泵站的高效抗磨蚀水轮机、高效抗磨蚀水泵的研究与开发
高寒区筑坝技术研究
旱区水工程沥青混凝土防渗技术研究、冻土区工程地质问题研究
高寒区水工程抗震性能、大坝健康诊断系统研究和安全监控方法研究