20年来，研究所体主持和承担了国家多项重大研究项目和国家科技攻关项目，包括国家“六五”、“七五”、“八五”、“九五”和“十五”科技攻关项目、国家自然科学基金重大研究项目，国家重点基础发展规划研究项目。同时还参加由国家计委、水利部下达的相关论证工作和报告的编写，如塔里木河、黑河流域水资源问题及其对策的研究与论证工作、长江三峡工程可行性论证、南水北调工程论证等。经过长期不懈的努力，在科学技术研究和实践中取得了一些创新性的成果：

1. 应用基础理论研究
    经过多年理论研究与生产实践研究，在如下方面取得了突破性进展，为推动我国水利事业及水资源领域的发展做出了较为突出的贡献。
●  流域二元水循环理论与二元水资源演变动态模型技术
    随着人类活动的日益凸显，人类活动从水循环路径、水文下垫面和水循环动力三方面影响着流域水循环过程，并带来了一系列的水文与生态环境效应。流域二元水循环理论将20世纪水文水资源领域通用的“实测-还原-建模-调控”的一元静态模式，有效拓展成为“实测-分离-耦合-建模-调控”的天然－人工二元动态模式。在现代水循环过程中，从实测量中分离出天然与人工水循环参量，同时并保持其间的全部动态联系，并通过实测系列验证模型的精度，并根据规划方案预测未来的流域水循环演变情况。二元水资源演变理论是21世纪水问题研究的共同科学基础，具有划时代的理论与实践意义。该理论与模型目前已在海河流域、黄河流域、内陆河流域得到应用。
●  现代水资源评价的理论与方法
    该理论和方法系统提出了水资源评价有效性、可控性、可再生性准则，以及相应的指标体系与定量方法。所提出的充分考虑生态系统各种水分利用情况的广义水资源，狭义水资源、水资源生态利用最小量、国民经济利用最大量、工程系统供水量等一系列新概念和相互兼容的层次化计算方法，成为全国第二次水资源评价的理论与技术基础，是对水资源科学学科领域发展的实质性贡献，并在西北水资源研究中得到实际应用。
●  复杂水库群系统的整体优化理论与方法
    建立了复杂水库群系统的能量转换动态方程，对系统蓄能概念进行了拓广。提出水库群系统计算势能和有效势能的判别公式，以及有效势能最大准则下的优化调度方法与模型。这一成果为各种基于预报信息的水库群调度方法提供了理论基础，证明了其解的优化程度不低于随机型模型，同时避免了计算复杂性方面的一系列困难。于1992年获国家级重大科技成果。
●  水资源优化配置理论与方法
    “八五”科技攻关期间，首次将区域宏观经济与水资源开发利用结合起来进行定量研究，提出了基于宏观经济的水资源优化配置理论，以及用于优化配置决策的多层次、多目标、群决策方法，建立了相应的模型系统和管理信息系统。这一理论方法在北京、青岛、大连、深圳等城市，河北、海南、西北等7个省区，海河流域、黄河流域等地被推广应用，取得了较好效果。获1997年国家科技进步二等奖和1996年水利部科技进步一等奖。“九五”期间，对基于宏观经济的水资源优化配置理论作了进一步有效拓展，形成了基于区域可持续发展的水资源合理配置理论，从单纯对经济用水进行配置，扩展为统筹配置生态用水与经济用水。
●  生态耗水机理与需水预测方法
    在“九五”科技攻关中，作为国家西北水资源项目的技术负责单位，提出了生态环境需水的计算口径与计算方法，在流域尺度上揭示了内陆干旱区水分—生态相互作用机理，初步建立了相应的水分调控驱动的生态演变模型。该方法清晰界定了生态环境需水与国民经济需水的关系，对国民经济用水后生态环境的再利用提供了明确的评判标准，并利用地理信息系统技术，将遥感信息与地面观测相结合，形成了对水循环演变及其生态效应进行预测的定量方法。
●  面向可持续发展的水价理论
    面向可持续发展的水价理论提出了资源水价、工程水价和环境水价三重结构水价体系。并在此基础上，提出了三重水价定价的具体操作方式。该项研究对水资源价值和用户水价作了清晰界定，提出了可操作的计算和操作方法，从理论上为水的资源权属管理与相关资产权管理的分离奠定了基础。
●  水资源承载能力
    针对内陆干旱区生态环境极为脆弱的特点，在经济发展目标与生态保护准则间进行多目标定量权衡，在此基础上提出了西北干旱区水资源承载能力计算方法，并系统构建了区域水资源承载能力的评价指标和计算模型。在该理论方法中，以资源环境系统作为承载主体，以社会经济系统作为被承载客体，以水为纽带形成二者间的相互依存相互制约的定量关系。此外，该理论还对承载能力与生态环境保护准则的关系，以及与水资源合理配置的关系等均做出了符合实际的界定，形成了适合内陆干旱区的水资源规划理论与方法体系。
●  四水转化关系理论与实验研究
    在水资源科学实验与研究方面，通过国家“七五”科技攻关项目，将水资源的评估与水资源合理开发利用研究相结合，系统分析了在人类活动干预下大气水、地表水、土壤水、地下水相互转化关系及演化趋势，深入研究了降水（灌溉）入渗补给、潜水蒸发、农田蒸发及地下水开发利用对水资源计算参数的影响，指出降水入渗补给过程有一定的滞后性，并存在最佳地下水埋深使入渗补给量为最大；探讨了疏干给水度和充水给水度差异，并得出在大埋深条件下疏干给水度显著大于现行广泛采用的中、浅埋深给水度，而降水入渗补给条件下的瞬时充水给水度一般仅为相同埋深条件下疏干稳定给水度的10～20%。率先系统研究了土壤水的天然有效补给量、年季调节量及其在作物供水中的作用以及对地表水、地下水的影响，揭示了一种水体的开发利用或变化对其他水体的影响，从而为大规模人类干预条件下合理地开发利用水资源提供了科学依据。1992年出版《水资源科学实验与研究》专著。
●  农业节水理论于定量方法研究
    在农业节水方面，针对中国水危机和农业节水灌溉中的问题，详细、系统地研究了“取水型”节水（传统节水概念）、“资源型”节水和“效率型”节水三种不同的节水概念和定义；研究了田间水分循环中的可恢复水量与不可恢复水量及其两者间的相互转化关系，田间可恢复和不可恢复的取水节水水量及两者间的转化，土壤表面蒸发和作物蒸腾的规律和物理机制等。提出了工程节水、农业节水和管理节水三大措施相配套节水理念，以及“资源型”节水量、“效率型”真实节水量的计算公式和方法，农业节水潜力的简化计算方法，已出版《节水新概念》专著一部。该项研究成果为农业节水灌溉提供了重要的理论支撑，并有力地促进了农业节水观念的转变—即从以工程节水为主逐步向资源型节水和效率型节水方向转变，以真正实现水资源的可持续利用和农业的可持续发展。成果已被成功的应用于《南水北调工程节水规划要点》，所提出三大节水措施相配套的真实节水概念和计算方法是目前正在实施的水利部“利用世行贷款发展节水灌溉项目”的理论支撑和项目设计的依据，并应用于北京、河北、青岛、辽宁四省（市）27个县（市）节水灌溉项目设计中，作为项目年度设计的理论基础及设计指标，使本项目得以顺利通过世界银行的评估，并被批准列为水利部节水灌溉示范项目。
●  水盐运动机理及有害盐量指标研究
    根据对水盐运移规律分析，提出了盐害评价和水盐排引比计算的新指标，确定灌区水量、盐量引排差和引排比，揭示了地下水补排组构分布和渗流场形成演化，动态模拟计算水盐调控和排灌结合的科学调度供水方案，在确保作物需水量和土壤脱盐的前提下提出开发利用黄灌水地下水的排灌结合的节水灌溉方案，为提高西北黄灌区研究水准和取得显著社会经济效益提供一个范例。
●  流域水资源实时监控管理系统理论与方法研究
    根据我国流域水文水资源特点和供用水特征，基于目前流域所面临的水资源短缺和污染问题，提出了需要研究和开发流域水资源实时监控管理系统。流域水资源实时监控管理系统系统是以水资源实时监测、实时预报、实时调度、实时管理为功能目标，以信息技术为基础，综合运用各种高新技术手段，对流域或地区的水资源及相关的大量信息进行实时采集、传输及管理；以现代水资源管理理论为依据，以计算机技术为依托对流域或地区的水资源进行实时、优化配置和调度；以远程控制及自动化技术为手段对流域或地区的工程设施进行控制操作。提出了系统建设的目标、总体结构、逻辑框架、信息流程、功能设计等水资源实时监控管理系统的理论和方法。该系统的建设代表了世界水资源管理的方向。
●  流域水资源优化调控决策支持系统理论与核心技术
    流域水资源优化调控决策支持系统以水资源优化调控为理论基础，提出了利用区域水资源循环模式，对流域水资源数量、质量及其时空分布，开发利用的基本模式和特征，水资源利用效率，供用水增长情况，缺水程度，开发利用问题等进行系统评价；进行城镇生活、农村生活、工业、农业、生态环境等经济社会发展用水配置，进行节流与开源、近期与远期、丰水区与贫水区、上游与下游、地表水与地下水、当地水与外调水、常规水源和非常规水源的配置；提出水资源可持续利用评价体系，从区域发展、经济、调度管理等层次上，对水资源调配效果进行综合评价；利用基于GIS的可视化模型对一系列高新技术进行综合集成，为水资源调度和运行管理提供可靠的科技支撑。流域水资源合理调配决策支持系统的建立是数字水利的核心和灵魂。
●  生态环境脆弱地带水资源承载能力和水环境容量
    以生态环境脆弱地带天然和人工植被为研究对象，以小流域综合治理为单元，在SPAC系统中，沿时间和空间序列，采用野外水量平衡场、田间隔离技术和温室控水控温技术以及室内计算机模拟技术等，对区域陆地生态系统主要植物和植被类型的生理耗水、生态需水系列指标开展系统观测。将区域大气降水、土壤供水、植物生理耗水和生态需水节律耦合，提供水资源高效利用关键技术、植被恢复对区域水资源量作用的机理，为生态环境脆弱地带环境建设人工生物材料选择和植被恢复提供理论依据。

2．应用研究
2.1 “九五”攻关成果
    在国家“九五”科技攻关项目中提出了西北重点地区的生态环境保护准则与生态需水量，提出了配合西北开发的水资源配置布局与方案，并在水资源合理配置基础上计算了重点区域的水资源承载能力，使水资源利用和生态环境研究的整体水平上了一个新的台阶，为国家加大西北开发力度和生态环境建设提供了科学依据。该项成果正在申报国家一等奖。其突出成果包括：①内陆河流域的“天然—人工”二元水循环模式；②基于二元模式的水资源评价层次化体系；③干旱区水分—生态相互作用机理，这一定量化的水分驱动生态演变模型，在国内外干旱区研究中是首次提出；④干旱区生态需水量的计算方法；⑤针对西北生态脆弱地区的水资源合理配置方案；⑥干旱区水资源承载能力计算方法及重点区不同发展阶段的水资源承载力；⑦西北地区水资源可持续利用的整体战略；⑧在西北地区水资源与生态环境保护研究中，第一次大规模引入遥感信息技术，利用70年代、90年代和2000年遥感图象及有关资料，以1：10万和1：50万比例尺全覆盖西北地区，绘制了土地利用和生态系统分布图，与水循环和生态演变相结合，对西北干旱区水资源与生态系统相互关系进行了研究。取得了一系列具有创新意义的研究成果，为该地区水资源开发、利用、保护、管理和生态环境保护规划提供了科学依据。以及⑨基于20年时间跨度的遥感信息和GIS技术，以水为纽带，对20年来西北内陆干旱区山区和平原的生态构成变化进行了定量分析，为确定生态环境保护目标提供了依据。
2.2 “八五”攻关成果
    在国家“八五”科技攻关中，通过进行“华北地区宏观经济水资源规划管理的研究”项目，首次利用水资源宏观经济理论，提出和建立了华北地区宏观经济水资源规划管理的理论与方法，以及相应的系统分析决策模型。该项目的主要成果包括：①建立了区域水资源优化配置理论，定量的揭示了宏观经济系统、水资源系统和水环境系统间相互联系的规律，给出了水量的供需平衡、水环境的污染与治理平衡、水投资的来源与使用平衡之间的定量关系，发展了水资源规划的理论和方法；②将单决策者模式下的切比雪夫（Tchebycheff）决策方法发展和扩大为可处理半结构化问题的、考虑风险和不确定因素的多层次、多目标、群决策方法；③研制了一批适用于区域水资源优化配置问题中各主要方面的通用数学模型；④建立了我国当时数据装载量最大的通用水资源数据库和管理信息系统；⑤研制了区域水资源优化配置决策支持系统；⑥实际进行了一批区域水资源优化配置的方案研究。该项成果获国家科技进步二等奖。

3. 国际合作领域
    国际合作项目已成为水资源所的主要工作内容之一。自20世纪80年代后期至今，先后负责开展的国际合作项目共计10多项，主要包括：联合国开发计划署和环境规划署资助项目华北地区宏观经济水资源管理、新疆北部地区水资源可持续开发总体规划；亚洲开发银行资助的海南北部水资源开发规划、中国水行业战略研究、中国水行业评价(贵州)、中国水行业费用回收研究；世界银行资助的中国水行动计划（黄淮海流域）、苏丹水资源规划项目评估、黄河水资源经济模型和中国灌溉农业的强化（二期）；中英合作中国水行业发展项目；瑞典政府资助并由中瑞双方专家合作进行的中国水库规划调度决策支持系统的开发研究(河南)；加拿大CIDA资助的新疆塔里木河水资源与环境保护等。还派员参加了由中国专家组负责进行的马来西亚里瓦古水电站的设计工作。通过这些工作，积累了丰富的国际合作经验，在国际水资源咨询领域已具有良好的信誉和知名度。

4. 信息化建设
    水资源信息化建设也是水资源所长期致力的一项工作，水资源研究所作为我国开发水资源数据库系统最早的单位，配合国家“七五”～“十五”科技攻关，建成了全国最大的水资源信息库。同时开发研制了全国水资源综合数据库、全国灌溉面积及灌区数据库、全国防洪规划信息系统、防洪调度决策支持系统、水利发展规划信息系统以及全国、流域、省、地、县不同级别的水资源管理信息系统等一大批大型数据库系统和管理信息系统，并已投入运行使用，取得了良好的社会效益和经济效益。目前正在开展数字流域、水资源实时监控系统、水资源合理调配决策支持系统等方面的理论、技术方法研究及系统开发。
为更有力地支持要求不断提高的科研工作, 水资源所在基础设施方面不断改进，已建成所内、院内及国际的局部网络通讯体系，为提高科研工作效率、国际国内学术信息交流及资料查询创造了良好的条件。