方向一：旱區水循環與生態水文過程模擬
旱區流域水循環機理
旱區生態水文過程與模擬
旱區水資源預測與評價
基於生態安全的流域可持續發展策略

方向二：旱區水土資源演變與調控機製
流域水資源多維調控理論模式及決策方法
西北地區黃河流域的泥沙治理、泥沙資源化利用研究
水沙聯合配置的理論方法
旱區農田生態係統能量物質循環過程機理與模型

方向三：旱區水動力及其伴生過程模擬
新型複合消能工、高速水流水力特性、旋轉強剪切氣水兩相流的特性研究
高含沙河流非均勻沙輸沙能力、不平衡輸沙機理、床沙級配變化的泥沙運動機理研究
水沙資源多目標優化配置模型及多泥沙河庫水沙聯合調控技術體係研究
多過程耦合的高效高精度水動力模型研究

方向四：旱區水利工程生態環境效應及調控
水利工程水文變動影響下的水質變動規律與水體納汙能力研究
跨流域調水過程中的汙染物遷移、轉化規律及水質安全研究
維護流域生態係統健康的水文和生態調控方法（生態需水量與水環境承載力）研究
梯級水電開發的累積生態效應理論及累積影響評價關鍵技術研究

方向五：旱區水利工程建造與安全運行
多泥沙河流水電站、泵站的高效抗磨蝕水輪機、高效抗磨蝕水泵的研究與開發
高寒區築壩技術研究
旱區水工程瀝青混凝土防滲技術研究、凍土區工程地質問題研究
高寒區水工程抗震性能、大壩健康診斷係統研究和安全監控方法研究