实验室定位于应用基础研究，立足流域水循环系统的基础性与整体性，面向中国式现代化高标准水安全保障的重大需求，瞄准世界水科学技术前沿，以极端水旱灾害防治、国家水网构建、饮用水安全与高品质提升、河湖生态保护治理、国家重大工程开发、数字孪生水管理等为主要应用场景，创新流域水循环与水安全保障基础理论、关键技术、软硬件设备及其技术方案，设置了三个主要研究方向，具体如下：

①流域水循环与水资源高效利用；

②水循环伴生过程与河湖保护治理；

③国家水网工程技术与智慧调度。