实验室以“监测模拟-过程机理-优化调控”为主线，分解流域地理学研究的关键科学问题，形成以下三个研究方向： 

①流域地理要素监测与集成模拟

围绕流域地表自然与人文关键要素，突破“天-空-地”一体化的多尺度自然人文复合过程同步监测和多源异构数据同化等关键技术，耦合多源数据-多过程模型，发展流域自然与人文多要素的系统集成模拟方法，构建风险与健康评估及调控决策的“智慧流域”集成模拟平台。  

②流域地理过程演化机制与效应

围绕气候变化和人类活动加强所引发的流域洪旱灾害、水环境污染、生态系统退化等问题，阐明流域土地利用变化的过程、驱动机制及其对水文、水环境与生态服务功能的影响机理与尺度效应；揭示气候变化和流域重大水利工程建设运行对流域水文过程、河湖关系和水环境与湿地生态的影响机理。  

③流域发展优化调控与综合管理

构建多尺度资源环境承载力时空格局演变评估与测算体系，发展空间适宜性分区、岸线资源评价和流域生态补偿计算等的技术方法，揭示区域功能分工与合作格局、模式与机理，形成了区域空间要素配置的纵向衔接、横向“多规合一”的科学规划方法，提供流域可持续发展方案与综合管理策略。