水系统是涉及自然水循环、流域生物地球化学化学循环和人文过程等综合作用复杂系统，急需研究流域水系统各部分的作用与反馈机制，流域水系统多尺度（流域、区域乃至全球）、多要素（降水、蒸散发、地表水、土壤水、地下水、经济社会用水等）和多过程（截留、下渗、融雪、调蓄、汇流、侵蚀、污染等）的耦合模拟与系统集成方法，研制模块化开放式框架、具有定制功能的流域水系统综合模拟系统，构建水系统综合模拟及可视化平台。

面对生态文明建设和绿色发展的需求，急需研究流域水系统的水量平衡、水热平衡、水盐平衡、水沙平衡和社会经济用水的供需平衡规律；提出维持良性水循环的水量、水热、水盐平衡调控方法；探讨工业、农业、城市和生态需水演变规律；发展流域水系统优化调控的理论、技术和方法；开展水资源可持续利用管理体制和管理政策的效应评估研究；提出流域水系统综合管理与调控的对策与措施。