一、地表水与地下水相互作用
地表水与地下水是水循环的重要组成部分，是生态环境和人类社会发展的关键水资源。本方向主要结合室内试验、野外监测和数值模拟手段，辨识地下水与河流、湖泊、湿地、海洋的水力关系，阐明交互带附近的水流过程及其受到岸线地质、地貌的影响，评估地表水与地下水间的交换通量。地下水与地表水交互带也是水体与陆地生态系统的纽带，受自然条件和人类活动影响强烈，易形成生物地球化学热点时刻与热点地区。本方向还将研究碳氮等营养物质在交互带附近的迁移转化过程，阐明不同地下水与地表水连通关系对温室气体排放的影响机制，揭示滨岸带活动对水环境与水生态变化的驱动作用，并研发水环境与水生态自然修复技术。
二、地下水补给与大气-植被-土壤水文过程
地下水补给存在弥散补给、河道集中补给、山前侧向补给等多种形式，是流域地下水资源可持续利用及水资源管理的重要指标。本方向旨在通过水力学、水化学、稳定与定年同位素、空天遥感等技术，结合地表水、地下水、包气带多元数据，阐明流域内多尺度地下水补给过程并评估地下水补给通量。地下水补给也极易受到气候与下垫面变化影响。本方向还将研究更新世-全新世气候转变、太平洋十年涛动、厄尔尼诺、极端降雨与极端干旱等不同时间尺度气候变化对地下水补给量及地下水资源储量的影响，阐明城市化过程、植树造林等下垫面变化对地下水补给的改变，同时为应对气候变化研发自然地貌（河道、湿地等）人工补给技术，并厘清人工补给过程对水环境与水生态的影响。