主要從事水文水資源研究。在徑流形成與轉(zhuǎn)化的時(shí)變非線性理論與實(shí)踐方面取得系統(tǒng)的研究成果。提出了水文非線性系統(tǒng)識(shí)別理論與方法，解決了如何求解降雨徑流非線性響應(yīng)關(guān)系的難題；發(fā)現(xiàn)了受控于土壤濕度、降雨強(qiáng)度和下墊面多要素組合的時(shí)變?cè)鲆娈a(chǎn)流規(guī)律，揭示了徑流形成與轉(zhuǎn)化的水文非線性機(jī)理；發(fā)展了時(shí)變?cè)鲆嫠哪Ｐ团c水系統(tǒng)方法，明顯提高了徑流預(yù)測(cè)的精度，在解決變化環(huán)境下徑流模擬與調(diào)控的非線性、時(shí)空變異與不確定性研究方面，取得了重要突破，推動(dòng)了水文科學(xué)的基礎(chǔ)研究。成果應(yīng)用到我國東部季風(fēng)區(qū)黃河、長江、淮河以及中小河流防洪減災(zāi)、水質(zhì)水量聯(lián)合調(diào)度、應(yīng)對(duì)氣候變化的重大水利工程的水管理，產(chǎn)生了顯著的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。

已發(fā)表SCI論文134篇，其中第一作者和通訊作者87篇；EI收錄論文157篇;出版專著8部。獲由國際水文科學(xué)協(xié)會(huì)(IAHS)、聯(lián)合國教科文組織(UNESCO)以及世界氣象組織(WMO) 聯(lián)合頒發(fā)的國際水文科學(xué)領(lǐng)域的最高獎(jiǎng)“國際水文科學(xué)獎(jiǎng)（IHP-Volker Medal）”以及“國際水資源管理杰出貢獻(xiàn)獎(jiǎng)”和“湖北省自然科學(xué)一等獎(jiǎng)”等。曾任國際水資源協(xié)會(huì)（IWRA）主席，國際水文科學(xué)協(xié)會(huì)（IAHS）副主席。