主要學術貢獻包括:
(1)提出了流域尺度水資源分析的新概念、新方法和管理模式:90年代初，提出了綜合運用遙感、GIS、作物生長模型和水文模型分析區域和景觀尺度的生態水文過程，分析地表環境(包括地表溫度、凈輻射、蒸發蒸騰)、地表徑流、土壤侵蝕、養分輸運等過程的途徑和方法。建立了集自然、生態和管理科學於壹體的流域水資源管理模型。2008年與國際水文界同仁首次提出“水文資源域”的概念和研究方法，在國際水文界產生了積極影響。利用模擬、遙感和監測技術對流域過程、水資源和汙染物的擴散和時空分布進行實時模擬、預測和可視化，並將這壹新概念和新方法成功應用於美國大湖區水文水資源的預測和管理。
(2)提出了流域尺度點源和非點源汙染系統分析的理論和方法:流域是水文水資源分析的基本系統和單元，必須運用系統科學的理論和方法分析流域系統中點源和非點源汙染物的生成、輸移和沈積過程及規律的重要學術觀點；開發了基於ArcView接口的農業非點源汙染模型(AVNPSM)和技術，已在12國家46個部門得到應用和好評。與NOAA的大湖環境研究實驗室合作，開發了大流域分布式水文和水質模型(DLBRM ),該模型已成功應用於北美40多個流域、中國西北黑河流域和其他國家。20世紀90年代，國際非點源汙染前沿理論和方法首次系統引入中國。1998發表的《非點源汙染的管理與控制》被引用370余次，在學術界影響較大。
(3)提出了兼顧生態保護和糧食生產的農業灌溉理論和分析模型:20世紀90年代提出農業灌溉應首先滿足流域生態需水，並將該方法應用於美國五大湖地區農業灌溉的研究和管理；將運籌學等系統科學分析方法應用於流域農業灌溉，提出符合農業生產、農民收入和生態保護協調發展的管理政策和模式。2004年以來，與中國科學院、蘭州大學合作，應用系統科學分析方法和水文模型，研究幹旱內陸流域生態水文過程、幹旱區水資源利用等關鍵問題，成功將DLBRM模型應用於黑河流域，構建了山區-綠洲-沙漠自然-人工-水資源定量系統，為促進嚴重缺水地區社會-經濟-生態復合系統協調發展提供了新思路和科學數據支撐。(1)合作研究，科技部973項目子課題“氣候變化對西北幹旱區水循環過程的影響”(2010CB 951002)，2010.9-2012。
(2)美國主持人，“中美生態系統服務區域整合方法合作研究計劃”，2009.4-2011.12，中國科學院重點國際合作項目；
(3)主持人，《以流域水資源配置和節水解決西北黑河水資源短缺》，2008.9-2009.6438+02，Milton e . &；露絲·舍雷爾基金會；
(4)主持人，“基於點源和非點源數據分析構建美國五大湖流域分布式水文水質模型”，2007.9-2008.8，NOAA五大湖生態系統預測；
(5)聯合主持，發展應對管理模式——揭示多因子對海岸生態系統的影響，2007.7-2012.6，NOAA海岸海洋研究中心；
(6)主持人，“美國五大湖流域空間分布式水文水質模型的開發”，2006.9-2007.8，NOAA五大湖生態系統預測；
(7)共同主持，“伊利湖缺氧的原因、結果及潛在解決方案預測”，2006.8-2011.7，NOAA沿海海洋計劃；
(8)中國科學院寒旱研究所國際知識創新團隊成員，“黑河流域地表過程基礎研究”，2005.7-2008.438+02，中國科學院。