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水沙科学与水利水电工程国家重点实验室依托清华大学，于2006年7月26日由科技部发文(国科发基字[2006]324号文)批准建设。
立足实验室的传统优势、瞄准国际学科前沿和国家重大需求，实验室确立五个研究方向：①水文水资源科学与管理。针对我国水资源区域分布不均、需求不均的特点，研究区域水循环、生态与环境耦合机理，水资源复杂大系统动力学行为及适应性优化技术,水旱灾害形成机理及预报方法。②水沙科学与水环境。以流域水沙运动及其伴随的污染物/营养物传输过程为主线，研究不同尺度上的水沙、污染物/营养物的产输动力学，河、湖(库)的水动力学、地貌、生态环境响应机制及灾变过程，以及枢纽设计、运用为基础的调控方法。③岩土力学与工程。以大型枢纽工程建设和运用管理为主线，研究高坝坝基、高边坡和地下洞室群中结构和材料的非线性动力学行为和结构设计理论，岩土结构和材料的破坏过程，及结构安全性诊断和加固技术。④高坝新型结构。研究复杂荷载作用下高坝结构和材料的静、动力特性，高坝短期、长期变形过程与安全性评价方法，高坝施工新技术、新材料和新型结构设计理论。⑤水力机械动力学与工程。以高效、稳定和经济的水轮机械为主线，研究水力机械内部流动机理,体型优化设计技术，机械系统的动力与安全控制技术。
实验室秉承清华大学水利学科的优良传统，坚持应用基础研究和工程关键技术研究并重，取得了一批高水平、有影响的重要成果,研制出一批有特色、有创新的科研设备：(1)水文水资源科学与管理方向,提出新的蒸发模型，成功解释了国际水文学界的蒸发悖论; 建立流域水量统一调度模型系统，应用于黄河、塔里木河等工程实践。(2)水沙科学与水环境方向，建立了植被侵蚀动力学理论、流域水沙动力学模型系统，量化了黄河演变的滞后响应规律，解决了三门峡、三峡工程运用决策和南水北调工程设计中的多个关键技术问题。(3)岩土力学与工程方向，提出固体准脆性材料的多尺度-非线性-非平衡态热力学及高坝变形加固理论，成功解决了我国拱坝最高边坡的加固难题。(4)高坝新型结构方向，发明堆石混凝土筑坝技术，设计了碾压混凝土拱坝新结构以及智能混凝土新结构，广泛用于工程实践。(5)水力机械动力学与工程方向，自主设计出具有国际先进水平的南水北调工程新型混流泵、江厦潮汐试验电站水轮机组等。
