本书系统阐述了水利科学与工程学科的现代发展历程、研究现状和发展趋势，展望未来前沿科学与关键技术问题。面对当今水安全情势与挑战，提出了保障我国水安全战略的若干建议。
全书按子学科分类编写，共十七章，包括综论；第一章：水文学——变化环境下流域水循环演变与工程水文；第二章：水资源——系统分析理论与可持续利用；第三章：农田水利学——作物耗水过程与农业水资源高效利用；第四章：河流动力学——泥沙运动力学与流域水沙环境演变；第五章：环境水利学——河流系统的水环境与生态；第六章：水旱灾害——成因机制、预测预报与风险决策；第七章：水能利用——水电与其他可再生能源的开发利用；第八章：海岸工程学——近岸动力过程及其工程响应；第九章：工程水力学——河渠水流特性及枢纽泄洪消能与水力调控；第十章：水工建筑学——梯级枢纽工程全生命期性能演化与安全；第十一章：水工混凝土——工程特性与多尺度力学；第十二章：岩石力学与工程——多场耦合条件下裂隙岩体非平衡演化与控制；第十三章：土力学——土的本构模型、数值方法与测评技术；第十四章：水力机械动力学——多相介质流动特性及流固相互作用与控制；第十五章：水利工程管理——建设管理过程信息化与智能化；第十六章：水利移民工程——综合经济、社会与管理的系统工程。
本书内容撰写着重围绕下列六个关键科技问题展开。
（1）变化条件下的水文、水资源与农业水资源高效利用。主要内容集中于第一至三章。第一章重点阐述全球气候变化与人类活动环境下流域水循环演变规律、水文模型与预测预报方法以及工程水文学的新进展；第二章提出变化条件下水资源模型与分析方法，其中重点阐述自然与社会经济活动两者相互结合的“自然社会”二元水循环模型，提出了我国当前水资源形势与最严格水资源管理制度的内涵与关键；第三章以农业水资源高效利用和粮食保障为目标，论述农作物耗水过程机理和节水灌溉技术的发展。
（2）河流、海岸水沙与生态环境的演变与调控。主要内容集中于第四、五、八章。第四章重点关注泥沙运动与流域水沙环境演变，涉及泥沙动力学、河流演变与工程泥沙问题；第五章阐述水动力与生态环境过程、河流生态环境模拟以及水利工程的影响与调控；第八章海岸工程学内容涵盖海岸水动力学、海岸泥沙与水环境以及海岸工程的研究进展与前沿问题。
（3）洪旱灾害成灾机理、风险评价与防御。第六章总结了我国五大涉水灾害，即江河洪水、城市洪涝、山洪泥石流、沿海风暴潮与干旱等的成灾机理、预测预报模型方法与风险控制问题。
（4）水能开发利用与风能、太阳能等其他可再生能源调节互补。第七章重点阐述水电与风电、太阳能、海洋能发电的关键技术以及各种可再生能源之间的调节互补作用。
（5）梯级高坝水电站群长期安全高效运行。主要内容集中于第九至十四各章。第九章以河渠水流特性与高速水流为基础，重点围绕防洪、高坝泄洪消能与水力调控以及跨流域调水中的长距离输水等水力学问题阐述；第十、十一章围绕水电枢纽与高坝工程建筑的长期、安全运行目标，阐述高混凝土坝与土石坝、水工混凝土材料的长期性能演化规律，在水流、大气、环境温度以及在强震荷载作用下的响应行为与安全分析的模型方法，介绍了若干筑坝新技术与混凝土智能温度控制的理念与实践；第十二、十三章涵盖岩土力学与工程的研究进展与前沿问题，其中岩石力学与工程方面以岩体赋存环境、渗流与多场耦合、非连续介质力学为重点，运用非平衡力学理论解决岩石工程稳定控制问题；在土力学方面重点总结了土的本构强度理论模型以及非饱和土、冻土、土动力学前沿，叙述了土工测试技术的进展；第十四章阐述了水力机械内部流动理论，空化与多相流模型以及流固耦合作用与响应。
（6）水利工程智能化管理以及水利移民工程的科学化与可持续发展。第十五章重点阐述水利工程从建设到运行全过程的信息化智能化管理；第十六章围绕水利移民的科学化与可持续发展目标，从经济学、社会学与管理学三个视角阐述水利移民工程的主要问题。