夏院士長期從事水文水資源研究。在徑流形成與轉(zhuǎn)化的時變非線性理論與實踐方面取得系統(tǒng)的研究成果。發(fā)現(xiàn)了受控于土壤濕度、降雨強度和下墊面多要素組合的時變增益產(chǎn)流規(guī)律，揭示了徑流形成與轉(zhuǎn)化的水文非線性機理；發(fā)展了時變增益水文模型及其與水環(huán)境、水生態(tài)過程耦合的水系統(tǒng)方法，在解決變化環(huán)境下徑流模擬與調(diào)控的非線性、時空變異與不確定性研究方面，取得了重要突破。成果應(yīng)用到我國長江、黃河、淮河以及西北地區(qū)和中小河流與城市防洪減災(zāi)、水質(zhì)-水量-水生態(tài)聯(lián)合調(diào)度、應(yīng)對氣候變化的重大水利工程的水管理、海綿城市水系統(tǒng)建設(shè)，產(chǎn)生了顯著的社會經(jīng)濟效益。

發(fā)表SCI收錄論文158篇，EI收錄論文160篇；出版專著12部。2017年獲國家自然科學二等獎。在國際上，2011年獲“國際水資源管理杰出貢獻獎”，2014年獲國際水文科學領(lǐng)域的最高獎“國際水文科學獎（IHP-Volker Medal）”，2018年獲“國際大地測量及地球物理學聯(lián)合會（IUGG）”會士（Fellow）榮譽，被評價為“在發(fā)展水文科學和國際合作方面做出了杰出貢獻，并且應(yīng)用他的研究和水文學知識，使得社會受益”。