实现除害兴利的各项水利水电工程的重要组成部分，直接为防洪、灌溉和排水、水力发电、航道与港口、工农业与城镇供水、水土保持和环境保护等提供服务。设计与研究涉及水力学、水文学、固体力学、工程结构、土力学、岩石力学、工程地质、建筑材料以及水利勘测、水利规划设计、水利工程施工、水利管理等许多学科领域。

早在公元前2900年，埃及在尼罗河上建造了一座高15米、长240米的挡水坝。在中国，从春秋时期开始，在黄河下游沿岸修建堤防，经历代整修加固，形成长约1500千米的黄河大堤。公元前256～前251年兴建并沿用至今的都江堰工程，利用鱼嘴分水，飞沙堰泄洪、排沙，宝瓶口引水，是引水灌溉工程的典范。从春秋时期开始兴建至1293年全线通航的京杭运河是世界上最长的运河。

中世纪及其以前的水利工程建设，大都凭借经验，缺乏理论分析。19世纪中期特别是进入20世纪以后，由于生产发展和科学技术进步，水工设计理论不断完善，施工技术水平逐步提高，水工建筑物的建设取得了较快的进展。1936年美国建成坝高221米的胡佛重力拱坝，是世界上第一座坝高超过200米的大坝，建立了较为实用的坝体应力分析方法、施工方法和开裂控制措施，奠定了现代混凝土坝建设技术的基础。50年代以后意大利、瑞士、日本、美国、苏联等国家也相继修建较多双曲拱坝，逐步形成了现代拱坝设计理论。进入21世纪以后，中国成为世界混凝土坝建设的中心，举世瞩目的三峡工程，小湾、拉西瓦、锦屏一级、溪洛渡等一批300米量级特高坝陆续建成，在拱坝体形优化、混凝土坝仿真分析、温控防裂、抗震等方面形成了相应的技术方法体系。世界最高的混凝土重力坝是1962年建成的瑞士大迪克桑斯坝，坝高285米；世界最高的混凝土拱坝是2014年建成的中国锦屏一级拱坝，坝高305米。碾压混凝土筑坝技术的出现，为简化坝体施工、加快工程进度和降低造价提供了有利条件，碾压混凝土坝成为发展最快的新坝型。

20世纪50年代以后，土力学理论的进步、大型施工设备的使用提高了土石坝的设计和施工水平，高土石坝的修建越来越多，也越来越高，对土石坝工程筑坝材料的使用不断拓宽，对复杂地形和地质条件的适应性不断增强。最高的土石坝是1980年苏联（今塔吉克斯坦）建成的努列克坝，坝高300米；中国大渡河支流南桠河上的坝高126米的冶勒沥青混凝土心墙堆石坝，最深的覆盖层为420米，是世界上第一座建于深厚覆盖层上的高沥青混凝土心墙堆石坝；2015年开工建设的双江口大坝，坝高312米，建成后将成为世界上最高的土质心墙堆石坝。振动碾和薄层碾压方式的推广应用降低了堆石体的变形，混凝土面板堆石坝重新兴起，一批高坝相继建成，混凝土面板堆石坝的坝高已达到200米量级。截至2017年，世界上最高的混凝土面板堆石坝是中国的水布垭混凝土面板堆石坝，坝高233米。

跨流域调水工程的建设与大规模水电开发，促使采用隧洞等地下结构的工程日益增多，规模也在不断扩大。施工机械化水平不断提高，TBM（隧道掘进机）施工、预应力衬砌隧洞、锚喷支护、精细爆破等新技术的不断发展和应用，使得隧洞、地下厂房等岩体中水工建筑物的数量和规模不断突破纪录。2014年中国已全部建成并运行的锦屏二级四条引水隧洞平均洞长约16.67千米，开挖洞径13米，隧洞沿线一般埋深1500～2000米，最大埋深2525米，是世界最大规模水工隧洞群。其设计和施工过程中主要面临高地应力及岩爆（最大地应力超过70兆帕，岩爆洞段约占整个开挖洞段的15%）、超高压大流量岩溶地下水（最大水压力约为11兆帕、最大突水流量约为5～7米³/秒）等地质问题，以及由此带来的引水隧洞快速、安全施工技术问题。

20世纪50年代，中国开始建造现代渡槽；随着调水工程规模日益增大，渡槽结构由低架、小跨发展到高架、大跨、大流量，如沙河渡槽等；结构形式由梁式或拱式发展到连续刚构、连拱结构等新型结构，如徐家湾渡槽等；截面形式由单箱发展到多箱，如午河渡槽等；另外复合预应力技术广泛应用到设计施工中，如洺河渡槽等。

泄水建筑物历史悠久。先秦时期古人已经采用“开沟”排水的方式宣泄涝水。随着工程建设的需要和科技的发展，泄水建筑物在形式、构造、材料以及消能防冲、防空蚀、抗振动、地基处理、施工技术等方面日趋进步，规模不断打破新的纪录。巴西图库鲁伊水电站泄水建筑物最大泄洪量10.44万米³/秒，中国葛洲坝水利枢纽二江泄水闸最大泄水量8.9万米³/秒，加上大江、三江冲沙闸泄水量，可达11.44万米³/秒，是世界上泄水量最大的水利枢纽。中国溪洛渡工程泄洪功率达10万兆瓦，是世界上泄洪功率最大的泄水建筑物。

近10年来，中国糯扎渡、溪洛渡、黄登等工程将传统水工技术与信息化技术深度融合，在碾压监控、灌浆监控、混凝土智能温控等方面取得了技术进步，有力地推动了大型水工建筑物的施工管控由传统人工管控往智能化管控方式转变。

水工建筑物可按使用期限和功能进行分类。按使用期限可分为永久性水工建筑物和临时性水工建筑物，永久性水工建筑物是指长期发挥作用的建筑物，如大坝、水闸、泵站、输水管道等；临时性水工建筑物是指在施工期短时间内发挥作用的建筑物，如围堰、导流隧洞、导流明渠等。按功能可分为通用性水工建筑物和专门性水工建筑物两大类。

主要有：①挡水建筑物。如用于拦截水流、抬高水位、调蓄流量的拦河坝、拦河闸，抵御洪水、海浪的堤防、海塘等。②泄水建筑物。如用于宣泄洪水或降低水位而设置的溢流坝、溢洪道、泄水隧洞等。③取水建筑物。如用于取水的进水闸、深式进水口等。④输水建筑物。如用于输水的输水隧洞、渡槽、输水管道、渠道等。⑤河道整治建筑物。如用于控制水流、减免水流淘刷等不利影响的丁坝、顺坝、潜坝、护岸、导流堤等。

主要有：①引水发电建筑物。如为水力发电服务的水电站厂房、调压井、压力水管等。②通航建筑物。如为航运服务的船闸、升船机、防波堤等。③为过木、过鱼服务的筏道、鱼道等建筑物。此外，农田水利、水土保持、环境水利等，也都有专门的水工建筑物。

不少水工建筑物具有双重作用。如各种溢流坝，既是挡水建筑物，又是泄水建筑物；闸门既能挡水和泄水，又是水力发电、灌溉、供水和航运等工程的重要组成部分。有时施工导流隧洞可以与泄水或引水隧洞等结合。

水工建筑物的主要特点有：①与自然条件关联度大，对经济、社会、生态影响重大。水工建筑物的建设受自然条件制约多，地形、地质、水文、气象等自然因素对工程选址，建筑物选型、设计、施工，枢纽布置和工程投资等影响很大；水工建筑物直接为防洪、发电、灌溉、航运、供水等服务，对社会、经济发展影响较大；水工建筑物一般需拦截水流、壅高水位，建筑物安全关涉公共安全；同时，水工建筑物往往要改变江河的水流过程，容易切断江河与外侧的生态联系，对生态环境影响较大。②建筑物运行条件复杂。水和建筑物的相互作用是水工建筑物工作条件复杂化的基本因素，也是水工建筑物有别于一般土木结构的重要特点。如挡水建筑物必须具有足够的抵抗水压力的能力；泄水建筑物泄水时，下泄水流对河床和岸坡具有强烈的冲刷作用；对高水头泄水建筑物还应研究解决由于高速水流引起的脉动、振动、空化以及水流挟沙对建筑物表面的磨蚀等问题。③相对于一般工民建建筑物，施工难度较大。在江河中建设水工建筑物，需要妥善解决施工导流、截流和施工期度汛问题。降雨、冰冻、高温等气候条件都对土方工程和混凝土工程施工有不同程度的影响。大体积混凝土温度控制、深厚覆盖层地基的防渗处理、高陡边坡的加固处理以及地下工程、水下工程等的施工技术都较复杂。大中型水工建筑物的施工项目繁多，机电设备和工程材料的供应与调配、施工进度计划的安排等方面，也较其他建筑物的施工更为复杂。

水工建筑物设计包括：①选址。即坝址、闸址、洞线、渠线等的选择。②选型。即选定建筑物的结构形式，如坝型可在各种混凝土坝、土石坝以及其他合适的形式中进行选择比较，而对某一种坝型还须在各种不同的形式中进行遴选。③枢纽布置。即确定枢纽中各个建筑物之间的合理位置。④水力计算。即校核过流能力，计算水面曲线或压坡线等。⑤结构计算。即计算建筑物的强度、稳定和刚度等。⑥进行工程细部设计。确定地基处理方案和观测设计等。⑦环境影响评价。即评价工程对水文情势、水环境、水生生态和陆生生态等方面的影响，分施工期和运行期两个时期。

在进行结构计算之前，需要确定建筑物承受的荷载。作用在水工建筑物上的荷载主要有：自重、静水压力、扬压力、动水压力、冰压力、泥沙压力、浪压力、地震力、温度荷载、土压力等。设计时，需要根据实际情况，按其出现的概率进行不同的组合。设计不同类型的水工建筑物对荷载的考虑不尽相同。如温度荷载，在重力坝设计中除施工期的温度控制措施外，一般可以不予考虑，而在拱坝设计中，则必须列为一项主要荷载。

为使水工建筑物的安全度与其重要性和工程造价相协调，即在保证一定安全度的前提下，做到经济合理，需要对枢纽中的各个建筑物按其作用和重要性进行分级。对不同级别的建筑物，在抗御洪水能力、强度和稳定安全系数、建筑材料和运行可靠性等方面应有不同的要求。级别高，要求也高；级别低，则可适当降低要求。在中国，水工建筑物根据工程等级及建筑物类型的不同分成五级。

水工建筑物涉及许多学科领域，工作条件各有不同，不少问题需要通过科学研究和生产实践逐步完善和提高，如：①在一定的自然环境和给定的建筑目标、材料、施工等条件下，如何选择安全可靠、结构简单、工程量小、与环境和谐、便于运行管理和造型美观的结构形式和体形。②建筑物与地基的相互作用及软弱地基的处理和建筑物设计的相应改进。③复杂条件下水工结构真实工作性态、可能破坏模式及应对措施研究。④高性能混凝土及新型水工材料研究。⑤胶结颗粒料坝等新坝型与新结构。⑥水工建筑物的抗震研究。⑦高水头泄洪消能关键技术。⑧筑坝施工新技术及施工智能监控技术研究。⑨水工建筑物检测监测新技术、健康诊断与修复技术研究。⑩生态水工学。

水工建筑物的研究方法归纳起来一般有五种：理论分析、试验研究、原型观测、数值模拟、工程类比。①理论分析。运用力学等方面的知识，通过分析计算，设计和研究水工建筑物，是最基本的研究方法。②试验研究。建立物理模型（水力模型和结构模型），通过试验，研究整个枢纽、建筑物整体或局部在各种不同条件下的工作状况。③原型观测。由于理论分析和试验研究都不能做到与实际情况完全一致，为验证上述两种方法的研究成果，并指导今后的实践，可对建造中或建成使用中的水工建筑物埋设各种观测仪器，通过对原型进行观测和分析研究，找出一般规律。④数值模拟。建立典型建筑物整体或局部的数值计算模型，利用有限元等数值模拟方法，对建造中或建成使用中的水工建筑物工作状态进行数值模拟，用于指导水工建筑物的设计、施工和运行管理。⑤工程类比。参照与本工程条件相近、运用情况良好的已建工程，选定有关尺寸和参数，也是较常采用的一种方法。这五种方法是相辅相成的，一般需要配合应用。