洞庭湖西缘的澧县因澧水蜿蜒穿越县城而得名，那里正是雷志栋的家乡。1955年，雷志栋从“水乡”走入清华，也开始了50多年与水结缘的学术道路。而其具有前瞻性的治学眼光更贯穿了1979年以来近30年的治水生涯。
1979年，雷志栋和水文水资源所的老师们开始将目光投向土壤水及相关问题的研究。在此之前，清华水利系在这方面还是空白。而社会经济发展中，水资源紧缺、节水、环境和生态等问题开始不断涌现，“土壤水”正是与其相关的基础性研究。
上世纪80年代，雷志栋和项目组的教师承接了国家重大基金和重点基金项目，作为负责人，雷志栋与大家一起对国外提出的“非充分灌溉”问题进行了较为系统的研究，初步形成了非充分灌溉的理论和技术框架。
我国水利界曾普遍认同水循环和水资源评价研究中的基本问题是“三水转化”，即“降水”、“地表水”和“地下水”之间相互转化，但忽视了土壤水在水分运动过程中的参与作用。80年代中后期，雷志栋和同志们提出了“大气水”、“地表水”、“土壤水”、“地下水”之间的“四水转化”概念。应用这一概念，他们结合华北地区的观测试验，研究了地下水评价的主要参数，首次论证了地下水深埋下入渗补给的存在及其补给系数，提出了新的潜水蒸发公式，从理论和试验上对给水度概念做出了正确的解释，对地下水资源的评价与研究起到了重要作用。
“雷志栋老师之所以能够获得今天的成功，是与他从基础工作做起、执著追求分不开的”与雷志栋共事多年的老师们这样评价。
为了能够研究土壤水的运行规律，大家专门运来土在新水利馆夜以继日地进行试验。为了能够出一本让学生受益的好教材，他和大家十年成一书，完成了我国第一部土壤水动力学方向的专著。该书出版后不但获得了水利部“优秀科技图书一等奖”的荣誉称号，而且为该领域在较短时间内达到国外同类研究的先进水平发挥了重要作用，从1989年到2006年仅在《中国期刊全文数据库》中就被引用636次。
在进行理论研究的同时，雷志栋坚持在水利一线工作。从上世纪80年代中期开始，他一直在我国北方干旱、半干旱区进行工程实践。在全国6个灌溉面积超过500万亩的特大型灌区中，有四个都留下了雷志栋工作的身影，现场监测试验、参与节水改造规划、进行用水管理和灌溉信息化建设……为当地水资源合理利用倾尽心力。其中，在新疆塔里木河流域工作的时间最长，至今已有17年。
新疆的工作从叶尔羌河平原开始。叶尔羌河位于塔里木盆地西部的喀什地区，流域面积8.57万平方千米，绿洲面积约1.5万平方千米。虽然灌溉面积只占绿洲面积的三分之一，但却是我国西北最大的绿洲、全国第四特大型灌区、塔里木河四源流之一。那是一片年平均降水量不到北京多年平均降水量（585毫米）十分之一的沙漠绿洲。灌溉用水大多来自冰川融水和降雪，如何合理利用这些水资源，让这些“冰山上的来客”更好地服务人民生产生活和生态，成为亟待解决的问题。而且，水中含有的盐分会导致土壤盐碱化，而盐碱化是影响绿洲灌区农业生产的重要原因之一。
从1992年开始，雷志栋带着项目小组走进了新疆，每年都要去2到4次、呆上两个多月。进行现场调查和勘查时，雷志栋手把手地教给当地工作人员如何监测。七、八月的新疆，白天天气酷热，想在树下躲躲，“就有几百只蚊子扑上来”。
雷志栋和项目小组面临的困难还不止工作条件的艰苦。新疆发生“2号病”，疫情没有彻底结束前，项目小组就进入了工作区；当地医疗条件差，一位教师药物中毒、危在旦夕……这些情况雷志栋都曾遇到过。作为项目组负责人，每次遇到这样的事情，除了为大家奔忙，心里还比别人多了一份压力。但这些都没有动摇项目组继续工作的决心。
六年多的时间里，项目组不仅建立了绿洲灌区的水盐监测系统，而且研究了当地水资源消耗的过程和机理、绿洲灌区盐分的三个去向、建立了干旱区绿洲灌区“四水转化”模型。更为重要的是，在《叶尔羌河灌区续建配套与节水改造规划》的编制过程中，原提出要扩大灌溉面积，应用“四水转化”研究成果，项目组主要对扩大灌溉面积后对生态的影响进行了分析，据此提出减少开荒140万亩，既节省了约2.8亿元的垦荒投入，又有力维护了自然生态现状。
在叶尔羌河地区研究工作接近尾声的时候，雷志栋又开始对塔里木河干流整治及生态环境保护进行研究——将视野从绿洲内部扩大到更宏观的干流大系统和生态研究上。
塔里木河的情况更为严重。作为我国第一、世界第二的内陆河，随着源流社会经济发展、用水量增加，干流来水不断减少，下游绿色走廊濒临消失，具有战略意义的218国道受到严重威胁。在国家“九五”科技攻关项目的支持下，雷志栋率领项目组对塔里木河干流的整治及生态环境保护进行了研究，用源流与干流水量演变的分析方法，分析了1955年到1995年源流和干流年水量的趋势变化，提出了干流河道水均衡、水资源转化消耗模型和干流水资源配置方案，成为国务院批准投资的107亿元的“塔里木河近期综合治理”工程的一项前期性工作。
2002年，《叶尔羌河平原绿洲四水转化关系研究》和《塔里木河干流整治及生态环境保护研究》同时获得2002年国家科技进步二等奖。
《叶尔羌河平原绿洲四水转化关系研究》项目结题后，雷志栋并没有结束对叶尔羌河地区水资源的分析，而是将分析从对基本问题的探究推进到如何分配水资源、保护生态环境上。这一工作获得了2007年“大禹”科技进步二等奖，成果在西北内陆干旱区类似绿洲地区可以直接推广应用。
为了能够有更多时间搞好科研，雷志栋的每个暑假几乎都在新疆度过，每个双休日都会到办公室工作，春节期间也少有休息。而今，这已经成为雷志栋的习惯。每天早饭过后，他就会来到办公室，“为我们这个专业做点事情，协助年轻人做点事情”。
