Chế độ nước là tập hợp các thơng tin có hệ thống về mức độ biến động của các đặc trưng mực nước, lưu lượng, nhiệt độ... theo thời gian. Nghiên cứu chế độ nước cho phép xác định khả năng tiếp cận sử dụng cũng như những bất lợi gây nên bởi các yếu tố hình thành khác nhau.
Mực nước sông biến động thường xuyên theo thời gian dưới tác động của hàng loạt yếu
tố sau:
Thay đổi lượng nước sông do mưa, nước ngầm, cấp xả nhân tạo, sự cố cơng trình.... Thay đổi hình dạng, kích thước mặt cắt hoạt động của sơng do nâng hạ đáy sơng, xói lở
bờ, chướng ngại trong dịng chảy gây nên bởi thực vật, cơng trình nhân tạo.
Ảnh hưởng của gió, thuỷ triều, biến động chế độ nước sông nhập lưu hoặc phân lưu.
Mỗi yếu tố trên lại là kết quả của tổ hợp hàng loạt các yếu tố tự nhiên và nhân tạo khác nhau, có đặc tính biến động mang tính ngẫu nhiên hoặc chu kì. Sự thay đổi mực nước sơng do tuần hồn tự nhiên mang tính chu kì và ổn định hơn cả. Thuỷ triều gây nên sự biến động mực nước với biên độ tới vài mét, theo chế độ nhật triều hoặc bán nhật triều, nên một mặt nó làm cho nước mặn xâm nhập sâu vào đất liền, tạo ra một vùng nước lợ cửa sơng có đặc tính thuỷ văn và sinh thái hồn tồn khác biệt với các vùng cịn lại, mặt khác nó cản trở sự tiêu thốt nước ngọt của sơng ra biển, làm tăng tính tai biến của lũ lụt.
Lưu lượng nước sơng có quan hệ gần tuyến tính với mực nước sơng trong cùng tuyến, với
mức tuyến tính và độ ổn định tuỳ thuộc vào độ ổn định của lịng sơng và đặc điểm quá trình lũ trong sông. Đồ thị quan hệ mực nước - lưu lượng tại một tuyến sơng có dạng gần tuyến tính (vịng dây hẹp), tương đối ổn định và là một cơng cụ quan trọng trong việc tính tốn lưu
lượng nước, dự báo dòng chảy.
Lưu lượng (mực nước) sơng tuyến trên có quan hệ tương ứng với lưu lượng (mực nước) sông tuyến dưới. Đồ thị quan hệ này khá ổn định theo thời gian khi các đặc trưng hình thái lưu vực và hệ thống ổn định. Đồ thị được sử dụng rộng rãi trong công tác dự báo thuỷ văn
ngắn hạn. Đối với lưu lượng nước cũng xây dựng được các đường quá trình, đường tần suất và đường cong duy trì với ý nghĩa sử dụng tương tự như đối với mực nước.
Đặc điểm và mức độ biến động của tài nguyên nước được biểu diễn bằng những đồ thị
sau: 1- Đường quá trình mực nước (lưu lượng), biểu diễn sự biến đổi mực nước (lưu lượng) theo thời gian, với trục tung là mực nước (lưu lượng), trục hoành là ngày trong năm; 2-
Đường cong duy trì mực nước (lưu lượng), biểu diễn phần trăm số ngày trong năm duy trì được mực nước (lưu lượng) khơng thấp hơn mức nước nghiên cứu, với trục tung là khoảng
biến động mực nước (lưu lượng) ngày, trục hoành là phần trăm số ngày mực nước (lưu lượng) trong sông không thấp hơn mực nước đang xem xét; 3- Đường tần suất mực nước (lưu lượng), biểu thị xác suất xuất hiện các giá trị mực nước (lưu lượng) trong chuỗi những giá trị dòng chảy ngẫu nhiên như mực nước (lưu lượng) trung bình, cực trị…
Chế độ mực nước, lưu lượng trong sơng phân hố theo mùa rõ nét. Phân phối dịng chảy theo mùa mang tính cực đoan rõ nét: mùa lũ, thường kéo dài 3 - 5 tháng, có lượng dịng chảy chiếm trên dưới 2/3 tổng lượng dịng chảy năm. Phần cịn lại đã ít ỏi, lại cũng được phân phối không đều cho các tháng trong mùa kiệt. Chênh lệch mực nước cực trị giữa hai mùa (tính
bằng mét) xuất hiện ở mức hai con số, trong khi đó chênh lệch lưu lượng nước cực trị là rất lớn, lưu lượng cực đại gấp hàng trăm đến hàng nghìn lần lưu lượng cực tiểu. Đây là một bất lợi lớn cho các đối tượng dùng nước.
Mức độ cực đoan trong phân phối nước theo mùa phụ thuộc vào hai loại nhân tố là khí hậu và điều kiện hình thành dịng chảy. Mọi tác động làm tăng tốc độ dòng chảy trên sườn dốc (như tăng độ dốc, độ dài sườn dốc, giảm độ che phủ sườn dốc) và giảm lượng nước thấm trên sườn dốc đều dẫn tới làm tăng dòng chảy trong mùa lũ và tăng mức độ ác liệt của từng trận lũ. Chi tiết hệ quả của các hiện tượng nước cực đoan đã được trình bày trong các phần
trước.
Chế độ lưu lượng phù sa và chất hồ tan trong sơng có mức độ đồng pha tương đối với
lưu lượng nước. Lượng phù sa trong sông phụ thuộc vào hai loại nhân tố cơ bản là:
Khả năng mang của dòng nước trên sườn dốc và trong lưới sông, phụ thuộc vào lưu lượng và tốc độ.
Khả năng cấp phù sa cho sông từ sườn dốc và bờ đáy.
Phần lớn lượng phù sa trong sông tập trung vào thời kỳ nước lũ, khi nguồn nước mặt cung cấp cho sông dồi dào. Thượng lưu thường vừa là vùng sinh thuỷ lớn, vừa có độ dốc lớn, nên quá trình phá huỷ sinh phù sa và chuyển tải đi xa có xu thế trội hơn q trình lắng đọng, do đó dịng chảy thường có lượng phù sa lớn, với thành phần bao gồm cả các hạt kích thước lớn và nhỏ. Vùng hạ lưu độ dốc nhỏ, nước chảy hiền hồ, q trình lắng đọng phù sa có xu thế trội hơn, nên lượng phù sa thường ít hơn và thành phần chủ yếu là các hạt kích thước khơng lớn, dễ lơ lửng.
Phù sa sơng là nguồn cấp ngun liệu cho q trình lắng đọng thành tạo, nâng cao các vùng đồng bằng, là nguồn dinh dưỡng quý cho cây trồng và có ý nghĩa tích cực đối với sự
thành tạo đất thổ nhưỡng. Tuy nhiên phù sa lớn là một bất lợi cho sử dụng trong sinh hoạt, gây bồi lắng hệ thống thuỷ nông, là cơ sở cho sự thành tạo bãi bồi, đảo trong sông, cửa sông tam giác châu và lục địa lấn biển. Nơi sông đổ vào biển hình thành vùng chuyển tiếp với tốc
độ dịng giảm và thay đổi mạnh theo mức thuỷ triều, xáo trộn nước sông - biển diễn ra mạnh
mẽ, tạo cơ chế thuận lợi cho sự lắng đọng phù sa, hình thành cửa sơng mở rộng và có nhiều
chi lưu. Sơng càng ít phù sa, dạng tam giác châu biểu hiện càng yếu. Triều lên xuống và các dòng biển gây khó khăn cho q trình này và khi vai trị của các quá trình biển trội hơn sẽ dẫn
đến việc sông chỉ đổ ra biển theo một lịng sơng rộng, hình thành họng sơng hoặc là cửa sơng
hình phễu.
Các chất hữu cơ tồn tại trong nước dưới dạng tan, keo hoặc lơ lửng. Dưới tác động của các yếu tố vật lý, hoá và sinh học, chúng sẽ chuyển từ dạng nọ sang dạng kia. Trong nước sông tự nhiên, chất hữu cơ thường chiếm 55% tổng chất rắn, 75% tổng chất rắn lơ lửng và 45% tổng chất rắn hồ tan.
Trong nước sơng pH dao động từ 6,5 - 8,5.
Hầu hết các chất khí đều có thể hồ tan hoặc phản ứng với nước, trừ mê tan. Nồng độ ôxy hồ tan trung bình khơng q 12mg/l và biến động theo nhịp điệu ngày đêm, mùa. CO2 dao
động trong khoảng lớn, phụ thuộc vào pH: pH thấp CO2 ở dạng khí, pH từ 8 - 9 CO2 ở dạng
HCO3-, pH>10 CO2 chủ yếu tồn tại ở dạng CO32-
Chế độ nhiệt của nước sông tương đối đồng nhất. Yếu tố chính ảnh hưởng tới chế độ
nhiệt của nước sơng là: 1- Nguồn cấp nhiệt từ dịng chảy đến và trao đổi nhiệt với khí quyển,
đất đá; 2- Mức độ xáo trộn khối nước. Phân bố nhiệt độ theo mặt cắt hoạt động hầu như bị san
bằng, với chênh lệch nhiệt độ từ vài phần trăm đến vài độ, thể hiện ở chỗ trong thời gian bị đốt nóng mùa hè nhiệt độ nước mặt hơi cao hơn nhiệt độ nước đáy và nhiệt độ nước ven bờ
hơi cao hơn nhiệt độ nước giữa dòng.
Diễn biến nhiệt độ ngày đêm thể hiện rõ trong mùa nóng, với biên độ phụ thuộc ba loại yếu tố sau:
Tỷ lệ nghịch với lượng nước sông. Tăng khi đi từ cực xuống xích đạo.
Tăng khi trời trong và giảm khi trời âm u.
Diễn biến nhiệt độ năm phụ thuộc vào điều kiện khí hậu và vĩ độ địa phương. Phân bố nhiệt độ theo chiều dài sông phụ thuộc độ dài sông, hướng chảy, đặc điểm khí hậu khu vực,
đặc điểm nguồn cung cấp nước là nước mưa hay nước hồ. Những sơng lớn chảy theo hướng
kinh tuyến có chế độ nhiệt phân hố theo chiều dài sơng rõ rệt nhất và đi kèm với nó là một số hiện tượng tự nhiên đặc thù có tính tai biến cao.
Hệ sinh thái sơng ngịi thuộc hệ nước chảy với đặc trưng quan trọng là sự phát triển đa
dạng của động vật bơi và nghèo nàn hệ thực vật cũng như động vật đáy. Các loài sinh vật chủ yếu là vi khuẩn, nấm, siêu vi trùng, rong tảo, động thực vật phù du, lục bình, động vật đa bào, có xương sống và nhuyễn thể. Thành phần và mật độ các loài phụ thuộc chặt chẽ vào chế độ
động lực, thuỷ văn, địa hình, địa mạo và thành phần hoá học của nước. Vùng nước lợ cửa
sơng là nơi có hệ sinh thái đa dạng và năng suất cao, có giá trị khai thác về mặt kinh tế và đời sống. Một số lồi cá có nhu cầu về chế độ động lực khác nhau trong mỗi giai đoạn sinh
trưởng có nhu cầu di chuyển xi ngược dịng theo thời gian, nên cần sự thơng thương dịng chảy trên tồn tuyến sơng, mâu thuẫn với nhu cầu của một số ngành dùng nước khác.