Do ảnh hưởng của địa hình và mưa, nên sự phân bố dòng chảy năm trong lưu vực rất không đều, từ dưới 30 l/s.km2 ở vùng đồng bằng ven biển đến trên 90 l/s.km2 ở vùng núi Trà Mi thượng nguồn sông Thu Bồn, nơi có lượng mưa năm trên 4.000 mm. Ngoài ra, mô đun dòng chảy năm lớn hơn 70 l/s.km2 xuất hiện ở thượng nguồn sông Bung, sông A Vương và sông Túy Loan, phần phía Đông Bắc và phía Tây lưu vực.
Tổng lượng dòng chảy năm trung bình thời kỳ 1977 - 2016 của hệ thống sông vào khoảng 24 km3 (24 tỷ m3), chiếm 2,6% tổng lượng dòng chảy năm của các sông suối của nước ta; nếu chỉ tính dòng chảy nội địa thì chiếm khoảng 6,8% tổng lượng dòng chảy năm được hình thành trong lãnh thổ Việt Nam [4], [5].
Mức bảo đảm nước bình quân trong 1 năm trên 1 km2 diện tích khoảng 1.970.103 m3/km2 và 16.300 m3/người.
Dòng chảy năm trên lưu vực khá ổn định, hệ số biến thiên (Cv) dao động trong khoảng 0.323 - 0.374 .
Sự phân phối dòng chảy trong năm chịu ảnh hưởng bởi nhiều nhân tố, trong đó nhân tố chính là mưa. Nhân tố mặt đệm - địa hình, thổ nhưỡng, thảm phủ thực vật của lưu vực có ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình điều tiết dòng chảy [29].
Nhìn chung, dòng chảy trong sông luôn thay đổi theo thời gian và mang hai tính chất: m ột là có tính chu kỳ trong năm (mùa lũ và mùa cạn), hai là chu kỳ trong thời gian nhiều năm. Lượng dòng chảy mùa lũ trên sông Vu Gia tại Thành Mỹ chiếm 61.7%, tại Ái Nghĩa thấp hơn khoảng 56% lượng nước trong năm và tháng có dòng chảy lớn nhất là tháng XI. Dòng chảy mùa cạn chiếm khoảng từ 38 - 44% tổng lượng dòng chảy năm, tháng kiệt nhất thường rơi vào tháng IV. Trên sông Thu Bồn, dòng chảy mùa lũ tại Nông Sơn và Giao Thuỷ chiếm khoảng 68% tổng lượng dòng chảy năm và tháng có dòng chảy lớn nhất cũng xuất hiện vào tháng XI. Dòng chảy mùa cạn chiếm khoảng 32% tổng lượng dòng chảy năm và tháng kiệt nhất vào tháng IV. Trong mùa cạn (tháng V, VI), thường xuất hiện lũ tiểu mãn [30], [31].
Mùa lũ ở lưu vực bắt đầu từ tháng X và kết thúc vào tháng XII. Dòng chảy mùa lũ các sông rất lớn và biến đổi khá phức tạp. Tổng lượng dòng chảy mùa lũ (X-XII) trung bình chiếm tới 63% tổng lượng dòng chảy năm.
Nhìn chung, trong 3 tháng mùa lũ, tháng có lượng dòng chảy lớn nhất là tháng XI, sau đó là tháng X và ít nhất là tháng XII.
Từ tháng X đến tháng XII hàng năm thường xuất hiện các trận lũ lớn, gây ngập, lụt các vùng trũng, đồng bằng ven sông, ảnh hưởng lớn đến đời sống sinh hoạt, sản xuất của nhân dân trong vùng. L ưu lượng lớn nhất trung bình năm trên sông Vu Gia tại Thành Mỹ: 3.474m3/s, lớn nhất: 7.000m3/s (1998), tại Ái Nghĩa: 4.168m3/s, lớn nhất: 9.778m3/s (1998) và sông Thu Bồn tại Nông Sơn: 5.991m3/s, lớn nhất: 10.600m3/s (1998), tại Giao Thuỷ: 8.110m3/s, lớn nhất: 14.849m3/s (1998) [22].
Chế độ mưa trong năm ảnh hưởng trực tiếp đến chế độ dòng chảy cạn, vì dòng chảy mùa cạn chủ yếu do nước ngầm được tích trữ từ mùa mưa, lũ năm trước cung cấp. Nếu trong mùa lũ năm trước, lưu vực tích trữ được lượng nước ngầm phong phú sẽ làm cho lượng dòng chảy mùa cạn năm sau tăng, ngược lại nếu mùa lũ ít mưa thì mùa cạn năm sau dòng chảy sẽ bị cạn kiệt. Mặt khác, chế độ mưa trong mùa cạn chi phối rất lớn đến chế độ dòng chảy mùa cạn [37].
Trong các tháng mùa cạn, tháng I có lượng dòng chảy dồi dào nhất, vì là tháng chuyển tiếp từ mùa lũ sang mùa cạn, lượng nước ngầm trên lưu vực còn rất lớn. Tháng có lượng dòng chảy nhỏ nhất là tháng IV, chỉ chiếm 2 - 3% tổng lượng dòng chảy năm.
Thời kỳ dòng chảy cạn kiệt nhất trong năm thường xuất hiện vào tháng IV và tháng VIII, nhưng cũng có năm xuất hiện vào tháng VI, VII, như năm 1983. Tháng IX là tháng chuyển tiếp từ mùa cạn sang mùa lũ, nên vào thời gian đầu đến giữa tháng, dòng chảy thường ở mức rất thấp. Vì vậy, trong một số năm, lưu lượng nhỏ nhất năm đã xảy ra vào tháng IX, ví dụ như các năm 1984, 1985, 1988, 1997 (tại Nông Sơn) và 1981, 1986, 1988, 1997 (tại
Thành Mỹ). Đặc biệt năm 1988 tại Thành Mỹ, dòng chảy tháng IX đã xuống đến mức thấp nhất trong vòng 30 năm trở lại đây là 11.3m3/s [4], [81].
Số liệu chuẩn dòng chảy năm trên hệ thống sông Vu Gia - Thu Bồn được lập trong bảng 1.2 và phân phối dòng chảy trong năm trong bảng 1.3.
Bảng 1.2: Dòng chảy năm các sông trong lưu vực [4]
Sông Tính đến Flv X0 Y0 Q0 M0 W0
(km2) (mm) (mm) (m3/s) (l/s.km2) (109m3)
Vu Gia Thành Mỹ 1850 2770 1943 114 61,6 3,60
Ái Nghĩa 5180 2420 1650 271 52,3 8,55 Thu Bồn Nông Sơn 3150 3300 2393 254 75,9 7,54 Giao Thuỷ 3825 3300 2390 308 75,8 9,15 Vu Gia - Thu Bồn Cửa biển 10350 2000 1224 1,65
Ly Ly Vu Gia 275 2200 1390 12,3 44,7 0,39
Tuý Loan Thu Bồn 309 2000 1224 12,0 38,8 0,38
Bảng 1.3: Lưu lượng trung bình tháng nhiều năm các trạm trên lưu vực [4]
Trạm Tháng Năm 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Thành Q 107 67.4 48.6 41.4 53.3 57.6 45.9 54.7 98.4 279 368 244 122 Mỹ K% 7.30 4.60 3.32 2.82 3.64 3.93 3.13 3.74 6.72 19.02 25.1 16.6 100 Nông Q 230 134 91.4 71.3 101 96.4 69.2 77.1 166 649 9540 612 271 Sơn K% 7.09 4.12 2.81 2.19 3.09 2.96 2.13 2.37 5.10 20.0 29.3 18.8 100