Hệ thống thủy văn là hệ thống nói chung gồm nhiều yếu tố được kết nối mật thiết với nhau, tác động chi phối lẫn nhau theo các quy luật nhất định. Một hệ thống có thể gồm nhiều hệ thống con, đồng thời là một bộ phận của hệ thống lớn hơn. Bất kỳ một hệ thống nào cũng gắn liền với một bước thời gian nhất định và có mối liên hệ giữa yếu tố đầu vào và yếu tố đầu ra của hệ thống theo luật nguyên nhân – hệ quả. Có nhiều loại hệ thống khác nhau tùy thuộc vào tính chất đầu vào và cấu trúc của hệ thống, ví dụ hệ thống với cấu trúc vào – ra dạng hộp đen như hình 1, trong đó yếu tố đầu vào là X(t) và yếu tố đầu ra là Y(t), một hệ thống có thể nhiều đầu vào, nhiều đầu ra.

Hình 1: Cấu trúc hệ thống mô hình hộp đen (Nguồn: Vijay P. Singh, 1988)

Khái niệm “hệ thống thủy văn” đã được nhiều nghiên cứu đề cập đến từ những năm 1950 – 1960 và chính thức được Vijay P. Singh nghiên cứu đầy đủ vào 1988. Hệ thống thủy văn là tập hợp các yếu tố của các quá trình thủy văn như mưa, băng tuyết tan, bốc thoát hơi, dòng chảy trên một không gian nhất định nào đó.

Đối tượng nghiên cứu chủ yếu của hệ thống thủy văn là nước, các yếu tố của các quá trình thủy văn có liên kết chặt chẽ với nhau qua các yếu tố đầu vào và đầu ra cả về khối lượng và chất lượng nước. Quy mô, đặc điểm của hệ thống thủy văn tùy thuộc vào phạm vi không gian và tính chất quá trình thủy văn trên không gian đó. Hiện nay hệ thống thủy văn không còn thuần túy mang tính chất tự nhiên nữa mà chịu tác động rất mạnh mẽ từ các hoạt động của con người là thay đổi đáng kể các yếu tố của hệ thống thủy văn kể cả yếu tố đầu vào và các yếu tố của cấu trúc hệ thống như mặt đệm khu vực hay các công trình khai thác tài nguyên nước… Trong thủy văn học, lưu vực sông được xem là hệ thống thủy văn cơ bản và điển hình với đầy đủ các yếu tố vào, ra và cấu trúc của hệ thống. Một lưu vực sông lớn có thể được chia ra các tiểu lưu vực tương ứng với các hệ thống con. Tiếp cận về hệ thống thủy văn đã được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực nghiên cứu và ứng dụng khác nhau, ví dụ nghiên cứu “hệ thống tài nguyên nước” của một lưu vực sông, hay nghiên cứu ứng dụng các mô hình toán thủy văn trên cơ sở các quan hệ giữa các yếu tố đầu vào, đầu ra và tính chất, cấu trúc của hệ thống.

Hình 2: Lưu vực sông như một hệ thống thủy văn (Nguồn: V.T Chow, 1988)

Ở Việt Nam, hệ thống thủy văn đã được nghiên cứu và ứng dụng trong nhiều bài toán liên quan đến tài nguyên nước như quy hoạch và phân tích hệ thống tài nguyên nước phục vụ khai thác, sử dụng nguồn nước một cách hiệu quả; hay các mô hình toán thủy văn, thủy lực trong dự báo thủy văn, vận hành các công trình phòng chống, giảm nhẹ thiên tai do lũ; hoặc bài toán cân bằng nước trong cấp nước cho các nhu cầu khác nhau. Tất cả các lưu vực sông Việt Nam đều đã được ứng dụng tiếp cận và quan điểm hệ thống thủy văn để giải quyết các bài toán thủy văn, thủy lực, cân bằng nước và cả bài toán từ quy hoạch, thiết kế đến vận hành các công trình thủy lợi, thủy điện.

Tài liệu tham khảo

• Nguyễn Hữu Khải, Nguyễn Thanh Sơn, Mô hình toán thủy văn, Nxb. Đại học Quốc gia Hà Nội, 2003;

• Hà Văn Khối, Lê Đình Thành, Ngô Lê Long, Giáo trình quy hoạch và phân tích hệ thống tài nguyên nước, Nxb. Giáo dục, Hà Nội, 2007;

• Ven Te Chow, Maldment D.R and Mays L.W, Applied Hydrology, Published by McGraw Hill Book Company, USA, 1988;

• Vijay P. Sing, Hydrologic Systems – Volume I Rainfall-Runoff Modeling, Prentice Hall Printed in USA, 1988.