Các quan trắc về các tiến trình thủy văn được sử dụng làm cơ sở cho các dự báo về xu hướng chuyển động của nước và khối lượng nước trong tương lai.

Thống kê trong thủy văn

Bằng cách phân tích các đặc điểm thống kê của chuỗi số liệu thủy văn, ví dụ như lượng mưa hoặc lưu lượng của sông, nhà thủy văn học có thể ước tính các hiện tượng thủy văn trong tương lai với giả thiết rằng các đặc điểm của các quá trình là không thay đổi.

Đối với các kỹ sư và nhà kinh tế học, những ước tính này quan trọng đến nỗi việc thực hiện phân tích rủi ro thuần túy có thể tác động đến các quyết định đầu tư vào cơ sở hạ tầng trong tương lai và để xác định dòng chảy bền vững, một đặc điểm của các hệ thống cung cấp nước. Các thông tin thống kê được sử dụng để thiết lập các quy tắc điều tiết cho các hồ chứa lớn, một phần của các hệ thống mà trong đó bao gồm nhu cầu sử dụng nước nông nghiệp, công nghiệp và dân cư.

Xem: Thời khoảng trả về.

Mô hình thủy văn

Các mô hình thủy văn rất đơn giản, dựa trên các khái niệm tương ứng với một phần của vòng tuần hoàn nước. Chúng chủ yếu được sử dụng để dự báo thủy văn và để giải thích về các tiến trình thủy văn. Có thể phân chia thành hai loại mô hình thủy văn chính:

• Các mô hình dựa trên số liệu. Những mô hình này là các mô hình hộp đen, sử dụng các khái niệm toán học và thống kê để liên kết một đầu vào đã biết (ví dụ như lượng mưa) với đầu ra của mô hình (ví dụ như dòng chảy mặt). Các phương pháp chúng thường sử dụng là hồi quy, các hàm biến đổi, các mạng thần kinh (neural networks) và nhận dạng hệ thống (system identification). Những mô hình này được biết đến với tên các mô hình thủy văn bất định.
• Các mô hình dựa trên những mô tả tiến trình. Những mô hình này cố gắng mô phỏng các tiến trình vật lý quan sát được trong thế giới thực. Đặc biệt là, những mô hình này chứa các biến của dòng chảy mặt, dòng chảy ngầm, sự bốc-thoát hơi nước, và kênh dẫn nước (channel flow), nhưng chúng có thể phức tạp hơn thế rất nhiều. Các mô hình này được biết đến như là các mô hình thủy văn tất định. Các mô hình thủy văn tất định có thể được chia nhỏ hơn thành các mô hình đơn sự kiện (single-event model) và mô hình mô phỏng liên tục.