水系结构定律研究在标志水系及其所在流域特征的某些因素间存在的规律性。1945年霍顿（R.E.Horton）第一个提出了水系组成的3条规律：①河流数量规律。公式为Nu=，式中u为河流级别，Nu为该级河流的数量，Ω为干流级别， 为分枝比；②河流长度规律。公式为，式中为u级河流平均长度， 为低一级河流平均长度， 为河长比；③河流面积规律。公式为，式中为u级河流平均流域面积， 为低一级河流流域的平均面积， 为流域面积比。以后斯特雷勒（A.N.Strahler）对霍顿的模式作了补充。霍顿-斯特雷勒的模式在应用中具有一定的局限性。1962年后，利奥波德（L.B.Leopold）、施里夫（R.L.skreve）和沙伊德格尔（A.E.Scheidegger）等人提出了有限布局随机水系模式的理论。在不存在地质控制的条件下，河网的布局是随机的。具有一定源点（和量级）的水系，因其链、汇合点和一级河流的数目均相等，故在布局复体中实现的机遇是相等的。当源点数目一定时，在可能出现的布局上迥然不同的河网的数目也有限。可标出具有1～6个源点的河网总数分别为1、2、5、14和42，源点再增多以后，河网数增加很快。霍顿-斯特雷勒模式中所导得的主要结果，都可通过或然率概念得到阐明。