黄河是唯一地表水，自南向北沿着海南区西缘流过，在海南区境内河段长达58千米（黄河右岸），河宽为250~1500米，水面坡降约万分之1.5℃12.8℃，年径流量约为321亿立方米，水面高程为1088.61~1091.70米，最高洪峰流量为8520立方米/秒，最小流量为55立方米/秒，平均流速为0.88~1.97米/秒，最大流速3.17米/秒。水深2.50~11.60米，水位变化幅度2~3米。都斯图河位于巴音陶亥镇南部，在海南区巴音陶亥镇有一段约20千米，当地人称为苦水沟。海南地表径流多发源于鄂托克旗境内，属黄河水系。黄河右岸海南境内沟谷较多，每年6~9月雨季，降水产生的地表水，大部分被泄洪沟排人黄河。如雀儿沟、公乌素沟、哈荣贵沟等泄洪沟，均是间歇性地表径流，平时干涸，汛期漫溢。
地下水主要是赋存于第四系冲积洪积层的潜水层，寒武系、奥陶系石灰岩溶洞裂隙中的承压水层，二叠系、石炭系碎屑岩裂隙水含水层，寒武系、奥陶系石灰岩溶洞裂隙承压含水层。