大气降水是向海自然保护区的水分主要来源之一。降水一部分形成地表径流汇集于洼地，一部分经沙质土壤形成地下水补给洼地。

   一、地表水及分布

向海保护区境内有三条季节性河流，即霍林河、额穆泰河、文牛格尺河。分别分布在境内的北部和西南部。三条河流多年平均共有地表水资源可利用总量5000万立方米，其客水资源量在2.7亿立方米左右，由于地形、技术等问题，目前还没有真正意义的开发利用。

霍林河：属松花江流域嫩江水系一级支流，发源于内蒙古哲里木盟扎鲁特旗的德福特勒罕山，于同发牧场边界入境，丰水年向东流至八面乡出境入嫩江。境内河长240千米，流域面积3969.1平方千米，占全县总土地面积的47%，一般年客水资源量1.27亿立方米，多年平均可利用水资源量4680万立方米。

额穆泰河：属松花江流域嫩江水系，发源于内蒙古突泉县太和乡，自向海乡西北流入境内，向东流出13千米出境。境内流域面积150平方千米，丰水年时客水资源量800万立方米，多年平均可利用水资源量180万立方米。

文牛格尺河：属辽河水系，发源于内蒙古哲里木盟扎鲁特中旗，于新发乡西南入境，于瞻榆南部出境，境内河长32千米，丰水年时，客水资源量0.9亿立方米，流域面积900平方千米，多年平均可利用水资源量140万立方米。

另外，境内还有大中型水库（向海、兴隆、胜利）3座。

二、地下水及开发利用

地下水资源量是指埋藏相对较浅、与地表水和大气降水有直接水力联系、参与水循环且可以更新的潜水以及与当地潜水具有较密切水力联系的弱承压水组成的浅层地下水。重点是矿化度 M＜1.0克/升 和 1.0克/升＜M＜2.0克/升的淡水资源。

2015年，向海保护区地下水资源总量为48，814万立方米，其中可开采利用量为38，778万立方米。保护区境内地下水贫富不均。向海乡北部为贫水区，一般单井涌水量在10-30吨/小时。水量中等区主要有：兴隆山镇南部和乌兰花镇南部，一般单井涌水量30-60吨/小时。水量较富区主要有：同发畜牧场、向海乡东南部、兴隆山镇北部、乌兰花镇北部、鸿兴镇大部、双岗镇、八面乡，一般单井涌水量60-90吨/小时。

2015年，向海保护区已开采利用地下水资源17,433万立方米。其中农业用水开采量13,886万立方米，林牧渔畜用水开采量为1376万立方米，工业用水开采量为697万立方米，城乡公共用水开采量为181万立方米，城镇居民用水开采量为477万立方米，农村居民用水开采量为694万立方米，生态用水开采量为120万立方米。

    三、人工灌溉系统

向海保护区境内，天然泡沼及人工加修的水库较多，北有红新敖包北泡，西有查干代西泡，东有高家烧锅泡、邵家泡，南有爱国泡、尖底泡、付老文泡、黑鱼泡、大青泡和周大骡泡等。居中的大香海泡与二场泡与1971年建坝合拢，并引入洮儿河）灌溉工程系统，称为向海水库。水库容量为2.39亿立方米，有效库容为1.75亿立方米，水面70平方千米。在湿地境内有泡沼水库中，向海水库最大，它与黄鱼泡、大肚泡、小泡、蛤蟆泡（兴隆水库）、小香海泡等相通。境内有22个湖泊（水库），水深一般0.5—1.5米，最深10余米。湿地地下水资源埋藏深度50—60米。

    四、水质

向海水质PH值一般为7.6左右，水深0.5—1.5米，向海水库是保障向海湿地的稳定性水源，最大库容量2亿立方米，最少库容为7000万立方米，最深水深为16米，水位变化随年份不同变化较大。

    五、水文价值

湿地与人类的生存、繁衍、发展息息相关，是自然界最富生物多样性的生态景观和人类最重要的生存环境之一，它不仅为人类的生产、生活提供多种资源，而且具有巨大的环境功能和效益，在抵御洪水、调节径流、蓄洪防旱、控制污染、调节气候、控制土壤侵蚀、促淤造陆、美化环境等方面有其之系统不可替代的作用，因此，湿地被誉为“地球之肾”。在世界自然保护大纲中，湿地与森林、海洋一起并称为全球三大生态系统。湿地具有强大的  和净化作用。流水进入湿地层，各种物质随水流缓慢而沉积成为湿地植物的养料，其中的毒物质被那事分解。向海湿地物种十分丰富，生物多样性中蕴藏着丰富的遗传资源，在科学研究中都有重要地位。向海湿地具有重大的景观价值，湿地中含有大理的水，在水的生态循环中具有重要作用：向海湿地的功能被誉价值为给水源价值130万元/瓦，产品价值45,026.25万元/瓦，休闲和旅游价值18000万元/瓦；途价值为流量调节和均化漠水价值71,711.82万元/瓦，循环和净化价值3544.33万元/瓦，被氧气间接经济价值25763.5万元/瓦，碳价值11,362万元/瓦；居性价值302,900万元/瓦，总价值合计662.4万元/瓦。