Долина реки Серги, которая относится к бассейну рек внутреннего стока (Волжско-Камский бассейн), составляет 108 км. Питание реки в основном снежное (свыше 50%). Меньше удельный вес дождевого и грунтового питания. Режим рек района характеризуется высоким и расчлененным весенним половодьем с максимумом в конце апреля — начале мая; во время половодья проходит свыше 60% годового стока. На спаде бывают кратковременные половодья, вызываемые дождями, что обусловлено небольшим водосбором рек района.

Летне-осенняя межень из-за часто повторяющихся дождей неустойчива; паводки, особенно летние, высокие. Осенью перед началом ледостава возможен подъём уровня, связанный с осенними дождями и в особенности со значительным уменьшением в это время испарения. Ледостав устойчивый продолжительностью свыше 5 месяцев. В связи с длинной суровой зимой и обилием на реке Серге с её притоками перекатов и порогов часто образуются донный лед и шуга, скопление которых вызывает в первый период ледостава подъем уровней.

Несмотря на значительную скорость течения и горный характер реки, вода в межень практически прозрачна. Это объясняется залесённостью территории и каменистостью русла реки.

С развитием карста тесно связаны специфические особенности поверхностных и подземных вод. Несмотря на благоприятные условия, болота в данном районе практически отсутствуют. Мелкие реки маловодны, нередко пересыхают. Из притоков Серги пересыхающей являются речки Громотуха и Сухой Лог (южная часть Парка). На известняковом плато преобладает подземный сток. «Исчезающие реки текут на всем протяжении их долин только во время весеннего половодья и больших летних и осенних паводков, а в другое время часть их русел безводна, и реки выходят вновь на поверхность в устьевых частях в виде крупных источников. Кроме того, имеется ряд значительных восходящих карстовых источников в русле реки Серги. Наиболее известным из них является «Тихий Омут» к юго-западу от г. Нижние Серги».

При бедности поверхностными водами и значительной глубине залегания обильны трещинно-карстовые подземные воды. Карстовые подземные воды играют очень большую роль в питании глубоко врезанной реки Серги. Ведущим фактором дифференциации подземных вод района является тектонико-литологический. Запасы подземный вод большие, залегание глубокое. По химическому составу эти воды умеренно-жесткие.

Кроме современного на территории района известен древний карст. У Нижнесергинского курорта известняки нижнего и среднего девона закарстованы на глубину до 500 м. По каналам древнего карста выходят на поверхность нижнесергинские минеральные воды. Это холодные слабо хлоридно-натриевые воды с небольшим содержанием сероводорода. Нижнесергинские воды оказывают примерно такое же целебное воздействие, как и воды Ессентуков. Вкус воды горько-соленый, температура постоянная в течение всего года около +7°С. Минеральные воды формируются в карбонатной толще нижнего и среднего девона, отличающейся большой мощностью. Хотя содержание солей в ней невелико, циркулирующие воды постепенно обогащаются солями.

Нижнесергинский источник известен с 1785 г. Вначале он использовался местным населением для выварки поваренной соли. В 1832 г. здесь был основан небольшой курорт, расширенный за годы Советской власти. Кроме него в районе имеются еще небольшие сероводородные источники.


Частично западная граница территории Парка походит по восточному берегу Михайловского пруда, который располагается на месте слияния реки Серги с её притоками, реками Демид и Куба. Водохранилище оказывает существенное регулирующее воздействие на сток рек. Кроме того, выше по течению реки Серги распложены ещё три пруда: Верхнесергинский, Атигский и Нижнесергинский. Атигский располагается на месте слияния рек (притоков Серги) Большой Атиг и Листвянка. Регулировка уровня вод в вышеуказанных прудах (наполнение и сброс) влияет на уровень главной реки Парка – Серги.