红星二场水资源分布特征为山水、地下水和地表潜流水三种水源，其中地表水（山水、地表潜流水）是农场的主要水源。农业用水主要来自天山五道沟冰雪融水，通过红星二渠引入场区灌溉；地下水通过机井提取辅助供应工农业生产和生活用水。
一 地表水
五道沟河发源于天山东段的巴里坤山南坡的月牙山冰达板，自北向南径流由穷克勒、虎门等8条支流汇合而成，呈树枝状水系，自源头至山口全长40公里。五道沟河集水面积为212.2平方公里，海拔高程在1800～4300米之间，源头是终年积雪的高山（永久雪线海拔3900米），并有少量冰川，冰川、雪山面积达18平方公里，属融雪型山溪性内陆河流。五道沟河径流由冰川、积雪融水、降水及基岩裂缝水混合补给；径流量随降水量和气温的变化而变化。年际变化和年内分配都十分不均匀。
五道沟河径流季节分配特点是春水缺、夏水丰、秋水少、冬水枯。径流集中在6～8月。冬季径流很小，当年11月到来年3月河水流量以基岩裂隙水和泉水补给为主。五道沟多年平均流量为1.602立方米/秒，多年平均径流量为5052万立方米；最大年均流量为2.43立方米/秒，年径流量为7663万立方米；最小年均流量为1.04立方米/秒，最大年径流量为最小年径流量的2.33倍。河内来水年内分配不均，丰水期5～8月的总径流量为3990.7万立方米，占全年径流量的78.99%，最大月平均流量7月份为5.482立方米/秒，是最小月平均流量0.236立方米/秒的23.2倍。
五道沟的洪水有春洪和夏洪。一般年份由于气温持续缓慢升高，春洪平稳而夏洪突出；特殊年份春洪也较大，甚至大于夏洪。洪水特点是峰高量小，陡涨陡落，一般24小时即完成一次涨落过程，对防洪工程极为不利。洪峰出现时间一般在6～8月，1993年7月测得洪峰流量为231立方米/秒，是有记录的最大洪峰，红星二渠1957～2001年平均每年引用五道沟河水约3087.7万立方米，因无水库储蓄，平均每年有1800多万立方米河水不能充分利用，从渠道泄洪闸排掉，五道沟历年供水、引水、排水情况。
为调蓄冬闲水和6～8月份的洪水，20世纪70年代，农场在五道沟修建水库，因定向爆破失败而下马。1992年9月，红星二场向兵团基建局上报了修建五道沟平原水库的立项报告，并得到了兵团基建局的批复，1992年12月，兵团勘测设计院对五道沟水库工程进行可行性研究论证，通过评审，并向哈密市人民政府递交《关于修建五道沟水库请求依法划拨土地的报告》，得到哈密市人民政府的批准。兵团基建局下发了兵基发[1993]2号文，批准对该项工程进行初步设计。1998年12月红星二场又委托兵团勘测设计院一分院承担五道沟水库的初步设计和技术措施设计工作。总库容设计为500万立方米，年调节水量可达928万立方米。但是，由于资金短缺等种种原因，五道沟水库至今尚未动工修建。
地表潜流水，又称上排下灌水，是农场特有地形、地貌条件下形成的。由于新老冲积洪积平原之间陡差所致，均有泉水溢出带，经排水系统、截水沟汇集成一股股潜流水，四季畅流不断，水质矿化度在1～10克/升，下游灌区多用于灌溉和泡荒。全场有6条支干排，其中东一、东二支排、中干排和东干截水沟年平均流量为0.2立方米/秒，灌溉期4～9月份水量可增加1倍以上，合计年水量在700万立方米以上。由于哈密市西山乡、二堡镇、园林场在上游大量打井及本场机井抽水，地下水位急剧下降，6条自然沟在80年代中后期经常断流，部分干枯，有的在5～9月灌水旺季有泉水溢出。
二 地下水
哈密盆地北部的巴里坤山，经多次构造运动，褶皱断裂极为发育，形成大量的冰雪水及大气降水的良好通道，为盆地地下水的主要补给来源。地下水进一步下泄，通过冲、洪积扇的径流区，到达细粒物质的亚粘土、中细砂、中粗砂地区，因此，坡降、渗透速度、孔隙速度变小，使地下水位抬高，形成了场区地下水的基本运动规律。场区地下水的补给，除上述主要来源外，还有渠道、农田的渗漏。场区地下水总补给流量为2300万立方米/年。
地下水受岩性的影响较为明显，其次受地貌条件所控制。山区地下水以水平或垂直方式从高处向低处运移，径流途径短，在沟谷以泉的形式溢出地表或以沟谷潜流的形式侧向径流。在火石泉312国道以北的倾斜平原中上部，含水层岩性为砂砾石、卵砾石，透水性极强，地下水循环交替强烈，地下水以平缓的坡度向下运移。兰新铁路以南的火石泉细土平原区，随着含水层颗粒的逐渐变细，透水性和富水性减弱，水循环交替滞缓，地下水径流条件变差，越往南颗粒越细，地下水径流条件越差。
火石泉平原区地下水排泄主要为机井开采、泉水溢出、潜水蒸发和植物蒸腾等。由于气候干旱，地下水通过毛细管蒸发，埋深1～2米时，年蒸发量达4000万立方米，是土壤盐渍化的主要原因。
场区地下水按其贮存水层岩性和水动力特征分为2种基本类型3个含水层：第四系松散岩类孔隙潜水和承压水，第三系碎屑岩类裂隙孔隙承压水。
第四系松散岩类孔隙潜水：在火石泉312国道以南的潜水含水层厚度（一般）较薄，岩性为中细砂，单井涌水量小于100立方米/天，多以溢出泉、潜水蒸发等形式排泄。
第四系松散岩类孔隙承压水：主要分布在火石泉312国道以南的细土平原区，承压含水层厚度一般在20米左右，岩性为砂砾石、中细砂，顶板埋深小于30米；单井涌水量达1000～3000立方米/天，渗透系数350米/天，受地表径流和地下水开采的影响，枯水期为8月份，丰水期为4月份，地下水动态表现为水文——开采型。
第三系碎屑岩类裂隙孔隙承压水：该含水层多由第三系葡萄沟组砂岩、砂砾岩及泥质粉砂岩组成。从水文地质钻孔资料上看，在100米深度内有两个稳定的含水层段，含水层总厚度为15～50米，顶板埋深由北向南变浅，红星二场场部以北，单井涌水量大于1000立方米/天，渗透系数为10～64.9米/天。
20世纪70年代，农场用人工推火箭锥打井灌溉，深度一般30～50米，单井流量80～200立方米/秒。随着上游的乡镇及红星二场耕地、机井的增加，地下水位下降，到80年代，农场用机械冲击钻打井，成井深度60～70米，单井涌水量70～120立方米/秒。到90年代，成井深度为70～100米。井管壁材料：井深70米的用直径为90厘米的涵管，100米的深井用直径为377～426毫米的钢管。场区农业灌溉机井均提取地下水较丰富的第四系潜水；生活饮用水井井深150～170米，取第三系承压水，封井深度达100米，提水量最大可达50～70立方米/秒。
1998年场区地下水开采量为1817.6万立方米，占总补给量的79%，即开采系数0.79已达到《新疆农用水源地规划设计技术细则》（试行）规定的中等P值（0.70～0.85）范围；二堡镇六村大坎儿井的地下水位埋深在6.06米，红星二场场部的地下水位埋深在10.17米，场区地下水位平均以0.36米的变幅逐年下降，10年后最大降深为7米。为保护场区内地下水资源，避免将来地下水位下降过大而造成本地区生态环境的失衡，根据兵团勘测设计院地质勘测分院1999年4～8月对场区地下水进行详查后的预测结果，场区地下水年开采量应控制在1800万立方米，方可使地下水资源达到可持续发展的目的，而且，在开采第三系承压水时，井与井之间的最小间距半径应为250～300米。2001年，红星二场有机井240眼（不含9眼报废井），其中农用221眼，生活饮水井19眼，年提水量1800万立方米。
三 水质
物理性质：场区地下水均无色、透明，局部浅层水有咸苦味，水温随埋深与气温而变化，一般在12℃～17℃，深井水温一般稳定在13℃左右。
化学性质：大部分面积为弱矿化水，矿化程度为1～0.3克/升，pH值在7～8之间。
地下水化学类型由淡水-咸水类型，即由HCO3——Ca++型、HCO3——Na+型至Cl-—Ca++型、Cl-—Na+型或SO-—4-Ca++型、SO-—4-Na+型。
红星二场水质检测及其评价情况，详见至。