מבנה האזור, קרקעותיו ואקלימו משפיעים וקובעים את המערכת ההידרולוגית שלו. נחל שקמה ויובליו יורדים מהרי חברון בגבול רמת דהרייה. שטח אגן היקוות הנחל הוא כ- 750 קמ"ר, והוא אחד מהנחלים הגדולים והעתיקים במישור החוף. לנחל שקמה מתנקזים נחלים רבים. הגדולים ביניהם הם נחל אדוריים, נחל דורות ונחל חנון. מכיוון דרום מתנקזים לערוץ הראשי: נחל כלך, נחל סד, נחל חצב, נחל זדים ונחל חנון. מצפון מנקזים אליו נחל ברור ונחל עובד. מקורות המים העיקריים הם מי שיטפונות ומספר נביעות באפיק נחל שקמה, נחל אדוריים, נחל פורה ונחל סד. שיפוע הנחל מתון ובמהלכו יוצר פיתולים רחבים, דבר המעיד על היותו נחל קדום. הנחל זרם לכל אורך הזמן בו נוצר מראה האזור, לבד ממספר הפסקות עקב הפרעות במהלכו, וסתימתו בגלל גורמים שונים כגון: הצטברות סחף, גלישות עפר והתמוטטויות של מצוקים קטנים אל אפיקו. גורם אחר, שהפריע בתקופות יצירת רכסי הכורכר השונים, ולמעשה "מפריע" עד היום לרוב נחלי הארץ וסותם את פיותיהם הוא הדיונות והחולות הנודדים. נחל שקמה נתון לפעילות מרובה של נגר עילי ושיטפונות. שטחי הניקוז הגדולים, עוצמת המשקעים, אדמת הלס האטימה ומיעוט צמחייה הם הגורמים העיקריים לסחיפה ולהיווצרותם של בתרונות. השיטפונות יוצרים בקטעים של הנחל גדות תלולות, עם מצוקים נמוכים. הזרימה החזקה וקרקע הלס האטומה מונעים חלחול מים אל מאגרים תת קרקעיים, אך מסייעים לאגירת מים בבורות וסכרים.
