Die im Hembachgebiet vorherrschende relativ flache Geländemorphologie bietet gute Voraussetzungen zur Einsickerung des Niederschlags. Hier streichen die Burgsandsteine weiträumig aus; sie sind -- wenn sie kein toniges Bindemittel aufweisen -- oftmals mürbe und durch die Verwitterung tiefgründig aufgelockert. Während Tonlinsen oder tonige Matrix die Gesteinsdurchlässigkeit verringern, erhöhen eine gröbere Gesteinskörnung und/oder größere Bindemittelarmut die Permeabilität. Nach Beobachtungen von BERGER (1979) bedingen die relativ hohen Porositäten und die wasserwegsame Klüftung der Burgsandsteine im Beobachtungsgebiet effektive Gebirgsdurchlässigkeiten um 10-5 m/s.
In diesen Kluftgrundwasser-Aquiferen werden die Wasserwegsamkeiten maßgeblich durch die Kluftweite sowie durch die Ausdehnung und die Dichte des Kluftnetzes bestimmt. Harte und spröde Gesteine wie die quarzitisch oder karbonatisch gebundenen Keupersandsteine neigen schon bei geringer tektonischer Dislokation zur Ausbildung eines Kluftnetzes. Diese Kluftbildungsvorgänge werden bei karbonatisch gebundenen Sedimenten durch Lösungsvorgänge noch beträchtlich verstärkt; im Gegensatz hierzu stehen die überwiegend tonig gebundenen Keupersandsteine.
Die Burgsandsteine werden von den nur geringmächtigen und gut durchlässigen Deckschichten verhüllt, welche als ausgedehnte Reste der ehemals zusammenhängenden Flugsanddecke über den Sandsteinen und den mit quartären Lockersedimenten verfüllten Talrinnen erhalten geblieben sind.
Die mittlere Porendurchlässigkeit der flächenhaft verbreiteten Flugsande wurde (nach ihrer durchschnittlichen Korngrößenverteilung) mit kf = 3,5 x 10-4 m/s bestimmt. Diese quartären Lockersedimente bilden mit dem Mittleren und dem Unteren Burgsandstein eine hydraulische Einheit.
Der im Untersuchungsgebiet großflächig ausstreichende Mittlere Burgsandstein ist durch seinen Basisletten vom Unteren Burgsandstein hydraulisch weitgehend getrennt; ein teilweiser Anschluß des Mittleren Burgsandsteins an das tiefere Grundwasser-Stockwerk scheint jedoch über Lücken in seinem Basisletten möglich.
Die rezenten Flußtäler verlaufen bevorzugt in erzgebirgischer und flachherzynischer Richtung; den starken Einfluß des zugrunde liegenden Trennflächengefüges auf die räumliche Verteilung der Grundwasserhöffigkeit erwähnt schon BERGER (1979).
Den vorherrschenden Kluft- und Störungsrichtungen folgend, hat -- ebenso wie die Schwarzach --- auch der Hembach eine epigenetische Talschlucht in den Mittleren und den Unteren Burgsandstein eingeschnitten. Aus der Höhenkarte des Bezugshorizontes Lehrbergschichten-Blasensandstein im Hembachgebiet ist ersichtlich, daß sich die dortigen Streichrichtungen der Täler eng an dem tektonisch bedingten Trennflächengefüge orientieren: Ihre Anlage verdanken die Talsysteme zum geringen Teil den Längsklüften, hauptsächlich aber den -- wohl aufgeweiteten -- Diagonalklüften an der Nordwest-Flanke des Pyrbauer Sattels.
Die relativ tiefe, heute mit 10 bis 14 m mächtigen quartären Lockersedimenten verfüllte "Urtal-Rinne" des Hembachs hat sich am östlichen Ortsrand von Sperberslohe bis 352 m NN eingeschnitten; darüber folgen über 12 m mächtige Flußsande und -kiese. Am westlichen Ortsende von Schwand befindet sich die Rinnenbasis dieses "Paläo-Hembaches" bereits auf 326 m NN, am südöstlichen Ortsrand von Rednitzhembach auf 317,5 m NN und am Zusammenfluß von Hembach und Rednitz auf 310 m NN.
Das heutige Talgefälle des Hembachs beträgt zwischen Sperberslohe und der Mündung in die Regnitz 0,424 %; seine alte, heute verschüttete Talrinne hat mit 0,375 % ein geringfügig geringeres Gefälle. Das Tal des -- dem Hembach zuströmenden -- Höllenbaches weist mit seiner rezenten Neigung von 0,886 % auf eine noch relativ junge Erosion hin.
Die quartären Talfüllungen stehen mit dem Grundwasserkörper des obersten Aquifers in enger hydraulischer Verbindung. So werden die klüftig-porösen Burgsandstein-Aquifere durch den Hembach und den Höllenbach, teilweise über die quartären Terrassensande, direkt entwässert. Auch treten in den Taleinschnitten gelegentlich auf -- den Burgsandsteinen zwischengeschalteten -- Ton- und Lettenhorizonten gering schüttende Quellen auf .
Das -- aus den Wasserspiegelmessungen des 29. März 2004 erstellte -- Grundwasser-Strömungsmodell zeigt für den obersten Aquifer einen Grundwasserzustrom aus ostsüdöstlicher Richtung. Diese Grundwässer des obersten Burgsandstein-Aquifers treten zwangsläufig in das nahezu quer zum Grundwasserstrom eingeschnittene, Nordwest-Südost verlaufende Hembachtal aus. Der Höllenbach empfängt hingegen -- mit seinem sich rasch eintiefenden Tal -- sein Wasser direkt in Richtung des Grundwasserabstroms. Lediglich die kleineren Waldbäche wie der Lachgraben oder der Sperberbach sind nur mit dem oberflächennahen Grundwasser in der Verwitterungsdecke bzw. der sandigen Überdeckung hydraulisch verbunden. Bei Eintiefung bis in den anstehenden Sandsteinkeuper können sie auch Wasser in den obersten Aquifer abgeben.
