Sem ríkisverkfræðingur í Kaliforníu vann Hall að heildstæðu vatnsveitu- og flóðaeftirlitskerfi fyrir Sacramento Valley. Rannsókn Hall á vatnsfræði Kaliforníu stóð frá 1878 til 1883. Á þeim tíma settu starfsmenn hans upp umfangsmikið rennslismælikerfi meðfram nokkrum áum í Kaliforníu. Hann átti einnig mikilvægan þátt í að hanna verkefni til að hjálpa San Francisco að eignast nægan vatnsforða frá vesturhluta Tuolumne-árinnar. Eftir jarðskjálftann 1906
, San Francisco gat tryggt réttindi til vatnsins, og það flæddi Hetch Hetchy Valley.