Если все поровое пространство заполнено водой, то процесс движения влаги в такой двухфазной (только твердая и жидкая фазы) системе называют фильтрацией. При описании этого процесса считают, что по всем порам вода движется с одинаковой скоростью, формируя фильтрационный фронт в насыщенной водой почве. Такие условия в почве бывают нечасто и в основном характерны для движения грунтовых вод, верховодки, для условий весеннего снеготаяния. Именно фильтрация воды в почве является основой для понимания процессов движения воды в почве. Законом, описывающим движение в насыщенной почве, является закон Дарси. Удобнее всего этот закон пояснить на схеме опытов, которые проводил французский инженер-гидролог Анри Дарси (анимация 5).

Демонстрация Схемы устройства для изучения фильтрации воды в почве

Из этой схемы видно, что почвенная колонка, имеющая длину l и площадь поперечного сечения S, проводит воду с некоторой скоростью, характеризуемой потоком влаги q_w. Этот поток равен количеству воды Q, прошедшему через сечение почвы S в единицу времени t: . Он будет иметь размерность [см/сут, или м/сут], т.е. [длина/время], так как величина Q имеет размерность объема, S - площади, их отношение - размерность длины. Эта размерность потока влаги физически представляет столб воды, выраженный в см (или в мм, или в м) водного слоя, который проходит через почву за единицу времени. Поэтому все потоки воды в почве имеют эту размерность, представляющую величину слоя воды в единицу времени. Анри Дарси, измеряя расходы воды, параметры почвенных образцов, а также высоту перепада воды в подающем и приемном сосудах (h₁-h₂= h), впервые заметил, что при фильтрации воды соблюдается следующее соотношение:

где К_ф - коэффициент фильтрации, а отношение называется гидравлическим градиентом, т.е. отношением гидравлического напора h к длине колонки. Фактически гидравлический градиент - это потеря напора воды на единицу длины фильтрующей колонки.

Очень важно отметить, что К_ф имеет ту же размерность, что и поток влаги, т.е. см/сут, м/сут и т.д., но лишь в том случае, если гидравлический градиент является величиной безразмерной, т.е. когда и перепад, и длина колонки выражены в одних и тех размерностях длины. Важно также, что коэффициент фильтрации равен потоку влаги при единичном градиенте. Поэтому нередко К_ф называют скоростью фильтрации на единицу градиента. Кроме того (что тоже очень важно!), К_ф является постоянной и характеристичной для данного почвенного объекта величиной. Он относится к фундаментальным, базовым почвенным свойствам.