Условия движения воды в зоне аэрации существенно отличаются от условий её движения в водонасыщенных грунтах. Вода, поступающая в шурф, впитывается в сухой грунт и движется в нём не только под действием сил тяжести, направленных вниз, но и капиллярных сил, которые могут действовать во всех направлениях. Благодаря действию этих сил вода, просачиваясь из шурфа в сухой грунт, растекается, образуя увлажнённую зону (фигура увлажнения), форма которой изменяется во времени, вытягиваясь вниз.По мере увеличения глубины промачивания темп изменения фигуры увлажнения замедляется, и расход воды на инфильтрацию из шурфа стабилизируются. Однако даже при постоянном расходе линии токов инфильтрационного потока не параллельны между собой, т.е. площадь горизонтального сечения потока, а значит и его скорость меняются с глубиной. Влияние растекания ограничивают специальной схемой опытных установок или учитывают в расчётных формулах. Таким образом, существующие методы позволяют установить величину коэффициента фильтрации только приближенно, но с точностью, вполне приемлемой для практических целей.При инженерных изысканиях используются методы наливов, разработанные А.К. Болдырёвым, Н.К. Гиринским, Н.С. Нестеровым, Н.Н. Биндеманом, Н.Н. Веригиным. Все они предназначены для случая инфильтрации воды из шурфа в однородную толщу, не содержащую гравитационную и капиллярную влагу, при глубине залегания уровня подземных вод свыше 5 м от дна шурфа. Опыты ведут при постоянной высоте столба воды в шурфе Н=10 см, который обеспечивается специальными регуляторами до достижения установившегося расхода (принимается расход, не отличающийся от среднего за период 2 последних часовых наблюдений более чем на 10%)Метод Нестерова несколько сложнее, но совершеннее других. Он основан на предположении, что благодаря конструкции прибора, состоящего из двух концентрически вдавливаемых в грунт цилиндров, на растекание расходуется вода, поступающая в грунт из кольцевого зазора, а вода внутреннего цилиндра просачивается вертикально вниз, т.е. площадь фильтрационного потока равна площади внутреннего цилиндра. На основании этого допущения замеряют и регистрируют в журнале опыта расход только из внутреннего цилиндра.Значение коэффициента фильтрации определяется по формулеКф=Qуст/wI, где Qуст – установившийся расход во внутреннем цилиндре, м3/сут, см3/мин;w - площадь поперечного сечения внутреннего цилиндра, м2;I - гидравлический уклон. Конструкция прибора Нестерова Прибор состоит из двух цилиндров диаметром 25 и 50 см и высотой 20-25 см, располагаемых концентрически на дне шурфа. Цилиндры вдавливают в дно на 5-8 см для защиты от размыва. На внешний цилиндр устанавливается подставка, на которой размещаются два сосуда Мариотта для автоматического поддержания уровня воды в цилиндрах на одинаковой высоте (Н=10 см). На сосудах имеется прозрачная шкала, с помощью которой измеряется объём воды DV, профильтровавшийся в грунт за определённой время Dt.
Журнал наблюдений
| Время замера t, мин | Объём профильтрованной воды V, л | Время начала опыта t, с | Интервал замеров Dt, мин | Единичный объём DV, л | Расход Q=DV /Dt, л/мин |
| 9,00 | 0 | 0 | 0 | 0 | - |
| 9,05 | 1,000 | 5 | 5 | 1,000 | 0,20 |
| 9,10 | 1,875 | 10 | 5 | 0,725 | 0,145 |
| 9,15 | 2,600 | 15 | 5 | 0,725 | 0,145 |
| 9,20 | 3,275 | 20 | 5 | 0,675 | 0,135 |
| 9,25 | 3,875 | 25 | 5 | 0,600 | 0,120 |
| 9,30 | 4,400 | 30 | 5 | 0,525 | 0,105 |
| 9,35 | 4,875 | 35 | 5 | 0,475 | 0,095 |
| 9,40 | 5,325 | 40 | 5 | 0,450 | 0,090 |
| 9,45 | 5,725 | 45 | 5 | 0,400 | 0,080 |
| 9,50 | 6,075 | 50 | 5 | 0,350 | 0,070 |
| 9,55 | 6,425 | 55 | 5 | 0,350 | 0,070 |
| 10,00 | 6,725 | 60 | 5 | 0,300 | 0,060 |
| 10,05 | 7,025 | 65 | 5 | 0,300 | 0,060 |
| 10,10 | 7,325 | 70 | 5 | 0,300 | 0,060 |
| 10,15 | 7,600 | 75 | 5 | 0,275 | 0,055 |
| 10,20 | 7,875 | 80 | 5 | 0,275 | 0,055 |
| 10,25 | 8,150 | 85 | 5 | 0,275 | 0,055 |
| 10,30 | 8,425 | 90 | 5 | 0,275 | 0,055 |
| 10,35 | 8,700 | 95 | 5 | 0,275 | 0,055 |
| 10,40 | 8,975 | 100 | 5 | 0,275 | 0,055 |
Расчёт коэффициента фильтрации К=Qр/w=1,765*0,01/0,04=0,44125 м/сут