Dans l’eau en mouvement, la charge hydraulique totale en un point est déterminé par la relation de Bernouilli et s’écrit :

 ;

où

• u est la pression de l’eau ;
• γ_w le poids volumique de l’eau ;
• z la cote du point considéré par rapport à un plan de référence (charge de position) ;
• v la vitesse de l’eau ;
• g l’accélération de la pesanteur.

Le terme v²/2g est négligé dans les écoulements dans les sols car la vitesse v est en général très faible.

La figure 7.10.a présente les conditions d’écoulement dans un tube, équipé de piezomètres, où l’on trouve au dessus d’un sol, de l’eau libre. Sur la figure 7.10.b, on a représenté en parallèle du tube les variations de charge avec z, on voit que dans l’eau, la charge totale est constante. Par contre, quand on regarde les piézomètres implantés dans le sol, la charge totale diminue vers le bas (sens de l’écoulement). A chaque altitude, la charge totale reste la somme de la charge de position et de la charge de pression.

La différence d’altitude entre h₁ et h₂ est appelée la perte de charge : elle est le « moteur » de l’écoulement.

Le gradient hydraulique en un point est une grandeur vectorielle qui est l’opposé du gradient de la charge hydraulique h : 

On peut le décomposer en trois composantes suivant 3 axes :

i_x = -  ; i_y = -  ; i_z = - .

Figure 7.10 : Ecoulement de l'eau dans un sol (a) et valeurs des charges correspondantes (b)

En considérant la fig. 7.10, on peut supposer que l’écoulement se fait de A vers B, dans un sol homogène et isotrope, le gradient est alors uniforme et suivant la direction AB, sa valeur (son module) est :

.

On appellera surface équipotentielle une surface sur laquelle la charge hydraulique totale est constante : il n’y a pas d’écoulement suivant une surface équipotentielle ; le vecteur du gradient hydraulique est normal à la surface équipotentielle.

Une surface sur laquelle la pression de l’eau est constante est appelée surface isopièze ; dans une nappe sans écoulement, les surfaces isopièzes sont des horizontales.