在過濾過程中，懸浮雜質顆粒既存在遷移和黏附機理作用，使雜質顆粒到達濾料表面并黏附在濾料表面上，同時又存在脫落機理作用，使雜質顆粒從濾料（無煙煤濾料、石英砂濾料、陶粒濾料）表面脫落下來。
在實際過濾過程中，完全不可能達到所有濾料層都能發揮作用，往往是下層濾料截留懸浮顆粒的作用未得到充分發揮，過濾就被迫停止，其原因為當濾料進行反沖洗時，由于水力篩選的結果，向上流動的水流速度足以把濾料層拖起來，使整個濾料層中的砂粒處于懸浮狀態。這樣處于懸浮狀態的砂就會自動重新按小顆粒在上、大顆粒在下的順序排列，這一現象稱為水力分級現象。
沖洗完畢后，濾料雖然恢復到原來的厚度，但無煙煤濾料的水力分級作用卻留下來，即在沿濾料層的厚度方向上濾料自然排列成小粒徑在上大粒徑在下的分布狀態。
分級濾料層在過濾時有以下兩個不利之處。
是由濾料層中孔隙大小沿濾料層厚度的分布規律引起的。由于分級作用，使小顆粒濾料在上，大顆粒濾料在下，這樣濾料顆粒間的孔隙從濾料層頂部到底部也是按從小到大的順序排列的。這樣對過濾造成兩方面的缺陷：一方面是上部濾料層由于孔隙小，能容納的懸浮固體也就比下部濾料層能容納得少，使整個濾料層的納污能力不均勻，另一方面，水流通過上部濾料層的阻力比下部濾料層大，在截留懸浮雜質顆粒后變得更嚴重。
是由懸浮雜質顆粒沿濾料層厚度的分布規律引起的。因為懸浮雜質顆粒在濾料層中的分布是從頂部到底部呈指數關系遞減的，這樣就突出了下列矛盾：在孔隙率較小的頂部，濾料層要容納的懸浮雜質顆粒的量較大，而孔隙率較大的底部濾料層容納的懸浮雜質顆粒的量卻較小。其后果是濾池由于濾料層頂部迅速地被懸浮雜質顆粒堵塞，水頭損失迅速上升，在過濾的水頭損失達到允許值時，整個濾料層截留懸浮雜質顆粒的能力未能發揮出來。
總之，濾料水力分級使表層濾料粒徑較小，孔隙率較小黏附比表面積較大，截留的懸浮雜質量較多，而過濾到一定時間后，表層濾料間的孔隙將逐漸被堵塞，甚至產生機械篩濾作用在濾料表面形成一層泥膜，使過濾水頭損失劇增。會產生以下不良后果：在一定的過濾水頭下，過濾速度劇減（即等水頭變速過濾），這樣導致過濾水量急劇減少，或者在一定的過濾速度下，水頭損失達到了上限值（即變水頭等速過濾），當過濾的水頭損失達到較大值時，如果濾池仍然繼續運行，過濾的速度將比預定值不斷降低，這是不允許的，無煙煤濾料濾池需要停止過濾；或者即使過濾的水頭損失未達到預定較大值，但因濾料層表面截污量不均勻，造成濾速不均勻，會導致濾料層表面受力不均勻而使泥膜產生裂縫，容易使雜質從裂縫中流出，導致懸浮雜質顆粒穿過濾料層而出現濾出水的濁度或者其他水質參數不合格時濾池也需要停止過濾；或者當連續過濾的時間過長，例如50h、60h，即使水頭損失在允許的范圍內，水質也仍然合格，也需要停止過濾，主要是防止無煙煤濾料顆粒黏著的懸浮雜質顆粒物過于緊密，反沖洗時不易沖洗下來。
環境科學家等采用d80=1.1mm、d10=0.55mm、k30=2.0的單層濾料，濾層厚750mm，用直徑為150mm、高2.5m的有機玻璃過濾柱對人工配制的濁度為50-100度的原水混凝后進行直接過濾，結果發現，在過濾周期內濾料表層（250mm）總厚度三分之一的濾料層增加的水頭損失占整個濾料層增加水頭損失的92.5%，且濾料層較表面50mm厚增加的水頭損失占總增加水頭損失的67.5%，下一層厚200mm中增加的水頭損失占總增加水頭損失的25%，而濾料層水頭損失的增加是由于濾層中截留雜質造成的，有理由認為上部250mm濾層截留了過濾水中絕大部分污物。
當過濾周期結束后，濾料層中所截留的懸浮雜質顆粒量在濾層深度方向變化很大。濾料層含污量是指單位體積濾料中所截留的雜質量，在一個過濾周期內，如果按整個濾料層計，單位體積濾料中的平均含污量稱為濾料層含污能力，單位為g/cm3或kg/m3。在濾料層厚度一定的情況下，如果懸浮顆粒量在濾層深度方向的變化越大，表明下層濾料的截污作用越小，就整個濾料層而言，濾料含污能力越小，反之亦然。
根據以上分析，濾料層粒徑上細下粗是造成濾料層雜質分布不均勻的主要根源。單層濾料直接過濾截污分布規律表明單層砂濾池在實際運行中，存在著過濾周期短、反沖洗水量大、產水量低的現象。
