BAB IHIDROLOGI AIR TANAH

Tujuan Instruksional Umum (TIU):Setelah mengikuti mata kuliah ini, mahasiswa akan dapat menghitung ketinggian head piezometrik, besarnya aliran, besarnya kecepatan disuatu titik di aquifer pada berbagai jenis aliran yang terjadi dan dapat menjelaskan karakteristik dari suatu aquifer dengan/tanpa perlakuan pemompaan serta jenis-jenis polutan dalam air tanah beserta proses transportnya.

Tujuan Instruksional Khusus (TIK):Setelah mengikuti pokok bahasan ini, mahasiswa akan dapat menjelaskan tentang pengertian air tanah, bagaimana terjadinya, dimana saja terjadinya dan kemana saja distribusi air tanah itu.

Sub Pokok Bahasan:I.1. Pengertian air tanahI.2. terjadinya air tanah I.3. Sumber-sumber air tanahI.4. Distribusi air tanahI.5. Tempat terjadinya air tanahI.6. Tipe-tipe aquifer

1

BAB IHIDROLOGI AIR TANAH

I.1. Pengertian

Hidrologi air tanah adalah:Ilmu yang mempelajari tentang bagaimana terjadinya, distribusi dan gerakan air dibawah tanah.

Geohidrologi memiliki konotasi yang identik, begitu juga hidrogeology, bedanya adalah bahwa hidrogeology memberi perhatian lebih pada aspek geologinya.

Air tanah (menurut ahli hidrogeologi) adalah :Air yang mengisi pori / celah / rongga pada lapisan geologi yang jenuh.

I.2. Terjadinya air tanah

Air tanah merupakan bagian dari siklus hidrologi. Hal ini dapat dijelaskan sbb:Evaporasi & Transpirasi air dari laut, sungai, salju, tumbuhan dll, yang kemudian menjadi uap air dan awan, kemudian mengkondensasi dan jatuh kembali ke bumi sebagai hujan. Sebagian dari air hujan akan berinfiltrasi ke dalam tanah dan akan meningkatkan jumlah butiran air dalam tanah (soil moisture). Kemudian terjadi proses perkolasi yang berarti menambah jumlah simpanan air tanah . Sisa air di-permukaan akan menjadi run-off (limpasan permukaan) dan berevaporasi kembali. Proses ini berlangsung terus- menerus, untuk meningkatkan jumlah simpanan air dibawah tanah.

Gambar 1.1. Siklus Hidrologi

I.3. Sumber-sumber air tanah

Terdapat 3 sumber air tanah yaitu:

a. Air meteoric (air atmosfir)Yaitu air yang jatuh dari atmosfirContoh: hujan, salju.

2

a. Air ConnateYaitu air yang telah lama tidak kontak dengan atmosfir untuk suatu periode geologi yang cukup lama.Air Connate merupakan air yang terperangkap dalam rongga batuan sedimen pada saat diendapkan, baik berasal dari air laut ataupun air tawar.

b. Air magmatik / air juvenileYaitu air yang berasal dari magma gunung berapiDigolongkan atas:- air plutonik yaitu jika sumber pelepasannya dalam- air vulkanik yaitu jika sumber pelepasannya dangkal.

Sumber utama recharge alamiah adalah presipitasi, aliran sungai, danau dan reservoir-reservoir. Sedangkan yang lain dari recharge buatan, berasal dari kelebihan air irigasi, rembesan dari kanal dan air-air yang dimasukkan ke dalam tanah dengan tujuan menambah suplai air tanah . Air laut dapat juga memasuki bawah tanah sepanjang pantai, pada kondisi dimana kemiringan gradien hidraulik turun ke-arah daratan.

I.4. Distribusi Air Tanah

Secara vertikal, air tanah terdistribusi dalam 2 zone yaitu:1. Zone Aerasi (tak jenuh)2. Zone Saturasi (jenuh)

Gb.1.2. Distribusi Air Tanah

Pada zone jenuh terdiri atas celah/sela yang ditempati sebagian oleh air dan sisanya oleh udara. Sedang di zone jenuh, seluruhnya diisi oleh air, dibawah tekanan hidrostatik.

Zone tak jenuh terbagi lagi atas:

- Daerah air dangkaltanah didaerah air dangkal ini berada didalam keadaan tidak jenuh, kecuali kadang-kadang bila terdapat banyak air dipermukaan tanah seperti yang berasal dari curah hujan dan irigasi. Daerah tersebut dimulai dari permukaan tanah sampai ke daerah akar utama (major root zone). Tebalnya beragam menurut jenis tanaman dan jenis tanah. Daerah air dangkal mempunyai arti penting bagi pertanian.

- Daerah antaradaerah antara ini berada diantara batas bawah darai daerah air dangkal sampai batas atas dari daerah kapiler. Ketebalannya sangat beragam , yaitu antara 0 yang

3

Daerah air dangkal

Daerah antara

Daerah kapiler

Vad

ose

wat

erG

roun

d w

ater

Daerah tak jenuh

Daerah jenuhAir tanah

Air kapiler

Air gravitasi

Air dangkal

Mat

Batas dasar

terjadi bila muka air tanah mendekati permukaan tanah, sampai beberapa ratus meter pada keadaan muka air tanah yang dalam. Daerah ini berguna untuk memungkinkan mengalirnya air ke bawah, dari daerah dekat permukaan tanah sampai permukaan air tanah. Air yang tidak bergerak (air pelliocular) ditahan dalam daerah ini oleh gaya-gaya higroskopis dan kapiler. Kelebihan airnya merupakan air gravitasi yang mengalir ke bawah karna pengaruh gravitasi.

- Daerah kapilerdaerah kapiler berada antara permukaan air tanah sampai batas kenaikan kapiler dari air.

I.5. Tempat terjadinya air tanah

Airtanah terjadi dimacam-macam formasi geologi yang berupa suatu lapisan pembawa air.Jenis-jenis lapisan pembawa air tersebut adalah:

1. Aquifer yaitu suatu formasi yang tersusun atas lapisan jenuh & permeabel, yang dpt menghasilkan air dalam jumlah yang cukup berarti.Contoh: pasir, kerikil, batu kapur, batu pasir, konglomerat, batuan kristalin

2. Aquiqlude (lapisan kedap air) yaitu suatu lapisan yang mampu menyerap air, akan tetapi sulit untuk melepaskan air.Contoh: lempung, serpih, tufa halus dsb

3. Aquifuge (lapisan kebal air)yaitu suatu lapisan yang sulit untuk menyerap & melepaskan air.Contoh: granit, marmer, sekis dsb

4. Aquitard (lapisan lambat air / setengah kedap air) yaitu suatu lapisan yang lambat dalam melepaskan kandungan airnya.Contoh: lempung pasiran, tufa pasiran dsb

I.6. Jenis-Jenis Aquifer 1. Aquifer tertekan (confined aquifer / artesian aquifer / pressure aquifer )

yaitu suatu aquifer yang diapit oleh 2 lapisan kedap air (aquiqlude)

2. Aquifer bebas (unconfined aquifer / watertable aquifer )yaitu suatu aquifer yang bagian bawahnya dibatasi oleh lapisan kedap air dan bagian atasnya dibatasi oleh muka air tanah .

3. Aquifer setengah tertekan (semi confined aquifer / leaky aquifer)yaitu suatu aquifer yang bagian bawahnya dibatasi oleh lapisan kedap air dan bagian atasnya dibatasi oleh suatu lapisan setengah kedap air (lapisan lambat air / aquitard).Koefisien kelulusan aquitard yang membatasi lapisan bagian atas aquifer ini sangat kecil, sehingga aliran mendatar pada lapisan aquitard dapat diabaikan. Dengan demikian, apabila dilakukan pemompaan pada aquifer jenis ini, timbullah aliran tegak yang menerobos dari lapisan aquitard tersebut. Maka dari itulah aquifer ini disebut aquifer bocor.

4. Aquifer menggantung (perched aquifer)yaitu suatu lapisan kedap atau setengah kedap, yang mempunyai luas yang terbatas atau kecil, terletak diantara muka air aquifer bebas dan muka tanah.

4

Aquifer ini merupakan kasus khusus pada aquifer bebas.

Gb. 1.3. Jenis-Jenis Aquifer

5

I.7. Rangkuman

1. Hidrologi air tanah adalah ilmu yang mempelajari tentang bagaimana terjadinya, distribusi dan gerakan air dibawah tanah.

2. Air tanah (menurut ahli hidrogeologi) adalah air yang mengisi pori / celah / rongga pada lapisan geologi yang jenuh.

3. Terdapat 3 sumber air tanah yaitu:a. Air meteoric (air atmosfir) b. Air Connatec. Air magmatik / air juvenile

Digolongkan atas:- air plutonik yaitu jika sumber pelepasannya dalam- air vulkanik yaitu jik sumber pelepasannya dangkal.

4. Distribusi Air Tanah

Secara vertikal, air tanah terdistribusi dalam 2 zone yaitu:1. Zone Aerasi (tak jenuh)

Terbagi atas: daerah air dangkal, daerah antara dan daerah kapiler2. Zone Saturasi (jenuh)

5. Tempat terjadinya air tanahAir tanah terjadi di lapisan-lapisan pembawa air yang terdiri dari:a. Aquifer b. Aquiqlude c. Aquifuge d. Aquitard

6. Jenis-Jenis Aquifera. Aquifer tertekan (confined aquifer / artesian aquifer / pressure aquifer )b. Aquifer bebas (unconfined aquifer / watertable aquifer )c. Aquifer setengah tertekan (semi confined aquifer / leaky aquifer)d. Aquifer menggantung (perched aquifer)

Jika berat material penutup tetap konstan dan h di aquifer berkurang sejumlah dh, terjadi peningkatan tegangan efektif dan kompaksi aquifer db

4.2. Tegangan Efektif

Pada suatu formasi yang jenuh air, dalam kondisi ideal, besarnya tegangan total ( ) merupakan kumulatif dari besarnya tegangan efektif (effective stress) dengan tekanan zat cair P (fluid pressure) / tegangan pori.

…………………………………………………………………(1)

6

p e

t

Dalam bentuk persamaan differensial, persamaan (1) dapat ditulis dalam bentuk:

………………………………………………………………..(2)

Pada kondisi tegangan total konstan, maka , sehingga:

………………………………………………………………………..(3)

Untuk kasus dimana tegangan total konstan, tegangan efektif pada suatu titik di sistem, dikontrol oleh tekanan zat cair pada titik itu, sehingga:

………………………………………...……….(4)

Dan karena perubahan tinggi elevasi (dz) adalah 0, maka:

……………………………………………………..(5)

Dari persamaan (5),dapat kita katakan:

" Perubahan tegangan efektif pada suatu titik adalah suatu efek yang diakibatkan oleh perubahan head di titik itu "

7

4.3. Rangkuman

1. Kompressibilitas merupakan sifat material yang menjelaskan perubahan tegangan (regangan) dalam suatu material akibat adanya suatu tegangan yang bekerja.

2. Kompressibilitas air (β), didefinisikan sebagai perubahan relatif volume air terhadap perubahan tekanan. Harga β adalah 4.4 x 10-10 m2 / N atau 4.4 x 10-10 / pascal

1. Kompressibilitas Medium Porous

dimana: Vt = Volume total massa tanah = perubahan tegangan efektif

4. Kompressibilitas aquifer

Dimana: α = kompressibilitas aquifer

b = tebal aquiferdb = kompaksi aquifer

= perubahan tegangan efektif

4.4. Test Formatif

1. Apa yang dimaksud dengan kompressibilitas?2. Apa yang terjadi terhadap ketebalan aquifer, jika terdapat peningkatan

tegangan efektif3. Suatu aquifer tertekan dengan ketebalan awal 45 m, mengalami kompaksi

sebesar 0.2 m dengan penurunan head sebesar 25 m.a. Berapakah ketebalan awal aquifer?b. Jika porositas aquifer setelah mengalami kompaksi adalah 12 %,

hitunglah storativitas aquifer

8

9