bab iv. airtanah h

Bahan Ajar Hidrologi Dasar (GEF 1301
BAB IV.
AIRTANAH
4.1. Pendahuluan
Airtanah (groundwater) adalah air yang bergerak dan berada di bawah
permukaan tanah di dalam zona jenuh (saturation zone) dimana tekanan hidrostatiknya
sama atau lebih besar dari tekanan atmosfer. Vadose water adalah air yang terdapat
pada zone aerasi. Zonasi vertikal air yang berada di bawah permukaan tanah disajikan
pada Gambar 4.1. Kandungan airtanah suatu daerah dapat dipengaruhi oleh :
a.
Iklim/musim
b.
Imbuh air (water recharge)
c.
Kondisi geomorfologi
d.
Kondisi geologi (macam batuan dan setiap batuan)
e.
Aktivitas manusia
f.
Vegetasi
Sebagian besar airtanah berasal dari air hujan yang meresap masuk ke dalam
tanah, airtanah tersebut disebut air meteorik. Selain air meteorik ada air lain yaitu
juvenile water (merupakan air yang baru), dapat diklasifikasikan menurut asalnya yaitu
magnetic water, volcanic water yang biasanya pangs atau hangat dan mempunyai
kandungan sulfur yang tinggi dan cosmic water (berasal dari ruang angkasa bersama
dengan meteorit).
Rejuvenad water adalah air yang berasal dari proses geologi seperti kompaksi,
metamorfosa dan sedimentasi. Selain itu, ada dua jenis airtanah yaitu metamorphic
water dan connater water yaitu air yang terperangkap dalam formasi batuan sewaktu
terjadi proses pengendapan (air ini biasanya berasa payau sampai asin).
Airtanah
Bahan Ajar Hidrologi Dasar (GEF 1301
Gambar 4.1. Bagian-bagian Air Dibawah Permukaan Tanah (Todd, 1959)
4.2. Sifat Batuan Terhadap Airtanah
Berdasarkan kemampuan batuan menyimpan dan meloloskan air, batuan dapat
dibedakan menjadi
a. Akuifer (aquifer)
Akuifer adalah lapisan pembawa air, lapisan batuan in mempunyai susunan
sedemikian rupa, sehingga dapat menyimpan dan mengalirkan air dalam jumlah yang
cukup berarti di bawah kondisi lapang. Batuan dari akuifer ini bersifat permeabel,
contoh batuan permeabel adalah pasir, kerikil, batupasir yang retak-retak dan batu
gamping yang berlubang-lubang.
b. Akuiklud (aquiclude)
Akuiklud adalah lapisan batuan yang dapat menyimpan air, tetapi tidak dapat
meloloskan air dalam jumlah yang berarti. Contoh : lempung, shale, tuf halus, silt.
c. Akuitar (aquitard)
Akuitar adalah lapisan atau formasi batuan yang dapat menyimpan air tetapi
hanya dapat meloloskan air dalam jumlah terbatas.
d. Akuifug (aquifuge)
Akuifug adalah lapisan atau formasi batuan yang tidak dapat menyimpan
dan meloloskan air. Contoh : granit dan batuan yang kompak dan padat.
Airtanah
Bahan Ajar Hidrologi Dasar (GEF 1301
Tipe-tipe akuifer
Akuifer dapat dibedakan menjadi beberapa tipe yaitu :

unconfined aquifer ( akuifer bebas atau water table aquifer)

semi unconfined aquifer

semi confined aquifer

confined aquifer

perched aquifer (akuifer menggantung/bertengger)
Gambar 4.2. menunjukkan beberapa tipe akuifer atas dasar sifat lapisan
batuan pembatasnya. Akuifer bebas adalah akuifer yang bagian bawahnya dibatasi
oleh lapisan oleh kedap air (impermeabel atau impervious) dan bagian atas dibatasi
oleh muka airtanah airtanah. Permukaan airtanah dari akuifer ini disebut permukaan
phreatic atau water table. Akuifer tertekan (confined aquifer) adalah akuifer yang
bagian atas dan bawahnya dibatasi oleh lapisan kedap air dan mempunyai tekanan
hidrostatik yang lebih besar dari tekanan atmosfer. Sumur dibuat pada akuifer ini
bersifat artesis (air sumur ada yang keluar sendiri atau flowing well) dan ada yang tidak
sampai mengalir
keluar.
Gambar
4.3. menunjukkan macam-macam
akuifer.
Krusseman (1991) menjelaskan mengenai akuifer yang kompleks dan terdiri dari
perlapisan batuan yang berbeda sifat terhadap air (permeabel, semi kedap air (bocor)
dan kedap air, sehingga secara keseluruhan disebut multi- layered leaky aquifer) .
Gambar 4.2. Penampang Geologi dan Tipe Akuifernya (Todd, 1959)
Airtanah
Bahan Ajar Hidrologi Dasar (GEF 1301
Gambar 4.3. Akuifer Bocor dan akuifer berlapis (Krusseman, 1991)
Kondisi airtanah di suatu daerah dapat diperkirakan berdasarkan tipe batuan,
pelapisan/stratigrafi batuan, satuan geomorfologi dan curah hujan. Batuan sedimen
yang belum mengalami konsolidasi atau unconsilodated seperti pasir, pada topografi
datar biasanya mempunyai cadangan airtanah tinggi. Struktur volkan muda (seperti
gunungapi Merapi, Kelud, dll) yang materialnya pada umumnya masih unconsolidated
atau belum mengalami pelapukan lanjut dan topografinya bervariasi dari curam sampai
datar mempunyai kondisi airtanah yang bervariasi. Pada bagian puncak (cone dan
volcanic slope), tidak dijumpai airtanah, pada satuan geomorfologi dibawahnya baru
dijumpai airtanah. Secara umum, fisiografi gunungapi dapat dibedakan menjadi
(Gambar 4. 4):
Airtanah
1)
volcanic cone
2)
volcanic slope
3)
volcanic foot
4)
fluvio volcanic foot plain
5)
fluvio volcanic plain
Bahan Ajar Hidrologi Dasar (GEF 1301
Gambar 4.4. Pembagian fisiografi suatu gunungapi.
Pada struktur volkan muda juga dijumpai beberapa sabuk mataair (spring belt)
pada setiap perubahan satuan geomorfologi gunungapi. Wilayah yang berbatuan beku
seperti lava sedimen yang consolidated (breksi) dan metamorfik tidak mempunyai
potensi airtanah, kalau ada airtanah biasanya bersifat lokal. Di wilayah ini banyak
dijumpai mata air yang berasal dari retakan batuan (fracture), Joint dan patahan. Batu
gamping seperti yang banyak terdapat di zone selatan pulau Jawa mempunyai akuifer
namun keberadaan airnya sulit dilacak. Namun demikian tidak berarti bahwa daerah
batu gamping tidak ada airnya, air banyak dijumpai pada Iubang-lubang sekunder hasil
pelarutan dan keberadaannya sukar dilacak.
Keterdapatan airtanah di suatu daerah ditentukan oleh faktor- faktor curah
hujan, evapotranspirasi, topografi, batuan dan kedudukan/struktur perlapisan batuan,
vegetasi, dan morfologi daerahnya. Berdasarkan atas faktor tersebut di atas, maka
suatu daerah dapat dibedakan menjadi beberapa wilayah satuan airtanah. Menurut
Badrudin Machbub (1984) Indonesia dapat dibedakan menjadi lima kawasan satuan
airtanah yaitu :
1. Kawasan yang terdiri atas batuan berumur Pre-Tersier dan Tersier terdiri dari
sedimen yang berliat kuat dan batuan kristalin. Pada daerah ini potensi airtanah
umumnya rendah karena sifat batuan dengan permeabilitas yang rendah.
2. Beberapa cekungan sedimen di Indonesia mengandung airtanah disamping
minyak bumi. Air itu terperangkap selama proses sedimentasi dan pemadatan
sedimen. Jenis ini merupakan air fosil atau connate water yang merupakan
sumberdaya yang tidak terbarukan dan dapat habis setelah ditambang.
3. Di daerah yang dibentuk oleh satuan batugamping, sering dan bahkan sama sekali
tidak dijumpai air permukaan. Batugamping mempunyai porositas sekunder
sehingga secara setempat dapat menghasilkan air dalam jumlah besar, Contoh :
Airtanah
Bahan Ajar Hidrologi Dasar (GEF 1301
kawasan batugamping (karst) adalah Gunungkidul, Gombong, dan Maros
4. Disekeliling lereng gunungapi yang tersebar luas di Indonesia dapat dijumpai
cadangan airtanah yang sangat kaya. Daerah gunungapi biasa mempunyai curah
hujan tinggi dan batuannya mempunyai permeabilitas tinggi. Lereng gunungapi
dengan permeabilitas batuan yang tinggi sebagai daerah imbuh air untuk daerah
di bawahnya. Pada teluk lereng (break of slope) sering muncul mata air, lebih
kearah lereng bawah pada topgrafi yang mulai datar dijumpai akuifer yang sangat
produktif.
5. Kawasan airtanah pada batuan dataran aluvial yang tersebar di Indonesia.
Kawasan ini terdiri dari sedimen klastik dataran pantai maupun cekungan antara
pegunungan berumur kuarter.
Selanjutnya,
Tabel
4.1.
mendeskripsikan
lokasi-lokasi
menurut
distribusi
sumberdaya airtanahnya
Kondisi airtanah di Daerah Istimewa Yogyakarta pernah diteliti oleh MacDonald
& Partners (1984) bekerjasama dengan Departemen Pekerjaan Umum. Hasil
penelitiannya adalah bahwa airtanah di Daerah Istimewa Yogyakarta dapat
dikelompokkan menjadi beberapa satuan airtanah seperti dalam Tabel 4.2. dan
Gambar 4.5. Airtanah potensial dijumpai di satuan Gunungapi Merapi dan airtanah
potensi rendah dijumpai di Pegunungan Kulon Progo dan Pegununungan Baturagung.
Sementara Gambar 4.6. menunjukkan konsep akuifer di bentang lahan hasil pelarutan
(solusional).
Airtanah
Bahan Ajar Hidrologi Dasar (GEF 1301
Tabel 4.1. Sumberdaya Airtanah Menurut lokasi/Cekungan
No
Daerah Provinsi Airtanah
Potensi
Airtanah
104m3/ha
No
CEKUNGAN INFTRAMONTAN
1.
Bandung
Daerah Provinsi
Airtanah
Potensi
Airtanah
104m3/ha
DATARAN PANTAI
215,9
16
Cilegon
27/0
2.
Garut
7,9
17
Serang-Tenggerang
43,0
3.
Ponorogo-Madiun
456,4
18
Jakarta
115,3
4.
Kediri-Nganjuk
543,6
19
Karawang-Indramayu
107,7
5.
Bondowoso
29,3
20
Tegal-Pekalongan
89,9
6.
Lumajang-Jember
64,7
21
Kendel
21,4
22
Semarang
28,8
23
Demak-Pati
25,2
7.
LERENG GUNUNGAPI
Purwokerto
18,6
24
Cilacap
16,2
8.
Surakarta-Sragen
58,1
25
Kebumen-Purworejo
15,6
9.
Yogyakarta (U)
22,5
26
Jombanq-Mojokerto
28,8
10
Probolin ggo-Pacitan
32,3
27
Banda Aceh
7,7
11
Situbondo-Asembagus
21,4
28
Medan-Tebing Tinggi
146,6
12
Banyuwangi
35,1
29
Padang
15,3
13
Teluk - G. Sugih
43,0
30
Palangkaraya
2,5
31
Sidenreng-Rappang
16,2
32
Aroki
14,0
SEDIMEN TERSIER
14
Banjarbaru-Martapura
3,6
15
Rantau-Barabai
Sumber : sokadri, 1983
6,8
Keterangan : (u) (Unconfined Artesis)
Tabel 4.2. Satuan Airtanah di DIY
Unit Fisiografi
Akuifer
Gumuk Pasir
Gunungapi Merapi Muda
Akuifer kecil
Akuifer besar
Gunungapi Merapi Tua
Wates,
Sentolo
Jonggarangan
Andesit Tua
Nanggulan
Kepek
Wonosari
Oyo dan
Sambipitu
Nglangran
Semilir
Butak
Kebo
Akuifer jelek
Akuifer jelek
Akuifer kecil
Akuifer jelek
Akuifer jelek
Non akuifer
Non akuifer
Akuifer besar
Akuifer jelek
Non akuifer
Sumber : (MacDonald & Partners, 1984)
Airtanah
Keterangan
Konduktivitas hidrolik besar
Akuifer berlapis, sebagian semi
tertekan
Akuifer berlapis Batu gamping
berlapis Batu gamping dan batu
pasir
Bahan Ajar Hidrologi Dasar (GEF 1301
Gambar 4.5. Konsep Akuifer di Daerah Wates dan Bantul Selatan (MacDonald &
Partners ,1984)
Gambar 4.6. Pengaruh Retakan dan Solusi Batuan Sedimen Pada Pemunculan
Mataair (Todd, 19
Airtanah
Bahan Ajar Hidrologi Dasar (GEF 1301
4.3. Permukaan Airtanah dan Fluktuasi
Permukaan airtanah dari unconfined aquifer disebut muka freatik (pheratic
surface) atau water table, sedang untuk confined aquifer disebut piezometric surface
(bersifat imajiner). Muka airtanah berfluktuasi tergantung dari pengaruh luar seperti
tekanan udara, gempa bumi, pasang surut, perubahan recharge (input air), perubahan
discharge (output air, dapat akibat pemompaan airtanah). Selanjutnya, perubahan
simpanan (storage) airtanah adalah hasil dari perbedaan antara recharge dan
discharge.
Variasi Musim dan Sekular
Variasi sekular dari permukaan airtanah adalah fluktuasi permukaan airtanah
dalam kurun waktu cukup panjang beberapa tahun. Sekular variasi ini disebabkan
karena variasi ikiim terutama disebabkan oleh variasi curah hujan. Sedang variasi
musiman adalah fluktuasi permukaan tanah dalam kurun waktu satu tahun, variasi
musim hubungannya erat dengan variasi musim (musim hujan dan kemarau). Fluktuasi
airtanah dapat diamati melalui pengamatan permukaan air sumur. Data fluktuasi ini
dapat digunakan untuk menetapkan hasil yang aman.
Akuifer dengan recharge (input) yang besar dan tetap biasanya mempunyai
fluktuasi rendah dan daerah dengan recharge tidak tetap biasanya mempunyai
fluktuasi besar. Gambar 4.7 menunjukkan grafik fluktuasi airtanah untuk akuifer dan
lingkungan yang berbeda, sumur Balong (No. 3) berada di satuan Gunungapi Merapi
sedang sumur
Karangjati berada di Perbukitan Sentolo. Fluktuasi Muka Freatik Harian
Untuk akuifer unconfined, maka freatik dapat mengalami fluktuasi harian.
Fluktuasi ini disebabkan oleh adanya perbedaan evapotranspirasi pada wakktu malam
dan slang (evapotranspirasi pada waktu malam lebih besar dari pada slang hari).
Gambar 4.8 menunjukkan fluktuasi muka freatik harian. Fluktuasi ini sangat nyata
apabila diamati pada waktu musim kemarau (input hujan tidak ada), sehingga datanya
dapat dipakai untuk menghitung evapotranspirasi bila diketahui nilai spesifik yield
akuifernya.
Airtanah
Bahan Ajar Hidrologi Dasar (GEF 1301
Gambar 4.7. Fluktuasi Muka airtanah Freatik pada dua formasi yang berbeda
(MacDonald & Partners ,1984)
Airtanah
Bahan Ajar Hidrologi Dasar (GEF 1301
Gambar 4.8. Fluktuasi Muka Freatik Harlan (Todd, 1959)
Qet = Sy (24 h ± S)
Qet
= Evapotranspirasi dari airtanah (mm/hari)
Sy
= Specific yield (hasil jenis)
h dan s
= lihat dalam Gambar
Selanjutnya, nilai Sy dapat diperkirakan dengan menggunakan tabel dan
contoh material untuk mengetahui macam materialnya. Tabel 4.3. Menunjukkan nilai
specific yield pada berbagai macam material.
Airtanah
Bahan Ajar Hidrologi Dasar (GEF 1301
Tabel 4.3. Specific Yield dalam persen (Fetter, 1988)
4.4. Penurunan Permukaan Airtanah
Akibat dari pemakaian (pemompaan) airtanah yang berlebihan atau melebihi
hasil aman-nya (safe yield), permukaan airtanah dapat mengalami penurunan. Oleh
karena itu pembuatan sumur bor harus mempertimbangkan pengaruh pemompaan
agar tidak terjadi dampak negatif (sebagai contoh : intrusi air laut pada akuifer pantai
dan penurunan muka tanah/land subsidence).
Gambar 4.9 menunjukkan penampang sumur pada unconfined aquifer, sebagai
akibat adanya pemompaan dengan debit Q sehingga terjadi depresi muka freatik .
Seberapa jauh jari-jari Iingkaran pengaruh akibat pemompaan (Ro) dapat dihitung
dengan menggunakan rumus sebagai berikut : (Todd, 1959).
h20— h2w
Q= K
--------------------------------Inro/rw
Keterangan :
Q = debit pemompaan m3/hari (pada akondisi aliran tetap atau steady flow)
K = koefisien permeabilitas m3/hari/m2
ho = jarak muka freatik awal sampai pada lapisan kedap air (meter)
hw= jarak muka freatik dalam sumur sampai pada lapisan kedap air (meter)
rw = jari-jari sumur (meter)
ro = jari-jari Iingkaran pengaruh (meter)
Airtanah
Bahan Ajar Hidrologi Dasar (GEF 1301
Gambar 4.9. Aliran pada sumur Unconfined Aquifer (Todd, 1980)
Selanjutnya, nilai K/permeabilitas dapat diperoieh dengan cara melakukan uji
pemompaan (pimping test) dengan dua sumur (satu sumur untuk pompa dan satu
sumur untuk observasi penurunan muka freatik). Pemompaan dilakukan sampai
diperoleh keadaan yang steady yaitu debit (Q) tetap dan muka freatik tetap.
Rumusnya sebagai berikut :
h21-h2w
Q=1tK -----------------------------In (ri / rw)
hl = jarak muka freatik sampai lapisan kedap air pada sumur 1 (sumur pengamatan)
dalam meter
rl = jarak sumur pompa dengan sumur pengamatan (sumur 1 dalam
meter)
Q In (r11 rw)
K= ----------------------------------7C (h12 - hw2)
Airtanah
Bahan Ajar Hidrologi Dasar (GEF 1301
Selain uji pemompaan, nilai K dapat diperkirakan dengan menggunakan tabel,
setiap batuan mempunyai nilai K (label 4.4.); uji di laboratorium atas contoh material
akuifer; dan menggunakan pelacak (larutan penunjuk).
Tabel 4.4. Porositas dan Permeabilitas Batuan
(Seyhan, 1977)
Penentuan permeabilitas akuifer dapat dilakukan dengan menggunakan
larutan penunjuk. Bahan larutan penunjuk yang dapat digunakan adalah zat pewarna,
garam, dan radioaktif. Larutan penunjuk digunakan untuk menentukan kecepatan
aliran, sumur bagian hilir tempat mengamati larutan penunjuk (Gambar 4.10).
Dengan mengetahui gradient hidraulik dari muka freatik, kecepatan rata-rata
larutan penunjuk dan porositas material akuifer, maka permeabilitas dihitung dengan
menggunakan persama Darcy (Seyhan, 1977).
a (Vt) dh
K= ----------------------------d1
Keterangan :
K
= permeabilitas akuifer
Vt
= kecepatan rata-rata larutan penunjuk
a
= porositas material akuifer
dh/dI = gradient hydraulic muka freatik (beda tinggi muka freatik sumur hulu dengan
hilir per jarak sumur)
Airtanah
Bahan Ajar Hidrologi Dasar (GEF 1301
Gambar 4.10. Skema Sumur Percobaan Perhitungan Permeabilitas dengan Larutan
Penunjuk (Todd, 1980)
4.5. Aliran Airtanah dan Debit
Sebagai hasil dari proses diendapkan dan jenis materialnya, maka sistem
akuifer hampir tidak pernah seragam dalam ciri-ciri hidrauliknya. Proses aliran
airtanah merupakan suatu gerakan yang didorong oleh gaya berat dan ditahan oleh
gesekan pada medium porous. Persamaan dasar untuk menjelaskan aliran dan debit
airtanah adalah hukum Darcy dan hukum kontinuitas. Perlakuan matematis dari aliran
airtanah mempunyai asumsi-asumsi dan generalitasasi sebagai berikut (Dam, 1966
dan Seyhan, 1977) 1990).
1. Akuifer haruslah homogen dan isotrofik (permeabilitas dalam arah x, y, dan z
adalah sama).
2. Lapisan semi-tembus mempunyai ketahanan hidraulik yang seragam.
3. Koefisien permeabilitas mempunyai invarian waktu.
4. Transbilitas akuifer bebas adalah konstan.
5. Koefisien simpanan (storage coeffient) adalah konstan.
6. Pelepasan air dari simpanannya adalah seketika.
7. Mintakat kapiler diabaikan.
Airtanah
Bahan Ajar Hidrologi Dasar (GEF 1301
Arah Aliran Airtanah
Arah aliran airtanah untuk unconfined aquifer dapat ditentukan dengan metode
three point problem (Todd, 1959). Sehubungan dengan hak itu, diperlukan pengukuran
elevasi muka freatik dari 3 sumur yang diketahui posisinya secara tepat. Gambar 4.11
menunjukkan penentuan arah aliran airtanah dengan menggunakan 3 titik (three point
problem). Arah aliran airtanah dapat juga ditentukan melalui peta kontur muka freatik,
karena arah aliran airtanah akan memotong tegak lurus (90°) kontur airtanahnya
(Gambar 4.12)
Gambar 4.11 Penentuan Arah Aliran Airtanah dengan Three Point Problem (Todd,
1959)
Airtanah
Bahan Ajar Hidrologi Dasar (GEF 1301
Gambar 4.12 Kontour Muka Freatik atau Equipotential (ILRI, 1972)
Kecepatan Aliran Airtanah
Kecepatan aliran airtanah (V) dapat ditentukan dengan persamaan : (Seyhan, 1977)
V = Q/A
Q = - K dh/dl, aliran melalui media porus
Maka
1
V = ------------ (- K dh/dl)
a
Tanda (-) menyatakan bahwa aliran berada dalam arah bagian atas yang menurun
Airtanah
Bahan Ajar Hidrologi Dasar (GEF 1301
Keterangan :
Q
= debit jenis (q = Q/A)
A
= luas penampang
K
= permeabilitas material akuifer
dh/dI = gradien hidraulic
a
= porositas batuan
V
= kecepatan aliran airtanah
Debit Aliran
Debit airtanah dapat diperkirakan dengan dua cara, yaitu :
(1). Rumus
Q = TIL
Keterangan :
Q
= debit airtanah m3/hari) per satuan lebar L
T
= transmisibilitas m2/hari
= KxD
D
= tebal akuifer (m)
K
= permeabilitas akuifer (m3/hari/m2)
I
= dh/dI = gradient hidraulic
Gambar 4.13. Sketsa Ilustrasi Debit Aliran Airtanah per Satuan Lebar
Airtanah
Bahan Ajar Hidrologi Dasar (GEF 1301
(2)
Analisis kontour muka airtanah (equipotential line). Untuk
menghitung
debit
airtanah
menurut
Todd
(1959)
sebagai
berikut:
Mempertimbangkan arah aliran dalam Gambar 4.13, maka hydraulic gradient (1)
adalah :
i = dh/dl
dan aliran tetap dq antara dua jenis aliran airtanah adalah :
dq = K x dh /d1 x dm
Untuk satuan tebal. Untuk bujur sangkar dari jaringan aliran maka :
d1 = dm
sehingga :
dq = K dh
Untuk seluruh jaringan aliran, total beda tinggi yang dibatasi oleh garis aliran,
maka total aliran menjadi :
Kmh
Q = m dq = --------------------n
Gambar 4.15 Bagian dari Jaringan Aliran Orthogonal yang Dibentuk oleh Aliran dan
Kontour Muka Freatik (equipotential line) (Todd, 1980)
Airtanah
Bahan Ajar Hidrologi Dasar (GEF 1301
4.6. Geohidraulika akuifer
a.
Koefisien simpanan (storage coefficient)
Koefisien simpanan diberi batasan sebagai volume air yang dilepaskan (atau
diambil) oleh akuifer ke dalam simpanan per satuan luas permukaan dan
persatuan perubahan tinggi air.
Menurut Kruseman (1970), hasil jenis (specific yield) mempunyai batasan yang
sama dengan koefisien simpanan), hasil jenis dipakai untuk unconfined aquifer
(akuifer bebas). Untuk kolom vertikal 1 x 1 m yang memanjang melalui suatu
akuifer tertekan (Gambar 4.16 koefisien simpanan (S) sama dengan volume air
permukaan piezometric turun 1 m dari t1 ke t2.
Gambar 4.16 Ilustrasi dari koefisien stirage pada akuifer bebas dan tertekan (Todd,
1980)
b. Permeabilitas (K) merupakan suatu ukuran jumlah air yang dapat
diteruskan oleh suatu media porous per satuan waktu. Maka dimensi dari K adalah
m3/hari/m2.
c. Transmisibilitas
Transmisibilitas (T) adalah hasil kali dari rata-rata permeabilitas (K) dengan tebal
akuifer (D)
T= KD
Dimensinya : m3/hari/m2 x m = m2/hari
Airtanah
Bahan Ajar Hidrologi Dasar (GEF 1301
Ketiga parameter tersebut dapat dipakai sebagai tolok ukur potensi akuifer dari
segi kuantitas. Potensi airtanah di suatu wilayah, disamping ditentukan oleh ketiga
konstanta geohidraulika akuifer juga ditentukan oleh kualitas airtanah dan kedalaman
airtanah.
4.7. Konsep Akuifer di DIY
Konsep Akuifer di beberapa tempat di DIY disajikan dalam Gambar 4.17.
Gambar 4.17. menunjukkan konsep akuifer di daerah Wates Kabupaten Kulon Progo di
bagian selatan yang terdiri dari 3 unit geomorfologi, yaitu : unit geomorfologi sand
dunes, dataran aluvial dan perbukitan Sentolo (Gambar A). Konsep akuifer di Bantul di
bagian selatan terdiri dari dua unit geomorfologi yaitu sand dunes dan dataran aluvial.
Dataran aluvial Bantul selatan merupakan fluvio volcanic plain dari Gunungapi Merapi
airtanah di daerah ini mendapat imbuhan air setempat dan imbuhan air dari akuifer
gunung api Merapi.
Gambar 4.17 Konsep akuifer di daerah Wates dan Bantul Selatan (MacDonald &
Partners,1984)
Airtanah
Bahan Ajar Hidrologi Dasar (GEF 1301
4.8. Produksi (Hasil) Airtanah yang Aman
Produksi total airtanah pada suatu DAS merupakan jumlah air yang dapat
dipompa dari akuifer dalam DAS, dalam suatu periode tertentu, tanpa memberikan
hasil yang tidak diinginkan. Untuk mempertahankan sumberdaya airtanah secara tak
terbatas, pemompaan harus dibatasi pada produksi air yang aman.
Adalah tidak benar untuk menganggap hasil yang aman sebagai jumlah
pengisian kembali airtanah dan bahwa jumlah ini dapat dipompakan secara aman.
Hasil yang sama dengan sebagian dari pengisian kembali akuifer. Sisanya hilang
dengan cara-cara lain. Terdapat 4 faktor yang perlu dipertimbangkan untuk
menganalisis hasil yang sama (Todd, 1959). Jika salah satu dari faktor-faktor ini
memberikan hasil-hasil yang tidak diinginkan, maka terdapat kelebihan hasil yang
aman. Faktor-faktor tersebut adalah :
1.
Hasil yang aman harus selalu kurang daripada pasokan air pada
kawasan periode yang ditentukan.
2.
Biaya memompa airtanah harus sesuai dengan cara-caranya.
3.
Kualitas air harus dapat diterima (terlalu banyak memompa dapat
menyebabkan intrusi air laut).
4.
Tidak boleh ada masalah-masalah hukum yang timbul karena
pemompaan (hak-hak air).
5.
Perlindungan lingkungan.
Terdapat beberapa metode untuk menentukan hasil yang aman (V). Metode-
metode yang sering digunakan disajikan di bawah ini :
1.
Metode Hill : Perubahan tahunan permukaan airtanah (Atau permukaan
Piezometric) diplotkan terhadap keluaran tahunan (Todd, 1966). Jika pasokan
air bagi daerah tersebut konstan, titik-titik dapat diatur pada garis lurus. Pada
Gambar 4.18, rata-rata waktu diplotkan untuk meratakan keragaman tahunan
dalam pasokan (untuk memperoleh plot garis lurus). Metode Hill menganggap
pengisian kembali airtanah cukup konstan.
2.
Metode Harding : Harga-harga tahunan dari perbedaan antara masukan total
dan keluaran total diplotkan terhadap perubahan tahunan muka airtanah.
Karena harus ada hubungan langsung antara air permukaan (untuk menghitung
neraca air), metode ini terbatas pada akuifer bebas. Metode harding
menganggap keluaran tersebut cukup konstan.
3.
Jika kedalaman airtanah pada awal dan akhir periode T (sekurang- kurangnya
beberapa tahun) adalah sama, rencana tahunan rata-rata pada periode
Airtanah
Bahan Ajar Hidrologi Dasar (GEF 1301
tersebut merupakan hasil yang aman (Gambar 4.18).
4.
Metode Simpson : metode ini dapat dipergunakan pada akuifer pantai yang
meluas ke dalam laut. Hasil yang aman dihitung dari gradien muka airtanah (air
muka piezometric) berdasarkan atas hukum Darcy (Todd, 1959).
Gambar 4.18 Penentuan Hasil Airtanah yang Aman (Seyhan, 1977)
4.9. Pengisian Kembali Secara Buatan
Untuk meningkatkan pasokan airtanah secara alami, akuifer kadang-kadang diisi
kembali secara buatan (artificial recharge)dengan menyebarkan air di atas permukaan
tanah atau dengan mengisi kembali melalui lubang, corong, atau sumur, dan lain-lain.
Banyak teknik-teknik yang lain dijelaskan dalam pustaka (Todd, 1959). Beberapa
contoh ditunjukkan pada Gambar 4.19
Gambar 4.19 Beberapa Metode Pengisian Kembali Airtanah Secara
Buatan (Seyhan, 1977)
Airtanah
Bahan Ajar Hidrologi Dasar (GEF 1301
Intrusi Air Laut
Dengan meningkatnya kebutuhan akan persediaan airtanah, pada kawasankawasan berpantai timbul persoalan dari laut yang memasuki dan berpenetrasi pada
kawasan pedalaman. Model intrusi airlaut dimodelkan oleh Ghyben-Herzberg (Gambar
4.20) yaitu :
=
Dimana :
H
= ketebalan kantong air tawar
Pf
= kerapatan air tawar = 1,000 gm/cm3
−
Ps = kerapatan air asin, sekitar 1,025 bm/cm3
h
= perbedaan tinggi antara permukaan taut dan permukaan airtanah (atau
piezometric) (m)
= Pf / (Ps - Pt)
Untuk mencegah intrusi air taut ke daratan, beberapa metode seperti pengisian
kembali secara buatan, konstruksi penghalang bawah permukaan dan lain-lain,
digunakan dalam praktek (Todd, 1959).
Gambar 4.20 Skema Ilustrasi Intrusi Air Laut pada Akuifer Pantai (Linsley, 1975).
Airtanah
Bahan Ajar Hidrologi Dasar (GEF 1301
4.10. Penelitian-penelitian Permukaan dan Bawah Permukaan Airtanah
Dengan menggunakan teknik-teknik permukaan dan bawah permukaan dapat
dimungkinkan untuk memperkirakan :
1.
dimana keterdapatan airtanah
2.
kedalaman antar muka pembentukan (kerikil, pasir, dan lain-lain).
3.
ciri-ciri fisik airtanah (suhu, kerapatan, dan lain-lain)
Teknik-teknik tersebut tidak bertujuan untuk menentukan permeabilitas,
ketinggian piezometrik atau pengisian kembali airtanah. Suatu rangkuman metodemetode yang paling umum disajikan di bawah ini (Seyhan, 1977 dalam Subagyo,
1990).
1.
Penyelidikan permukaan airtanah
a. Penyelidikan geologi : penggunaan data geologi dan penyelidikan lapangan
akan melengkapi ciri-ciri umum batuan.
b. Penyelidikan geofisika : metode-metode geofisika menentukan ciri-ciri fisika
(kerapatan, magnetisme, daya hantar listrik perlapisan batuan, dan lain-lain)
dari kerak bumi.
1.
metode tahanan listrik/resistivitas : metode ini merupakan metode yang
paling sering yang digunakan oleh hidrolog dan didasarkan atas
perhitungan arus dan tegangan yang melewati suatu formasi batuan
2.
Metode refraksi seismik : melibatkan penciptaan getaran kecil pada
permukaan bumi dan mengatur waktu menempuh jarak yang diketahui,
sehingga diketahui kecepatan gelombang merambat pada formasi
tertentu
3.
Metode gravitasi : mengukur perbedaan kerapatan batuan.
4.
Metode magnetik : kontras perubahan medan magnet.
c. Metode penginderaan jauh : dengan menggunakan foto udara konvensional
(berdasarkan atas pola vegetasi dan lokasi) penyebaran airtanah dapat
ditentukan). Foto berwarna dan antena radar inframerah (Seyhan, 1977)
berguna dalam menempatkan titik-titik debit airtanah. INPUT (Induced Pulse
Transient Airborne Electromagnetic System/Sistem Magnit Listrik Udara yang
Dilindungi Pulsa Sementara) telah berguna dalam eksplorasi airtanah.
1.
Penyelidikan Bawah Permukaan Airtanah
a. Sistem pengeboran
b. Pengukuran tahanan jenis : di dalam sumur yang tidak berdinding,
elektroda dimasukkan dan tahanan listrik media di sekitarnya diukur.
Airtanah
Bahan Ajar Hidrologi Dasar (GEF 1301
c. Pengukuran potensial : potensial-potensial listrik (millivolt) pembentukan
diukur.
d. Pengukur suhu : suhu airtanah digunakan untuk meneliti geologi kawasan
dan asal mula airtanah.
Secara ringkas teknik-teknik penyelidikan airtanah diringkas pada Tabel 4.5.
Tabel 4.5. Ringkasan metode geofisika untuk pendugaan airtanah
4.11. Mataair
Mataair (spring) merupakan pemunculan airtanah ke permukaan tanah oleh
berbagai faktor lingkungan terutama faktor topografi, susunan perlapisan berbatuan
dan sifat batuan. Macam-macam mataair diperlihatkan pada Gambar 4.21. yaitu :
1.
Mataair depresi (depresion spring)
2.
Mataair kontak (contact spring)
3.
Mataair sesar (fault spring)
4.
Mataair sinkhole (sinkhlole spring)
5.
Mataair kekar (joint spring)
6.
Mataair retakan (fracture spring)
Gambar 4.21 menunjukkan tipe mataair dari berbagai satuan geomorfologi.
Sumber air dari mataair adalah air permukaan yang mengalami infiltrasi masuk ke
bawah permukaan. Daerah tangkapan dari mataair sukar sekali, sehingga daerah
konservasi mataair sukar ditetapkan, untuk melindungi tempat munculnya mataair
dapat menggunakan aturan yaitu radius 200 meter sekitar mataair.
Kalau diamati, debit mataair bervariasi menurut waktu. Pada musim penghujan
atau akhir musim hujan debitnya besar dan berangsung-angsur debitnya mengecil,
bahkan ada mataair yang berhenti alirannya pada waktu musim kemarau. Kualitas
airnya tergantung dari jenis
Airtanah
Bahan Ajar Hidrologi Dasar (GEF 1301
batuan dimana sistem mataair itu berada dan dapat juga dipengaruhi oleh aktivitas
manusia.
Gambar 4.21. Tipe-tipe Mataair (Todd, 1980)
Airtanah