Post on 23-Oct-2015
description
GEOHIDROLOGI
I.1 PENGERTIAN
Hidrologi adalah studi tentang air, dalam pengertian luas hidrologi
mempelajari distribusi, gerakan dan kandungan unsur-unsur kimia seluruh air di
permukaan bumi.
Beberapa definisi yang berkaitan dengan hydrogeology/geohidrology oleh
para ahli :
1. Lamarck (1802), orang yang pertama kali menggunakan istilah
hydrogeology yang didefinisikan studi fenomena dari degradasi (erosi) dan
pengendapan oleh air.
2. Lucas (1879), menggunakan istilah hydrogeology sebagai studi geologi
mengenai air bawah tanah (Underground water).
3. Mead (1919), pada buku Hydrology klasiknya mendefinisikan hydrogeology
sebagai studi tentang hukum-hukum terjadinya dan gerakan dari pada
subteranian waters (airtanah). Mead menitik beratkan sifat khusus dari studi
airtanah sebagai agen geologi.
4. Meinzer, yang pertama kali menyebut istilah geohydrology sebagai ilmu
yang mempelajari tentang airtanah pada pertemuan IASH (International
Association of Scientific Hydrology) tahun 1939. Geohdrologi sebagai
cabang dari hidrologi dimana pada siklus hidrologi sebagian berada di
permukaan yaitu penguapan, pengembunan, hujan, aliran air permukaan ini
sebagai surface hydrology, sebagian siklus hidrologi yang lain akan meresap
masuk kedalam tanah dan mengalir di bawah tanah ini yang disebut
subterrainian hydrology atau geohydrology.
5. Mead dan Meinzer, sebagai ahli hidrologi klasik menggunakan istilah yang
berbeda, yaitu hydrogeology dan geohydrology, yaitu termasuk air
permukaan dan air bawah permukaan dengan orientasi (dasar) geologi.
6. Toth (1990), Hidrogeologi dalam bahasa Inggris tertulis hydrogeology, bila
merujuk dari struktur bahasa maka dapat diuraikan menjadi hydro
(merupakan kata sifat yang berarti “mengenai air“) dan geology (kata benda),
sehingga dapat diuraikan menjadi geologi air (the geology of water). Secara
definitif dapat dikatakan merupakan suatu studi dari interaksi antara kerja
kerangka batuan dan airtanah. Dalam prosesnya studi ini menyangkut aspek-
aspek fisika dan kimia yang terjadi di dekat atau di bawah permukaan tanah,
termasuk di dalamnya adalah transportasi massa, material, reaksi kimia,
perubahan temperatur, perubahan topografi dan lainnya yang terjadi dalam
skala waktu harian (daily time scale).
Pada saat ini persoalan airtanah semakin kompleks dengan adanya
kerjasama dari berbagai disiplin ilmu antara lain geologi, hidrologi, hidrolika,
agronomi, kimia, fisika sehingga pengertian tentang airtanah sangat luas dan
kompleks. Sehingga batasan hydrogeology dan geohydrology semakin kabur.
Pada prinsipnya studi ini meliputi sifat fisik, kimia, lingkungan, gerakan,
kegunaan dan hal-hal lain yang menyangkut airtanah.
Ilmu Hidrogeologi merupakan perpaduan ilmu geologi dan ilmu hidrolika.
Dalam buku ini dititik beratkan pada gerakan/aliran air di dalam tanah secara
hidrolik. Gabungan dua kata hidro dan geologi menunjukkan secara implisit
pengertian geologi dari air. Atau dengan kata lain adalah merupakan suatu studi
tentang interaksi antara kerangka sistem batuan dan atau dengan airtanah. Dari
sudut pandang hidrolika maka istilah gerakan aliran dalam tanah dikenal dengan
hidrolika dalam media porous, karena air tanah mengalir di antara atau di sela-sela
butiran tanah yang sekaligus sebagai media. Pengetahuan tentang hidrogeologi ini
penting bagi manusia, karena fungsi dan kegunaannya meliputi tiga aspek (Toth,
1990) :
Aspek sebagai salah satu sumber alam yang dimanfaatkan untuk berbagai
macam keperluan bagi umat manusia.
Aspek bagian dari hidrologi di dalam tanah yang mempengaruhi
keseimbangan siklus hidrologi global.
Aspek sebagai anggota/agen dari geologi.
Lebih lanjut Toth (1990) mengatakan bahwa hidrogeologi merupakan atau
termasuk disiplin ilmu yang (relatif) masih muda dan masih terus berkembang
secara pesat. Pada saat ini, secara umum pengembangannya masih dalam batas–
batas dasar (basic), sehingga bila seseorang mencoba untuk mendalami dan
mempelajari ilmu ini dapat sekaligus mengembangkannya serta dapat dikaitkan
dengan kondisi dan situasi setempat.
I.2. SIKLUS HIDROLOGI
Siklus hidrologi adalah suatu proses peredaran atau daur ulang air secara
yang berurutan secara terus-menerus. Pemanasan sinar matahari menjadi pengaruh
pada siklus hidrologi. Air di seluruh permukaan bumi akan menguap bila terkena
sinar matahari. Pada ketinggian tertentu ketika temperatur semakin turun uap air
akan mengalami kondensasi dan berubah menjadi titik-titik air dan jatuh sebagai
hujan.
Gambar 1.1 Siklus Air
Siklus hidrologi dibedakan menjadi tiga, yaitu siklus pendek, siklus sedang dan
siklus panjang.
Siklus pendek
Dalam siklus pendek, air laut mengalami pemanasan dan menguap
menjadi uap air.Pada ketinggian tertentu uap air mengalami kondensasi menjadi
awan. Bila butir-butir embun air itu cukup jenuh dengan uap air, hujan akan turun
di atas permukaan laut.
Siklus sedang
Pada siklus sedang, uap air yang berasal dari lautan ditiup oleh angin
menuju ke daratan. Di daratan uap air membentuk awan yang akhirnya jatuh
sebagai hujan di atas daratan. Air hujan tersebut akan mengalir melalui sungai-
sungai, selokan dan sebagainya hingga kembali lagi ke laut.
Siklus panjang
Pada siklus panjang, uap air yang berasal dari lautan ditiup oleh angin ke
atas daratan. Adanya pendinginan yang mencapai titik beku pada ketinggian
tertentu, membuat terbentuknya awan yang mengandung kristal es. Awan tersebut
menurunkan hujan es atau salju di pegunungan. Di permukaan bumi es mengalir
dalam bentuk gletser, masuk ke sungai dan selanjutnya kembali ke lautan.
I.3. MACAM AIR
1. Air Meteoris, merupakan air yang berasal dari atmosfer dan memasuki tanah
dengan cara peresapan (infiltrasi), melalui : sungai atau danau, dan bergerak
melalui tanah dengan perkolasi.
2. Air Juvenil, merupakan air jenis baru yang bersumber dari :
Magmatisme, adalah air yang berasal dari magma
Volkanik, adalah bersama-sama air magma dalam ruang pori di dalam
aliran lava dan menghasilkan struktur skoria, dihasilkan oleh kombinasi
O2 dan H2 dalam magma yang cair dan sama sekali tidak mengandung
gas argon.
Kosmis, adalah air yang berasal dari angkasa luar (masih banyak
diperdebatkan tentang asalnya).
3. Air Conate, merupakan air yang terperangkap dalam pori-pori batuan pada
saat terbentuknya batuan (umumnya batuan sedimen), sehingga air tidak
bisa keluar lagi (stagnan), disebut juga air fosil, terdapat dalam kantong-
kantong (lensa) dengan kandungan garam tinggi (3,5 – 4%).
4. Air Rejuvenasi, merupakan air yang ditarik kembali sementara dari siklus
hidrologi oleh pelapukan, metamorfosa, dan lain-lain.
I.4. PERILAKU BATUAN TERHADAP AIRTANAH
Berdasarkan pada kondisi fisik batuan dalam kaitannya dalam kemampuan batuan
untuk menyimpan airtanah, maka terdapat beberapa istilah sebagai berikut
(Fetter, 1994) :
1. Akifer (aquifer), yaitu suatu tubuh batuan, tanah atau regolith yang berfungsi
sebagai reservoar dan mempunyai harga porositas serta permeabilitas yang
baik sehingga mampu menyimpan dan meluluskan airtanah dalam jumlah
cukup besar dan cukup suplesi. Contoh : batupasir dan batugamping.
2. Akitar (aquitar), yaitu batuan atau regolith dengan harga permeabilitas kecil
tetapi masih mengandung airtanah dalam jumlah yang cukup dan dapat
berperan sebagai media trasmisi air yang berasal dari satu akifer ke akifer
lainnya. Contoh : batulanau, batulempung pasiran.
3. Akiklud (aquiclude), yaitu batuan atau regolith yang termasuk katagori kedap
air (impermeabel), tetapi masih mampu menyimpan air dalam jumlah yang
tidak banyak dan tidak mampu untuk meluluskannya. Contoh : batulempung.
Lapisan kedap air(bedrock)
4. Akifug (aquifug), yaitu batuan atau regolith yang sama sekali kedap air serta
tidak dapat mengandung air dan mempunyai harga permeabilitas nol
Contoh : granit yang kompak keras.
Berdasarkan posisi stratigrafinya, variasi posisi dari akifer, akitar, akifug dan
akiklud ditunjang pula dengan sifat-sifat fisik lainnya maka dapat ditentukan
berbagai jenis akifer (Kruseman, 1994), yaitu :
a. Akifer Bebas ( Unconfined aquifer )
Akifer ini hanya sebagian yang terisi air dan terletak pad suatu dasar yang
kedap. Pada akifer demikian, permukaan air didalam sumur merupakan
permukaan bebas atau permukaan phreatic.
Untuk mudahnya, dianggap tubuh batuan ini tidak mempunyai rumbai-rumbai
kapiler (Capillary fringe), dimana sebenarnya tebal tubuh air tanah bervaria si
dari satu titik ketitik lainnya. (gambar 1.2)
Gambar 1.2. Akifer bebas
Keterangan :
Muka tanah
Muka air tanah
akifer
K,K’ = KoefisienKelulusan
air.
Bidang pizometric
Lapisan kedap air
K = 0
K
b. Akifer Tertekan (Confined aquifer)
Akifer tertekan sepenuhnya jenuh dengan air, bagian atas dan bawahnya
dibatasi oleh lapisan yang kedap air (praktis mempunyai harga k = 0).
Permukaan air didalam pizometer atau sumur yang menembus penuh akifer,
yang terletak di atas lapisan yang kedap air. Air di dalam akifer ini disebut air
artesis (Artesian water). (gambar 1.3)
Gambar 1.3. Akifer tertekan
Keterangan :
c. Akifer Bocor (semi confined aquifer)
Akifer ini biasa disebut akifer setengah terkurung yaitu akifer yang
sepenuhnya jenuh air yang pada bagian atasnya dibatasi oleh lapisan setengah
kedap air (semi permiabel) dan terletak pada dasar yang kedap air.
Untuk lapisan setengah kedap air biasanya berupa lapisan batuan yang
mempunyai harga kelulusan lebih rendah daripada akifer, karenanya aliran
mendatar pada lapisan penutup atas yang setengah kedap air tersebut dapat
diabaikan. (gambar 1.4)
Lapisan kedap air
akifer
K’ <<< K
Gambar 1.4. Akifer bocor
Keterangan :
Dengan demikian apabila dilakukan pemompaan maka terjadilah penurunan
permukaan pizometrik didalam akifer. Sebagai akibatnya timbullah aliran
tegak yang menembus dari lapisan penutup atas yang setengah kedap air
tersebut kedalam akifer, inilah sebabnya akifer ini dikenal sebagai akifer
bocor.
Untuk dapat menganalisa atau mendeteksi gerakan air di dalam akifer jenis ini
pizometrik tidak hanya dipasang menerobos akifer saja, tapi juga pada lapisan
penutup atas maupun lapisan dasarnya.
d. Akifer Setengah Bebas (Semi Unconfined aquifer)
Akifer jenis ini mempunyai lapisan penutup dengan nilai kelulusan
sedemikian besar akan tetapi masih lebih kecil dari kelulusan akifer di
bawahnya. Dengan demikian aliran mendatar dalam lapisan akifer itu sendiri
Muka
Bidang pizometric
Lapisan setengah kedap air
akifer
Lapisan kedap air
Muka tanah Ukuranbutirhalus
V’ <<< V
tidak dapat diabaikan sehingga akifer ini disebut juga dengan akifer setengah
bebas. (gambar 1.5)
Gambar 1.5. Akifer setengah tertekan
Keterangan :
Air tanah adalah air yang terletak di bawah permukaan tanah dalam tanah
pori ruang dan dalam fraktur formasi litologi. Sebuah unit batuan atau deposit
tidak dikonsolidasi disebut akuifer ketika dapat menghasilkan kuantitas yang
dapat digunakan air. Kedalaman di mana ruang pori tanah atau patahan dan
rongga dalam batuan menjadi benar-benar jenuh dengan air disebut muka air . Air
tanah diisi dari atas, dan akhirnya mengalir kepermukaan secara alami; debit alam
sering terjadi di mata air dan rembesan , dan dapat membentuk oasis atau lahan
basah . Air tanah juga sering ditarik untuk pertanian , kota dan industri digunakan
oleh membangun dan mengoperasikan ekstraksi sumur . Studi tentang distribusi
dan pergerakan air tanah adalah hidrogeologi , juga disebut air tanah hidrologi .
Porositas. Pori merupakan ruang di dalam batuan; yang selalu terisi oleh fluida,
seperti udara, air tawar/asin, minyak atau gas bumi. Porositas suatu batuan sangat
Muka air tanah
Lapisan kedap air
K V
V,V’ = kecepatan aliran airtanah
penting dalam eksplorasi dan eksploitasi baik dalam bidang perminyakan maupun
dalam bidang air tanah. Hal ini karena porositas merupakan variabel utama untuk
menentukan besarnya cadangan fluida yang terdapat dalam suatu massa batuan.
Porositas adalah perbandingan seluruh pemukaan pori dengan volume
dari batuan. Porositas dihasilkan dari sekumpulan proses-proses geologi yang
berpengaruh terhadap proses sedimentasi. Proses-proses ini dapat dibagi menjadi
2 kelompok, yaitu proses pada saat pengendapan dan proses setelah pengendapan.
Kontrol pada saat pengendapan menyangkut tekstur batupasir (ukuran butir dan
sortasi). Proses setelah pengendapan yang berpengaruh terhadap porositas
diakibatkan oleh pengaruh fisika dan kimia, yang merupakan fungsi dari
temperatur, tekanan efektif dan waktu (Bloch, 1991).
Beard dan Weyl (1973) menyatakan bahwa porositas sangat kecil
dipengaruhi oleh perubahan dalam ukuran butir dengan sortasi yang sama, tetapi
porositas bervariasi terhadap sortasi. Penurunan porositas dari 42,4 % pada pasir
bersortasi baik sampai 27,9 % pada pasir yang bersortasi sangat jelek. Sedangkan
Graton dan Fraser (1935 dalam Beard & Weyl, 1973) menemukan bahwa
pengepakan bola sangat kuat hingga berbentuk rhombohedral diperoleh porositas
sebesar 26 % dan pengepakan berbentuk kubus diperoleh porositas 47,6 %. Tetapi
di alam pengepakan butiran tidak berbentuk kubus maupun rhombohedral.
Selanjutnya Scherer (1987) menyatakan bahwa parameter yang paling
penting yang berpengaruh terhadap porositas adalah umur, mineralogi (kandungan
butiran kuarsa), sortasi dan kedalaman terpendam maksimum.
Parameter geologi yang mengontrol porositas
Komposisi butiran mempengaruhi sifat-sifat kimia dan mekanika
batupasir. Hal ini akan berpengaruh terhadap porositas selama periode setelah
pengendapan dari evolusi batupasir (Bloch, 1991). Scherer (1987) menggunakan
kelimpahan butiran kuarsa (termasuk di dalamnya kuarsa mono- dan polikristalin
dan fragmen batuan yang tersusun dominan oleh kuarsa) sebagai parameter dalam
modelnya.
Porositas tidak dipengaruhi oleh ukuran butir tetapi merupakan fungsi dari
sortasi. Porositas berkurang secara progresif dari pasir bersortasi sangat baik
sampai pasir yang bersortasi sangat jelek. Selanjutnya Scherer (1987) juga
menyatakan bahwa median ukuran butir tidak dapat dijadikan parameter untuk
memprediksi porositas.
PERMEABILITAS
Permeabilitas adalah kemampuan batuan untuk meloloskan air melalui
batuan tersebut Permeabilitas sukar untuk ditentukan dibawah mikroskop. Salah
satu metod pendekatan adalah dengan menempatkan setetes air pada sekeping
batuan yang kering yang akan kita analisa dan mengamati kecepatan air yang
merembes. Jadi permeabilitas dapat diartikan sebagai ukuran dari kecepatan
perembesan dari fluida-fluida atau air melewati pori-pori batuan biasanya
dinyatakan dalam darcy (1 darcy adalah 1 cc cairan dengan kecepatan 1 centipoise
melalui 1 cm2 luas bidang, sejauh 1 cm dalam 1 detik dengan perbedaan tekanan
1 atm antar unjungnya). Permeabilitas sendiri dapat dibagi menjadi
2,yaitu:Permeabilitas Primer adalah melalui pori dari batuan,sedangkan
permebilitas sekunder melalui kekar, sesar, atai gua hasil pelarutan (solution
cavity).