PERILAKU HIDROLIKA

MATERI HIDROGEOLOGI III

SISTIM ALIRAN AIR TANAH

SPECIFIC YIELD & SPECIFIC RETENTION

• Dalam keadaan jenuh, seluruh lubang dan ruang yang ada pada tanah/batuan terisi air.

• Di alam, tidak seluruh volume air yang terkandung di dalam akuifer tsb dapat memasok air kepada sumur atau mata-air.

• Tidak seluruh air yang menempati bukaan di dalam batuan dapat dikeluarkan.

• Meskipun dipompa terus-menerus, sebagian air akan tetap tinggal di dalam pori-pori batuan.

•

SPECIFIC YIELD

• Volume air yang dapat dilepaskan dari pori-pori tanah/batuan hanya oleh pengaruh gravitasi disebut specific yield (Sy) atau kapasitas jenis.

SPECIFIC RETENTION

• Volume air yang tetap tertinggal di dalam pori-pori batuan disebut specific retention (Sr) atau simpanan jenis.

• Dalam hal ini air tsb tertinggal sebagai film pada permukaan pori-pori atau rongga-rongga batuan.

Hubungan antara Porositas, Sy, dan Sr

n = Sy + Sr

Sy = Vd/Vt

Sr = Vr/Vtn = porositasSy = specific yieldSr = specific retentionVd = volume air yang keluar ketika pengeringanVr = volume air yang tertinggal ketika pengeringanVt = volume sampel batuan

Specific Yield berbagai batuan

No. Material Sy ( % )

1 lempung 1 - 10

2 pasir 10 - 30

3 kerikil 15 - 30

4 pasir dan kerikil 15 - 25

5 batupasir 5 - 15

6 serpih 0,5 - 5

7 batugamping 0,5 - 5

Hydraulic conductivity = Konduktivitas hidrolika

• Sebutan lain: field coefficient of permeability = koefisien kelulusan = koefisien permeabilitas

• Merupakan ukuran kuantitatif untuk menyatakan kemampuan tanah/batuan dalam meluluskan airtanah

KETERUSAN (TRANSMISSIVITY)

• Keterusan (transmissivity = T) adalah kemampuan suatu akuifer dalam meluluskan air.

• Harga T diperoleh dengan menggunakan rumus :

T = K.b.B = ketebalan akuiferK = konduktifitas hidrolika

Transmissivity

Hydraulic Head

Dalam kondisi terdapat kenaikan permukaan airtanah karena adanya gaya kapiler:

Hydraulic head & capilary force

Total head in an aquifer

Tekanan Air Pori (Pore Water Pressure)

• It is the pressure of groundwater held within a soil or rock, in gaps between particles (pores)

• It is below the phreatic level, and are measured in piezometers

• The vertical pore water pressure distribution in aquifers can generally be assumed to be close to hydrostatic

Pore water pressure

Capilary

• In the unsaturated zone the pore pressure is determined by capillarity

• Pore water pressures under unsaturated conditions (vadose zone) are measured in with tensiometers

PETA KESAMAAN MUKA AIR TANAH

Arah aliran tegak lurus terhadap garis kesamaan muka air tanah

Three point problems untuk mengetahui arah aliran airtanah

Latihan

Dalam suatu percobaan di laboratorium diketahui berat sampel kering = 1000 gBerat sampel dalam keadaan jenuh air = 1081,3 g. Berat air yang dapat dipisahkan dari sampel tanpa pemanasan = 70 g.- Berapakah porositas sampel (%) - Berapakah specific yield (Sy)- Berapakah specific retention (Sr)Catatan :berat satuan ( g ) sampel = 2,7 g/cm3berat satuan ( g ) air = 1 g/cm3

Latihan

• Sumur 1 dg total head = 100,40 m, Sumur 2 dg total head = 100,52 m, dan Sumur 3 dg total head = 100,14 m

• Jarak Sumur 1 – Sumur 2 = 330 m, jarak Sumur 2 – Sumur 3 = 430 m, jarak Sumur 3 – Sumur 1 = 300 m

• Tentukan arah aliran di daerah tersebut, dan tentukan gradien hidrolikanya.

• Mengikuti hukum kekekalan massa/ energi

• Dipengaruhi gaya gravitasi

• Mengalir dengan kecepatan laminer dan lambat • Alirannya mengikuti kontur energi (head) dari tinggi ke

yang lebih rendah

• Kecepatan aliran airtanah ditentukan oleh kelulusan media geologi tempat air berada (Konduktivitas hidraulik)

Aliran Airtanah:

PERCOBAAN DARCY (1856)

Hukum Darcy (1856)Hukum Darcy ini dengan menggunakan anggapan bahwa aliran air di dalam tanah mengikuti prinsip-prinsip dasar hidraulika sifat laminer Berdasarkan persamaan Darcy, kecepatan aliran air tanah :

V = - K dh/dlV : kecepatan aliran air tanahK : permeabilitas tanah/batuandh/dl : hydraulic gradient

Persyaratan agar Persamaan Darcy berlaku:• Airtanah harus terdapat di dalam media

berpori• Media berpori tersebut diasumsikan bersifat

homogen, isotropik

Homogen: perilaku fisik akifer sama di semua tempatIsotropik : perilaku fisik akifer sama ke segala arah

Dimanakah persamaan Darcy tidak valid diterapkan:

• Pada akifer dengan tipe aliran melalui saluran (karst)

• Pada akifer dengan tipe aliran melalui antar celah yang tidak rapat

KiAAdldhKQ

Q : debit aliranK : permeabilitas (kemapuan suatu media (tanah/batuan) untuk meloloskan cairan)dh/dl : gradien hidraulik/landaian hidraulikA : Luas penampang aliran

DEBIT ALIRAN AIR TANAH

PERMEABILITAS TANAH/BATUAN

Satuan Geologi Permeabilitas (m/d)

Pasir halus 1 to 5Pasir kasar 20 to 100Kerikil 100 to 1000Batulanau 5 x10-8 to 5 x 10-6Batupasir 1 x 10-3 to 1Basalt 0.0003 to 3

Steady Flow in an Unconfined Aquifer

h

Flow

hA

hB

Water Table

Ground Surface

Bedrock Lx

Steady Flow in an Unconfined Aquifer

• K = 10-1 cm/sec• hA = 6.5 m• hB = 4 m• x = 150 m• Find Q h

FlowhA

hB

Water TableGround Surface

Bedrock Lx

Horizontal Flow in Confined Aquifer

• Consider steady flow from left to right in a confined aquifer

• Find: Head in the aquifer, h(x)

Ground surface

Bedrock

Confined aquifer

Qx

K

xyzhB

Confining Layer

b

hA

L

Head in the aquifer

Example – Horizontal Flow• L = 1000 m, hA = 100 m, hB = 80 m, K = 20 m/d, f = 0.35• Find: head, specific discharge, and average velocity

Ground surface

Bedrock

Confined aquifer

Qx

K

xyzhB

Confining Layer

b

hA

L

Penentuan penurunan muka air tanah (M.A.T) pada akuifer tak tertekan untuk aliran laminer (steady flow) pada saat dilakukan pemompaan

Penentuan penurunan tinggi kenaikan air (T.K.A) pada akuifer tertekan untuk aliran laminer (steady flow)

rw adalah Jari-jari sumur Sw : penurunan T.K.A di sumurhw : penurunan M.A.T R : jari-jari pengaruhk : hydraulic condoctivity / permeabilitas tanah/batuan

Tugas :Kelompok I :Ada pom bensin yang diperkirakan mencemari sumur penduduk. Di kedalaman 10 m dijumpai dasar dari akuifer dengan ketebalan 2 m.Akuifer tersebut mempunyai permeabilitas 10-4 cm/detik. Pada jarak 100 m dijumpai sumur penduduk dengan kedalaman akuifer yang sama dengan di pom bensin. Lokasi sumur penduduk lebih rendah 5 m dibanding ketinggian lokasi pom bensin. Bila terjadi pencemaran zat yang larut air dari pom bensin maka pencemaran tersebut akan sampai di sumur penduduk dalam waktu berapa jam ?

Kelompok IIAda dua sumur penduduk dengan posisi ketinggian sama menyadap akuifer yang sama. M.A.T di sumur satu – 5 m dan M.A.T di sumur dua – 7 m, permeabilitas akuifernya 5.10-4 cm/det. Bila tidak dilakukan pemompaan dari kedua sumur tersebut, maka berapa debit jenis dari air yang mengalir ke sumur satu dari sumur yang lain bila jarak antara kedua sumur tersebut 100 m ?

Kelompok III :

Dari suatu akuifer tidak tertekan dipompa dengan debit 2 l/det dipantau oleh 2 sumur yang masing-masing berjarak 5 m dan 10 m dari sumur yang dipompa. Pada sumur pantau yang terdekat terjadi penurunan M.A.T sebesar 3 m sedangkan permeabilitas akuifernya sebesar 3.10-3 cm/det maka M.A.T dari sumur pantau yang kedua turun berapa meter ?

Kelompok IV :

Dari suatu akuifer tertekan diketahui tebal akuifernya sebesar 4 m dan mempunyai permeabilitas 2.10-4 cm/det telah dilakukan pemompaan sebesar 3 l/det. Data sumur mempunyai garis tengah 14 cm serta jari-jari pengaruh pemompaan sejauh 20 m dari pusat sumur. Berapa meter penurunan T.K.A pada sumur yang dipompa ?