PENGERTIAN GEOHIDROLOGI dan CONTOH PENERAPANNYA

Tugas Mata Kuliah GeohidrologiFakultas Teknik Jurusan Geologi

Universitas Pakuan Bogor

Disusun Oleh ;Nama : Haryoko Edi TNRP : 055104004

PROGRAM STUDI GEOLOGIFAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS PAKUAN BOGOR2008

BAB IPENDAHULUAN

SIfat-sifat Hidrolika Batuan

Kandungan unsur kimia dalam air sangat tergantung pada formasi geologi tempat air itu berada dan formasi geologi tempat dilaluinya air. Apabila selama perjalanannya air tersebut melalui suatu batuan yang mengandung silikat, maka air tersebut akan mengandung silikat, apabila air tersebut melalui batuan yang mengandung besi maka secara otomatis air akan mengandung besi, demikian seterusnya untuk unsur-unsur kimia lainnya. Disamping itu peran formasi geologi tempat air tinggal juga banyak berperan terhadap kualitas air, sebab air mempunyai sifat melarutkan batuan yang ditempati dan dilaluinya. Secara garis besar batuan di muka bumi ini dapat dikelompokan menjadi tiga macam yaitu batuan beku, batuan sedimen, dan metamorf. Kondisi ketiga batuan ini berbeda dalam bentuk, struktur, bahkan kekerasan serta susunan kimianya. Sehingga air yang melalui ketiga batuan ini, kandungan kimia dan konsentrasinya akan berbeda, karena susunan kimia masing-masing jenis batuan tersebut berbeda dan kemudahan untuk dilarutkan juga berbeda.

(a). Kualitas Air pada Batuan Beku

Batuan beku terdiri dari batuan intrusi dan batuan ekstrusi. Batuan intrusi bersifat impermeable. Oleh karena itu air yang mengalir melalui batuan interusi akan sedikit mengalir kandungan kimianya, karena air mengalir dengan cepat sehingga kontak antara air dengan batuan intrusi tersebut tidak lama. Dengan demikian dapat kita katakan bahwa kualitas air yang melalui batuan intrusi adalah rendah.

Lain halnya dengan batuan ekstrusi yang lebih bersifat permeable. Pada batuan itu air dapat masuk menembus pori-pori batuan sehingga memungkinkan terjadinya kontak antara air dengan batuan lebih lama. Dengan demikian kualitas air pada batuan ekstrusi baik, maksudnya unsur-unsur kimia yang terlarut cukup tinggi. Misalnya pada batuan rhiolit (ekstrusi), air banyak mengandung silikat (SiO2).

(b). Kualitas Air pada Batuan Sedimen

1) Batu Pasir

Pada batu pasir (sand stone) kandungan kimianya lebih didominasi oleh unsur pengikatnya. Batu pasir berupa pasir yang membatu karena adanya unsur pengikat yang berada diantara butir-butir pasir. Pada kenyataannya unsur pengikat lebih mudah larut dalam air jika dibandingkan dengan pasir itu sendiri, sehingga yang banyak terpengaruh pada kualitas air unsur pengikat tersebut. Misalnya batu pasir sungai, padas sumur dan padas sawah merupakan batu pasir magnetik, dengan unsur pengikat FE3O4 (ferri oksida), sehingga air yang melalui batuan ini akan banyak mengandung unsur besi (Fe). Secara rinci, faktor-faktor yang berpengaruh terhadap kualitas air pada batuan pasir

meliputi:1) Material pengikat yang mengeras2) Pergantian ion dan kation3) Adanya rekasi reduksi pembentukan pirit4) Terjadinya mineralisasi dalam air

2) Batu Lempung

Batuan lempung sering dijumpai pada breckist water (saline water) di daerah lagon/pantai. Lagon adalah genangan air di pantai, namun air yang menggenangi berasal dari daratan, dan dalam prosesnya mendapat pengaruh dari laut. Bahan asal dari batuan lempung bisanya berasal dari tempat yang tinggi. Daerah itu dengan aquifer yang cukup luas. Air yang masuk di daerah itu, karena selama mengalir telah mengalami kontak dengan batuan yang dilalui, maka terjadi pelarutan lempung dalam air yang mengalir tersebut. Pada air di daerah lagon ini, saline water umumnya mengandung unsur Na, K cukup tinggi. Namun karena tidak menetapnya Na, K ini maka sering terjadi pergantian ion yaitu ion Na, dan K diganti oleh ion Ca dan Mg.

3) Batuan Endapan

Salah satu contoh batuan endapan adalah batu gamping. Secara umum kecepatan aliran air yang melalui batuan gamping lebih cepat dari pada batu pasir. Pada batuan gamping gerakan air hanya terjadi pada bagian luarnya saja, sehingga kontak antara batuan dengan air secara keseluruhan kurang intensif. Akibatnya jumlah zat terlarut yang dihasilkan pada batu gamping kecil, lebih kecil jika dibanding pada batuan pasir. Misalnya air yang melalui batuan kapur banyak mengadung kalsium dan bikarbonat.

c. Kualitas Air Pada Batuan Metamorf

Ciri utama dari batuan metamorf adalah bahwa pada umumnya struktur batuan ini bersifat masif. Sifat demikian ini kurang mengandung unsur-unsur terlarut. Seandainya pada air ini di jmpai unsur kimia terlarut yang tinggi, paling-paling hanya unsur silikat sebagai akibat dari proses pelapukan kwarsa. Jadi dari ketiga jenis batuan beku, sedimen dan metamorf, sebenarnya kualitas air pada batuan metamorf adalah paling rendah atau miskin unsur kimia terlarut.

Porositas dan PermeabilitasAir dapat masuk ke bawah permukaan (infiltrate) karena solid bedrocks seperti juga tanah (soil), pasir dan gravel yang lepas-lepas memiliki rongga pori. Terdapat empat tipe rongga pori (Hamblin dan Christiansen, 1995), yaitu: (1) ruang antar butiranmineral, (2) rekahan (fractures), (3) rongga pelarutan (solution cavities), dan (4)vesicles.

Gambar 1.1. Berbagai tipe ronggo pori didalam batuan yang mengontrol mengalirnya air bawah tanah (Hamblin & Christiansen, 1995).

Pada endapan pasir dan gravel rongga pori dapat mencapai 12 – 45% dari total volume. Bila diantara butiran kemudian diisi oleh butiran yang lebih kecil dan terisi oleh semen, maka porositas (porosity) menjadi tereduksi. Semua batuan terpotong karena rekahan dan pada batuan yang padat seperti granite dapat memiliki porositas yang signifikan bila dikontrol oleh rekahan. Aktivitas pelarutan terutama dibatugamping membawa material terlarut membentuk lubang-lubang (pits dan holes).Beberapa batugamping memiliki porositas yang sangat tinggi karena air dapat berpindah sepanjang rekahan dan bidang perlapisan pada batugamping. Aktivitas pelarutan membesarkan rekahan dan mengembangkannya menjadi gua (caves). Pada basalt dan batuan volkanik, vesicles terbentuk karena terperangkapnya gelembung gas yang sangat mempengaruhi dalam porositas. Umumnya vesicles terkonsentrasi pada bagian permukaan aliran lava dan membentuk zona dengan prositas tinggi. Zona ini dapat terhubungkan oleh columnar joints.Permeabilitas (permeability) adalah kapasitas batuan untuk meloloskan fluida sangat beragam bergantung dari viskositas fluida, tekanan hidrostatik, ukuran bukaan dan terutama adalah tingkat bukaan yang saling terhubung (porositas efektif). Jika rongga pori sangat kecil, maka batuan dapat mempunyai porositas yang tinggi tetapi permeabilitasnya rendah karena air sukar melewati bukaan yang kecil. Batuan yang umumnya memiliki permeabilitas tinggi adalah konglomerat, batupasir, basalt dan batugamping tertentu. Permeabilitas yang tinggi pada batupasir dan konglomerat dikarenakan rongga pori yang berada diantara butiran berukuran besar dan saling terhubung. Basalt dapat permeabel karena sering terekahkan dengan ekstensif yakni columnar jointing dan karena bagian atas dari aliran lavanya adalah vesicular. Batugamping terekahkan juga menjadi permeabel. Batuan dengan permeabilitas rendah adalah shale, granite yang tidak terekahkan, quartzite dan batuan padat dan kristalin lainnya.

Pengendapan Air TanahAir tanah melarutkan material yang mudah larut kemudian mengendapkannya kembali pada rongga pori dan gua-gua didalam batuan. Proses pelarutan terjadi di zona jenuh, sedangkan pengendapan terjadi di zona aerasi setelah gua-gua dan rongga pori menjadi kering. Endapan yang terbentuk di gua secara kolektif disebut sebagai dripstone. Proses

pembentukannya adalah air yang masuk ke gua (biasanya melalui rekahan di atap gua) akan perlahan-lahan menetes mengendapkan calcium carbonate kemudian membentuk bentuk yang silindris dan mengkerucut dari atap gua. Bentukan demikian dinamakan sebagai stalactite. Sedangkan yang terbentuk dari dasar gua disebut stalagmite.

Gambar 1.9. Diagram ideal dari endapan gua (Hamblin & Christiansen, 1995).

Precipitasi mineral karena peran air tanah berjalan lambat. Dalam beberapa kasus diketahui bahwa air tanah melakukan pemindahan atom atau molekul material organik dan secara bersamaan menggantikannya dengan ion mineral lain yang dibawanya. Contohnya adalah proses kayu yang membatu (petrified wood). Endapan ini yang terkenal adalah di Petrified Forest National Park di Arizona timur. Disini terdapat akumulasi yang sangat besar dari batang kayu terbatukan yang telah tertimbun oleh endapan sungai purba. Proses pelapukan dan erosi telah menyingkapkannya ke permukaan.

Alterasi Sistem Air TanahAir tanah dapat meningkatkan konsentrasi padatan terlarut didalam air permukaan. Konsentrasi kimia dan sampah buangan berpotensi mengkontaminasi reservoir air tanah. Material yang telah mengalami leached (pelarutan karena perkolasi air tanah) dari tempat pembuangan sampah (waste-disposal site) akan mengandung kontaminan kimia dan kontaminan biologi. Karakter dan besarnya polutan (leachates) bergantung pada lamanya waktu infiltrasi air yang kontak dengan endapan sampah tersebut. Pada daerah yang lembab maka air tanah biasanya dangkal dan bila terusmenerus kontak dengan sampah, maka sangat berpotensi terjadi polusi

BAB IIGEOMETRI AIR TANAH

Pengertian Air Tanah

Air tanah atau air bawah permukaan adalah batasan yang digunakan untuk menggambarkan semua air yang ditemukan di bawah permukaan tanah. Keberadaan airtanah dikontrol oleh sejarah dan kondisi geologi, deliniasi dan kondisi batas tanah dan formasi batuan di suatu wilayah dimana air mengalami perkolasi. Faktor lain yang berpengaruh adalah aktivitas dan iklim lingkungan sekitarnya, baik secara alami maupun dipengaruhi oleh manusia. Jika airtanah tersebut secara ekonomi dapat dikembangkan dan jumlahnya mencukupi untuk keperluan manusia, maka formasi atau keadaan tersebut dinamakan lapisan pembawa air atau akuifer baik berupa formasi tanah, batuan atau keduanya.

Berikut adalah beberapa istilah yang digunakan dalam menamakan karakteristik suatu formasi batuan:

1. Aquifer (Akuifer) adalah formasi geologi atau grup formasi yang pengandung air dan secara signifikan mampu mengalirkan air melalui kondisi alaminya. Batasan lain yang digunakan adalah reservior airtanah, lapisan pembawa air. Todd (1955) menyatakan bahwa akuifer berasal dari Bahasa Latin yaitu aqui dari aqua yang berarti air dan ferre yang berarti membawa, jadi akuifer adalah lapisan pembawa air.

2. Aquiclude adalah formasi geologi yang mungkin mengandung air, tetapi dalam kondisi alami tidak mampu mengalirkannya, misalnya lapisan lempung. Untuk keperluan praktis, aquiclude dipandang sebagai lapisan kedap air.

3. Aquitard adalah formasi geologi yang semikedap, mampu mengalirkan air tetapi dengan laju yang sangat lambat jika dibandingkan dengan akuifer. Meskipun demikian dalam daerah yang sangat luas, mungkin mampu membawa sejumlah besar air antara akuifer yang satu dengan lainnya. Aquiclude ini juga dikenal dengan nama formasi semi kedap atau leaky aquifer.

4. Aquifuge merupakan formasi kedap yang tidak mengandung dan tidak mampu mengalirkan air.

Menurut Krussman dan Ridder (1970) dalam Utaya (1990:41-42) bahwa macam-macam akifer sebagai berikut:

a) Akifer Bebas (Unconfined Aquifer) yaitu lapisan lolos air yang hanya sebagian terisi oleh air dan berada di atas lapisan kedap air. Permukaan tanah pada aquifer ini disebut dengan water table (preatiklevel), yaitu permukaan air yang mempunyai tekanan hidrostatik sama dengan atmosfer.

b) Akifer Tertekan (Confined Aquifer) yaitu aquifer yang seluruh jumlahnya air yang dibatasi oleh lapisan kedap air, baik yang di atas maupun di bawah, serta mempunyai tekanan jenuh lebih besar dari pada tekanan atmosfer.

c) Akifer Semi tertekan (Semi Confined Aquifer) yaitu aquifer yang seluruhnya jenuh air, dimana bagian atasnya dibatasi oleh lapisan semi lolos air dibagian bawahnya merupakan lapisan kedap air.

d) Akifer Semi Bebas (Semi Unconfined Aquifer) yaitu aquifer yang bagian bawahnya yang merupakan lapisan kedap air, sedangkan bagian atasnya merupakan material berbutir halus, sehingga pada lapisan penutupnya masih memungkinkan adanya gerakan air. Dengan demikian aquifer ini merupakan peralihan antara aquifer bebas dengan aquifer semi tertekan.

Batuan yang mampu menyimpan dan mengalirkan airtanah disebut dengan akuifer. Interaksi dalam penggunaan airtanah yang alami adalah dengan mengambil airtanah yang muncul di permukaan sebagai mata air atau secara buatan.

Sumur Artesis

Model aliran air tanah itu sendiri akan dimulai pada daerah resapan air tanah atau sering juga disebut sebagai daerah imbuhan airtanah (recharge zone). Daerah ini adalah wilayah dimana air yang berada di permukaan tanah baik air hujan ataupun air permukaan mengalami proses penyusupan (infiltrasi) secara gravitasi melalui lubang pori tanah/batuan atau celah/rekahan pada tanah/batuan.

Proses penyusupan ini akan berakumulasi pada satu titik dimana air tersebut menemui suatu lapisan　atau struktur batuan yang bersifat kedap air (impermeabel). Titik akumulasi ini akan membentuk suatu zona jenuh air (saturated zone) yang seringkali disebut sebagai daerah luahan airtanah (discharge zone). Perbedaan kondisi fisik secara alami akan mengakibatkan air dalam zonasi ini akan bergerak/mengalir baik secara gravitasi, perbedaan tekanan, kontrol struktur batuan dan parameter lainnya. Kondisi inilah yang disebut sebagai aliran airtanah. Daerah aliran airtanah ini selanjutnya disebut sebagai daerah aliran (flow zone).

Water table & groundwater flow

Dalam perjalananya aliran airtanah ini seringkali melewati suatu lapisan akifer yang diatasnya memiliki lapisan penutup yang bersifat kedap air (impermeabel) hal ini mengakibatkan perubahan tekanan antara airtanah yang berada di bawah lapisan penutup dan airtanah yang berada diatasnya. Perubahan tekanan inilah yang didefinisikan sebagai airtanah tertekan (confined aquifer) dan airtanah bebas (unconfined aquifer). Dalam kehidupan sehari-hari pola pemanfaatan airtanah bebas sering kita lihat dalam penggunaan sumur gali oleh penduduk, sedangkan airtanah tertekan dalam sumur bor yang sebelumnya telah menembus lapisan penutupnya.Airtanah bebas　(water table) memiliki karakter berfluktuasi terhadap iklim sekitar, mudah tercemar dan cenderung memiliki kesamaan karakter kimia dengan air hujan. Kemudahannya untuk didapatkan membuat kecenderungan disebut sebagai airtanah dangkal (sedangkan dangkal atau dalam itu sangat relatif lho). Airtanah tertekan/ airtanah terhalang inilah yang seringkali disebut sebagai air sumur artesis (artesian well). Pola pergerakannya yang menghasilkan gradient potensial, mengakibatkan adanya istilah artesis positif ; kejadian dimana potensial airtanah ini berada diatas permukaan tanah sehingga airtanah akan mengalir vertikal secara alami menuju kestimbangan garis potensial khayal ini. Artesis nol ; kejadian dimana garis potensial khayal ini sama dengan permukaan tanah sehingga muka airtanah akan sama dengan muka tanah. Terakhir artesis negatif ; kejadian dimana garis potensial khayal ini dibawah permukaan tanah sehingga muka airtanah akan berada di bawah permukaan tanah..

Tiap jenis airtanah memerlukan metode pencarian yang spesifik. Tapi secara umum bisa dibagi menjadi :Metode berdasarkan aspek fisika (Hidrogeofisika) : Penekanannya pada aspek fisik yaitu merekonstruksi pola sebaran lapisan akuifer. Beberapa metode yang sudah umum diketahui dalam metode ini adalah pengukuran geolistrik yang meliputi pengukuran tahanan jenis, induce polarisation (IP) dan lain-lain. Pengukuran lainnya adalah dengan

menggunakan sesimik, gaya berat dan banyak lagi.Metode berdasarkan aspek kimia (Hidrogeokimia) : Penekanannya pada aspek kimia yaitu mencoba merunut pola pergerakan airtanah. Secara teori ketika air melewati suatu media, maka air ini akan melarutkan komponen yang dilewatinya. Sebagai contoh air yang telah lama mengalir di bawah permukaan tanah akan memiliki kandungan mineral yang berasal dari batuan yang dilewatinya secara melimpah.

Kombinasi dari kedua metode ini akan saling melengkapi dan akan memudahkan untuk mengetahui lebih lengkap mengenai informasi keberadaan airtanah di suatu daerah.

BAB III

Pengukuran dan Pengujian Debit Aquifer

Pengukuran Debit (kuantitas)

Dalam perencanaan untuk mengetahui kuantitas debit air kita dapat melakukan beberapa langkah yang harus diperhatikan, yaitu :

1) cek kuantitas air sungai, jika tidak ada air atau kering pada musim kemarau panjang, maka sungai tidak dapat digunakan sebagai sumber air.

2) Cek kunatitas air sungai, jika sungai tidak pernah kering dan tersedianya datahasil pegukuran debit minimum pada musim kemarau panjang, maka sungai dapat digunakan sebagai sumber air

3) Cara pengukuran debit air sungai secara sederhana, seperti dijelaskan pada bagian dibawah ini :

Sediakan alat pelampung (kayu dan sejenisnya) untuk mengukur debit sungai

Siapkan pita ukur

Siap pengukuran waktu (jam/stopwatch)

Tentukan lokasi pengukuran pada bagian sungai yang lurus dan permukaannya relative datar

Tentukan jarak pengukuran (m)

Tentukan luas penampang aliran air dengan mengukur kedalaman (tinggi muka air) dikalikan dengan lebar penampang(m2) di daerah lokasi pengukuran yang telah ditetapkan

Perhitungan kecepatan aliran air sungai :

Hanyutkan pelampung (kayu dan sejenisnya) kedalam a;iran sungai sampai sebagiannya tenggelam untuk mengetahui waktu tempuh sesuai dengan jarak yang sudak ditentukan, hitung kecepatan aliran dengan cara membagi jarak pengukuran dengan waktu pengukuran

Kecepatan aliran (V) = Jarak tempuh ( L ) waktu tempuh ( t )

Perhitungan debit air sungai :

Debit air (Q) = Kecepatan aliran rata-rata (V) x Luas Penampang aliran (A)

Pengukuran permeabilitasSalah satu sifat fisis yang juga bisa mempunyai nilai-nilai yang sangat berbeda untuk material dan massa adalah permeabilitas. Pengukuran atas ”sifat dapat dilalui’ bisa kita lakukan dalam lubang-lubang bor, melalui peninggian permukaan air dalam lubang ( uji tinggi jatuh, falling head test ) setelah itu kecepatan surutan air hingga pada permukaan air tanah dapat kita ukur.

Pengukuran tegangan airPada pembebanan di permukaan atau pada pembangunan di atas tanah lembek, pengukuran tegangan air merupakan bagian yang tidak terpisahkan dari program konstruksi. Pada lereng-lereng yang stabil pun pemantaun atas tekanan air merupakan hal yang sangat penting. Susunan pengukuran yang paling sederhana serupa sebuah selubung sampai pada kedalaman tertentu dalam lapisan yang mengandung air.

Pemompaan Uji ( Pumping Test )Pemompaan uji adalah suatu kegiatan penelitian untuk mengetahui tingkah laku air tanah atau sifat-sifat fisik ( harga koefisien Transimibilitas (I), koefisien kandungan (s), kelulusan tegak akitar (K’), lepasan jenis (Sy), serta parameter-parameter lain yang ada hubungannya dengan hidrolika air tanah).Ber4dasarkan skala luas tujuan analisa yang akan dicapai, maka pemompaan uji dibagi dalam 2 jenis.

1. Pengujian akifer ( aquifer Test )Disebut demikian karena terutama yang diuji adalah formasi yang mengandung air (akifer) dibandingkan terhadap sumurnya, sumur yang dipompa harus mempunyai screen/penyaring pada akifer yang akan diuji.Tujuan pengujian akifer adalah : untuk memperoleh sifat-sifat hidraulis akifer dengan menganalisa

data pengamatannya. Sifat-sifat hidraulis ini merupakan keterangan-keterangan dasar bagi pemecahan persoalan air tanah regional atau stempat/lokal.

Memberi keterangan atas besarnya Well Yield ( Debit Hasil ) dan draw down ( penurunan M.A.) sumur.

2. Pengujian Sumur ( Well Test )Pngujian sumur hanya bermaksud untuk menetapkan kemampuan produktif dari suatu sumur tertentu, dan tidak membutuhkan pieozometer-pieozometer di sekitarnya, sehingga lebih sederhana dibandingkan dengan pengujian akifer.

Data debit dan draw down yang diukur diplot dalam kertas grafik untuk mendapatkan kapasitas jenis dari sumur.Dengan mengetahui kemampuan produktif sumur, dapatlah dilakukan pemilihan jenis pompa yang sesuai untuk menaksir biaya pemompaan persatuan volume air yang dipompa.Dari uraian diatas, dapat isimpulkan bahwa pengujian akifer meliputi pula pengujian sumur.Hasil pengujian akifr atas sifat-sifat hidraulis akifer yang diperoleh lebih teliti, ttapi biayanya mahal karena itu pemilihan konstruksi dan lokasi-lokasi pemilihan sumur pngamatnya perlu dipertimbangkan.

Tahap Pelaksanaan Pemompaan Uji Memompa/mengeluarkan air dari dalam akifr dengan debit tertentu dalam

sumur tertentu.

Selama pemompaan dilakukan pengamatan/pengukuran muka air tanah dalam sumur-sumur pengamat dan sumur piezometer di sekeliling sumur yang dipompa dan dicatat dengan selang waktu tertentu.

Demikian pula pengamatan terhadap kambuhnya air (Recovery period)

Dari data-data debit dan penurunan M.A.T.selama proses pemompaan ujiu ini,kemudian dilakukan analisa dengan beberapa yang ada.

Metoda yang umum dipakai di indonesia adalah:1. Metoda Jacob : mendapatkan nilai-nilai K-D dan S2. Metoda Thiem : mendapatkan nilai K.D.3. Metode Theis : mendapatkan nilai K.D dan S4. Metode Walton : mendapatkan nilai K.D ; S dan

Analisa Pemompaan Uji dengan Metoda TheisKoef.Kandungan S (storage Coeff) dari suatu akifer dapat dihtung dengan menggunakan persamaan Theis untuk penurunan M.A. dalam sumar sebagai berikut :S = Q