Regional Ground Water Flow (2)

7/26/2019 Regional Ground Water Flow (2)

1/28

Aliran Air Tanah Regional

Sebagian besar mata air berada di lingkungan pegunungan dan tanah yang

tinggi , sedangkan jika tidak ada sungai , air jarang muncul di dataran . Untuk

pegunungan dan dataran tinggi menggantung seperti spons jenuh , membuat

cairan air keluar dan menetes bersama dalam jumlah menit tetapi dalam banyak

tempat . Mereka juga menerima banyak air yang jatuh sebagai hujan .

Meteorologica (Aristoteles, 3843!!".

7.1 Introduction

#ekungan air tanah dide$nisikan sebagai %olume dari ba&ah permukaan melalui

aliran air tanah yang mengalir dari daerah di mana &ater table berada di lokasi

yang ada debit air tanah terjadi . 'ita dapat mempertimbangkan aliran ini

menjadi aliran di alam . ingkat udara dari corresponding yang daerah

tangkapan . )alam sebuah studi cekungan air tanah pemakaian ke dalam cermindanau , ne& hampshire , iedeman dan lainlain ( *++8" menemukan bah&a

daerah resapan air tanah adalah sekitar *, kali luas area danau .

)alam -ona akti mengalir air tanah , air bergerak melalui media berpori ba&ah

pengaruh potensi cairan . /erakan ini adalah enomena tiga dimensi , namun

kita biasanya dipaksa untuk me&akilinya pada media dua dimensi . )alam

/ambar di bab ini , pembaca harus membayangkan dimensi ketiga tersirat . 'ita

akan mulai dengan memeriksa aliran melalui isotropik , media homogen dan

kemudian mencakup dampak nonhomogeneity dan anisotropi .

0aring aliran akan digunakan untuk mengilustrasikan berbagai pola aliranregional. 1ni adalah sarana untuk menggambarkan solusi untuk persamaan

2aplace , yang mana mengatur aliran . erbagai solusi akan me&akili kondisi

yang berbeda dari kondukti%itas hidrolik dan akuier geometri . 1ni tipe aliran

bersih dibangun dengan menggambar garis aliran pada bidang yang potensial .

bidang potensial solusi untuk model matematika dari sistem auier . 2aplae

persamaan&as diselesaikan baik anatially ( 5th *+5! , *+53 " atau numerially

(ree-e 6 7itherspoon *+55,*+5 " dengan kondisi batas yang berbeda . satu

mos kondisi batas kritis adalah bentuk tabel air atau permukaan potensiometri .

garis aliran tertarik untuk ilustrate beberapa jalur aliran mungkin.

7.2 Steady Regional Ground Water Flow in Unconfned Aquier! (aliran air

tanah regional yang stabil dalam akuier uncon$ned"

7.2.1 recharge and di!charge area!

)alam akuier terkekang, beberapa karakteristik yang umum terjadi untuk

sebagian besar &ilayah resapan, dan sebagian besar &ilayah debit memiliki

beberapa penyebut yang umum. )aerah resapan biasanya di tempattempat

tinggi topogra$, &ilayah debit terletak di posisi terendah topogra$. )i daerah

resapan, sering ada -ona unsaturrated agak mendalam antara permukaan air

dan permukaan tanah. Sebaliknya, tabel air ditemukan baik dekat atau dipermukaan tanah di daerah discharge.


2/28

/aris aliran pada jaring aliran cenderung menyimpang dari daerah resapan dan

berkumpul menuju daerah pembuangan. 'on%ergensi ini tidak akan terjadi jika

-ona discharge besar, seperti garis pantai. Map kontur dari &ater table sering

digunakan untuk air tanah bagian recharge dan discharge.

)i dalam lapangan, %egetasi dan air permukaan bisa beberapa kali ke dischargearea. Mungkin ada beberapa maniestasi $sik dari pemakaian air tanah, yang

dapat mengambil bentuk dari pegas, atau resapan. 'ehadiran dari %egatasi

umumnya berupa tanah basah mungkin dapat di indikasikan dari discharge area.

)alam &ilayah yang kering, air tanah mungkin akan habis oleh e%aporasi atau

transpirasi. )alam beberapa kasus, co%er dari %egetasi lebih tebal atau sebuah

deposit garam mungkin di indikasikan sebagai discharge area.

7.2.2 GR"U#$ WAT%R F&"W 'ATT%R#S I# (")"G%#%"US A*UIF%R

+'"&A ARUS A&IRA# TA#A( $A&A) A,UIF%R (")"G%#-

Model deskripsi dari arus aliran air tanah dalam akuier tak terkekang pertamakali di publikasikan oleh M. '. 9ubbert dalam berjudul :he heory o /round

7ater Motion; (9ubbert *+4


3/28

/ambar .! menunjukkan beberapa pie-ometer menunjukkan ukuran komparatipada aliran bersih di /ambar .*. 9ead %alues memiliki juga memberikan garis

euipotential di /ambar .!.

=ie-ometer #, > dan ? berakhiran pada < m garis euipotential. 7ater le%el di

setiap pie-ometer akan naik sampai ele%ation yang sama, yang mana me&akili

sebuah head dari < m diatas sebuah data. =embentukan bah&a panjang dari

&ater couloumn di setiap pie-ometer adalah berbeda, karena < m garis

euipotential berada pada sebuah kedalaman yang berbeda di setiap lokasi.

=ie-ometer A dan pada pokoknya berada di lokasi yang sama, dengan A lebih

kedalam dibandingkan . =ie-ometer memiliki head sekitar 3


4/28

mengindikasikan bah&a lembah berada di discharge -one. )emikian juga,

pie-ometer ) dan > berada di lokasi yang sama, dengan ) berada di dangkal

dan > paling dalam. 9ead di pie-ometer ) adalah adalah , &ater coloumn di pie-ometer ) lebih pendek. ?aktor terpenting adalah

ele%asi dari &ater lebel di pie-ometer, tidak panjang dari &ater coloumn.

/ambar .* adalah model konsep pada intuitisi matematik 9ubbert. Mayor

selanjutnya adalah kemajuan tentang pengertian dari sistem aliran regional

datang pada *+5!, ketika 0. oth menemukan solusi analitik ke persamaan

2aplace. Untuk kasus, dimana &ater table memiliki lereng yang linear, dengan

solusi (oth *+5!" @


5/28

/ambar .3 adalah gambaran gra$k dari solusi oth untuk kasus dimana disana

ada lereng linear ke &ater table dan ukuran dari air tanah di lembah sungai

adalah setengah dari panjang aliran. )asar dari sistem aliran adalah

impermeable boundary, jadi aliran tidak bisa memotong itu. Sisi dari sistem juga

bukan aliran boundaries karena pertimbangan hidrodinamik. Solusi untuk

persamaan .* memberikan distribusi dari hydraulic head. erdasarkan dari

sistribusi, garis aluran ditarik pada sudut kanan, dimulai dari akuier diasumsikan

ke isotropik dan homogen.

)i cekungan air tanah yang di&akili oleh /ambar .3, air tanah mengalami

discharge terutama oleh e%aporasi pada lereng cekungan yang diba&ah. Sistem

ini tidak menunjukan garis aliran ke kon%ergenan seperti di /ambar .* karena

disana tidak ada tempat dimana air tanah untuk dipusatkan. Segala bagian

diatas dari cekungan air tanah adalah ground&ater recharge basin, dan segala

bagian diba&ah adalah ground&ater recharge area. )i recharge area sudut

antara&ater table dan garis arus adalah obliue dan titik hulu. )i tengah, atautitik engsel, garis arus paralel menuju &ater table. )i dalam recharge area, garis

arus adalah obliue lagi dengan &ater table tapi itu adalah titik hilir.

Untuk memecahkan persamaan dari 2aplace oleh cara analitik, kondisi boundary

harus berspekulasi. =ada tahun *+53, oth mempublikasikan solusi lain untuk

persamaan 2aplace, &aktu ini untuk yang bergelombang &ater table, yang mana

dijelaskan oleh ungsi gelombang sinus. 9asil dari analisis ini yaitu hydrogeologis

dengan pengetahuan yang baik menuju sistem aliran air tanah (oth *+53".

0ika topogra$ permukaan digambarkan relie lokal secara baik, sebuah rangkaian

dari local ground system to system dapat membentuk daerah lembah, karenarelie topogra$ menyebabkan gelombang dari &ater table. Sebuah sistem aliran

air tanah telah memiliki recharge area pada sebuah tempat perbukitan tinggi

dan itu discharge area pada perbatasan topogra$ yang rendah.


6/28

/ambar .4 menunjukkan sebuah aliran dari pengeringan cekungan air tanah

dengan rangkain dari sistem aliran lokal. 'edalaman cekungan adalah satu

duapuluh dari cekungan yang panjang dari air tanah regional terbagi ke bagian

terba&ah dari cekungan.

0ika kedalaman cekungan ke rasio lebar naik, sistem aliran lain mungkin juga

menguat. 1ntermediate o& systems memiliki sedikit dikitnya satu sistem aliran

lokal antara recharge dan discharge area. Sistem aliran regional memiliki

recharge area di cabang cekungan dan discharge area pada bagian ba&ah

lembah (/ambar .4 ". ergantung pada topogra$ cekungan kering dan bentukgeometri cekungan, sistem aliran mungkin memiliki regionalBlokalB lokal dan

menengahB atau lokal, menengah dan komponen regional.

)i tambahan untuk pengaruh dari kedalaman cekungan keringCrasio panjang, itu

mungkin menunjukkan bah&a terungkap relie dari gelombang &ater table, lebih

dalam diperpanjang dari sistem aliran lokal (oth *+53".


7/28

=ada beberapa cekungan, keduanya lokal dan sistem aliran regional mungkin

ada, saat di cekungan lain dengan sebuah kedalaman serupaCrasio panjang tapi

dengan terungkap lebih relie &ater table, hanya sistem lokal yang menjadi

dalam. 1ni diilustrasikan pada /ambar .A, yang mana sistem lokal dan

menengah, di /ambar ., dimana relie bergelombang lebih dari &ater table

memiliki hasil di ormasi yang ekslusi dari sistem aliran lokal.

Satu ciriciri dari sistem aliran kompleks adalah kehadiran dari titik stagnasi di

aliran lapang (oth *+53". )alam titik stagnasi, magnitudo dari %ektor di aliran

lapang adalah sama tapi sebaliknya di arah dan dibatalkan satu sama lain. Dilai

dari potensi hidraulik tinggi pada titik stagnasi daripada pada setiap bagian di

daerah itu sendiri. /aris edar aliran air tanah berbeda dibandingkan dengan titik

stagnasi, yang mana ditemukan di titik &aktu dari lokal dan bagian sistem aliran.


8/28

/ambar .5 mengilustrasikan lapangan potensial dan garis edar aliran di sebuah

titik stagnasi. itik stagnasi bisa ada di materialmaterial yang seutuhnya

isotropik dan homogen.

0ika bagian sistem aliran berkembang, garis edar aliran dibandingkan denganpanjang itu dari sistem aliran lokal (oth *+53". )i akuier tenang yang dapat

larut di material batuan, derajat dari mineralisasi adalah ungsi kedua dari a&al

kimia tentang air dan &aktu yang panjang yang berhubungan dengan akuier

(lack6 9ansha& *+


9/28

tanahBbagaimanapun, air tanah pada sistem ini lebih akti di siklus hidrologi

dibanding bagian sistem aliran air tanah (oth *+53". )ebit mata air dari sistem

aliran lokal terkait lekat ke resapan resipitasi dan menunjukkan lebar uktuasi

(Sart-, #urti- 6 olsted *+" serta besar disparitas di kualitas air (Eyan 6

Meiman *++5". Sistem aliran menengah kebanyakan memiliki jatuhan diantara

lokal itu dan bagian sistem aliran.

0ika sebuah sistem aliran memiliki area yang diperpanjang dengan &ater table

yang datar, nilai potensial sama pada seluruh bagian di lapangan. 7alaupun

lokal dan bagian sistem aliran dapat berkembang, air tanah tetap menggenang.

>%aporasi satusatunya metoda dari debit air tanah. )iba&ah air tanah

kondisinya cukup untuk mineralisasi yang tinggi disebabkan &aktu kontak yang

panjang dengan batuan akuier dan konsentrasi dari garam yang terlarut oleh

e%aporasi.

7.2. %/ect o 0uried &en!e! +engaruh dari len!a yang ter!e3unyi-

oth (*+5!" juga menunjukkan kenapa pie-ometer kadangkadang hasil di le%el

air rupanya ganjil dengan untuk diharapkan bagian aliran pola. 'umpulan

pie-ometer pada kedalaman yang bermacammacam mungkin menunjukan nilai

ele%asi air menuju &ater table untuk sebuah tempat yang dangkal, sebuah

ele%asi air yang rendah untuk sebuah pie-ometer dari kedalaman menengah,

dan kemudian nilai ele%asi air menuju ele%asi &ater table untuk bagian yang

dalam.

7.2.4 #onhoogenou! and Ani!otroic Aquier! + A5uier nonhoogen

dan Ani!otroi5-

Solusi analaitik untuk persamaan 2aplace terbatas di homogen, akuier isotropik

dengan penjelasan boundary dan kondisi pembatas. 'ebanyakan akuier alami

adalah anisotropik dan homogen. Model oth dengan lereng linear ke &ater

table, bagian discharge tercerai setengah ke cekungan air tanah.


10/28

=ada /ambar .8 A menunjukkan distribusi potensial dan garis aliran untuk

cekungan air tanah dengan konsentrasi discharge untuk anisotropik dan akuierhomogen

=ada /ambar .8 menunjukkan distribusi potensial di akuier yang mana

kondukti%itas hori-ontal *< kali lebih besar %ertikal. )i akuier anisotropik, garis

aliran tidak menyilang

/ambar .+ A menunjukkan distribusi potensial di sebuah akuier yang dilapisi

ketika unit yang diba&ah memiliki kondukti%itas *< kali dari bagian atas. Aliran

di unit ba&ah hori-ontal, yang mana unit di atas adalah komponen aliran %ertikal

di recharge dan recharge area. Sebagai perbedaan antara atas dan ba&ah naik,

komponen dari aliran %ertikal di unit atas naik seperti aliran di ba&ah terangkat.

/ambar .+ mengilustrasikan jika dilapisi lapisan kondukti$tas tinggi sebuah

unit dari kondukti%itas ba&ah yang substansi, lapangan potensial similai ke

akuier isotropik. anyak dari aliran terangkat ke atas, lebih banyak lapisan

kondukti.


11/28

/ambar .*< A menunjukkan akuier con$ned mungkin cenderung miring atau

datar. 0ika hasil akuier keluar dekat dengan topogra$ tinggi, subtansi recharge

mengambil tempat di area singkapan.

/ambar .*< akuier con$ned di /ambar ini tidak memiliki area singkapan.

Akuier diisi oleh aliran yang menurun melalui batasan lapisan.

7. Tran!ient Flow in Regional Groun6Water Sy!te! +Aliran Tran!ien di

Regional Air Tanah-

Sistem ini sudah berada di keadaan kesetimbangan yang dinamis. 0ika sebuahlapangan yang tidak stabil di cekungan air tanah, dengan penarikan dari

kenaikan air discharge dari sistem, menganggu kesetimbangan.

)i dalam sebuah kasus dari akuier uncon$ned, &ater table di sekitar lapangan

akan menuju keba&ah. =erbedaan anatara discharge dan recharge adalah dari

drainase gra%itasi di penyimpanan air tanah di akuier. 'erucut dari bagian yang

dangkal disekitar lapangan akan dengan lambat memperluas sampai cukup

untuk mempengaruhi sistem aliran untuk membuat kesetimbangan yang baru.

1ni akan terjadi ketika area kerucut dari bagian yang dangkal sudah cukup besar

untuk cukup menangkap akuier recharge yang menyuplai discharge. 1ni akan

mengurangi discharge secara natural dimanapun, dan sebuah kondisi baru dari

kesetimbangan dinamis akan terjangkau.

0ikacakuier yang bocor, kita akan mempompa untuk mengurangi head didekat

sumursumur. Sebagai hasil, permukaan potensiometri akan turun.

)i akuier con$ned, kerucut yang dangkal akan bertumbuh sampai menjangkau

bagian recharge akuier, atau bagian discharge, atau keduanya. 9asilnya akan

berubah di lapangan potensial akan menstimulasi kenaikan recharge, atau

penurunan discharge secara alami, atau keduanya.


12/28

0ika ini cukup untuk menyeimbangkan antara discharge dan recharge, akuier

akan menjadi setimbang dinamis lagi. 0ika tidak, le%el air akan terus turun.

7.4 #oncyclical Ground Water +Air Tanah yang 3erhu3ungan dengan

a!a utaran-

Ada jumlah pasti dari air tanah bah&a tidak meliputi siklus hidrologi saja. 'etika

sedimen tersimpan, air diberi oleh poripori. Fang sama mungkin menjadi benar

hanya batuan %ulkanik diba&ah laut. 'emudian peristi&a geologi mungkin

membakar sedimen atau batu lalu dimasuki oleh poripori air. Air terbakar

dengan batuan disebut o!!il waterair ossil (7hite *+a". 'etertarikan air

bah&a tidak terbakar dengan batuan tetapi telah terjadi kontak dengan

atsmoser untuk suatu bagian dari periode geologi yang cukup besar yang di

namakan connate waterCair seasal (7hite *+a".

)agatic aga berasosiasi dengan magma. 1tu mungkin bagian dari

u8enile water, yang sebelumnya tidak pernah bersikulasi di siklushidrologi(7hite *+b"B bagaimanapun, kebanyakan agatic water berasal

dari daur ulang seasal dari o!!il water. Magmatic &ater bisa masuk kembali ke

siklus hidrologi ketika erupsi %ulkanik dari mata air yang panas.

7.9 Sring! +)ata Air-

Mata air memiliki lubang di pola penyelesaian di berbagai tanah, yang mana

mereka menyuplai air di daerah itu. Mata air mungkin memiliki sebuah debit

yang konstan atau mungkin tidak memiliki debit yang tetap. opogra$ yang

rendah memiliki mekanisme untuk pembentukan mata air.


13/28

)epression spring terbentuk ketika &ater table menuju permukaan (ryan *+*+".

=erubahan di topogra$ membentuk gelombang yang mirip dalam kon$gurasi

&ater table. Sistem aliran lokal lalu terbentuk, dengan ormasi mata air di dalam

-ona discharge (/ambar .** A"

/ambar .** menunjukkan kontak litologi hampir bertanda oleh garis dari

mata air, yang mana pusatnya berada di &ater table atau dalam bertengger di

&ater table. =erbedaan di kondukti$tas hidraulik menjadi cukup baik untuk

menghalangi transmisi dari air yang bergerak ke ba&ah hori-on.

/ambar .** # menunjukkan mata air yang terhalangi oleh sesar yang

menyebabkan debit air di setiap area berbeda

/ambar . ** ) menunjukkan bah&a mata air berada di lobang besar di tanah

yang berhubungan dengan lubanglubang yang ada di permukaan.

/ambar .** > dan /ambar .** ? menunjukkan mata air yang diba&ah ada

berbagai lipatan. Air bergerak menuju batuan terutama ke retakan dan mata air

bisa berasal dari rekahan di permukaan pada ele%asi yang rendah.


14/28

7.: Geology o Regional Flow Sy!te! +


15/28


16/28


17/28


18/28


19/28


20/28


21/28


22/28


23/28

7.7 Interaction! o Ground Water and &a5e! or Wetland! and Strea!

+Intera5!i dari Air Tanah dan $anau atau Tanah Su3ur dan Sungai -

Satu hal yang penting dari hidrologi tentang danau atau tanah subur adalah

interaksinya dengan air tanah. 1nteraksi ini memainkan perputaran penting di

neraca air untuk danau dan tanah subur (7inter *+B Siegel *+88a, *+88b".)anau mungkin diklasi$kasikan secara hidrogeology pada basis dominasi dari


24/28

neraca hidrologi tahunan oleh air permukaan atau air tanah. )ominasi air

permukaan di danau bertipikal sungai yang memiliki ino& dan outo&,

sedangkan rembesan air danau mendominasi semuanya (orn,

Smith6Stephenson, *++".

/ambar .3! menunjukkan beberapa kememungkinkan keterhubungan antara

air tanah, air permukaan, dan danau atau tanahsubur. Semua danat atau tanah


25/28

subur menerima presipitasi langsung dan kehilangan air dikarenakan e%aporasi.

=ada beberapa kasus, keduanya akan mendominasi keseimbangan air.

/ambar .3! A menunjukkan air rembesan danau. )isini ada dominasi dari air

tanah, yang diberi oleh air tanah ino& di satu sisi dan dialirkan oleh air tanah

outo& disisi yang lain.

)anau di gambar .3! menunjukkan hanya air tanah yang mendominasi, diberi

oleh air tanah dan dan dialirkan oleh aliran sungai. eberapa danau munkin

dikontrol oleh air tanah maupun air permukaan.

)anau di gambar .3! # menunjukkan diberi oleh aliran sungan dan ino& airtanah atau keduanya. agaimanapun, jumlah dari aliran sungai itu cukup sedikit

bah&a itu bisa dialirkan masuk oleh air permukaan outo&.

)anau di gambar .3! ) di dominasi oleh air permukaan, diberi oleh sungan dan

hanya dialiri oleh sungai. Air tanah ino& dan outo& sangat minimal.

)anau di gambar .3! > mereresentasikan pembentukan sebuah kolam air

dibelakang bendungan.

Stasiun danau yang ditujukkan di gambar .3! ?. 1tu dialiri oleh sungai dan ino&

air tanah disemua sisi. Air diberhentikan hanya oleh e%aporasi, yang manadidominasi keseimbangan air.


26/28

/ambar .33 menunjukkan &ater table dan dua danau. Area ditengah danauadalah area recharge, dengan ele%asi tertinggi danau menerima air dari sistem

aliran lokalB danau terendah diberi oleh lokal dan sistem aliran regional.

)i mata air yang muda, &ater table itu tinggi, dan kebanyakan danau seperti itu

di gambar .33 A. agaimanapun, sebagai &ater table menebang selama musim

kering, air tanah dibagi beberapa danau. )anau itu menjadi danau aliran,

dengan air tanah mengalir di satu sisi dan di luar sisi lain. )anau tertinggi di

gambar .33 mengilustrasikan kondisi ini.

'ondisi aliran tertutup untuk tiap danau yang berkomplikasi oleh semacam

pohon di sekitar danau. =ohon itu phreatophytes G tumbuhan yang

menggunakan air dalam jumlah yang banyak. Selama musim bertumbuh, &ater

table mungkin layu ke le%el di ba&ah danau di pinggir phreatophytes (/ambar

.33 #"


27/28

/ambar .34 menunjukkan garis silang dari rembesan danau, denga &ater table

yang lebih tinggi dibanding permukaan danau. )istribusi potensial didasarkan

pada ! dimensi keadaan model numerikal yang tetap (7inter *+5". )isana ada-ona stagnasi danau, diindikasikan ada yang lokal dan ada aliran air tanah

regional.


28/28

anpa -ona stagnasi, danau akan kehilangan air sampai habis. )atar dengan

kehadiran &ater table gundukan lereng.

/ambar .35 menunjukkan pola aliran yang rumit sekali dapat membentuk

sistem kelipatan danau. )engan beberapa danau memiliki ino& sampai ke

ba&ah dan beberapa outseepage.

/ambar .3 tentang sistem satu danau dalam gambar ini ditujukkan dipandangan atas dan garis silang.

Regional Ground Water Flow (2)

Documents

Transcript of Regional Ground Water Flow (2)