5 Teori Aliran Air Tanah1
ALIRAN AIR TANAH
Ir. Mohammad Sholichin MT., Ph.D
Website. www.water.lecture.ub.ac.id
email : sholichin67@gmail.com
SIKLUS HIDROLOGI AIR TANAH
Daur Terbuka
Aliran air tanah bisa merupakan satu atau lebih
dari sub-sistem dan tidak lagi tertutup, karena
sistem tertutup itu dipotong pada suatu bagian
tertentu dari seluruh sistem aliran.
Transportasi aliran di luar bagian aliran air tanah
merupakan masukan dan keluaran dari sub sistem
aliran air tanah tersebut.
Demikian pula aliran air permukaan dapat
merupakan satu atau lebih dari subsistem dan
tidak lagi tertutup, karena sistem tertutup itu
dipotong pada suatu bagian tertentu dari
seluruLuh sistem aliran
Tipe hujan menurut Mason (1975) ada
beberapa jenis hujan, antara lain:
1. Hujan konvektif
Merupakan tipe hujan untuk daerah
tropis, yang disebabkan oleh naiknya
udara yang lebih padat dan dingin.
Hujan konvektif sangat berubah-ubah
dan intensitasuya dapat bervariasi dari
hujan yang ringan sarnpai hujan yang
deras. (Mason' 1975)
2.Hujan Orografk
Merupakan hujan yang dihasilkan dari
penggangkatan mekanis di atas rintang
rintang pegunungan, misalnya hujan di
bagian Barat P. Sumatra atau Selatan P.
Jawa. (Mason' 1975)
3. Hujan siklonik
Merupakan hujan yang dihasilkan dari
pergerakan massa udara dari daerah
bertekanan tinggi, ke daerah bertekanan
rendah. Perbedaan tekanan ini disebabkan
oleh pemanasan yang tidak sama dari
permukaan bumi.
Hujan siklonik dapat frontal maupun non
frontal. Hujan frontal dihasilkan dari
pengangkatan udara panas ke as udara
dingin, pada lajur pertemuan antara massa
udara
yang
mempunyai
karakteristik
berbeda.
Menurut Mason (1975), bentuk-bentuk
presipitasi antara lain:
1. Gerimis
Ialah tetes cair air yang tipis dengan diameter < 0,5 mm,
intensitas <
I mm/jarn.
2. Hujan
Tetes cair air dengan diameter > 0,5 mm. Curah hujan
umumnya
disebut dalam 3 intensitas yaitu :
Ringan : intensitas sampai 2,5 mrn/jarn;
Sedang : intensitas 2,8-7,6 mn/jam;
Berat : intensitas lebih dari 7,6 mm/jam;
3. Hujan yang bercampur es dan salju (sieel) merupakan butir
bola-bola es bundar tembus cahaya, yang berasal dari
pembekuan tetes air hujan yang jatuh rnelalui suatu lapis udara,
dengan suhu di bawah titik beku, di dekat pennukaan bumi.
3. Salju
Campuran kristal-kristal es yang sebagian
besar dalam bentuk konpleks, berbentuk
heksagonal
bercabang,
dan
sering
bergumpal dalam kumpulan salju, yang
diameternya dapat tnencapai beberapa
inci.
4.Hujan Es
Merupakan hujan dalam bentuk batubatu es, yang dihasilkan dalam awanawan konvektif (culumo nimbus).
Media Pengisian Air Tanah
Air hujan yang jatuh ke tanah akan terserap
oleh tanah, yang kemudian akan mengisi
sistem akuifer menjadi air tanah.
Dalam
proses
pengisian
air
tanah
memerlukan media yang tebagi menjadi
dua media, yaitu media pori yang
merupakan media primer dan media
sekunder yang sering disebut dengan media
rekahan.
Media Pori (Potous Medio)
Media pori merupakan media pengisian air tanah, di
mana air meresap melalui ruang antar butir tanah.
Besar kecilnya pengisian air tanah melalui media pori
dipengaruhi oleh karakteristik tanah/batuan yang
meliputi porosity, ukuran butir dan keterhantaran
hidraulik.
Karakteristik
tanah/batuan
tersebut
akan
mempengaruhi besar kecilnya tambatan jenis (specifc
retention) yakni kapasitas lapang yang dinyatakan
sebagai presentase volume dan serahan jenis (specifc
yield) yakni bandingan volume airtanah yang dapat
diperoleh dari suatu tanah/batuan akibat gaya berat
terhadap volume tanah/batuan itu sendiri.
Beberapa
hal
yang
penting
tentang
tanah/batuan yang terkait dengan pengisian
air tanah antara lain, klasifkasi tanah/batuan,
kerapatan relatif, ukuran butiran, dan koef
lengkungan (ASCE, 1987).
l. Klasifkasi tanah
Klasifkasi tanah/batuan tergantung pada
persentase jumlah kerikil ,pasir, lanau, dan
lempung. Secara sederhana berdasarkan
ukuran diameter butirnya tanah/batuan
diklasifkasikan sebagai berikut (Canadian
Foundation Eng, Manual 3nd edition, 1989).
Klasifkasi tanah/batuan
No Jenis Tanah/batuan
Ukuran
1
Lempung
< 0.002 mm
2
Lanau
a. Halus
b. Sedang
c. Kasar
0.002 – 0.060 mm
0.002 – 0.006 mm
0.006 – 0.020 mm
0.02 – 0.060 mm
3
Pasir
a. Halus
b. Sedang
c. Kasar
0.06 – 2.000 mm
0.06 – 0.20 mm
0.20 – 0.60 mm
0.60 – 2.000 mm
4
Kerikil
a. Halus
b. Sedang
c. Kasar
2.000 – 60 mm
2.000 – 6.000 mm
6.00 – 20 mm
20 – 60 mm
5
Berangkal
60 – 200 mm
6
Bongkah
> 200 mm
Kerapatan Relatif Retative Density
(Dr)
Kerapatan relatif adalah kerapatan butir tanah/batuan
relatif terhadap kepadatan maksimurn dan minirnum
hasil tes laboratorium (Linderburg, 1999). Kerapatan
relatif
menunjukkan
derajat
kerapatan
dari
tanah/batuan berbutir kasar (kerikil dan pasir) dan
didefnisikan sebagai
Dimana :
e = angka pori dari contolr tanah/batuan yang bersangkutan
emax = angka pori terbesar yang bisa dicapai di
laboratorium dengan tanah/batuan tsb.
emin =angka pori terkecil yang bisa dicapai di
laboratorium dengan tanah/batuan tsb.
Istilah kerapatan ada tiga (Wesley, 1973):
Lepas (loose)
Dr = 0
– 0,33
Sedang (medium)
Dr = 0,33 - 0,67
Padat (dense )
Dr= 0,67 - 1,0
Ukuran Butir Efektif (Efective Grain Size)
d10
Menunjukkan ukuran butir di mana l0 %
dari berat material yang ada lebih kecil
daripada ukuran butir tersebut. Ukuran
butir ini biasanya dipakai sebagai standar
untuk kepentingan yang terkait dengan
mekanika tanah/batuan dan aliran air
Rata-rata Ukuran Butir
Menunjukkan ukuran butir di mana 50 %o dari
berat material yang ada lebih kecil daripada
ukuran butir tersebut.
KoefsienKeseragaman
Suatu angka yang menunjukkan keseragaman
suatu material tanah/batuan dilihat dari ukuran
butirnya di mana hal ini dapat diformulasikan
sebagai Cu (Hazen uniformity coefcient)
Koefsien
Gradasi
(Coffient
of
Gradation)
Koefsien gradasi disebut juga koefsien
kelengkungan (Linderburg, 1999). Koefsien
gradasi (Cc) menggunakan diameter 30 %
dan 60 % dari besar butir sebagai D30 dan
D60.
C
Media Rekahan (Fracture Media)
Media rekahan merupakan salah satu media
dalam pengisian air tanah selain media pori.
Media rekahan biasanya disebabkan oleh
peristiwa-peristiwa
alam,
seperti
proses
pendinginan
(cooling),
lipatan
(folding),
patahan (faulting), perubahan cuaca, ataupun
karena reaksi kimia (ASCE, 1987).
Rekahan (fractures), sebagian besar terjadi
pada daerah dekat permukaan tanah. Selain
peristiwa-peristiwa di atas, akar-akar tanaman
yang besar, perilaku hewan, seperti tikus,
serangga juga dapat mempercepat adanya
bukaan sekunder pada batuan dan tanah
(ASCE, 1987).
Kesarangan (Porosity)
Kesarangan didefnisikan sebagai
perbandingan isi ruang antar butir dibagi
total isi suatu material tanah/batuan
(Linderburg, 1999).
Rasio rongga (void ratio, e) dapat
didefnisikan sebagai perbandingan isi
ruang antar butir tanaf/batuan (vv)
terhadap isi butir tanah/batuan (vs)
(Linderburg, 1999).
Besarnya kesarangan (porosity) untuk jenis
tanah/batuan
di nbawah ini:
Material
Nilai
kerikil
kesarangan n berkisar antara25 - 40 %
pasir
kesarangan n berkisar antata 25 - 50 %
lanau
kesarangan n berkisar antara 35 – 50 %
lempung
kesarangan n berkisar antara 40 - 75 %
Tambatan Jenis (Spefiff Retention)
Tambatan
jenis
merupakan
kapasitas
lapang/jenuh batuan untuk menahan air
setelah drainase, di mana volume air tertahan
merupakan persentase dari total volume
batuan. Jumlah air yang akan dibuang dari
batuan tergantung pada durasi drainase, suhu,
kandungan kimia, sifat fsik batuan (Karanth,
1987).
Menurut Meinzer (1923) dalam Fetter (1994),
tanbatan jenis suatu batuan atau tanah adalah
perbandingan
antara
volume
air
yang
terkandung dalam batuan yang dapat mengalir
secara gravitasi degan volume total batuan.
100 � �
�=
�
dimana:
S = tambatan jenis, dalam persen
V.= volume air yang terkandung karena gravitasi
V = volume total batuan
Selain cara di atas, dapat juga dilakukan dengan
menggunakan alat centrifuge. Sampel jenuh air dan
subyek diputar selama satujam dengan putaran ratarata mencapai 1000 kali dari gaya gravitasi.
Presentasi volume merupakan hasil perkalian antara
kandungan sisa, kandungan yang ada di alat
centrifuge (moisture equivalent), berat kering
material dan dibagi oleh berat air yang terkandung,
dapat dirumuskan sebagai berikut (Karanth, 1987)
��
�=�� ��
��
dimana:
S = tambatan jenis, dalam persen volume
Me = moisture equivalent, dalam persen berat
Nr = bandingan Sr/Me,
Pd = kerapatan materil kering
Pw = kerapan air
Serahan jenis (Spefiff Yield)
Parameter kesimpanan jenis (specifc storativity)
digunakan untuk akuifer yang dibatasi oleh dua
lapisan kedap air seperti yang terjadi pada
akuifer tertekan.
Pada kondisi di mana lapisan kedap airnya hanya
satu yaitu pada akuifer taktertekan dikenal
dengan sebutan serahan jenis, ialah isi air yarg
keluar dari tampungan atau yang diperoleh oleh
satuan luas dari akuifer akibat satu unit
penurunan dari muka air (Kodoatic, I996)
Ir. Mohammad Sholichin MT., Ph.D
Website. www.water.lecture.ub.ac.id
email : sholichin67@gmail.com
SIKLUS HIDROLOGI AIR TANAH
Daur Terbuka
Aliran air tanah bisa merupakan satu atau lebih
dari sub-sistem dan tidak lagi tertutup, karena
sistem tertutup itu dipotong pada suatu bagian
tertentu dari seluruh sistem aliran.
Transportasi aliran di luar bagian aliran air tanah
merupakan masukan dan keluaran dari sub sistem
aliran air tanah tersebut.
Demikian pula aliran air permukaan dapat
merupakan satu atau lebih dari subsistem dan
tidak lagi tertutup, karena sistem tertutup itu
dipotong pada suatu bagian tertentu dari
seluruLuh sistem aliran
Tipe hujan menurut Mason (1975) ada
beberapa jenis hujan, antara lain:
1. Hujan konvektif
Merupakan tipe hujan untuk daerah
tropis, yang disebabkan oleh naiknya
udara yang lebih padat dan dingin.
Hujan konvektif sangat berubah-ubah
dan intensitasuya dapat bervariasi dari
hujan yang ringan sarnpai hujan yang
deras. (Mason' 1975)
2.Hujan Orografk
Merupakan hujan yang dihasilkan dari
penggangkatan mekanis di atas rintang
rintang pegunungan, misalnya hujan di
bagian Barat P. Sumatra atau Selatan P.
Jawa. (Mason' 1975)
3. Hujan siklonik
Merupakan hujan yang dihasilkan dari
pergerakan massa udara dari daerah
bertekanan tinggi, ke daerah bertekanan
rendah. Perbedaan tekanan ini disebabkan
oleh pemanasan yang tidak sama dari
permukaan bumi.
Hujan siklonik dapat frontal maupun non
frontal. Hujan frontal dihasilkan dari
pengangkatan udara panas ke as udara
dingin, pada lajur pertemuan antara massa
udara
yang
mempunyai
karakteristik
berbeda.
Menurut Mason (1975), bentuk-bentuk
presipitasi antara lain:
1. Gerimis
Ialah tetes cair air yang tipis dengan diameter < 0,5 mm,
intensitas <
I mm/jarn.
2. Hujan
Tetes cair air dengan diameter > 0,5 mm. Curah hujan
umumnya
disebut dalam 3 intensitas yaitu :
Ringan : intensitas sampai 2,5 mrn/jarn;
Sedang : intensitas 2,8-7,6 mn/jam;
Berat : intensitas lebih dari 7,6 mm/jam;
3. Hujan yang bercampur es dan salju (sieel) merupakan butir
bola-bola es bundar tembus cahaya, yang berasal dari
pembekuan tetes air hujan yang jatuh rnelalui suatu lapis udara,
dengan suhu di bawah titik beku, di dekat pennukaan bumi.
3. Salju
Campuran kristal-kristal es yang sebagian
besar dalam bentuk konpleks, berbentuk
heksagonal
bercabang,
dan
sering
bergumpal dalam kumpulan salju, yang
diameternya dapat tnencapai beberapa
inci.
4.Hujan Es
Merupakan hujan dalam bentuk batubatu es, yang dihasilkan dalam awanawan konvektif (culumo nimbus).
Media Pengisian Air Tanah
Air hujan yang jatuh ke tanah akan terserap
oleh tanah, yang kemudian akan mengisi
sistem akuifer menjadi air tanah.
Dalam
proses
pengisian
air
tanah
memerlukan media yang tebagi menjadi
dua media, yaitu media pori yang
merupakan media primer dan media
sekunder yang sering disebut dengan media
rekahan.
Media Pori (Potous Medio)
Media pori merupakan media pengisian air tanah, di
mana air meresap melalui ruang antar butir tanah.
Besar kecilnya pengisian air tanah melalui media pori
dipengaruhi oleh karakteristik tanah/batuan yang
meliputi porosity, ukuran butir dan keterhantaran
hidraulik.
Karakteristik
tanah/batuan
tersebut
akan
mempengaruhi besar kecilnya tambatan jenis (specifc
retention) yakni kapasitas lapang yang dinyatakan
sebagai presentase volume dan serahan jenis (specifc
yield) yakni bandingan volume airtanah yang dapat
diperoleh dari suatu tanah/batuan akibat gaya berat
terhadap volume tanah/batuan itu sendiri.
Beberapa
hal
yang
penting
tentang
tanah/batuan yang terkait dengan pengisian
air tanah antara lain, klasifkasi tanah/batuan,
kerapatan relatif, ukuran butiran, dan koef
lengkungan (ASCE, 1987).
l. Klasifkasi tanah
Klasifkasi tanah/batuan tergantung pada
persentase jumlah kerikil ,pasir, lanau, dan
lempung. Secara sederhana berdasarkan
ukuran diameter butirnya tanah/batuan
diklasifkasikan sebagai berikut (Canadian
Foundation Eng, Manual 3nd edition, 1989).
Klasifkasi tanah/batuan
No Jenis Tanah/batuan
Ukuran
1
Lempung
< 0.002 mm
2
Lanau
a. Halus
b. Sedang
c. Kasar
0.002 – 0.060 mm
0.002 – 0.006 mm
0.006 – 0.020 mm
0.02 – 0.060 mm
3
Pasir
a. Halus
b. Sedang
c. Kasar
0.06 – 2.000 mm
0.06 – 0.20 mm
0.20 – 0.60 mm
0.60 – 2.000 mm
4
Kerikil
a. Halus
b. Sedang
c. Kasar
2.000 – 60 mm
2.000 – 6.000 mm
6.00 – 20 mm
20 – 60 mm
5
Berangkal
60 – 200 mm
6
Bongkah
> 200 mm
Kerapatan Relatif Retative Density
(Dr)
Kerapatan relatif adalah kerapatan butir tanah/batuan
relatif terhadap kepadatan maksimurn dan minirnum
hasil tes laboratorium (Linderburg, 1999). Kerapatan
relatif
menunjukkan
derajat
kerapatan
dari
tanah/batuan berbutir kasar (kerikil dan pasir) dan
didefnisikan sebagai
Dimana :
e = angka pori dari contolr tanah/batuan yang bersangkutan
emax = angka pori terbesar yang bisa dicapai di
laboratorium dengan tanah/batuan tsb.
emin =angka pori terkecil yang bisa dicapai di
laboratorium dengan tanah/batuan tsb.
Istilah kerapatan ada tiga (Wesley, 1973):
Lepas (loose)
Dr = 0
– 0,33
Sedang (medium)
Dr = 0,33 - 0,67
Padat (dense )
Dr= 0,67 - 1,0
Ukuran Butir Efektif (Efective Grain Size)
d10
Menunjukkan ukuran butir di mana l0 %
dari berat material yang ada lebih kecil
daripada ukuran butir tersebut. Ukuran
butir ini biasanya dipakai sebagai standar
untuk kepentingan yang terkait dengan
mekanika tanah/batuan dan aliran air
Rata-rata Ukuran Butir
Menunjukkan ukuran butir di mana 50 %o dari
berat material yang ada lebih kecil daripada
ukuran butir tersebut.
KoefsienKeseragaman
Suatu angka yang menunjukkan keseragaman
suatu material tanah/batuan dilihat dari ukuran
butirnya di mana hal ini dapat diformulasikan
sebagai Cu (Hazen uniformity coefcient)
Koefsien
Gradasi
(Coffient
of
Gradation)
Koefsien gradasi disebut juga koefsien
kelengkungan (Linderburg, 1999). Koefsien
gradasi (Cc) menggunakan diameter 30 %
dan 60 % dari besar butir sebagai D30 dan
D60.
C
Media Rekahan (Fracture Media)
Media rekahan merupakan salah satu media
dalam pengisian air tanah selain media pori.
Media rekahan biasanya disebabkan oleh
peristiwa-peristiwa
alam,
seperti
proses
pendinginan
(cooling),
lipatan
(folding),
patahan (faulting), perubahan cuaca, ataupun
karena reaksi kimia (ASCE, 1987).
Rekahan (fractures), sebagian besar terjadi
pada daerah dekat permukaan tanah. Selain
peristiwa-peristiwa di atas, akar-akar tanaman
yang besar, perilaku hewan, seperti tikus,
serangga juga dapat mempercepat adanya
bukaan sekunder pada batuan dan tanah
(ASCE, 1987).
Kesarangan (Porosity)
Kesarangan didefnisikan sebagai
perbandingan isi ruang antar butir dibagi
total isi suatu material tanah/batuan
(Linderburg, 1999).
Rasio rongga (void ratio, e) dapat
didefnisikan sebagai perbandingan isi
ruang antar butir tanaf/batuan (vv)
terhadap isi butir tanah/batuan (vs)
(Linderburg, 1999).
Besarnya kesarangan (porosity) untuk jenis
tanah/batuan
di nbawah ini:
Material
Nilai
kerikil
kesarangan n berkisar antara25 - 40 %
pasir
kesarangan n berkisar antata 25 - 50 %
lanau
kesarangan n berkisar antara 35 – 50 %
lempung
kesarangan n berkisar antara 40 - 75 %
Tambatan Jenis (Spefiff Retention)
Tambatan
jenis
merupakan
kapasitas
lapang/jenuh batuan untuk menahan air
setelah drainase, di mana volume air tertahan
merupakan persentase dari total volume
batuan. Jumlah air yang akan dibuang dari
batuan tergantung pada durasi drainase, suhu,
kandungan kimia, sifat fsik batuan (Karanth,
1987).
Menurut Meinzer (1923) dalam Fetter (1994),
tanbatan jenis suatu batuan atau tanah adalah
perbandingan
antara
volume
air
yang
terkandung dalam batuan yang dapat mengalir
secara gravitasi degan volume total batuan.
100 � �
�=
�
dimana:
S = tambatan jenis, dalam persen
V.= volume air yang terkandung karena gravitasi
V = volume total batuan
Selain cara di atas, dapat juga dilakukan dengan
menggunakan alat centrifuge. Sampel jenuh air dan
subyek diputar selama satujam dengan putaran ratarata mencapai 1000 kali dari gaya gravitasi.
Presentasi volume merupakan hasil perkalian antara
kandungan sisa, kandungan yang ada di alat
centrifuge (moisture equivalent), berat kering
material dan dibagi oleh berat air yang terkandung,
dapat dirumuskan sebagai berikut (Karanth, 1987)
��
�=�� ��
��
dimana:
S = tambatan jenis, dalam persen volume
Me = moisture equivalent, dalam persen berat
Nr = bandingan Sr/Me,
Pd = kerapatan materil kering
Pw = kerapan air
Serahan jenis (Spefiff Yield)
Parameter kesimpanan jenis (specifc storativity)
digunakan untuk akuifer yang dibatasi oleh dua
lapisan kedap air seperti yang terjadi pada
akuifer tertekan.
Pada kondisi di mana lapisan kedap airnya hanya
satu yaitu pada akuifer taktertekan dikenal
dengan sebutan serahan jenis, ialah isi air yarg
keluar dari tampungan atau yang diperoleh oleh
satuan luas dari akuifer akibat satu unit
penurunan dari muka air (Kodoatic, I996)