hidrogeologi
Post on 02-Dec-2015
31 Views
Preview:
DESCRIPTION
TRANSCRIPT
Sistem Aliran Airtanah
SN - Hidrogeologi => TA - UNP 1
Energi Mekanik
• Energi kinetik : Ek = ½ mv2
• Energi potensial (gravitasi): W = F.z = (m.g).z
atau W = Eg = m.g.z
• Energi (oleh) tekanan air: P = F/A
Untuk satu unit volume fluida energi totalnya adalah jumlah
dari 3 komponen energi (kinetik, gravitasi, dan tekanan):
• Etv = ½ ρv2 + ρgz + P
• Etm = v2/2 + gz +P/ρ Pers Bernoulli !!!
• v2/2 + gz + P/ρ = konstan
• v2/2g + z + P/ρg = c
Aliran Airtanah : Prinsip Dasar
SN - Hidrogeologi => TA - UNP 2
Aliran Airtanah:
Mengikuti hukum kekekalan massa/ energi
Dipengaruhi gaya gravitasi
Mengalir dengan kecepatan laminer dan lambat
Berkebalikan dengan arah gradien hidraulik
Alirannya mengikuti kontur energi (head) dari tinggi ke yg lebih rendah SN - Hidrogeologi => TA - UNP 3
Dalam aliran airtanah komponen kevecatan aliran bisa
diabaikan karena sangat kecil dibandingkan terhadap 2
komponen lainnya, sehingga:
v2/2g + z + P/ρg = c z + P/ρg = c
atau hidraulik head (h) = z + P/ρg
Pada gambar 5.2: P = ρ.g.hp sehingga:
h = z + hp
SN - Hidrogeologi => TA - UNP 4
SN - Hidrogeologi => TA - UNP 5
Aliran Airtanah
h = P/ + gz + V2/2
Total Energi/ Head
Pressure Head
Elevation Head
Velocity Head
Airtanah mengalir jika ada beda h
relatif sangat kecil:
diabaikan
Hubungan Tekanan dan Densitas Air
Air dengan densitas (TDS) berbeda : 2 Air dengan densitas (TDS) berbeda : 3
P1 = ρpghp
P2 = ρfghf
ρpghp = ρfghf
hf = (ρp/ ρf) hp SN - Hidrogeologi => TA - UNP 6
SN - Hidrogeologi => TA - UNP 7
Akuifer Point WPH ρp/ ρh Fresh
WPH
Fresh WH
A 5,00 m 1,00 5,00 m 55,00 m
B 23,33 m 1,04 24,30 m 55,50 m
C 43,93 m 1,10 48,30 m 56,30 m
Akuifer ρ-air elev-head PW head
A 999 kg/ m3 50,00 m 55,00 m
B 1040 kg/ m3 31,34 m 54,67 m
C 1100 kg/ m3 7,95 m 51,88 m
Contoh: tekanan (head) untuk
fluida dengan ρ berbeda
Potential Force (energi potensial) Ф :
Ф = gz + P/ρ = ghz + (ρghp)/ρ = g (z + hp)
karena z + hp = h, maka:
Ф = gh
Aliran Airtanah
Airtanah mengalir dari potensial (head) yang lebih tinggi ke
potensial (head) yang lebih rendah (berlawanan dengan arah
gradien hidraulik).
Kecepatan fluks aliran airtanah selain ditentukan oleh
kelulusan media geologi tempat air berada (Konduktivitas
hidraulik) juga ditentukan oleh besar gradien hidrauliknya (i) SN - Hidrogeologi => TA - UNP 8
Perhitungan Kecepatan Aliran Airtanah
Kecepatan aliran adalah suatu besaran vektor yang
menggambarkan kecepatan aliran airtanah. Pada media
berpori Fluks (q) dihitung dengan menggunakan persamaan Darcy 1856
dimana,
• q : fluks kecepatan aliran air (LT-1)
• K : Konduktivitas hidraulik (LT-1)
• dH : Beda Head (L)
• dL : Jarak antar titik amat (L)
• tanda (-) menunjukan arah aliran
berlawanan dengan arah gradien hidraulik. SN - Hidrogeologi => TA - UNP 9
SN - Hidrogeologi => TA - UNP 10
SN - Hidrogeologi => TA - UNP 11
Aliran laminer
R < 2000
Aliran turbulent
R ≥ 2000
• Bilangan Reynold (R) = ρvd/μ
ρ = density fluida (kg/m3)
v = kecepatan aliran air (m/s)
d =diameter saluran (m)
μ = viskositas fluida (kg/s.m)
Debit spesifik dan kecepatan aliran linier rata-rata:
Aliran pada saluran terbuka: Q = vA v = Q/A
Aliran pada media berpori: v = Q/A = -Kdh/dl
Kec aliran linier rata-rata (kec rembesan):
Vx = Q/neA = -K (dh/nedl)
ne = porositas efektif
SN - Hidrogeologi => TA - UNP 12
SN - Hidrogeologi => TA - UNP 13
Akuifer:
Akuifer tunggal (single aquifer) umumnya sistem airtanah
bebas
Akuifer berlapis banyak (multi layers aquifer) gabungan
akuifer bebas dan akuifer tertekan
Batuan akuifer belum tentu ada airtanahnya (kering)
Sistem airtanah:
Sistem airtanah bebas
Sistem airtanah tertekan
Tidak tepat:
Airtanah dangkal atau airtanah dalam berapa meter ?
Akuifer dan Sistem Airtanah
SN - Hidrogeologi => TA - UNP 14
Sistem Airtanah Bebas
(unconfined akuifer)
Sistem airtanah bebas:
• Tidak ada lapisan kedap air di atasnya
• Tekanan pada muka airtanah = tekanan
udara luar (~ 1 atm)
Sistem airtanah tertekan:
• Ada lapisan kedap air di atasnya
• Akuifer jenuh air (sampai batas
atasnya)
• Muka airtanah (tek anan pizometrik)
berada di atas batas atas akuifer
SN - Hidrogeologi => TA - UNP 15
Profil sistem airtanah bebas:
a) Zona tidak jenuh air (“vadose zone)
b) Zona jenuh air (zona airtanah/
groundwater)
a)
b)
Endapan aluvial (sedimen) pada lembah/
dataran banjir membentuk sistem airtanah
bebas
Sistem Airtanah Bebas
• Atas => batuan lapuk (soil)
• Bawah => batuan dasar (tidak lapuk)
• K1 > K2
• Ada interflow pada batas lapisan
K1 K2
• Terdapat sisipan lapisan kedap air
• Terbentuk perched aquifer (akuifer
menggantung) pada zona tidak
jenuh air
SN - Hidrogeologi => TA - UNP 16
sungai mendapat tambahan air dari
sistem airtanah (musim kemarau) = “gaining
stream”
Sistem airtanah mendapat air dari sungai
(musim hujan)= “losing stream”
“losing stream” = resapan
“gaining stream” = ada mata air
Interaksi sistem airtanah dengan sungai
SN - Hidrogeologi => TA - UNP 17
Sistem Airtanah Bebas:
Storativitas:
S = Sy + hSS h = ketebalan zona saturasi
Jumlah air yang keluar:
Vw = SA Δh Vw = volume air terpindahkan
S = storativitas
A = luas area yang daerah terkuras
Δ = penurunan head rata-rata
SN - Hidrogeologi => TA - UNP 18
SN - Hidrogeologi => TA - UNP 19
Sistem Airtanah Tertekan (confined aquifer)
Sistem airtanah tertekan
Sistem airtanah bebas
Karakteristik Batuan Akuifer:
Fisik:
• padat/ pejal
• berpori (porous)
• berongga (holow, jointed)
Kimia: terdiri dari bermacam-macam mineral; ada yang sulit
dan mudah teroksidasi
Fungsi (dalam hidrogeologi):
• wadah/ penyimpan airtanah (berongga)
• saluran airtanah
• penyekat (kedap)
Batuan Akuifer
SN - Hidrogeologi => TA - UNP 20
SN - Hidrogeologi => TA - UNP 21
Batuan Akuifer
Akuifer endapan
aluvial sungai / pantai
SN - Hidrogeologi => TA - UNP 22
Meander sungai, tempat sedimentasi endapan aluvial
SN - Hidrogeologi => TA - UNP 23
Penampang Litologi Endapan Sedimen pada
Suatu Lembah
SN - Hidrogeologi => TA - UNP 24
Pertumbuhan Sistem Rongga pada Batu Gamping
SN - Hidrogeologi => TA - UNP 25
Media Berpori (sedimen) vs Media Rekahan (batuan beku)
Media Berpori (Porous media)
Media Rekahan
(Fractured media)
fractured coal/ ProbablyAquifer
Mudstonel/ Aquitard
Loose sand-silty / Probably aquifer
Compact claystone-mudstone / Aquitard
SN - Hidrogeologi => TA - UNP 26
Hidrostratigrafi
Kondisi geologi yang mempengaruhi
keberadaan airtanah di suatu daerah
SN - Hidrogeologi => TA - UNP 27
SN - Hidrogeologi => TA - UNP 28
Contoh Pembagian Unit Hidrostratigrafi
Sand & Gravel
Sand
Shale / Mudstone
Till
Clay
Stratigraphic Lithologic Hydrostratigraphic
Surficial Deposits Surficial Aquitard
Porous media
Aquifer
Floral Fm
Floral Aquitard
Empress Gp Empress Aquifer
Bearpaw Fm Bedrock Aquitard
SN - Hidrogeologi => TA - UNP 29
Rekonstruksi Sistem Akuifer Dari Data Pemboran
Hidrostratigrafi
SN - Hidrogeologi => TA - UNP 30
Penampang Geologi dan
Hidrostratigrafi Lereng Utara
G Tangkubanperahu
SN - Hidrogeologi => TA - UNP 31
Contoh Peta Geologi vs
Peta Hidrogeologi
Skala Regional
Catatan:
Jenis batuan yang berbeda
bisa mempunyai nilai
konduktivitas hidraulik (K) yang
sama
Batuan sedimen/volkanik yang
berumur lebih tua umumnya nilak
“K”-nya lebih kecil
SN - Hidrogeologi => TA - UNP 32
Peta Geologi/Hidrogeologi semi Detil dalam catchment
kecil
A
B
A
B
Peta Geologi dan
Penampang
Hidrostratigrafi
(pada CAT kecil)
Hidrostratigrafi
SN - Hidrogeologi => TA - UNP 33
Permukaan pisometrik
(untuk airtanah tertekan)
Muka airtanah
(untuk airtanah bebas)
Akuifer terisi penuh
Akuifer tidak terisi semua
Zona tak jenuh
SN - Hidrogeologi => TA - UNP 34
Aliran Airtanah dan Flow-net
Pada zona tidak jenuh air (vadose) => aliran/ gerakan air
dipengaruhi oleh gaya gravitasi, gaya tarik menarik antara air
dengan butiran, dan gaya kapiler
Aliran airtanah dipengaruhi oleh gaya gravitasi
Aliran airtanah adalah aliran pada rongga antar butiran
Airtanah mengalir sangat lambat (difuse) => laminer
Airtanah mengalir dari head yang tinggi ke arah head yang
lebih rendah
Air tertahan oleh
tegangan permukaan
Air mengalir oleh
gaya gravitasi
Pengaruh tegangan
permukaan terhadap spesifik Yield
Air mengalir dari tempat yang
tingggi ke tempat yang lebih
rendah (tekanannya)
SN - Hidrogeologi => TA - UNP 35
SN - Hidrogeologi => TA - UNP 36
Aliran tunak (steady flow) dan tak tunak (unsteady flow)
Aliran tunak: aliran yang (gradien/ permukaan
pisometriknya) tidak dipengaruhi waktu
Aliran tak tunak: aliran yang (gradien/ permukaan
pisometriknya) berubah karena pengaruh waktu =>
misalnya pada waktu pemompaan (abstraksi)
Aliran tunak pada akuifer bebas
SN - Hidrogeologi => TA - UNP 37
Penentuan kemiringan muka airtanah secara grafis
SN - Hidrogeologi => TA - UNP 38
SN - Hidrogeologi => TA - UNP 39
Konde
Menjangan
Sumasang
Songko
Pakalangkai
Pakalangkai Utara
Danau Matano
Wawono
Harapan
Pongsesa
Batu
Sampe
Rante
Inalahi
Koro North
Peta Kontur
Aliran Airtanah
U
0 1 Km
Garis Kontur airtanah
Arah Umum Aliran
Airtanah
Pakalangkai
No. Bor
Koro
9
Model Aliran Airtanah Lokal dari suatu Catchment Kecil
SN - Hidrogeologi => TA - UNP 40
Air danau berhubungan dengan airtanah sekitarnya
W E
SN - Hidrogeologi => TA - UNP 41
Air danau tidak berhubungan dengan airtanah sekitarnya (perched lake).
N
S
SN - Hidrogeologi => TA - UNP 42
SN - Hidrogeologi => TA - UNP 43
SISTEM AIRTANAH MULTI-AKUIFER
SN - Hidrogeologi => TA - UNP 44
Pembelokan (pembiasan) garis aliran
Akibat perbedaan
harga K
SN - Hidrogeologi => TA - UNP 45
Pembelokan (pembiasan) garis aliran
Q1 = K1a dh1/ dl1
dan
Q2 = K2c dh2/ dl2
SN - Hidrogeologi => TA - UNP 46
Muka Airtanah dan Aliran Airtanah
SN - Hidrogeologi => TA - UNP 47
SN - Hidrogeologi => TA - UNP 48
Analisis Terhadap Ruang (spasial) Pada Cekungan AirTanah
Di beberapa Tempat
airtanah mengisi
Aquifer, di tempat
lain sebaliknya
• Kontur m.a.t
• Anak sungai
• Batas CAT
1. Tipologi sistem akuifer endapan gunungapi : terjadi selang
seling antara batuan yang berpori dan lapisan aliran lava
yang umumnya kedap air (kecuali ada rekahan atau rongga
hollow lava)
2. Tipologi sistem akuifer endapan aluvial : batuan penyusun
akuifernya umumnya berupa lempung, pasir, dan kerikil hasil
erosi dan transportasi air (sungai) dari batuan di daerah
hulunya. Karena sifatnya yang tidak kompak, maka potensi
airtanahnya baik
Tipologi Sistem Akuifer
SN - Hidrogeologi => TA - UNP 49
3. Sistem akuifer batupasir – batuserpih/ batulempung : mirip
dengan sistem akuifer endapan alluvial namun umurnya
lebih tua dan mengalami reduksi porositas dan permeabilitas
(akibat konsolidas/kompaksi, sementasi dan litifikasi)
4. System aquifer batuan karbonat / batugamping : pada
dasarnya batugamping bersifat impermeable karena sifatnya
yang kompak, akan tetapi adanya sistem rekahan atau
rongga – rongga akibat pelarutan di dalamnya menjadikan
sistem akuifer ini dapat memiliki potensi airtanah yang baik
sepanjang sistem rekahannya terhubung mulai dari inlet
(masuknya air) / sinkhole dan menerus membentuk suatu
sistem rongga yang terhubung satu sama lain. SN - Hidrogeologi => TA - UNP 50
5. Tipologi sistem akuifer batuan kristalin dan metamorf :
potensi airtanah sangat kecil karena sifat batuannya yang
kompak, padat dan keras sehingga tidak dapat meneruskan
air (impermeable)
6. Tipologi sistem akuifer endapan glasial : dijumpai di daerah
(pernah) beriklim dingin (Eropa dan Amerika Utara). Di
Indonesia mungkin hanya ai puncak pegunungan Jaya
Wijaya, Irian Jaya. Penelitian di wilayah ini belum banyak
dilakukan.
SN - Hidrogeologi => TA - UNP 51
SN - Hidrogeologi => TA - UNP 52
Tipe akuifer: end gunung api (strato), sedimen, + batu gamping
SN - Hidrogeologi => TA - UNP 53
Tipe akuifer batuan
kristalin, sedimen,
dan batugamping
SN - Hidrogeologi => TA - UNP 54
C
V
K M
R
Rezim Airtanah
G
SN - Hidrogeologi => TA - UNP 55
Berbagai Lingkungan Pengendapan
SN - Hidrogeologi => TA - UNP 56
Berbagai Tipe Mata Air
m.a. depresi
m.a. sesar
m.a. sistem kekar
m.a. bid. kontak
m.a. shinkhole
m.a. sistem rekahan
Garis aliran airtanah
SN - Hidrogeologi => TA - UNP 57
Eksplorasi Airtanah
SN - Hidrogeologi => TA - UNP 58
Eksplorasi Airtanah
Maksud dan Tujuan Eksplorasi Airtanah:
Untuk mengetahui keberadaan airtanah, sistem airtanah, dan potensi airtanah, serta kualitas airtanah di suatu daerah tertentu, beserta karakteristiknya
Apa yang dilakukan ? •desk study (morfologi, geologi, iklim, dll) •pemetaan langsung •survey geofisika •pemboran eksplorasi & pumping test •sampling dan pengujian laboratorium •pembuatan model sistem hidrogeologi
SN - Hidrogeologi => TA - UNP 59
Sasaran Eksplorasi
Mengetahui:
•Keberadan akuifer beserta sifat/ karakteristiknya (porositas
(n), permeabilitas (k, K), ketebalan akuifer(b), transmisivitas
(T), dll)
•Penyebaran batuan akuifer dan non akuifer (hidrostratigrafi)
•Keberadaan air di dalam akuifer tersebut (airtanah)
•Sifat dan pola aliran airtanah (sistem akuifer: unconfined/
confined?)
•Potansi airtanah yang ada (flux (q), storativitas (S))
SN - Hidrogeologi => TA - UNP 60
Metode Eksplorasi Airtanah:
Eksplorasi tak langsung
• Metode panginderaan jauh :
foto satelit
foto udara
• Metode geofisika :
Geolistrik (tahanan jenis, dll)
(Seismik refraksi)
• Metode kimia/ fisika :
Isotop
Traser
Analisa kimia air
Eksplorasi langsung
• Pemetaan langsung di lapangan
SN - Hidrogeologi => TA - UNP 61
Desk study
• Peta morfologi,
• Peta geologi,
• Iklim,
• Hidrologi,
• Pemanfaatan air permukaan dan airtanah yang ada,
• dll)
SN - Hidrogeologi => TA - UNP 62
SN - Hidrogeologi => TA - UNP 63
SN - Hidrogeologi => TA - UNP 64
SN - Hidrogeologi => TA - UNP 65
Variasi lingkungan pengendapan
SN - Hidrogeologi => TA - UNP 66
Survey/pemetaan langsung:
Pemetaan geologi:
• Morfologi (terjal berbukit, undulatif, dataran?)
• Litologi (jenis, sebaran, segar, lapuk, akuifer, non akuifer?)
• Struktur geologi (sistem kekar, sesar, perlipatan?)
• Stratigrafi (susunan batuan/ lapisan batuan)
Pemetaan hidrogeologi:
• Mata air dan rembesan (koordinat, elevasi, debit, kualitas)
• Sumur gali dan sumur bor (kalau ada: koordinat, elevasi, debit,
kualitas m.a.t.)
• Sampling batuan (K?) dan air (kualitas?)
• Test infiltrasi, permeabilitas
SN - Hidrogeologi => TA - UNP 67
Survey / pemetaan langsung:
Pemetaan hidrologi:
• Pengukuran debit sungai
• Pengukuran luas danau, rawa,
• Test evaporasi – transpirasi (ET?)
• Data curah hujan (harian, bulanan, tahunan)
SN - Hidrogeologi => TA - UNP 68
Pemetaan yang dilakukan pada dasarnya sama dengan
pemetaan geologi di permukaan tanah, ditambah dengan
pengamatan sungai dan mata air.
• Menggunakan peta dasar dengan skala yang sesuai (1: 25.000 s/d 1:
10.000)
• Memanfaatkan peta geologi yang ada (kalau sudah tersedia)
• Menggunakan peralatan pemetaan standar (kompas geologi, GPS,
pita meteran, buku catatan, kamera, kantong contoh, dll)
• Untuk pengamatan air diperlukan juga a.l. botol contoh, test kit air,
current meter, stop watch, dll
SN - Hidrogeologi => TA - UNP 69
Peta hidrogeologi menggambarkan kondisi hidrogeologi
daerah ybs, yaitu:
• Sebaran batuan akuifer dan bukan akuifer
• Sebaran badan air permukaan dan mata air ( + debitnya)
• Sebaran penggunaan lahan (hutan, tanah pertanian, permukiman,
semak belukar)
• Data: kimia fisika air (pH, Eh, temperatur, TDS, warna, bau, rasa, dll)
• Data pengukuran debit (sungai dan mata air), test infiltrasi, dll
• Peta pengambilan contoh (air dan batuan)
• Peta muka airtanah (flow net)
SN - Hidrogeologi => TA - UNP 70
Zaman Kala Formasi Deskripsi
Holosen
Ku
art
er
Plistosen
Ter
sier
Mio
sen
Pliosen
akhir
awal
tengah
Qa
Tmpk
Tmba
Tmpb
Endapan aluvium (Qa)Terdiri dari endapan sedimen sungai dan pantai. Endapan ini terdiri dari lempung dan lanau, serta pasir dan kerikil.
Formasi Kampung Baru (Tmpk)Formasi ini terdiri dari lempung, pasiran, batu pasir dengan sisipan batubara dan tuff
Formasi Balikpapan (Tmba)Terdiri dari lempung, pasir lepas, lanau, tuf dan batubara.
Formasi Pulau Balang (Tmpb)Formasi ini terdiri atas perselingan batu pasir dengan batu lempung dan batulanau, setempat bersisipan tipis lignit, batugamping atau batupasir gampingan
TmpFormasi Pamaluan (Tmp)Formasi ini terdiri dari batulempung dengan sisipan tipis napal, batupasir dan batubara.
Perkiraan Hidrostratigrafi
Aquifer potensial, produktivitas tinggi
Sebagian Aquifer potensial, produktivitas rendah
Sebagian Aquitard
Dominan Aquitard, sebagian aquifer dengan produktivitas rendah
Sebagian Aquitard, sebagian aquifer pada anggota batupasir
Aquiclude
Susunan Hidrostratigrafi Regional dari Interpretasi Peta
Geologi
SN - Hidrogeologi => TA - UNP 71
Penampang Geologi dan Diagram Pagar
Penampang Geologi adalah penggambaran penampang
tegak berdasarkan litologinya, untuk mengetahui sebaran
vertikal sistem akuifer yang ada
Diagram Pagar, adalah penggambaran perspektif dari
penampang litologi (log) lubang bor => penting untuk menge
tahui sebaran spasial (3-D) sistem akuifer yang ada
SN - Hidrogeologi => TA - UNP 72
Penampang Hidrostratigrafi
Penampang Hidrostratigrafi adalah suatu penggambaran
(model) unit geologi yang dapat dipetakan berdasarkan/basis
properti fisik dan hidrauliknya (aquifer-aquitard-aquiclude-
aquifug) sehingga penyebaran/ interpretasi vertikal serta
lateralnya dapat digunakan untuk penyusunan sistem
hidrogeologi daerah tersebut.
Penampang Hidrogeologi
Penampang hidrogeologi adalah pengambaran posisi muka
airtanah/ tekanan pisome trik untuk menunjukkan sistem
airtanah yang ada
SN - Hidrogeologi => TA - UNP 73
Pembuatan kontur muka
airtanah
Kontur muka airtanah => flownet
top related