diktat geohidrologi

Sekolah Tinggi Teknologi Minyak dan Gas Bumi Balikpapan

Geohirdrologi dan Hidrothermal

BAB IKONSEP DASAR AIR TANAH

1.1. Pendahuluan

Airtanah dipelajari dalam ilmu geohidrologi. Geohidrologi adalah cabang ilmu hidrologi yang mempelajari keberadaan, persebaran, pergerakan serta sifat fisik dan kimia air di bawah permukaan tanah. Selain ilmu geohidrologi ada beberapa cabang ilmu hidrologi lainnya, diantaranya adalah Potamologi yang mempelajari tentang air permukaan (sungai), Limnologi merupakan ilmu yang mempelajari tentang genangan air secara alamiah (danau dan rawa), Hidrometeorologi adalah ilmu yang mempelajari tentang hubungan antara meteorologi dan hidrologi (hujan, suhu udara, penguapan) serta Kriologi adalah ilmu yang mempelajari tentang salju dan es.

Selain ilmu-ilmu hidrologi seperti yang terkait di atas, ada istilah lain yang hampir sama dengan pengertian geohidrologi yaitu hidrogeologi. Hidrogeologi adalah cabang ilmu hidrologi yang mempelajari airtanah tetapi lebih ditekankan pada material geologi.

Dalam Bab I ini akan dibahas secara mendalam konsep dasar airtanah. Hal-hal yang akan dibahas adalah pengertian airtanah, kedudukan airtanah dalam daur hidrologi, hubungan geohidrologi dengan ilmu-ilmu lainnya, sumber airtanah serta agihan dan aliran airtanah. Isi Bab ini sangat penting karena merupakan konsep dasar dalam mempelajari airtanah secara keseluruhan.

1.2. Tujuan Instruksional Khusus

Mahasiswa diharapkan akan dapat menjelaskan konsep dasar airtanah dan manfaat mempelajari airtanah.

1.3. Pengertian Airtanah

1



Dari seluruh air tawar yang terdapat di bumi (tidak termasuk es di kutub), 96% merupakan airtanah, sedangkan 4% sisanya terdapat di waduk, danau serta uap air di udara. Airtanah (groundwater) adalah air yang berada di bawah permukaan tanah pada zone jenuh air, dengan tekanan hidrostatis sama atau lebih besar daripada tekanan udara. Sumber utama airtanah adalah air hujan yang meresap ke dalam tanah mengikuti suatu proses yang disebut daur hidrologi, yang secara skematis dapat dilihat pada gambar 1.

Gambar 1. Skematik Siklus Hidrologi (J. Bier, 1978)

Proses-proses utama yang berlangsung dalam siklus hidrologi meliputi proses evaporasi, evapotranspirasi, dan presipitasi. Proses evaporasi adalah proses penguapan air ke atmosfer dari tubuh-tubuh air yang ada di bumi baik dari laut, sungai atau danau. Sedangkan evapotranspirasi adalah gabungan dari proses penguapan air yang terkandung di tanah yaitu soil moisture dari zona perakaran dan aktivitas vegetasi (transpirasi) dengan proses evaporasi.

Selanjutnya proses hujan (presipitasi) akan mengembalikan air tersebut dari atmosfer ke daratan dan lautan. Sebagian air hujan tertampung di danau/rawa (depression storage), sebagian mengalir di darat (overland flow), membentuk aliran permukaan (surface runoff/direct run off), sebagai bagian dari

2



aliran sungai (stream flow) dan sebagian lagi terserap (infiltrasi) di daerah recharge menjadi airtanah.

Berdasarkan sebarannya di permukaan bumi, ternyata ketersediaan airtanah di suatu daerah tidak sama. Ada daerah potensi airtanahnya tinggi, tetapi ada pula yang potensinya rendah. Tinggi rendahnya potensi airtanah di suatu daerah tergantung pada beberapa faktor di bawah ini :

1. Besar kecilnya curah hujan2. Banyak sedikitnya vegetasi3. Kemiringan lereng4. Derajat porositas dan permeabilitas batuan

1.4. Hubungan Geohidrologi dengan Ilmu-Ilmu Lainnya

Dalam studi air tanah tidak dapat dilepaskan pengetahuan lain yang mendukungnya, antara lain geologi, geomorfologi, geofisika, geokimia, tanah tanah serta radiologi. Geologi adalah ilmu yang mempelajari kulit bumi. Pengetahuan geologi diperlukan untuk mengetahui formasi batuan yang dapat menyimpan air atau sering disebut akuifer.

Ilmu geomorfologi diperlukan dalam menentukan daerah-daerah yang mengalami erosi dan pengedapan. Airtanah umumnya banyak terdapat di daerah pengedapan, sedangkan di daerah erosi seperti di peneplane sukar dijumpai airtanah. Ilmu geofisika diperlukan untuk mencari dan menentukan jenis-jenis akifer. Cabang-cabang geofisika seperti geolistrik, geomagnetic dan seismic sangat diperlukan dalam menentukan lokasi akuifer.

Ilmu geokimia sangat membantu untuk mengetahui kondisi air tanah dan meteorology sangat diperlukan dalam studi air tanah karena interaksi tanah dan air dan udara sangat erat dalam daur hidrologi. Ilmu radiologi diperlukan untuk mengetahui asal dan gerakan air tanah serta pencemaran yang terjadi pada akuifer.

1.5. Agihan Vertikal Airtanah

Secara vertikal mintakat airtanah dapat dibagi menjadi dua bagian, yaitu mintakat aerasi atau tak jenuh di bagian atas dan mintakat jenuh di bagian bawah. Pada mintakat aerasi rongga-rongga tanah ditempati air dan sebagian lain terisi udara. Air yg terdapat di daerah ini disebut air vadose.

3



Pada mintakat jenuh semua rongga terisi air dan telah mempunyai tekanan hidrostatis. Air yg terdapat di mintakat ini disebut airtanah. Diantara kedua mintakat ini dibatasi oleh bidang muka airtanah yang sering disebut water table atau muka freatik (Gambar 2).

1.5.1. Mintakat Aerasi

Mintakat aerasi terdiri dari mintakat lengas tanah, mintakat air vadose

dan mintakat kapiler. Air yang terdapat di mintakat lengas tanah berada dalam

keadaan kurang jenuh, kecuali jika terjadi peresapan air hujan dan peresapan

sisa irigasi ke permukaan tanah. Mintakat ini terdapat mulai dari permukaan

tanah hingga mintakat akar tanaman. Ketebalannya bervariasi tergantung dari

jenis tanah dan tumbuhannya. Mintakat ini sangat berperan dalam bidang

pertanian.

Gambar 2. Agihan Vertikal Airtanah (Todd, 1980)

4

Impermeable Rock

Water Table

Ground Surface

Zone

of

aera

tion

Intermediate vadose zone

Capilitary zone

Soil water zone

Zone

of

satu

ratio

n

Vado

se w

ater

Grou

ndw

ater

or P

hrea

tic w

ater



Di bawah mintakat lengas tanah terdapat mintakat air vadose. Mintakat

ini terdapat mulai dari ujung perakaran tanaman hingga mintakat kapiler.

Ketebalannya bervariasi dari 0 hingga 100 meter pada daerah yang muka

airtanahnya sangat dangkal. Pada mintakat ini terdapat dua jenis air yaitu air

pelikuler dan air gravitasi. Air pelikuler tidak mengalami pergerakan karena

tertahan oleh gaya higroskopis dan daya kapiler, sedangkan air gravitasi bergerak

turun karena pengaruh gaya berat.

Mintakat paling bawah dari mintakat aerasi adalah mintakat air kapiler.

Mintakat ini berada mulai dari muka airtanah hingga batas kenaikan airtanah

(water table). Berdasarkan hasil penelitian diketahui bahwa ketebalan mintakat

kapiler tergantung pada ukuran butir penyusun material.

1.5.2. Air Tersedia

Tanah mampu menyerap dan menahan air selama hujan atau saat

dilakukan pengairan. Air yang tertahan di tanah ini, diambil oleh tumbuh-

tumbuhan untuk menunjang kehidupannya. Air jenis ini disebut air tersedia

(available water). Istilah lain air tersedia adalah kapasitas menahan air (water

holding capacity) dan air retensi (retention water).

Kemampuan maksimal tanah menahan air dapat disebut kapasitas

lapang (field capacity), sedangkan batas minimalnya disebut titik layu (Wilting

Point). Pada saat titik layu tercapai tumbuhan tidak mampu lagi mengambil air

dari tanah, jika kapasitas lapang tercapai dan masih terjadi kelebihan air, maka

air akan bergerak turun ke bawah secara gravitatif. Air yang bergerak turun ini

disebut hasil air (water yield).

1.5.3. Mintakat Jenuh

Pada mintakat jenuh, seluruh rongga-rongga tanah telah terisi air. Di

mintakat kesarangan (porosity) merupakan ukuran air dalam satuan volume.

Sebagian air dapat dipompa, meskipun demikian akibat adanya gaya molekuler

5



dan tegangan permukaan ada sebagian air yg tertahan di tanah. Air yang

tertahan tersebut dinyatakan dalam istilah specific retention (Sr)

Specific retention adalah rasio antara air yang tertahan di tanah jenuh

pada saat pemompaan dengan volume total batuan atau tanah, dan dinyatakan

dalam satuan persen ( % ). Secara matematis dapat dirumuskan :

Sr = Wr x 100%

V

Dengan Wr adalah volume air yang tertahan di batuan dan V adalah

volume batuan atau tanah.

Kebalikan dari Specific retention adalah specific yield (Sy) yang sering

disebut pula kesarangan efektif. Specific yield adalah rasio antara air yang dapat

diambil selama pemompaan dengan volume total batuan atau tanah, dan

dinyatakan dalam satuan persen ( % ). Secara matematis dapat dirumuskan.

Sy = Wy x 100%

V

Dengan Wy adalah volume air yg dapat diambil selama pemompaan dan

V adalah volume batuan atau tanah.

Jika semua rongga di dalam batuan atau tanah saling berhubungan, maka

jumlah dari specific retention dan specific yield adalah merupakan porositas atau

kesarangan batuan ( α ) yang dapat dinyatakan dalam rumus :

α = Sr + Sy

6



Pada tabel 1 dapat dilihat Specific yield dari berbagai batuan yang

dikemukakan oleh Johnson :

Table 1. Specific Yield dari Berbagai Batuan Menurut Johnson (Todd, 1980)

1.6. Gerak Airtanah

Gerak air tanah dalam akuifer ditanah dipengaruhi oleh konduktivitas

dan gradien hidrolik. Fenomena ini telah diamati oleh Darcy dengan eksperimen

saringan pasir. Konduktivitas hidrolik adalah konstanta ukuran kelulusan dari

suatu medium, sedangkan gradien hidrolik adalah kemiringan lapisan tanah.

1.6.1. Laju Aliran Airtanah

7

Material Specific Yield ( % )

Kerikil kasar

Kerikil sedang

Kerikil halus

Pasir kasar

Pasir sedang

Pasir halus

Debu

Lempung

Batu pasir halus

Batu pasir sedang

Batu gamping

Sanddune

Sekis

Tuff

23

24

25

27

28

28

8

8

21

27

14

38

26

21



Berdasarkan hukum Darcy diketahui bahwa gerak airtanah dipengaruhi

oleh konduktivitasi hidrolik dan gradien hidroliknya. Pada gambar 3 dapat dilihat

suatu akuifer di dataran alluvial dengan lebar 1000 m dan tebal 50 m. Bila

permeabilitas akuifernya 78 m/hari dan gradien hidroliknya (i) 0,01, maka

kecepatan Aliran airtanahnya adalah :

V = K x i = 78 x 0,01 = 0,78 m/hari

dan total laju aliran atau debit airtanah di seluruh akuifer adalah :

Q = A x V = 50 x 1000 x 0,78 = 37,500 m3/hari

atau 0,43 m3/detik

Gambar 3. Penampang Akuifer Bebas Dataran Aluvial (Todd, 1980)

1.6.2. Jaringan Aliran

Garis aliran dan garis ekuipontensial dapat dipetakan dalam dua dimensi

untuk membentuk jaringan aliran ( ficy net ). Garis aliran adalah garis yang

menujukan arah aliran airtanah, sedangkan garis ekuipontensial adalah garis yg

menunjukkan ketinggian kontur airtanah (gambar 4).

8

1000 m

Stream Ground Surface

Water tableAlluvium50 m



Gambar 4. Jaring Aliran yang dibentuk oleh Garis Aliran dan Garis Ekuipotensial

1.6.3. Arah Aliran Airtanah

Untuk menentukan arah aliran airtanah secara lokal, dapat dilakukan

dengan menggunakan tiga buah sumur yang diketahui ketinggian muka

airtanahnya. Dengan membuat garis kontur airtanah pada ketinggian tertentu

dapat ditentukan arah alirannya, dengan cara manarik garis aliran tegak lurus

garis kontur tersebut, garis aliran pada peta kontur muka air tanah.

9

Flow line

Equipotential line

25 m

50 m

75 m

62.4

61.2

60.8

Groundwater contours

Direction ofGroundwater Flow

Water table elevation

Gambar 5. Memperkirakan Arah Aliran Airtanah denganmenggunakan Tiga Busur Sumur



1.7. Fluktuasi Muka Airtanah

Muka airtanah dalam hal ini muka freatik pada akuifer bebas atau muka

piezometrik pada akuifer tertekan merupakan elevasi tekanan atmosfer dari

akuifer. Setiap perubahan tekanan pada airtanah akan mengakibatkan

perubahan muka airtanah. Misalnya perbedaan pengisian dan penambilan

airtanah akan mengakibatkan muka airtanah berubah. Faktor lainnya adalah

variasi aliran, perubahan cuaca, pasangsurut, urbanisasi, gempa bumi,

pembebanan dari luar serta penurunan tanah.

1.7.1. Jenis-jenis Fluktuasi Muka Airtanah Berdasarkan Waktu

Jenis-jenis fluktuasi muka airtanah berdasarkan waktu diantaranya

adalah :

1. Fluktuasi Sekuler, yaitu perubahan muka airtanah dalam kisaran tahunan.

Musim kemarau yang melebihi atau kurang dari keadaan normal serta curah

hujan yang terjadi di atas atau di bawah rata-rata tahunan merupakan

penyebab terjadinya fluktuasi sekuler. Perlu diperhatikan bahwa besar

kecilnya curah hujan bukan merupakan satu-satunya indicator terjadinya

fluktuasi airtanah.

2. Fluktuasi Seasional, yaitu perubahan muka airtanah dalam kisaran musiman.

Hal ini terjadinya karena adanya musim penghujan dan musim kemarau.

3. Fluktuasi Sesaat, yaitu perubahan muka airtanah dalam kisaran waktu

pendek. Fluktuasi ini terjadi karena adanya pemompaan sesaat, misalnya

saja pemompaan airtanah untuk kebutuhan rumah tangga yang

menyebabkan perubahan muka airtanah di sekitarnya.

1.7.2. Aliran dan Pengaruhnya terhadap Fluktuasi Muka Airtanah

Aliran permukaan (sungai) dapat berfungsi sebagai pemberi air (influent

stream) dan sebagai penerima air (effluent stream). Sebagai pemberi air apabila

kedudukan aliran pemukaan lebih dangkal dibandingkan kedudukan muka

10



airtanah. Sebagai penerima air apabila kedudukan aliran permukaan lebih dalam

dibandingkan kedudukan muka air tanah.

1.7.3. Faktor-faktor yang menyebabkan fluktuasi muka airtanah

1. Evapotranspirasi

Akuifer bebas dengan muka airtanah tidak terlalu dalam akan mengalami

fluktuasi harian yang disebabkan oleh evapotranspirasi. Evapotranspirasi

menyebabkan terjadinya pelepasan airtanah ke atmosfer. Besar kecilnya

pelepasan airtanah oleh evapotranspirasi tergantung pada mintakat kapiler.

Kedalaman perakaran tumbuhan serta factor-faktor yang mempengaruhi

evapotranspirasi itu sendiri. White (Todd, 1980) memberikan rumus untuk

menghitung kehilangan airtanah akibat evapotranspirasi.

2. Keadaan Cuaca

Perubahan tekanan udara, hujan dan angina menyebabkan fluktuasi muka

airtanah. Kenaikan tekanan udara menyebabkan penurunan muka airtanah

terutama airtanah pada akuifer tertekan.

3. Pasangsurut

Perubahan tinggi rendahnya air sungai dan pasangsurut di laut ternyata

berpengaruh terhadap muka airtanah .

4. Urbanisasi

11

Gambar 6. Sungai Influent ( a ) dan sungai Effluent ( b )

( a )( b )

Crosssections

Planviews



Urbanisasi menyebabkan perubahan muka airtanah akibat bertambahnya

pengambilan airtanah dan berkurangnya imbuh airtanah. Ketidakseimbangan

antara besarnya pengambilan air dari sumur dengan imbuh dari air sisa

rumahtangga merupakan penyebab penurunan muka airtanah. Disamping itu

berkurangnya ruang terbuka sebagai daerah resapan semakin mengurangi

besarnya imbuh airtanah.

5. Gempa bumi

Hasil observasi menunjukkan gempa bumi mempunyai pengaruh terhadap

airtanah. Hal ini ditunjukkan oleh penurunan dan kenaikan muka airtanah

pada sumur, perubahan debit mataair, pemunculan mataair baru serta erupsi

air dan lumpur dari tanah.

6. Pembebanan dari luar

Sifat yang elastis pada akuifer tertekan menyebabkan terjadinya perubahan

tekanan hidrostatis bila terjadi perubahan pembebanan. Contoh sederhana

adalah perubahan muka airtanah pada sumur yang dekat dengan jalan kereta

api.

7. Penurunan tanah

Perubahan muka airtanah dapat disebabkan oleh penurunan permukaan

tanah. Penurunan permukaan tanah yang menyebabkan terjadinya

penurunan muka airtanah di suatu daerah.

12



BAB II AKUIFER

2.1. Pendahuluan

Airtanah tidak dijumpai di semua tempat. Keterdapatan air tanah

tergantung dari pada ada tidaknya lapisan batuan yang dapat mengandung air

tanah yang disebut akuifer. Demikan pula keadalam air tanah juga tidak selalu

sama, ini tergantung dari ke dalam akuifernya.

2.1.1. Pengertian

Airtanah terdapat pada berbagai formasi geologi, terutama pada akuifer

(aquifer). Akuifer adalah formasi batuan yang dapat menyimpan dan melalukan

air. Akuifer sering pula disebut reservoir airtanah atau formasi air. Contoh

material yang dapat berfungsi sebagai akuifer adalah pasir dan kerikil lepas.

Formasi batuan yang merupakan kebalikan dari akuifer adalah akuifug (aquifug),

yaitu formasi batuan yang tidak dapat menyimpan maupun melalukan air.

Contoh akuifug adalah granit.

Sifat batuan yang lain selain akuifer dan akuifug adalah akuiklud

(aquiklude) dan akuitard (aquitard). Akuiklud adalah formasi batuan yang dapat

menyimpan air tetapi tidak dapat melalukannya dalam jumlah yang berarti,

misalnya lempung, serpih, tuf halus dan batuan lain yang butirannya berukuran

lempung. Akuitard adalah formasi batuan yang mempunyai susunan sedimikian

rupa sehingga dapat menyimpan air tetapi hanya dapat melalukanya dalam

jumlah yang terbatas , misalnya tampak pada rembesan atau kebocoran-

kebocoran.

2.1.2. Tipe Akuifer

Pada umumnya akuifer meliputi wilayah luas dan dapat dilihat sebagai

waduk air di bawah tanah (underground storage reservoir). Air masuk ke waduk

13



ini sebagai imbuhan alami ataupun buatan, dan mengalir keluar secara gravitasi

ataupun melalui sumur buatan.

Pada umumnya akuifer airtanah dikelompokkan menjadi dua, yaitu

akufer bebas (unconfined aquifer) dan akuifer tertekan (confined aquifer).

Pengelompokkan ini tergantung pada jenis muka airtanahnya. Akuifer Bocor

(leaky aquifer) atau sering pula disebut semi confined aquifer mewakili kombinasi

akuifer bebas dan akuifer tertekan.

1. Akuifer bebas (unconfined aquifer)

Akuifer ini sering disebut juga dengan akuifer tidak tertekan menggantung

( perched aquifer ) akuifer ini terjadi bila tubuh air tanah terpisahkan Dan

akuifer ini umumnya ditemukan pada kedalaman yang relative dangkal

yaitu dari 40 meter yang dinamakan dengan formasi batuan yang kedap

air.

2. Akuifer tertekan (confined aquifer)

Akuifer jenis ini sering juga disebut sebagai akifer artesis. Bila air tanah

disumur dapat mengalir dipermukaan tanah disebut sumur mengalir

(flowing well). Dan bila air tanah disumur kenaikannya tidak mencapai

permukaan tanah disebut sumur artesisi (artesian well )

3. Akuifer bocor (Leaky Aquifer)

Akuifer di alam jarang sekali yang seluruhnya tertekan atau seluruhnya

bebas, karena adanya kebocoran. Akuifer jenis ini disebut akuifer Bocor

(Leaky Aquifer) atau akuifer semi tertekan. Akuifer ini sering di jumpai di

daerah lembah alluvial dan daratan, yang air tanahnya terletak di bawah

lapisan yang setengah kedap air atau akuitard.

14



4. Akuifer Ideal

untuk kepentingan perhitungan matematis timbunan dan aliran, akuifer

sering diasumsikan sebagai akuifer ideal akuifer ideal. Adalah akuifer yang

materialnya homogen dan kelulusannya sama ke segala arah (isotropis).

2.1.3. Material Batuan Pembentuk Akuifer

Ada berbagai formasi geologi yang dapat berfungsi sebagai akuifer

adalah sebagai berikut :

1. Endapan Aluvial

Berdasarkan cara terbentuknya akuifer di daerah ini dapat dibagi menjadi

4 kategori :

a) Daerah Aliran Air (water courses)

Daerah ini tersusun oleh endapan aluvial yang terletak di kanan

kiri sungai. Apabila muka air sungai lebih tinggi dari muka air

tanah, potensi air tanahnya akan cukup besar. Faktor yang

menyebabkan daerah ini mempunyai kandungan air tanah tinggi

karena tersusun oleh material lepas dan sungai mensuplai air ke

akuifer.

b) Lembah Yang Tertimbun (abandoned or buried valleys)

Lembah ini dahulu merupakan sungai. Tetapi karena terjadi

perubahan lintasan sungai, daerah ini menjadi suatu lembah

bekas sungai yang mempunyai potensi air tanah tinggi. Akuifer

didaerah ini merupakan akuifer yang baik dan mengandung

banyak air terutama di musim penghujan.

c) Daerah Daratan (extensive plain)

15



Merupakan suatu daerah luas dengan material endapan yang

belum mengalami pemampatan. Kerikil dan pasir merupakan

bahan pembentuk akifer yang dominan. Imbuh air tanah biasanya

diperoleh dari perkolasi air hujan.

2. Lembah antar gunung (intermountain valleys)

Letak lembah ini dikeliling oleh gunung. Materialnya berupa kerikil dan

pasir dalam jumlah yang sangat banyak yang berasal dari pegunungan di

sekitarnya. Daerah ini umumnya berupa lembah-lembah tersendiri yang

terpisah oleh gunung dan menerima imbuh air dari resapan di gunung

tersebut. Lembah antar gunung ini diataranya adalah :

a) Batu Gamping

Batu gamping mempunyai variasi yang besar dalam densitas,

kesarangan dan kelulusan. Variasi ini tergantung dari derajat

penampatan dan perkembangan rekahan pada saat

pembentukannya lubang-lubang.

b) Batuan Vulkanik

Batuan vulkanik dapat membetuk akuifer dengan kelulusan tinggi,

seperti misalnya basalt. Basalt mempunyai karakteristik berpori-

pori, yang merupakan bekas lubang gas dan mempunyai banyak

retakan.

c) Batupasir

Batuan pasir dan konglomerat terbentuk dari kerikil dan pasir

yang tersemen. Kesarangan dan hasil airnya telah berkurang,

akibat semen. Bila batu pasir dan konglemerat menpunyai banyak

retakan, maka batuan ini mempunyai hasil air yang baik.

d) Batuan beku dan malihan

16



Kedua jenis batuan ini relative kedap air dan merupakan akuifer

jelek. Meskipun demikian jika mengalami pelapukan, pada batuan

ini dapat dibuat sumur kecil untuk kebutuhan rumah tangga.

BAB IIIKARAKTERISTIK AKUIFER

17



4.1. Pendahuluan

Kondisi akuifer tidak selalu sama, meskipun dalam perhitungan

matematis airtanah, seringkali akuifer dianggap homogen dan isotropis (akuifer

ideal). Kondisi suatu akuifer dikontrol oleh koefisien timbunan, kesarangan,

kelulusan dan keterusannya. Keempat parameter inilah yang menentukan

karakteristik suatu akuifer.

4.1.1. Koefisien Timbunan (Storage coefficient)

Air yang diimbuhkan atau diluahkan dari akuifer merupakan perubahan

volume timbunan di dalam akuifer. Koefisien timbunan didefinisikan sebagai

volume air yang dilepaskan atau disimpan oleh akuifer per unit perubahan

kedudukan muka airtanah. Atau dapat juga diartikan sebagai volume air yang

dilepaskan dari akuifer pada saat muka piezometrik mengalami penurunan pada

jarak tertentu.

4.1.2. Kesarangan (porosity)

Batuan atau tanah yang mempunyai ruang-ruang dan tidak pasif dapat

ditempati airtanah. Ruang-ruang ini disebut ruang antara butir atau pori. Pori ini

sangat penting dalam studi airtanah, karena pori-pori berfungsi sebagai

penyimpan air. Kesarangan (α) batuan adalah rasio antara volume pori dengan

total volume batuan, yang dirumuskan sebagai berikut :

α = V1 / Vdengan, V1 adalah volume pori-pori dan V adalah total volume batuan.

18



Besar kecilnya kesarangan batuan tergantung dari ukuran butir, bentuk dan susunan partikel, keseragaman butir serta derajat sementasi dan kompaksi (Gambar 7).

Dalam kaitannya dengan kesarangan, terdapat beberapa istilah

kesarangan yang dapat dibagi menjadi 3, yaitu :

a. kesarangan efektif, jumlah pori yang saling berhubungan

dibagi dengan total volume.

b. Kesarangan primer, bila pori batuan terbentuk bersama- sama

dengan terbentuknya batuan

c. Kesarangan sekunder, bila pori terbentuk setelah

terbentuknya batuan.

Table 4. Kesarangan dari berbagai jenis batuan

19

Gambar 7.



4.2. Kelulusan / permeabilitas (Permeability)

20

Material Kesarangan ( %)

Kerikil Kasar 28

Kerikil Sedang 32

Kerikil Halus 34

Pasir Kasar 39

Pasir Sedang 39

Pasir Halus 43

Debu 46

Lempung 42

Batu Pasir berbutir halus 33

Batupasir berbutir sedang 37

Batu gamping 30

Dolomite 26

Sekis 38

Serpih 6

Tuf 41

Basalt 17

Gabro lapuk 43

Granit lapuk 45



Kelulusan suatu batuan atau tanah didefinisikan sebagai kemampuan

batuan atau tanah untuk melalukan cairan. Definisi ini hanya menekankan pada

medium dan terlepas dari cairannya. Untuk menghindari kerancuan dengan

konduktivitas hidrolik yang memasukkan sifat-sifat airtanah digunakan kelulusan

intrinsik (k) yang dirumuskan :

k = K µ

ρ . g

dengan, k = permeabilitas

K = konduktivitas hidrolik

µ = viskositas

ρ = densitas fluida

g = percepatan gravitasi

21



BAB IVMATAAIR

4.1. Pendahuluan

Mataair merupakan fenomena alam yang menarik dan sering

menimbulkan tanda tanya bagi yang tidak memahaminya. Bagaimana mungkin

airtanah dapat keluar sendiri ke permukaan tanah tanpa ditimba atau dipompa.

Meskipun demikian adanya mataair di beberapa tempat sangat menolong bagi

penduduk di sekitarnya.

4.1.1. Pengertian mataair

Mataair (spring) adalah Pemusatan pengeluaran airtanah yang muncul di

permukaan tanah sebagai arus dari aliran air. Mataair dibedakan dengan

rembesan (seepage). Rembesan (seepage) adalah mataair yang keluar secara

perlahan-lahan dan menyebar pada permukaan tanah. Keadaan mataair sangat

bervariasi. Menurut Tolman (1937), Faktor-faktor yg mempengaruhi keadaan

mataair adalah :

1. Curah hujan,

2. Karakteristik hidrologi material permukaan tanah terutama

permiabilitasnya,

3. Topografi,

4. Karakteristik hidrologi formasi akuifer dan

5. Struktur geologi

22



4.1.2. Klasifikasi Mataair

1. Klasifikasi Mataair berdasarkan Sifat Pengaliran :

a. Mataair menahun (perennial springs), mataair yg mengeluarkan air

sepanjang tahun dan tidak dipengaruhi oleh curah hujan.

b. Mataair musiman (intermittent springs), mataair yg mengeluarkan

airnya pada musim-musim tertentu dan sangat tergantung dari curah

hujan.

c. Mataair periodik (periodic springs), mataair yg mengeluarkan airnya

pada periode tertentu.

2. Klasifikasi Mataair berdasarkan Suhu Air :

a. Mataair dingin (cold springs), mataair yg suhu airnya rendah, sumber air

berasal dari cairan salju atau es.

b. Mataair normal (nonthermal or ordinary temperature springs), mataair

yg suhu airnya hampir sama dengan suhu udara disekitarnya.

c. Mataair panas (thermal springs), mataair yg suhu airnya lebih tinggi

dari suhu udara di sekitarnya.

3. Klasifikasi Mataair berdasarkan Tenaga Penyebab :

a. Tenaga non-gravitasi (ex : mataair vulkanik (volcanic

springs), mataair celah (fissure springs) biasa disebut dgn mataair

panas.

b. Tenaga gravitasi :

1. Mataair cekungan (depression springs), mataair yg disebabkan

permukaan tanah memotong muka airtanah.

23



Gambar 8. Mataair Cekungan

2. Mataair kontak (contact springs), mataair yg muncul pada daerah

kontak antara batuan lulus air dan kedap air.

Gambar 9. Mataair Kontak

3. Mataair artesis (artesian springs), mataair yg airnya berasal dari

airtanah tertekan.

24

Gambar 10. Mataair Artesis



4. Mataair pada batuan kedap (impervious rock springs), mataair yg

terjadi pada saluran atau retakan di batuan kedap.

5. Mataair retakan atau pipa (tubular or fracture springs), mataair yg

terjadi dari pipa lava, pelarutan atau retakan batuan yg

berhubungan dengan airtanah.

25

Gambar 11. Mataair Pelarutan



4. Klasifikasi Mataair berdasarkan Tipe Material Pembawa Air :

- Klas I, mataair yg muncul dari material lulus air yg tipis.

26

Gambar 12. Mataair Klas I



- Klas II, mataair yg muncul dari material lulus air yg tebal.

27

Gambar 13. Mataair Klas II



- Klas III, mataair yg muncul pada perselingan batuan lulus dan

kedap air.

- Klas IV, mataair yg muncul dari saluran pelarutan.

- Klas V, mataair pada lava.

28

Gambar 14. Mataair Klas III



- Klas VI, mataair yg muncul pada retakan batuan.

4.2. Fenomena Hidrotermis

Sering dijumpai mataair yang airnya panas. Air yang berasal dari mataair

panas biasanya mempunyai kandungan mineral tinggi. Fenomena hidrotermis

merupakan fenomena pelepasan air dan uap, yg selalu berasosiasi dengan

batuan vulkanik dan cenderung berada pada daerah gradien hidrotermis besar.

Fenomena hidrotermis erat kaitannya dengan mataair panas. Air yg

berasal dari mataair panas biasanya mempunyai kandungan mineral tinggi.

Geyser merupakan mataair panas yang mengeluarkan airnya secara periodic dan

biasanya terdapat pada daerah vulkanik. Geyser terjadi akibat tenaga uap panas

pada saluran air di bawah tanah.

29



BAB VHIDROTHERMAL

5.1. Pendahuluan

Hidrotermal dapat didefinisikan sebagai cabang ilmu dari hidrologi yg

mempelajari seluruh aspek hidrologi yang ada hubungannya dengan manifestasi

panas bumi.

Manifestasi panas bumi di Indonesia cukup melimpah, hanya saja

pemanfaatan dari energi tersebut belum dikelola secara maksimal. Hal ini juga

terkendala dari biaya pengolahan yang cukup tinggi dan keterbatasan literatur

tentang panas bumi di Indonesia. Saat ini negara yang telah memanfaatkan

energi panas bumi adalah Selandia Baru.

5.1.1. Manifestasi Panas Bumi

Adapun karakteristik dari manifestasi panas bumi adalah sebagai

berikut :

1. Mataair panas, mataair yg memiliki temperature > 60° (lebih tinggi

dibandingkan dengan suhu normal disekitarnya)

2. Fumarola, semburan dominan steam

Mofet, semburan dominan CO2

Sulfatara, semburan dominan sulfur

3. Batuan teralterasi, batuan yg telah berubah karena reaksi hidrotermal,

biasa teralterasi :

- Lemah, tekstur asli tampak, menjadi lempung abu-abu kemerahan

30

Gambar 15. Fenomena Geotermis



- Sedang, tekstur asli hampir hilang, menjadi kaolin

- Kuat, tekstur asli hilang, menjadi silika

4. Kubangan lumpur panas (daerah kawah)

5. Bekas lubang-lubang letusan phreatik, dimensi 3 – 10 m

6. Steam jet, biasa disebut geyser / semburan air panas.

5.1.2. Sistem panas bumi

Ada beberapa persyaratan yang harus dimiliki pada sistem panas bumi,

diantaranya adalah :

1. Sumber panas (magma, intrusi dekat permukaan)

2. Batuan reservoir harus bersifat permeable dalam menyimpan fluida panas

3. Batuan penutup impermeable

4. Retakan / rekahan / sesar, sebagai porositas sekunder tempat

bergeraknya fluida panas ke permukaan

5. Terdapat Recharge Area (daerah pengisian air)

Komponen system panas bumi :

- Hot out flow

- Caps rock

- Cold recharge (water media)

- Reservoir rock

- Heat sources (intrusion)

- Geology structure (fault, joint etc)

Lapangan-lapangan yg produksi listrik di Indonesia :

- Kamojang (Pertamina); 120 mw

- Gunung Salak (Unocal); 120 mw

- Darajat (Amoseas); 60 mw

- Dieng (Geodipa); 55 mw

- Lahendong (pertamina); 2 mw

31



5.1.3. Proses perpindahan panas (heat transfer)

Beberapa proses perpindahan panas yang dapat terjadi pada suatu

media tertentu, diantaranya adalah :

- Konduksi (rambatan), terjadi pada benda padat

- Konveksi (hantaran), terjadi pada benda cair

- Radiasi (pancaran), terjadi pada benda gas

Proses perpindahan panas dari sistem panas bumi sebagian besar transfer panas

yang berlangsung didominanasi oleh adanya proses konduksi dan konveksi.

5.1.4. Alterasi Hidrotermal

- Proses perubahan mineral primer menjadi mineral sekunder akibat

pengaruh dari reaksi kimia dari fluida panas.

- Mineral-mineral hidrotermal hasil alterasi dapat mencerminkan kondisi

sub surface

- Dapat digunakan untuk mendeduksi “thermal history” yaitu reservoir

dalam kondisi heating up ataukah colling down

5.1.5. Sesar / fault

- Berperan penting dalam reservoir panas bumi, karena merupakan jalur

bergeraknya fluida

- Sesar / retakan merupakan porositas sekunder

5.1.6. Klasifikasi kimiawi, terutama dari kandungan silika (SiO2);

- Rhyollite, lebih dari 68% SiO2

- Dacite, 62 – 68 % SiO2

- Andesite, 53 – 62 % SiO2

- Basalt, kurang dari 53 % SiO2

32



5.1.7. Klasifikasi Fluida geothermal :

1. Air Chlorida (chloride water), merupakan tipe umum dan dipakai

untuk penggerak turbin.

- Cl- merupakan anion utama

- Unsur-unsur lain : K + , Na + , Ca ++ , Mg ++

- Konsentrasi SiO2 tinggi

- PH netral, bisa sedikit asam atau basa

Karakteristik dari mata air chloride yaitu adanya endapan silika amorf

(sinter), karena airnya jenuh silika.

2. Air asam sulfat, memiliki kandungan sulfat tinggi, lebih dari 1000

ppm, karena diakibat dua proses :

- Pemanasan steam pada air asam sulfat, terjadi oksidasi H2S

pada zona vadose (diatas water table), shg menghasilkan asam

sulfat

- Akibat gas-gas volatil dari magma (H2O, CO2, SO2, HCL)

mengalami kondensasi menjadi fasa cair.

3. Air Bikarbonat, memiliki karakteristik :

- kandungan HCO3 tinggi

- Cl- rendah

- terjadi akibat adanya batuan limestone di bawah permukaan

- dicirikan oleh adanya endapan travert (CaCO3), sinter disekitar

mataair panas.

33



5.1.8. Siklus Pembangkit Listrik (Geothermal Power Cycles)

Siklus pembangkit listrik dapat diKlasifikasikan menjadi beberapa model

yang didasarkan pada :

1. Direct dry steam

2. Separated steam

3. Single flash steam

4. Double flash steam

5. Multi flash steam

6. Brine / Freon binary cycle

7. Brine / isobutene binary cycle

34

Cl -

HCO3SO4

Air Klorida

Air Asam Sulfat Air Bikarbonat

Gambar 16. Segitiga Triner Fluida Panas Bumi



5.1.9. Prinsip-Prinsip Heat Transfer

Ada beberapa pengertian tentang sistem heat transfer, diantaranya

adalah :

- Heat transfer adalah proses perpindahan / aliran panas dari region panas

(temperatur tinggi) ke region dingin (temperatur rendah)

- Coefficient of heat transfer adalah laju heat transfer per satuan area per

satuan temperatur (W / m2 °C)

- Heat flux (q) merupakan laju aliran panas per satuan area (W / m2)

- Overall heat transfer coefficient adalah thermal conductance per satuan

area (W / m2 °C)

- Specific thermal capacity = specific heat (C) dapat didefinisikan sebagai

besaran panas yang diperlukan untuk menaikkan satu satuan massa

materi dan kenaikan satu satuan temperatur (J / Kg °C)

- Thermal conductivity (k) adalah kuantitas panas yg ditransfer per satuan

waktu, per satuan area, per satuan gradien temperatur (W / m2 °C)

- Thermal conductance (C) merupakan laju aliran panas per satuan

temperatur (W / m °C)

- Thermal resistance (R) adalah kebalikan dari thermal conductance (°C/W)

- Thermal diffusivity (α) merupakan ratio k / ρ . cp (m2/s)

DAFTAR PUSTAKA

35



Domenico & Schwarts, 1990, Physical & Chemical Hydrogeology, John Wiley &

Sons, Toronto Canada

Fetter, C.W, 1980, Applied Hydrogeology, Third Edition, Merrill Pubs.co.

Colombus Ohio United States of America

Freeze R.A. & Cherry, 1979, Groundwater, Prentice Hall, Inc. United State of

America

Heath, 1983, Basic Groundwater Hydrogeology, USGS Paper, United States of

America

J. Bier, 1978, Hydraulics of Groundwater, Mc Graw & Hill, United States of

America

Mandel & Shiftan, 1981, Groundwater Resources: Investigation and

Development, Academic Press Inc, USA.

Todd, DK., 1984, Groudwater Hydrology, 2nd ed, John Willey & Sons, New York

USA

36

diktat geohidrologi

Documents