1. Hukum Ghyben-HerzbergAir tanah mengalir dari daerah yang lebih tinggi menuju daerah yang lebih rendah dan dengan akhir perjalanannya menuju ke laut. Daerah yang lebih tinggi merupakan daerah tangkapan atau pengisian (recharge area) dan daerah yang lebih rendah merupakan daerah pelepasan atau pengeluaran (discharge area).

Berdasarkan konsep diatas, bisa dibayangkan pertemuan antara air laut (salt water) dengan air tawar (fresh water) tak terelakan. Jika formasi batuan di sekitar garis pantai bukaan porinya lebar tentu intrusi air laut kedalam sumur-sumur penduduk bisa saja terjadi. Bukan menjadi masalah yang berarti bagi penduduk yang bermukim di pulau yang besar, tentu lapisan batuan beku yang kompak bisa menjadi semacam tanggul untuk menghindari atau meminimalisir ancaman intrusi air laut kedalam sumur.

Melihat sebuah fenomena intrusi air laut ini ilmuwan Belanda, W Badon-Ghijben (1888-1889) dan ilmuwan Jerman A. Herzberg (1901), melakukan analisa terhadap perilaku intrusi air laut. Hasil analisa mereka melahirkan sebuah prinsip yang dikenal dengan nama hubungan Ghyben-Herzberg.

Air tawar lebih ringan dari air garam, sehingga air tawar mengapung diatas air asin. Mengapa ? Karena massa jenis (density) air tawar kira-kira 1.000 /cm3, sedangkan massa jenis air laut sekitar 1.025 g/cm3, sehingga air tawar mengapung diatas air laut dan terlihat menyerupai lensa (cekung). Lensa air tawar yang terapung pada air asin dikenal sebagai lensaGhyben-Herzberg, sesuai dengan nama kedua ilmuwan penemu prinsip tersebut. Agar lebih jelas kalian bisa lihat hubungan air tawar dan air asin di dekat garis pantai pada gambar di bawah ini.

(h pada gambar diatas merupakan air tawar (air tanah) yang posisinya berada diatas permukaan air laut (dpl) dan(z) merupakan air tawar yang berada di bawah permukaan air laur (bpl). Air asin sedikit lebih berat dari air tawar, rasio antara keduanya adalah 41-40. Batas bawah tanah yang memisahkan lapisan air tawar dan air asin pada dasarnya bukan garis batas yang begitu signifikan, sebap pada kenyataannya batas ini merupakan zona transisi yakni air payau (air tawar campur air asin). Hal ini bisa disebapkan karena curah hujan, aksi pasang surut, dan jumlah air yang ditarik oleh manusia, debit alami dan berbagai sebap lainnya.

Secara matematis hubungan antara air tawar dan air asin di suatu garis pantai (Ghyben-Herzberg relation) digambarkan dalam persamaan berikut :

Kira-kira 1/40 bagian air tawar dibutuhkan untuk berada diatas permukaan air laut bagi setiap bagian air tawar yang ada di bawah permukaan air laut guna memelihara keseimbangan hidrostatik. Keseimbangan hidrostatik yang sebenarnya tidak ada pada muka air tanah yang miring karena aliran harus terjadi (terjadi aliran karena ada perbedaan elevasi), sehingga terlihat ada bidang rembesan pada aliran air tawar ke laut dan suatu zona campuran sepanjang permukaan air asin dan air tawar. Keseimbangan alami ini dapat juga terganggu akibat pemompaan dan pasang surut air laut. Keseimbangan hidrodinamik menentukan bentuk pertemuan kedua permukaan tersebut. Bila kecepatannya kecil, rasio 1/40 mungkin perkiraan (asumsi) yang dapat dipertanggungjawabkan.

Prinsip Ghyben-Herzberg ini tidak berlaku umum untuk semua kondisi, untuk pulau besar yang di kedalaman air tanahnya dibatasi oleh lapisan dan tanggul dari batuan beku padat, intrusi air laut kedalam lapisan air tanah minimal. Prinsip Ghyben-Herzberg berlaku untuk air tanah yang posisinya berada tepat diatas air asin yang menerobos sampai ke lapisan air tanah (tidak ada tanggul). Misalnya, pulau kecil yang rendah dimana sebagian besar arealnya terdiri dari karang dan batuan lainnya yang bukaan porinya lebar, kemungkinan besar intrusi air asin masuk kedalam lapisan batuan paling dalam akan terjadi. Oleh karena itu, pengeboran atau penggalian sumur di pulau-pulau ini dan terutama sepanjang garis pantai harus dilakukan secara hati-hati.