hidrogeologi

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


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



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


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


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



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


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


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


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


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



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



Batuan Akuifer

Akuifer endapan

aluvial sungai / pantai


Meander sungai, tempat sedimentasi endapan aluvial


Penampang Litologi Endapan Sedimen pada

Suatu Lembah


Pertumbuhan Sistem Rongga pada Batu Gamping


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


Hidrostratigrafi

Kondisi geologi yang mempengaruhi

keberadaan airtanah di suatu daerah



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


Rekonstruksi Sistem Akuifer Dari Data Pemboran

Hidrostratigrafi


Penampang Geologi dan

Hidrostratigrafi Lereng Utara

G Tangkubanperahu


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


Peta Geologi/Hidrogeologi semi Detil dalam catchment

kecil

A

B

A

B

Peta Geologi dan

Penampang

Hidrostratigrafi

(pada CAT kecil)

Hidrostratigrafi


Permukaan pisometrik

(untuk airtanah tertekan)

Muka airtanah

(untuk airtanah bebas)

Akuifer terisi penuh

Akuifer tidak terisi semua

Zona tak jenuh


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)



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


Penentuan kemiringan muka airtanah secara grafis


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


Air danau berhubungan dengan airtanah sekitarnya

W E


Air danau tidak berhubungan dengan airtanah sekitarnya (perched lake).

N

S


SISTEM AIRTANAH MULTI-AKUIFER


Pembelokan (pembiasan) garis aliran

Akibat perbedaan

harga K


Pembelokan (pembiasan) garis aliran

Q1 = K1a dh1/ dl1

dan

Q2 = K2c dh2/ dl2


Muka Airtanah dan Aliran Airtanah


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


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.



Tipe akuifer: end gunung api (strato), sedimen, + batu gamping


Tipe akuifer batuan

kristalin, sedimen,

dan batugamping


C

V

K M

R

Rezim Airtanah

G


Berbagai Lingkungan Pengendapan


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

Eksplorasi Airtanah


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


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))


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


Desk study

• Peta morfologi,

• Peta geologi,

• Iklim,

• Hidrologi,

• Pemanfaatan air permukaan dan airtanah yang ada,

• dll)



Variasi lingkungan pengendapan


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


Survey / pemetaan langsung:

Pemetaan hidrologi:

• Pengukuran debit sungai

• Pengukuran luas danau, rawa,

• Test evaporasi – transpirasi (ET?)

• Data curah hujan (harian, bulanan, tahunan)


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


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)


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


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


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


Pembuatan kontur muka

airtanah

Kontur muka airtanah => flownet

hidrogeologi

Documents