AKIFER DAN BERBAGAI PARAMETER HIDROLIKNYA
TERMINOLOGI LAPISAN AKIFER DAN BUKAN AKIFER
Akifer ( Aquifer Aquifer ) : Lapisan yang dapat menyimpan dan mengalirkan air dalam jumlah yang ekonomis. Contoh Contoh : Pasir, kerikil, batupasir, batu gamping rekahan. Akiklud ( Aquiclude Aquiclude ) : Lapisan yang mampu menyimpan air, tetapi tidak dapat mengalirkan air dalam jumlah yang berarti, misalnya lempung, serpih, tuf.
TERMINOLOGI LAPISAN AKIFER DAN BUKAN AKIFER
Akifug ( Aquifug Aquifug ) : Lapisan batuan yang kedap air, tidak dapat menyimpan dan mengalirkan air, misalkan batuan kristalin, batuan metamorf. Akitar ( Aquitard Aquitard ) : Lapisan batuan yang dapat menyimpan air dan mengalirkan dalam jumlah yang terbatas, misalnya lempung pasiran.
MEDIA PENYUSUN AKIFER Porositas Primer
Antar Butiran
Porositas Sekunder
Rekahan
Pelarutan
JENIS-JENIS AIR (WHITE, 1957)
Air Juvenil : Air yang berasal dari hasil proses pembekuan larutan magma dan bukan merupakan bagian dari hidrosfir. Air Meteorik : Air yang berasal dari siklus hidrologi. Air Konnat : Merupakan air fosil, yaitu air meteorik yang terperangkap oleh proses-proses geologi seperti pembentukan formasi dalam cekungan sedimentasi, penurunan muka air laut, proses pengangkatan dan proses lainnya. Jenis air ini tidak lagi mempunyai hubungan dengan siklus hidrologi
JENIS-JENIS AIR (WHITE, 1957)
Air Metamorfik : Salah satu bagian dari air konnat, terjadi akibat proses rekristalisasi mineral yang mengandung air selama proses pembentukan batuan metamorf. Air Magmatik : Air yang berasal dari hasil pembentukan larutan magma dan bercampur dengan air meteorik.
TERMINOLOGI AIRTANAH DAN AIR BAWAH TANAH
SIKLUS HIDROLOGI (J. Bier, 1978)
JENIS-JENIS MATAAIR (Todd, 1980) 1. Mataair Depresi (Depression Spring ) : Mataair yang disebabkan karena permukaan tanah memotong muka airtanah (water table )
JENIS-JENIS MATAAIR (Todd, 1980) 2. Mataair Kontak (Contact Spring ) : Mata air akibat kontak antara lapisan akifer dengan lapisan impermeabel pada bagian bawahnya.
JENIS-JENIS MATAAIR (Todd, 1980) 3. Mataair Rekahan (Fracture Spring ) : Mataair yang dihasilkan oleh akifer tertekan yang terpotong oleh struktur impermeabel.
JENIS-JENIS MATAAIR (Todd, 1980) 4. Mataair Pelarutan (Solution Tubular Spring ) : Mataair yang terjadi akibat pelarutan batuan oleh air tanah.
Distribusi Vertikal Airtanah
Pembagian Air Bawah Tanah : 1. Zona Aerasi (Interstices, diisi oleh air dan udara). Air vadose (Vadose dari vadosus = dangkal) a. Zona airtanah b. Zona intermedier vadose c. Zona kapiler
Distribusi Vertikal Airtanah
Pembagian Air Bawah Tanah : 2. Zona Saturasi : Dari lapisan zona jenuh bagian atas sampai ke lapisan dasar batuan yang impermeabel a. Jika Lapisan Impermeabel bagian atas tidak ada, maka muka airtanah atau permukaan freatik terbentuk pada lapisan zona jenuh. b. Zona Saturasi dapat berada di atas muka airtanah, karena adanya kapilaritas. c. Air pada Zona Saturasi disebut Airtanah (Groundwater or Phreatic Water )
ZONA AERASI
Zona Airtanah : 1. Ada pada saat air hujan jatuh ke permukaan tanah atau dari aliran irigasi. 2. Zona ini mulai dari permukaan tanah sampai pada zona akar = f (tipe tanah, vegetasi). 3. Airtanah berperan memberikan kelembaban akar.
ZONA AERASI 4. Thin film moisture dikenal sebagai air higroskopik. 5. Sangat berperan adanya air kapiler. 6. Pengurangan air melalui mekanisme gravitasi
ZONA AERASI
Zona Kapiler : Posisi dari muka airtanah (bagian atas) sampai batas munculnya air kapiler : 2
hc
r
Cos
= tekanan permukaan = berat spesifik air
r = jari-jari tabung = kontak miniskus dengan dinding tabung
ZONA SATURASI
Pada zona ini airtanah mengisi seluruh interstices : Porositas yang dimiliki efektif untuk menyimpan air. Spesifik Retensi : Volume air yang dapat diserap (retain) sejumlah Wr Sr = Kekuatan gravitasi atau volume
ZONA SATURASI
Spesifik Lapangan (Sy) Wy
Sy =
Volume air (setelah jenuh) dapat didrainase selama gravitasi =
V
= Wr + Wy
Volume
semua pori berhubungan
ZONA SATURASI
Sr dan Sy dapat mempunyai satuan (%) karena Wr dan Wy adalah total volume material yang penuh. Nilai Spesifik Lapangan ditentukan berdasarkan : a. Ukuran Butir b. Bentuk c. Distribusi Pori c. Kompaksi Lapisan d. Waktu Drainase Secara umum Sy mempunyai kemampuan untuk meloloskan air.
PARAMETER HIDROLIK BATUAN 1. 2. 3. 4.
POROSITAS PERMEABILITAS TRANSMISSIVITAS (T) STORATIVITAS (S)
POROSITAS
Perbandingan antara volume ruang natar butir terhadap volume total batuan. Porositas tergantung pada kebundaran, sorting dan kompaksi. Batuan dengan butir yang semakin membundar dan sorting yang baik menyebabkan porositas yang besar, sedang kompaksi akan memperkecil porositas.
PERMEABILITAS
Kemampuan material batuan untuk mengalirkan fluida (air). Batuan dengan porositas yang besar, mampu menyimpan air, tapi belum tentu mampu mengalirkan air (permeabel), contohnya batu lempung. Tapi sebaliknya batuan yang permeabel tentu mempunyai porositas. Permeabilitas tergantung pada sifat cairan pori (viskositas), rasio ruang antar butir, bentuk dan susunan pori batuan atau struktur tanah.
PERMEABILITAS Parameter Permeabilitas ada dua : Konduktivitas Hidrolik (K), satuan cm/s atau m/s. Nilai K tidak konstan, tergantung pada media dan fluida (viskositas dan densitas fluida yang tergantung pada tekanan dan temperatur) Permeabilitas Intrinsik (k), satuannya cm2 atau m2. Nilai k hanya tergantung pada sifat fisik batuan/tanah.
PERMEABILITAS
Hubungan antara Konduktivitas Hidrolik (K) dengan Permeabilitas Intrinsik (k) adalah :
K
k .
Dimana : K = Konduktivitas Hidrolik (L/t) k = Permeabilitas Intrinsik (L2) = Berat unit cairan (m/L 3) = Viskositas (m/L2)
TRANSMISSIVITAS (T)
Nilai permeabilitas tiap satu meter akifer, menggambarkan kemampuan akifer untuk membawa air secara kuantitatif.
T=K.d dimana : T = Transmissivitas K = Konduktivitas Hidrolik d = Tebal akifer
STORATIVITAS (S)
Spesifik Lapangan (Sy) untuk unconfined aquifer atau volume air yang dapat dikeluarkan dari akifer tertekan. Dengan kata lain, Storativitas merupakan volume air yang dapat dikeluarkan dari akifer per unit kemiringan permukaan potensial muka airtanah per satu satuan luas akifer.
STORATIVITAS (S)
Akifer Tertekan, S : 0,001 – 0,00001 Akifer Bebas, S : 0,3 - 0,01 Rendahnya nilai S untuk akifer tertekan menggambarkan bahwa akifer tersebut mempunyai kemiringan permukaan potensial airtanah yang cukup terjal sekalipun akibat sedikit saja menurunnya muka airtanah.
TERIMA KASIH
PROPERTI AIRTANAH
PROPERTI FISIKA AIRTANAH
Airtanah cenderung untuk mencapai kesetimbangan kimia-fisika dan hal ini akan dicapai setelah terjadi proses-proses di dalam airtanah yang berlangsung dari waktu ke waktu. Properti Kimia/Fisika airtanah yang dapat dikenali di lapangan antara lain : Temperatur (oC), Derajat Keasaman (pH), Potensial Redoks (Eh) dan Daya Hantar Listrik (DHL).
TEMPERATUR (OC)
Temperatur airtanah pada tempat dan waktu tertentu merupakan hasil dari bermacam proses pemanasan yang terjadi di bawah dan/atau di permukaan bumi (Matthess, 1982) Dari perbandingan antara temperatur air pada tubuh air dengan temperatur rata-rata udara lokal saat pengukuran akan diketahui adanya zonasi hipertermal, mesotermal, dan hipotermal.
TEMPERATUR
O ( C)
Zonasi Hipertermal : Zona dimana temperatur air pada tubuh air tersebut lebih tinggi dari temperatur rata-rata udara lokal. Zonasi Mesotermal : Zona dimana temperatur air pada tubuh air sama dengan temperatur rata-rata udara lokal. Zonasi Hipotermal : Zona dimana temperatur air pada tubuh air lebih rendah dari temperatur rata-rata udara lokal.
Grafik Zonasi Temperatur Mataair
pH
Karena kadar ion H+ sangat kecil, maka nilai konsentrasinya ditampilkan dalam bentuk pH yang mewakili nilai -log 9 konsentrasi ion hidrogen Pada temperatur 25 oC keaktifan ion H+ dan ion OH- pada air adalah 9-4, sehingga dengan asumsi konsentrasi H+ = OH- (1 X 9-7 mol/liter) maka nilai pH air murni = 7. Faktor utama penentu keaktifan ion adalah jumlah reaksi kimia yang melibatkan ion hidrogen.
pH
Reaksi kimia akan meningkat seiring dengan perubahan temperatur air. Perubahan temperatur menyebabkan pH air berubah dan perubahan pH air tersebut bergantung pada jenis endapan akifernya. Metode paling sederhana untuk mengetahui nilai pH adalah menggunakan kertas indikator pH dengan kesalahan ± 0,9 unit.
pH
Air yang bersifat asam (pH < 7) terdapat pada daerah-daerah dengan endapan vulkanik, sedangkan air yang bersifat basa (pH > 7) terdapat pada daerah-daerah dengan batuan Ultramafik (Hem, 1985). Reaksi antara air dengan batuan ultramafik membentuk serpentinit. Reaksi ini mengikat ion H+ lebih besar daripada konsentrasi yang ada dalam sistem. Sedangkan pada kasus air panas, pH lebih rendah karena konsentrasi ion H+ yang di dalam sistem lebih besar dari yang diikat.
POTENSIAL REDOKS (Eh)
Potensial redoks adalah ukuran kecenderungan (agresivitas) air untuk mengoksidasi atau mereduksi unsur yang terlarut dalam larutan. Di dalam reaksi kimia hal ini terlihat dalam jumlah elektron yang dilepas dan elektron yang diikat. Potensial redoks dinyatakan dalam satuan milivolt (mV). Besarnya Eh dapat diukur dan perbedaan potensial antara elektroda logam inert yang terbuat dari emas atau platinum dengan sebuah elektroda lain yang mempunyai nilai potensial konstan.
POTENSIAL REDOKS (Eh)
Nilai potensial hidrogen dianggap sebagai nilai nol (baseline ), sehingga jika nilai Eh air lebih besar dari nilai Eh hidrogen, maka potensial redoksnya positif. Potensial redoks yang positif menunjukkan kondisi oksidasi, sedangkan nilai negatif menunjukkan kondisi reduksi.
Diagram Eh – pH (Fetter, 1982)
DAYA HANTAR LISTRIK (DHL)
Daya hantar listrik (spesific conductivity /konduktivitas) adalah ukuran kemampuan suatu zat menghantarkan arus listrik dalam temperatur tertentu yang dinyatakan dalam micromohs per centimeter oC. Satuan yang lebih umum digunakan adalah mikroSiemens (S). Untuk menghantarkan arus listrik, ion-ion bergerak dalam larutan memindahkan muatan listriknya (ionic mobility ) yang bergantung pada ukuran dan interaksi antar ion dalam larutan.
DAYA HANTAR LISTRIK (DHL)
Nilai daya hantar listrik untuk berbagai jenis air adalah sebagai berikut (Mandel, 1981) : - Air destilasi (aquades) : 0,5 – 50 S - Air hujan : 5,0 – 30 S - Airtanah segar : 30 – 2.000 S - Air laut : 45.000 – 55.000 S - Air garam (Brine) : > 90.000 S Nilai konduktivitas merupakan fungsi antara temperatur, jenis ion-ion terlarut, dan konsentrasi ion terlarut. Peningkatan ion-ion yang terlarut menyebabkan nilai konduktivitas air juga meningkat. Sehingga dapat dikatakan nilai konduktivitas yang terukur merefleksikan konsentrasi ion yang terlarut pada air.
PROPERTI KIMIA AIRTANAH
Unsur-unsur kimiawi yang terkandung dalam airtanah dapat dibagi menjadi unsur mayor, unsur minor, dan unsur jarang. Unsur utama (unsur mayor) terdiri dari ion-ion Mg+, Ca2+, Na+, K +, Cl-, SO42-, dan HCO3-. Unsur utama ini selalu digunakan dalam penyajian data kimia airtanah, sedangkan unsur minor dan unsur jarang tidak selalu digunakan dan tergantung kepada aspek hidrogeologi apa yang akan dipelajari.
PROPERTI KIMIA AIRTANAH
Penyajian Data Kimia Sampel Airtanah : Penyajian Secara Numerik Penyajian Secara Grafis
Penyajian Secara Numerik
Data disiapkan dalam bentuk tabel dan dengan satuan konsentrasi mg/l. Untuk mengetahui perbandingan jumlah masing-masing ion dalam larutan, maka satuan mg/l dikonversi ke dalam satuan meq/l. Konversi satuan dilakukan dengan membagi konsentrasi ion dalam mg/l dengan konsentrasi ion.
Penyajian Secara Numerik
Konsentrasi ion dapat diketahui dengan membagi berat atom atau berat molekul dengan valensi ion. Prosedur perhitungan tersebut dapat dilihat dalam contoh berikut : a. Konversi 57 mg Ca/l ke dalam meq/l. Berat atom Ca = 40,08. Valensi +2. Jumlah ekivalen: 40,08 / 2 = 20,04 , maka : Ca = 57/20,04 = 2,84 meq/l. - ke dalam meq/l b. Konversi 154 mg HCO3 /l - Berat atom H ~ 1,00 - Berat atom C - 12,011 - Berat atom 0 - 15,9994 - Berat molekul HC03 = 61,017 - valensi = 1 - Jumlah ekivalen = 61,017 - Maka HCO3- = 154/61,017 = 2,52 meq/l
Penyajian Secara Numerik
Nilai Konversi untuk beberapa kation/anion yang penting :
Na+
22,9898
Fe2+
27,9235
NO3-
62,005
K+
39,92
Mn2+
27,469
SO42-
48,031
Ca2+
20,04
CO32-
30,005
Cl-
35,453
Mg2+
12,156
HCO3-
61,017
Penyajian Secara Grafis
Pictorial Diagram a. Diagram Grafik Batang b. Diagram Lingkar/Radial Multivarian Diagram a. Trilinier Diagram (Diagram Piper) b. Horizontal Diagram (Diagram Stiff dan Diagram Schoeller)
Pictorial Diagram (Diagram Grafik Batang)
Pictorial Diagram (Diagram Lingkar/Radial)
Multivarian Diagram (Diagram Piper)
Multivarian Diagram (Diagram Stiff)
Multivarian Diagram (Diagram Schoeller)
