Pergerakan air tanah (hukum darcy)
20
PERGERAKAN AIR TANAH (HUKUM DARCY)
MAKALAH
Dibuat dan Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Tugas Mata Kuliah Aliran Air Tanah dari Dosen Drs. Sukadi, M.Pd., MT.
Oleh :
Ayu Santika (1406564)
Azhar F. Fakhri (1403218)
Vanesa Desti A. (1403850)
PROGRAM STUDI TEKNIK SIPIL S1
DEPARTEMEN PENDIDIKAN TEKNIK SIPIL
FAKULTAS PENDIDIKAN TEKNOLOGI DAN KEJURUAN
UNIVERSITAS PENDIDIKAN INDONESIA
2016
KATA PENGANTAR
Segala puji dan syukur kita panjatkan hanya kepada Allah SWT dan hanya kepada-Nya-lah segala bentuk pujian dipersembahkan. Shalawat serta salam semoga tetap tercurahkan kepada junjungan kita Nabi Muhammad SAW. Karena dari beliaulah segala suri tauladan berasal. Dan berkat nikmat-Nya makalah ini dapat terselesaikan.
Selanjutnya, Makalah tentang PERGEAKAN AIR TANAH (HUKUM DARCY) membahas lebih detail mengenai pergerakan air dalam tanah dan penjabaran praktikum berdasarkan Hukum Darcy. Adapun tujuan disusunnya makalah ini adalah untuk memenuhi tugas Mata Kuliah Aliran Air Tanah. Dan tak lupa ucapan terima kasih kepada Bapak Drs. Sukadi, M.Pd., M.T, selaku Dosen dari Mata Kuliah Aliran Air Tanah yang telah membimbing kami dengan baik selama mata kuliah berlangsung.
Semoga makalah ini dapat bermanfaat bagi para pembaca. Penulis menyadari masih banyak kekurangan dari makalah ini. Oleh karena itu, segala saran dan kritik yang membangun dari pembaca sangat diharapkan demi perbaikan pada tugas selanjutnya. Mudah-mudahan Allah senantiasa meridhoi setiap langkah dan aktivitas kita semua. Amin ya robbal 'alamin.
Bandung, November 2016
Penulis
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR I
DAFTAR ISI II
BAB I PENDAHULUAN
Latar Belakang 1
Rumusan Masalah 2
Tujuan Makalah 2
Prosedur Makalah 2
BAB II PEMETAAN DIGITAL
Pergerakan Air Tanah 3
Penyaluran Alami dan Artifisial 7
Erosi Air Tanah 12
Macam-macam Pergerakan Air Tanah 14
Teori Hukum Darcy 16
BAB III PENUTUP
Kesimpulan 20
Saran 20
DAFTAR PUSTAKA 21
BAB I
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Masalah air selalu menarik untuk dibahas lebih lanjut, dikarenakan air merupakan salah satu kebutuhan pokok yang utama bagi manusia, pada umumnya kelangkaan air di bumi ini merupakan akibat dari kecerobohan manusia sendiri. Sebenarnya air di bumi tidak langka, tetapi sering dirancukan dengan tidak dapatnya air untuk dikonsumsi, dikarenakan air tersebut kotor ataupun dapat berubah wujudnya, seperti udara juga banyak mengandung air, tetapi air yang ada di udara ini tidak dapat dikonsumsi secara langsung.
Jumlah air di sekitar bumi ini selalu tetap, tetapi kwantitas wujudnya yang selalu berubah. Adapun wujud air seperti kita ketahui adalah gas, cair, dan padat yang kita kenal dengan es. Perubahan wujud air di sekitar bumi selalu berubah dan berputar, hal demikian kita kenal dengan nama Siklus Hidrologi.
Air di bumi yang meliputi air laut, air di udara, dan air di darat. Air di darat meliputi : air danau, air rawa, air selokan, dan air sungai, semua air ini akan mengalami penguapan yang disebabkan oleh pemanasan sinar matahari. Dalam hidrologi, penguapan dari badan air secara langsung disebut Evaporasi.
Penguapan air juga terjadi pada tumbuhan disebut Transpirasi. Jika penguapan dari permukaan air bersama-sama dengan penguapan dari tumbuh-tumbuhan disebut Evapotranspirasi. Penguapan air dari dedaunan dan batang pohon yang basah disebut Intersepsi. Hujan dalam istilah hidrologi disebut Presipitasi yakni tetes air dari awan yang jatuh kepermukaan tanah.
Hujan yang turun ke permukaan bumi jatuh pada permukaan tanah, permukaan air danau, sungai, laut, hutan, ladang, persawahan atau perkebunan. Air yang meresap ke tanah akan terus sampai kedalaman tertentu dan mencapai permukaan air tanah (groundwater) yang disebut perkolasi. Jika aliran tanah muncul atau keluar akan menjadi mata air (spring). Mata air yang keluar dengan cara rembesan disebut seepage.
Air menutupi hampir 71% permukaan bumi. Terdapat 1,4 triliun kilometer kubik atau sekitar 330 juta mil³ tersedia di bumi. Seperti kita ketahui, sebagian besar air terdapat di laut yaitu air asin dan yang berada di kutub serta puncak gunung yang tinggi kita kenal dengan nama es, akan tetapi air dapat hadir sebagai awan, hujan, sungai, muka air tawar, danau, uap, dan aliran air di atas permukaan tanah (run off) yang meliputi, menuju air, dan lautan es. Air dalam obyek-obyek tersebut bergerak mengikuti suatu siklus air, yaitu melalui penguapan, hujan, mata air, sungai, muara, laut.
Pengelolaan sumber daya air yang kurang baik dapat menyebabkan kekurangan air, monopolisasi serta privatisasi dan bahkan dapat menimbulkan konflik. Indonesia telah memiliki undang-undang yang mengatur sumber daya air sejak tahun 2004, yakni Undang-undang nomor 7 tahun 2004 tentang Sumber Daya Air.
Rumusan Masalah
Mengetahui pengertian pergerakan air tanah
Mengetahui perbedaan penyaluran alami dan artifisial
Mengetahui pengertian erosi air tanah
Mengetahui macam-macam pergerakan air tanah
Mengetahui teori Hukum Darcy
Tujuan Makalah
Untuk mengetahui pengertian pergerakan air tanah
Untuk mengetahui perbedaan penyaluran alami dan artifisial
Untuk mengetahui pengertian erosi air tanah
Untuk mengetahui macam-macam pergerakan air tanah
Untuk mengetahui teori Hukum Darcy
Prosedur Makalah
Prosedur penulisan makalah ini adalah dengan menggunakan metode studi pustaka melalui internet.
BAB II
PEMBAHASAN
Pergerakan Air Tanah
Tanah adalah suatu benda fisis yang berdimensi tiga terdiri dari panjang, lebar, dan dalam yang merupakan bagian paling atas dari kulit bumi. Kata "tanah" seperti banyak kata umum lainnya, mempunyai beberapa pengertian. Dalam pengertian tradisional tanah adalah medium alami untuk pertumbuhan tanaman daratan, tanpa memperhitungkan tanah tersebut mempunyai horizon yang keliatan atau tidak. Pengertian ini masih merupakan arti yang paling umum dari kata tersebut, dan perhatian yang terbesar pada tanah terpusat pada pengertian ini. Orang menganggap tanah adalah penting, oleh karena tanah mendukung kehidupan tanam-tanaman yang memaso pangan, serat, obat-obatan, dan berbagai keperluan lain manusia, juga karena mampu menyaring air serta mendaur ulang limbah.
Tanah menutupi permukaan bumi sebagai lapisan yang sambung menyambung, terkecuali pada batuan tandus, pada wilayah yang terus menerus membeku, atau tertutup air dalam, atau pada lapisan es terbuka suatu glester. Dalam pengertian ini, tanah memiliki suatu ketebalan yang ditentukan oleh kedalaman akar tanaman. Tanah merupakan suatu benda alam yang tersusun dari padatan (bahan mineral dan bahan organik), cairan dan gas, yang menempati permukaan daratan, menempati ruang, dan dicirikan oleh salah satu atau kedua berikut: horison-horison, atau lapisan-lapisan, yang dapat dibedakan dari bahan asalnya sebagai hasil dari suatu proses penambahan, kehilangan, pemindahan dan transformasi energi dan materi, atau berkemampuan mendukung tanaman berakar di dalam suatu lingkungan alami (Soil Survey Staff, 1999).
Schoeder (1972) mendefinisikan tanah sebagai suatu sistem tiga fase yang mengandung air, udara dan bahan-bahan mineral dan organik serta jasad-jasad hidup, yang karena pengaruh berbagai faktor lingkungan pada permukaan bumi dan kurun waktu, membentuk berbagai hasil perubahan yang memiliki ciri-ciri morfologi yang khas, sehingga berperan sebagai tempat tumbuh bermacam-macam tanaman. gambar di bawah adalah gambar faktor pembentuk tanah.
Batas atas dari tanah adalah batas antara tanah dan udara, air dangkal, tumbuhan hidup atau bahan tumbuhan yang belum mulai terlapuk. Wilayah yang diannggap tidak mempunyai tanah, apabila permukaan secara permanen tertutup oleh air yang terlalui dalam (secara tipikal lebih dari 2.5 m) untuk pertumbuhan tanam-tanaman berakar. Batas horizontal tanah adalah wilayah dimana tanah berangsur beralih kedalam, area-area tandus, batuan atau es. Batas bawah yang memisahkan dari bahan bukan tanah yang terletak dibawahnya, adalah yang paling sulit ditetapkan. Tanah tersusun dari horizon-horizon dekat permukaan bumi yang berbeda kontras tehadap bahan induk di bawahnya, telah mengalamiperubahan interaksi antara iklim, relief dan jasad hidup selama waktu pembentukannya.
Lapisan di dalam bumi yang dengan mudah dapat membawa atau menghantar air disebut lapisan pembawa air, pengantar air atau akufir. Yang biasanya dapat merupakan penghantar yang baik ialah lapisan pasir dan kerikil, atau di daerah tertentu, lava dan batu gampiul. Penyembuhan atau pengisian kembali air yang ada dalam tanah itu berlangsung akibat curah hujan, yang sebagian meresap kedalam tanah. Bergantung pada jenis tanah dan batuan yang mengalasi suatu daerah curah hujan meresap kedalam bumi dalam jumlah besar atau kecil. Ada tanah yang jarang dan ada tanah yang kedap.Kesarangan (porositip) tidak lain ialah jumlah ruang kosong dalam bahan tanah atau batuan. Orang menyatakannya dalam persen bahan yang dengan mudah dapat dilalaui air disebut lulus. Kelulusan tanah atau batuan merupakan ukuran mudah atau tidaknya bahan itu dilalui air. Pasir misalnya, adalah bahan yang lulus air melewati pasir kasar dengan kecepatan antara 10 dan 100 sihosinya. Dalam lempeng, angka ini lebih kecil, tetapi dalam kerikil lebih besar.
Secara umum airtanah akan mengalir sangat perlahan melalui suatu celah yang sangat kecil dan atau melalui butiran antar batuan
Batuan yang mampu menyimpan dan mengalirkan airtanah ini kita sebut dengan akifer. Air tanah akan bergerak dari tekanan tinggi menuju ke tekanan rendah. Perbedaan tekanan ini secara umum diakibatkan oleh gaya gravitasi (perbedaan ketinggian antara daerah pegunungan dengan permukaan laut), adanya lapisan penutup yang impermeabel diatas lapisan akifer, gaya lainnya yang diakibatkan oleh pola struktur batuan atau fenomena lainnya yang ada di bawah permukaan tanah. Pergerakan ini secara umum disebut gradien aliran air tanah (potentiometrik). Secara alamiah pola gradien ini dapat ditentukan dengan menarik kesamaan muka airtanah yang berada dalam satu sistem aliran air tanah yang sama.
Proses pergerakan air tanah sangat penting karena dengan pergerakan air ini kita dapat mengetahui suatu daerah tersebut mempunyai banyak akan air tanah atau tidak. Pergerakan air tanah tersebut dipengaruhi oleh tekstur tanah,partikel tanah,dll, Model aliran airtanah itu sendiri akan dimulai pada daerah resapan airtanah atau sering juga disebut sebagai daerah imbuhan airtanah (recharge zone). Daerah ini adalah wilayah dimana air yang berada di permukaan tanah baik air hujan ataupun air permukaan mengalami proses penyusupan (infiltrasi) secara gravitasi melalui lubang pori tanah/batuan atau celah/rekahan pada tanah/batuan. Proses penyusupan ini akan berakumulasi pada satu titik dimana air tersebut menemui suatu lapisan atau struktur batuan yang bersifat kedap air (impermeabel). Titik akumulasi ini akan membentuk suatu zona jenuh air (saturated zone) yang seringkali disebut sebagai daerah luahan airtanah (discharge zone).
Perbedaan kondisi fisik secara alami akan mengakibatkan air dalam zonasi ini akan bergerak/mengalir baik secara gravitasi, perbedaan tekanan, kontrol struktur batuan dan parameter lainnya. Kondisi inilah yang disebut sebagai aliran airtanah. Daerah aliran airtanah ini selanjutnya disebut sebagai daerah aliran (flow zone). Dalam perjalananya aliran airtanah ini seringkali melewati suatu lapisan akifer yang diatasnya memiliki lapisan penutup yang bersifat kedap air (impermeabel) hal ini mengakibatkan perubahan tekanan antara airtanah yang berada di bawah lapisan penutup dan airtanah yang berada diatasnya.
Perubahan tekanan inilah yang didefinisikan sebagai airtanah tertekan (confined aquifer) dan airtanah bebas (unconfined aquifer). Dalam kehidupan sehari-hari pola pemanfaatan airtanah bebas sering kita lihat dalam penggunaan sumur gali oleh penduduk, sedangkan airtanah tertekan dalam sumur bor yang sebelumnya telah menembus lapisan penutupnya. Airtanah bebas(water table) memiliki karakter berfluktuasi terhadap iklim sekitar, mudah tercemar dan cenderung memiliki kesamaan karakter kimia dengan air hujan. Kemudahannya untuk didapatkan membuat kecenderungan disebut sebagai airtanah dangkal. Airtanah tertekan/ airtanah terhalang inilah yang seringkali disebut sebagai air sumur artesis (artesian well).
Pola pergerakannya yang menghasilkan gradient potensial, mengakibatkan adanya istilah artesis positif ; kejadian dimana potensial airtanah ini berada diatas permukaan tanah sehingga airtanah akan mengalir vertikal secara alami menuju kestimbangan garis potensial khayal ini. Artesis nol ; kejadian dimana garis potensial khayal ini sama dengan permukaan tanah sehingga muka airtanah akan sama dengan muka tanah. Terakhir artesis negatif ; kejadian dimana garis potensial khayal ini dibawah permukaan tanah sehingga muka airtanah akan berada di bawah permukaan tanah.
Perbedaan elevasi antar permukaan air tanah dikenal sebagai hydraulic head. Hal ini disebabkan karena air mengalir mengikuti bentuk topografi. Bila kita mengikuti perjalanan air, maka mulanya gravitasi menarik air dari zona aerasi menuju ke permukaan air tanah kemudian pergerakan turun terjadi karena gravitasi dari daerah dengan permukaan air tanah tinggi menuju daerah dengan permukaan air tanah rendah (danau, sungai, rawa-rawa). Secara mendasar, pergerakan air tanah mengarah kebawah karena terdorong untuk menuju daerah dengan tekanan yang lebih rendah.
Gambar 1. Pergerakan air bawah permukaan menuju daerah dengan bertekanan rendah
Penyaluran Alami dan Artifisial
Penyaluran alami bagi air tanah adalah melalui sungai, danau dan rawa-rawa yang merupakan jalinan utama antara reservoir air tanah dan bagian lain dari sistem hidrologi. Bila penyalurannya tidak berasal dari air tanah maka sungai-sungai akan mengalami kekeringan selama paruh waktu tertentu dalam satu tahun.
Penyaluran artifisial merupakan hasil dari pengambilan air melalui sumur (wells) yang dapat dilakukan dengan cara menggali atau mengebor sumur hingga zona jenuh. Banyaknya sumur bor ternyata telah mampu mengubah sistem hidrologi, misalnya adalah turunnya permukaan air tanah.
Penyaluran Alami
Beberapa kondisi geologi telah memberikan penyaluran alami dalam bentuk rembesan (seeps) dan mata air (springs). Jika lapisan permeabel berselingan dengan lapisan impermeabel, maka air tanah dipaksa mengalir secara lateral menuju singkapan lapisan permeabel (gambar 4.). Kondisi demikian biasa ditemukan pada mesa dan plateau dimana batupasir permeabel berselingan dengan serpih impermeabel. Penjajaran mata air (spring line) biasanya ditandai dengan penjajaran pepohonan. Mata air lainnya didapatkan karena migrasi sepanjang columnar joint dan vesicular pada basalt; muncul sepanjang sisi sungai, misalnya Thausand Springs di Idaho yang muncul di sisiSnake RiverValley; dan muncul disepanjang sesar.
Gambar 2. Mata air terbentuk pada berbagai kondisi geologi. (A) Jalur mata air berkembang sepanjang dinding lembah. Biasanya ditandai oleh pertumbuhan vegetasi yang tidak biasanya. (B) Mata air terbentuk sepanjang lereng lembah dimana cavernous limestone memberikan aliran air bahwa tanah ke permukaan. (C) Air permukaan berasal dari rembesan melalui vasikuler dan rekahan dari basalt. (D) Sesar menggeser perlapisan batuan. Jajaran mata air merupakan hasil air bawah tanah yang naik sepanjang sesar (Hamblin & Christiansen, 1995).
Ringkasnya, mata air terbentuk karena permukaan air tanah terpotong oleh permukaan tanah atau air tanah merembes keluar ke permukaan sepanjang rekahan dan sesar. Umumnya mata air terjadi sepanjang dinding lembah (valley walls) dikarenakan sungai telah mengerosi lembah hingga bagian bawah kedudukan permukaan air tanah regional.
Sumur
Bandingkanlah sumur gali dan sumur pemboran! Air mengalir dari rongga pori menuju sumur mengisi kedudukan permukaan air tanah dan selanjutnya ketika air dipompa keluar, maka permukaan air tanah mengalami penurunan (drawn down) disekitar sumur dalam bentuk kerucut (cone) sehingga sering disebut sebagai kerucut depresi (cone of depression). Jika air turun dengan cepat maka akan segera terisi kembali, kerucut depresi terus tumbuh hingga pada akhirnya sumur menjadi kering. Kerucut depresi disekitar sumur besar yang digunakan untuk kebutuhan rumah tangga dan pabrik industri dapat mencapai ratusan meter diameter. Semua sumur yang berada dalam kerucut depresi akan terpengaruh. Hal ini akan dapat memicu pertengkaran di kalangan masyarakat. Untuk itulah, simulasi model komputer berdasarkan data permeabilitas, arah pengaliran dan kedudukan air tanah seharusnya sudah dapat memperkirakan jumlah air yang keluar berdasarkan periode waktu tertentu.
Gambar 3. Kerucut depresi pada permukaan air tanah terbentuk bila air mengalami penurunan yang lebih cepat dari pulihnya permukaan air tanah (Hamblin & Christiansen, 1995).
Air Artesis (Artesian Water)
Air tanah pada lapisan permeabel yang tertekan diantara lapisan impermeabel mengalami tekanan sehingga bila dilakukan pemboran, maka air akan keluar sendiri tanpa bantuan pompa. Kondisi geologi yang diperlukan untuk menjadi sumur artesis adalah sebagai berikut:
Sikuen batuan harus mengandung lapisan permeabel dan lapisan impermeabel. Sikuen ini biasa terjadi pada kondisi alamiah sebagai perselingan antara serpih dan batupasir. Lapisan permeabel disebut sebagai aquifer (lapisan pembawa air).
Pada daerah tinggian, batuan harus memiliki kedudukan perlapisan yang miring dan tersingkap sehingga air dapat masuk kedalam aquifer.
Precipitasi yang cukup dan pengaliran permukaan harus terjadi pada daerah yang tersingkap sehingga aquifer terus terisi.
Gambar 4. Kondisi geologi yang diperlukan untuk sistem artesis meliputi: (1) lapisan permeabel (aquifer) diantara lapisan impermeabel, (2) batuan yang miring sehingga aquifer dapat menerima infiltrasi dari air permukaan, (3) infiltrasi air yang memadai mengisi aquifer akan membentuk tekanan hidrostatik. Sumur akan menjadi sumur artesian bila posisi bagian atas sumur berada dibawah permukaan tekanan artesis (Hamblin & Christiansen, 1995).
Air yang tertekan didalam aquifer dapat keluar seperti air yang keluar dari pipa dikarenakan tekanan hidrostatik mampu mendorongnya sehingga rekahan atau pipa yang memotong lapisan dapat menjadi media keluarnya air menjadi mata air artesis atau sumur yang airnya mengalir sendiri (flowing wells).
Artesian-pressure surface adalah permukaan yang merupakan batas kemampuan air artesis untuk naik ke atas (artesian water). Permukaan ini dari daerah tangkapan (recharge area) akan miring mengikuti kelerengan. Bila kita melakukan pemboran pada aquifer tertekan maka air akan naik dengan sendirinya. Bila permukaan sumur berada diatas artesian pressure surface, maka air tidak bisa mengalir ke permukaan, namun bila permukaan berada dibawah artesian pressure surface, maka air akan mengalir sendiri ke permukaan.
Mata Air Panas (Thermal Springs) dan Geysers
Manifestasi menakjubkan dari air tanah adalah fenomena mata air panas (thermal spring) atau geyser dimana air dan uap tersembur ke udara. Fenomena ini hasil dari pemanasan air tanah karena aktifitas magmatik aktif. Contoh daerah yang sangat terkenal karena fenomena ini adalahYellowstoneNational Park, di Amerika Serikat. Kondisi pembentukan geyser yaitu :
Tubuh batuan yang panas harus dekat dengan permukaan.
Sistem rekahan tidak beraturan hadir dan menerus kebawah dari permukaan.
Pasokan air tanah yang relatif konstan dan besar harus selalu ada.
Semburan geyser terjadi ketika air tanah mengalami tekanan dalam rekahan, gua-gua atau lapisan batuan yang porous hingga mencapai titik kritis kesetimbangan tekanan-temperatur. Temperatur meningkat akan mengubah air menjadi uap. Karena itu air pada bagian bawah akan tertekan lebih kuat dari air yang berada di permukaan dan air akan panas sekali hingga uap akan tersembur ke udara. Setelah tekanan mengalami pelepasan, maka gua-gua akan terisi kembali dan preses semula akan berulang kembali.
Gambar 5. Pembantukan geyser. (A) perkolasi air bawah tanah turun memasuki jaringan bukaan interkoneksi kemudian mengalami pemanasan oleh batuan beku panas (hot igneous rocks). (B) Naiknya temperatur hingga diatas titik didih atau berkurangnya tekanan akan menyebabkan air terubah menjadi uap yang dengan cepat akan mendorongnya ke permukaan sehingga menghasilkan erupsi geyser. (Hamblin & Christiansen, 1995).
Air panas yang naik keatas melalui batuan samping yang dilaluinya tanpa kehilangan banyak panas sehingga naik ke permukaan sebagai mata air panas yang kadangkala hingga temperatur mendidih. Air ini biasanya membawa material kimia asal batuan yang dilaluinya.
Energi Geotermal
Energi panas dari air tanah atau energi geotermal saat ini banyak dimanfaatkan sebagai salah satu sumber energi. Sebagai contoh, Islandia telah memanfaatkan energi ini dengan sukses sejak 1928. Sumur yang dibor di daerah geotermal akan mengambil air dan uap yang disalurkan menuju tangki penampung dan kemudian dialirkan ke rumah-rumah dan gedung pemerintah untuk keperluan pemanas dan air panas. Biaya yang diperlukan untuk pemanasan langsung ini sebesar 60% dari biaya bila menggunakan pemanas berenergi minyak bumi dan sekitar 75% dari harga metode pemanas listrik yang termurah. Uap dari energi geotermal juga dimanfaatkan untuk pembangkit tenaga listrik. Hanya saja masalah korosi muncul karena airnya mengandung asam dan sejumlah garam terlarut karenanya muncul biaya tinggi pada perawatan sistem pemipaan.
Erosi Air Tanah
Air tanah juga bisa menyebabkan erosi yang biasanya terkait dengan proses pelarutan terutama pada batugamping. Material terlarut akan dibawa dan akan diendapkan pada tempat lain, misalkan pada rongga pori batuan. Erosi air tanah dimulai sejak perkolasi air tanah melalui rekahan, sesar dan bidang perlapisan batuan dan melarutkan batuan yang mudah larut. Rekahan yang membesar akan membentuk jarian gua-gua bawah tanah yang dapat mencapai beberapa kilometer. Bila gua-guan semakin besar maka suatu ketika akan terjadi keruntuhan atap (roof collapse) dan terbentuklah depresi yang mirip kawah yang disebut sebagai sinkhole. Aktivitas pelarutan yang berjalan terus akan membesarkan sinkhole dan menjadi lembah pelarutan yang pada akhirnya akan mengerosi seluruh batuan yang mudah larut.
Topografi karst adalah bentangalam yang khas hasil dari erosi air tanah. Sistem pengalirannya unik karena di beberapa tempat ditemukan sungai, namun kemudian hilang dan masuk kedalam sinkholes menjadi disappearing stream. Air mengalir melalui jaringan gua-guan membentuk sungai bawah tanah (underground stream). Mata air seringkali dijumpai karena munculnya air tanah ke permukaan.
(A) Pada tahap awal, air merembes melalui rekahan dan bidang perlapisan batugamping. Air merembes turun ke permukaan air tanah kemudian bergerak menuju sungai permukaan.
(B) Ketika sungai mengerosi dasar lembah lebih dalam maka terjadi penurunan permukaan air tanah. Air dalam kanal bawah tanah maka akan membentuk jalur baru. Jalur lama yang merupakan kanal bawah tanah terus mengalami pembesaran dan akhirnya runtuh membentuk sinkholes atau terisi oleh runtuhan jatuhan atau endapan gua (Hamblin & Christiansen, 1995)
Gambar 6. Evolusi sistem gua (modifikasi dari underground worlds. Planet earth series. Time-Life Books, 1982 op.cit. Hamblin & Christiansen, 1995)
Macam-Macam Pergerakan Air Tanah
Pergerakan Air Tanah Lateral
Pada dasarnya gerakan air secara lateral adalah mengikuti prinsip hidrolik, dimana gerakan air yang terjadi disebabkan perbedaan tekanan antara dua tempat yang pori-porinya berhubungan. Menurut hukum Darcy, pergerakan atau rembesan air tanah berlangsung secara linier.
Pada dasarnya gerakan air secara lateral adalah mengikuti prinsip hidrolik, dimana gerakan air yang terjadi disebabkan perbedaan tekanan antara dua tempat yang pori-porinya berhubungan.
Berdasarkan uraian di atas terlihat bahwa gerakan dan kecepatan aliran air tanah dipengaruhi oleh luas penampang, gradien hidrolik, porositas, permeabilitas (daya rembesan tanah), dan lain-lain.
Dari pergerakan air tanah ini dapat diketahui besarnya permeabilitas tanah yang juga tergantung pada macam atau jenis tanah serta suhu atau viskositas fluida. Berikut ini dapat dilihat harga koefisien permeabilitas macam tanah pada suhu tetap.
Tabel 1. Harga k dari berbagai macam tanah
No.
Macam Tanah
Harga k
1
2
3
4
Lempung
Lanau
Pasir halus
Pasir berlempung
10-9 – 10-6
10-5 – 5 . 10-4
10-3 – 5 . 10-2
. 10-3 – 10-2
Pergerakan Air Tanah Vertikal
Pergerakan air tanah secara vertikal ini dimulai dari "zone of aeration" yang terbagi atas "soil water zone", "intermediete zone/ intermediete belt", dan "capilary zone". Di bawah capilary zone terdapat "water table", dimana zona ini termasuk dalam "zone of saturation".
Apabila air tanah yang telah mencapai zone of aeration tadi terus bergerak, maka suatu saat gerakan air tanah tersebut akan terhenti pada batas lapisan bed rock. Sedangkan kecepatan gerak dari air tersebut adalah berbeda-beda, tergantung dari ukuran butir tanahnya. Berikut ini dapat dilihat beberapa harga dari kecepatan air tanah.
Gambar 2. Pergerakan air tanah vertikal
Tabel 2. Kecepatan Air Tanah
No.
Karakteristik tanah dalam Akuifer
Ukuran butir
(mm)
Kecepatan rata-rata
(m/ hr)
1
2
3
4
Silt, Pasir halus
Pasir sedang
Pasir kasar, kerikil halus
Kerikil
0,005 – 0,25
0,25 – 0,5
0,5 – 2,0
2,0 – 10,0
2,0
35,0
192,0
109,0
Teori Hukum Darcy
Prinsip yang mengatur bagaimana cairan bergerak di bawah permukaan disebut hukum Darcy. Hukum Darcy adalah persamaan yang mendefinisikan kemampuan suatu fluida mengalir melalui media berpori seperti batu. Hal ini bergantung pada kenyataan bahwa jumlah aliran antara dua titik secara langsung berkaitan dengan perbedaan tekanan antara titik-titik, jarak antara titik-titik, dan interkonektivitas jalur aliran dalam batuan antara titik-titik. Pengukuran interkonektivitas disebut permeabilitas.
Di bawah permukaan, batuan diendapkan pada lapisan. Aliran fluida dalam dan di antara lapisan batuan diatur oleh permeabilitas batuan. Namun, untuk memperhitungkan permeabilitas, harus diukur baik dalam arah vertikal dan horisontal. Sebagai contoh, serpih biasanya memiliki permeabilitas yang jauh lebih rendah daripada vertikal horizontal (dengan asumsi datar berbaring serpih tempat tidur). Ini berarti bahwa sulit untuk cairan mengalir naik turun melalui tempat tidur serpih tetapi jauh lebih mudah untuk itu mengalir dari sisi ke sisi. Contoh yang baik dari karakteristik ini ditunjukkan pada gambar di sebelah kiri; yang jelas menunjukkan bahwa akan lebih mudah bagi air untuk mengalir sepanjang perlapisan horisontal dalam serpih di mana ada aliran alami jalur bukan vertikal di mana ada beberapa jalur aliran .
Pada akhirnya, jika perbedaan tekanan antara zona hidrolik retak dan akuifer air tawar tidak besar, jarak antara zona relatif besar, dan ada batuan dengan permeabilitas vertikal yang rendah di antara lebih dalam dan zona dangkal, aliran antara zona tidak mungkin terjadi. Pengecualian untuk ini adalah di mana ada jalur aliran terpisah seperti lubang bor terbuka atau serangkaian kesalahan atau sendi yang bersinggungan kedua zona retak dan akuifer air tawar. Di bawah salah satu dari keadaan ini, perbedaan tekanan dan jarak akan menjadi faktor penentu, apakah cairan dapat bermigrasi dari bagian bawah ke zona atas.
Untuk mereka yang memiliki minat lebih besar dalam prinsip-prinsip matematika di balik aliran fluida di bawah permukaan, berikut ini adalah deskripsi dari Hukum Darcy:
Hukum Darcy adalah persamaan yang mendefinisikan kemampuan suatu fluida mengalir melalui media berpori seperti batu. Hal ini bergantung pada prinsip bahwa jumlah aliran antara dua titik adalah berbanding lurus dengan perbedaan tekanan antara titik-titik dan kemampuan media melalui yang mengalir untuk menghambat arus. Berikut tekanan mengacu pada kelebihan tekanan lokal atas tekanan hidrostatik cairan normal yang, karena gravitasi, meningkat dengan mendalam seperti di kolom berdiri air. Ini faktor impedansi aliran ini disebut sebagai permeabilitas. Dengan kata lain, hukum Darcy adalah hubungan proporsional sederhana antara tingkat debit sesaat melalui media berpori dan penurunan tekanan lebih dari jarak tertentu.
Hukum Darcy adalah hubungan proporsional sederhana antara tingkat debit sesaat melalui media berpori dan penurunan tekanan lebih dari jarak tertentu. Dalam format modern, menggunakan konvensi tanda tertentu, hukum Darcy biasanya ditulis sebagai :
Q=-K.A.dh/dl
Dimana:
Q = Laju aliran air (volume per waktu)
K = Konduktivitas hidraulik
dh/dl = gradien hidraulik
Aplikasi Hukum Darcy
Tujuannya:
Untuk menetukan konduktifitas hidrolik (K)
Untuk menetukan kecepatan aliran (v)
Alat dan bahan :
Botol bekas
Selang
Tanah Sampel
Gelas Ukur
Penyangga
Prosedur Kerja :
Menentukan head loss = hi = (hi - h2) dan panjang aliran = L
Menghitung harga landaian hidrolika = i = hl/L (tanpa satuan)
Dengan rumus Q = K .i . A, dimana
Q = debit aliran (diukur),
A = luas penampang (dihitung), maka harga
K = konduktifitas hidrolik dapat dihitung
Kecepatan aliran = V dapat dihitung dengan menggunakan rumus V = K .i
Pembatasan Hukum Darcy :
Hukum Darcy hanya berlaku untuk tanah yang homogen dan isotropis. Isotropis yaitu sifat tanah ke segala arah sama atau homogen dari atas sampai kebawah.
Kontinuitas volume air yang masuk ke volume kontrol tidak sama dengan volume yang keluar, tanpa menghiraukan volume kontrol. Kalau volume tetap hukum darcy tidak berlaku.
Volume tanahnya tidak berubah, bagi tanah yang mengembang dan mengkerut tidak berlaku Hukum Darcy.
Hukum darcy hanya berlaku pada aliran Laminer, aliran turbulen tidak berlaku.
BAB III
PENUTUP
Kesimpulan
Model aliran airtanah itu sendiri akan dimulai pada daerah resapan airtanah atau sering juga disebut sebagai daerah imbuhan airtanah. Daerah ini adalah wilayah dimana air yang berada di permukaan tanah baik air hujan ataupun air permukaan mengalami proses penyusupan secara gravitasi melalui lubang pori tanah/batuan atau celah/rekahan pada tanah/batuan. Proses penyusupan ini akan berakumulasi pada satu titik dimana air tersebut menemui suatu lapisan atau struktur batuan yang bersifat kedap air. Titik akumulasi ini akan membentuk suatu zona jenuh air yang seringkali disebut sebagai daerah luahan airtanah.
Penyaluran alami bagi air tanah adalah melalui sungai, danau dan rawa-rawa yang merupakan jalinan utama antara reservoir air tanah dan bagian lain dari sistem hidrologi. Sedangkan penyaluran artifisial merupakan hasil dari pengambilan air melalui sumur (wells) yang dapat dilakukan dengan cara menggali atau mengebor sumur hingga zona jenuh.
Erosi air tanah dimulai sejak perkolasi air tanah melalui rekahan, sesar dan bidang perlapisan batuan dan melarutkan batuan yang mudah larut.
Pergerakan air tanah dibagi menjadi dua, yaitu pergerakan air tanah lateral dan pergerakan air tanah vertikal.
Prinsip yang mengatur bagaimana cairan bergerak di bawah permukaan disebut hukum Darcy. Hukum Darcy adalah persamaan yang mendefinisikan kemampuan suatu fluida mengalir melalui media berpori seperti batu.
Saran
Dalam penulisan makalah ini penulis menyadari masih begitu banyak kekurangan. Oleh karena itu, penulis menyarankan kepada pembaca agar mencari tahu lebih lanjut jika ada yang kurang dapat dipahami dari makalah ini.
DAFTAR PUSTAKA
Ichsan, M. (2011, December 31). Diambil kembali dari https://ichsanmuhammad.wordpress.com/download/air-tanah/pergerakan-air-tanah/
Sriwijaya, M. (2013, September). Diambil kembali dari http://mineritysriwijaya.blogspot.co.id/2013/09/air-tanah.html
Tambang, P. (t.thn.).
Tambang, P. (2012, March). Diambil kembali dari http://pustakatambang.blogspot.co.id/2012/03/hukum-darcy.html
Wikipedia. (t.thn.). Diambil kembali dari https://id.wikipedia.org/wiki/Henri_Darcy