Hidrogeologi I - 2013

KULIAH HIDROGEOLOGI (MGT-321) Ir. Ir. Abdurrachman Asseggaf, MT 

BAB I. Pendahuluan BAB II. Analisis Geometri Akifer  BAB III. Dasar Aliran Airtanah BAB IV. Sifat Fisik Hidrolika Batuan; Latihan Korelasi Bab V. Aliran Airtanah Pada Sumur  Bab VI. Hidrolika Airtanah Bab VII. Uji Pemompaan Airtanah + Soal Latihan Bab VIII. Eksplorasi Airtanah; Latihan Peta MAT Bab IX. Pemantauan Airtanah & Resapan Buatan UTS (Bab I – Bab VII) Latihan Uji Pompa Bab X. Kimia Airtanah Bab XI. Evolusi Ion-ion Utama : Soal Hidro Kimia Bab XII. Intrusi Airlaut Bab XIII. Pencemaran Airtanah Bab IX. Pemantauan Airtanah & Resapan Buatan Diskusi Kasus Airtanah Ujian Kimia Airtanah  – Pencemaran Airtanah UAS NAS = 10% Absensi + 15% Kuiz + 15% Laporan/Tugas + 25% UTS + 35% UAS Absensi ≥ 70% dari kehadiran kuliah.

BAB I PENDAHULUAN 1.1. 1.2. 1.3. 1.4. 1.5. 1.6. 1.7. 1.7.1. 1.8. 1.9. 1.9.1. 1.9.2.

PERKEMBANGAN HIDROGEOLOGI HIDROGEOLOGI FISIKA SEBELUM AWAL 1940 HIDROGEOLOGI KIMIAWI SEBELUM AWAL 1960 HIDROGEOLOGI SETELAH 1960 HUBUNGAN DI ANTARA HIDROGEOLOGI dan ILMU GEOLOGI LAIN LINGKUNGAN SUMBERDAYA AIR SIKLUS HIDROLOGI SUMBER INFORMASI AIRTANAH INDONESIA KLIMATOLOGI CURAH HUJAN EVA POTRANSPIRASI

1.1. PERKEMBANGAN HIDROGEOLOGI Beberapa peneliti yang kemudian menulis buku mengenai terdapatnya air pada permukaan tanah ataupun di bagian bawahnya :  Lammark (1802) HYDROGEOLOGY   Tolman (1937) GROUNDWATER   Todd (1959 & 1980) GROUNDWATER HYDROLOGY   Dewiest (1965) GEOHYDROLOGY   Davis & Dewiest (1966) HYDROGEOLOGY   GROUNDWATER  Freeze & Cherry (1979)  Dominico & Schwartz (1990) PHYSICAL AND CHEMICAL HYDRO-GEOLOGY  Masalah penggunaan istilah GEOHYDROLOGY ataupun HYDROGEOLOGY telah sering diperdebatkan : GEOHYDROLOGY Lebih ditekankan pada aspek-aspek geologi airtanahnya.  HYDROGEOLOGY Penekanan lebih luas pada hidraulik dan aliran cairannya.  Mead (1919) mempublikasikan buku Hidrologi yang mendefinisikan Hydrogeology sebagai suatu studi dari hukum-hukum terdapatnya aliran (mengalirnya) air di bawah muka tanah. Mead  menekan pentingnya airtanah (groundwater ) sebagai suatu bagian geologi. Meinzer (1949) mengedit buku Hydrology , dan ia mendefinisikan dalam konteks “Siklus Hidrologi”, ditandai oleh berkembangnya :

“Butir air berasal dari cekungan laut laut.”



Atmosfer  Benua dan akhirnya kembali ke cekungan

MEINZER (1949) membagi siklus hidrologi menjadi : • Hidrologi Permukaan. • Hidrologi Bawah Permukaan atau disebut dengan Geohidrologi , yang lebih ditekankan pada sumurnya. 1.2. HIDROGEOLOGI FISIKA SEBELUM AWAL 1940 Pada masa ini ahli-ahli Hidrogeologi yang bekerja di lapangan menggunakan peralatan seperti palu, kompas, dan alat pengukur muka air serta tekanan cairan. Di si ni terdapat 2 bagian penting : 1. HENRY DARCY (1856) : Hukum yang memerikan mengenai aliran airtanah (pergerakannya). 2. HENRY DARCY dan T.C. CHAMBERLIN (1885) : Yang memerikan terdapatnya air dan aliran di bawah kondisi  Artesis. Puncak masa ini terjadi pada tahun 1923 ketika Meinzer mempublikasikan buku mengenai terdapatnya airtanah di A.S., ada 4 (empat) tahapan yang dibutuhkan dalam penyediaan air  yang berasal dari airtanah : 1. Eksplorasi. 2. Pengembangan. 3. Inventarisasi. 4. Manajemen. Meinzer dan Stearns (1928) mengemukakan suatu teori dalam inventarisasi sumberdaya air  melakukan pengukuran, pendugaan air yang masuk dan keluar dalam tubuh airtanah (cadangan) serta perubahannya setiap waktu. Studi ini membutuhkan informasi rinci untuk menjelaskan hubungan antara air bawah permukaan dan komponen lain yang berhubungan dengan Siklus Hidrologi . Theis (1935) dibantu Lubin (ahli Matematik), mengenalkan analogi di antara aliran panas dan aliran airtanah.

1.3. HIDROGEOLOGI KIMIAWI SEBELUM AWAL 1960 Perkembangan sejarah Hidrogeologi Kimiawi sebenarnya bersamaan dengan Fisikanya, tetapi sebagian besar disebabkan tidak adanya pembanding sebagai penunjuk, seperti yang diungkapkan Darcy ataupun Chamberlin. Dengan penyatuan ide yang berkembang dari beberapa pekerja (Ahli Hidrogeologi) yang tertarik pada luasnya variasi dari aspek-aspek Hidrokimia, di antaranya muncul ide yang menarik pada periode ini  – termasuk prosedur grafik (masih digunakan saat ini) untuk menafsirkan hasil analisis air, seperti :  PIPER - 1944  STIFF – 1951 Dan evolusi kimiawi airtanah pada aliran airtanah :  CHEBOTAREV - 1955  BACK – 1960 Terutama usaha awal pada sisi kimiawi airtanah yang langsung menentukan kualitas air dan kecocokannya untuk kebutuhan sehari-hari dan pertanian : • HEM’S (1959) Studi dan penafsiran karakter kimiawi dari air alami. • GARRELS (1960) Memusatkan pendekatan keseimbangan termodinamika kimiawi, terutama dipusatkan pada hidrogeologi kimiawi untuk memahami/mengerti proses-proses geokimia regional dengan baik melalui penelitian lapangan. 1.4. HIDROGEOLOGI SETELAH 1960 Masa setelah tahun 1960-Hidrogeologi ditandai oleh penggabungan Fisika dan Kimiawi, secara mendasar lebih kurang bertanggung-jawab untuk pengembangan tambahan di antara awal 1960 :  Pertama Teknologi  komputer kecepatan tinggi.

Kedua motivasi kelembagaan  awal tertariknya ahli-ahli hidrogeologi pada prosesproses transportasi, panas atau massa kimiawi yang mengalir dari satu titik ke titik lain akibat aliran airtanah, seperti :  Evolusi Panas Cekungan Sedimentasi.  Mineralisasi Suhu  – Rendah.  Polusi Panas.  Respons Cairan dan Termomekanik dan Batuan yang Digunakan Sebagai Tempat Penyimpanan Limbah Nuklir. Studi Transportasi dan Reaksi Massa pada aliran airtanah merupakan bagian utama dari Hidrogeologi Modern (kini-mendatang). 

1.5. HUBUNGAN DI ANTARA HIDROGEOLOGI dan ILMU GEOLOGI LAIN Mengingat kembali tentang massa batuan yang dapat berada dalam : 1) Fasa Tetap (Stationary) : Tubuh batuan yang dibentuk oleh padatan. 2) Fasa Bergerak (Mobille) : Batuan yang mengandung cairan. Kemampuan mengalirnya airtanah untuk melarutkan batuan dan mineral serta menyebarkan kembali sejumlah besar massa terlarut, mempunyai implikasi penting dalam proses lebih lanjut : • Diagenensa Mineral. • Mineralisasi. • Geologi secara umum. Efek total Couple (Stress, Strain & Pore Fluids) secara penuh ditunjukkan dalam beberapa lingkungan modern dunia yang mempunyai tekanan cairan tinggi abnormally , tekanan ini dapat meretakkan batuan dan lebih jauh lagi terjadi Deformasi . Hidrogeologi adalah studi hukum-hukum/aturan aliran dari air di bawah tanah, mekanik, kimiawi,

1.6. LINGKUNGAN SUMBERDAYA AIR  Air adalah bagian yang sangat menentukan dalam kehidupan manusia sehari-hari di suatu lokasi di samping faktor kesuburan, keamanan dan bencana geologi. Masalah keberadaan sumberdaya air merupakan salah satu bagian dalam menghadapi Masalah Lingkungan Hidup Manusia.

Dalam pembangunan lingkungan hidup, keberadaan sumberdaya air adalah tahap paling awal yang mentukan proses pembangunan, karena ini akan mempengaruhi kehidupan masyarakat dalam suatu wilayah (baik desa maupun kota). Perkembangan pembangunan saat ini adalah menghadapi Proses Pencemaran Sumberdaya Air termasuk Airtanah. Maka prioritas utama saat ini adalah mengatasi pencemaran badan-badan air (Sungai/Danau) dan airtanah, serta mencegah meningkatnya pencemaran sumberdaya air. Meningkatnya jumlah penduduk dalam suatu kota secara langsung akan meningkatkan pula kebutuhan akan airbersih dan pencemaran, sehingga yang perlu dibangun adalah pemahaman bahwa keberadaan sumberdaya air dalam suatu wilayah terbatas atau tertentu, dan saat ini airtanah bukan merupakan sumberdaya yang terbarui ( Renewable) apabila didasarkan pada keseimbangan Recharge  – Discharge terhadap waktu umur manusia. Sekarang, permasalahan air menjadi kekhawatiran akan proyeksi keberadaan/ketersediaan air  dan kebutuhannya makin tidak seimbang, hal ini disebabkan pemahaman “ Cekungan Airtanah ” di suatu wilayah tidak dipahami secara menyeluruh/penuh. Perspektif Pengkajian dan Pemanfaatan Sumberdaya Air Asal “ Cekungan Airtanah” meliputi 4 (empat) tahap (Mandel & Shiftan, 1981) yaitu : • Tahap Eksplorasi. • Tahap Eksploitasi. • Tahap Konservasi (Inventarisasi).

Kualitas airtanah dalam kehidupan modern (sekarang) telah memicu untuk terjadinya perubahan kualitas sumberdaya airtanah, ini sebagai akibat dari pemanfaatan sumberdaya yang sangat intensif dan produksi air limbah terus meningkat. Perubahan kualitas airtanah dapat terjadi akibat : ▪ Proses Alami di Daerah Recharge/Resapan. ▪ Kegiatan Manusia (Rumahtangga/Industri). ▪ Intrusi Airlaut ataupun Bocoran Sumur Bor Dalam.

Penanganan permasalah air di Indonesia membutuhkan kerjasama antar disiplin ilmu pengetahuan, sehingga dapat diperoleh gambaran yang lebih jelas mengenai keberadaan sumberdaya air di suatu wilayah. Khusus airtanah, pemahaman keberadaan airtanah dalam suatu Cekungan Airtanah pada daerah tertentu memberikan arti bahwa keberadaan airtanah sangat ditentukan oleh adanya akifer air pada kondisi geologi tertentu : • Mulai dari Daerah Recharge/Resapan pada bagian yang lebih tinggi/hulu, • Masa perjalanan airtanah antara daerah Recharge - Discharge. • Daerah luahan/Discharge pada bagian yang lebih rendah.

Selama masa perjalanannya airtanah dapat muncul menjadi mataair dan sebagian tetap mengalir sebagai aliran airtanah. Komposisi mineral akifer airtanah akan menghasilkan kimiawi airtanah yang tertentu pula.  Adanya perubahan airtanah/mataair (kuantitas maupun kualitas) haruslah dicermati/dipelajari sebagai akibat perubahan di daerah Recharge dengan pendekatan Hidrogeologi dan Hidrogeokimia. Pengembangan ataupun pembatasan penggunaan airtanah haruslah berlandaskan tahapan

1.7. SIKLUS HIDROLOGI Dengan memperhatikan siklus hidrologi (Gambar 1.1 ~ 1.3) dapat dibagi menjadi dua (2) bagian, yaitu : 1. Input Hidrologi ke Suatu Daerah : 1). Persipitasi (Curah Hujan). 2). Aliran Air Permukaan : a. Aliran Sungai. b. Banjir. 3). Masuknya Airtanah  Infiltrasi. 4). Memasukkan secara buatan air ke dalam : a. Pipa. b. Saluran/Danau/Situ. 2. Output Hidrologi Dari Suatu Daerah : 1). Evapotranspirasi. 2). Evaporasi dari Permukaan Air. 3). Limpasan Air Permukaan. 4). Keluarnya Airtanah/Mataair. 5). Mengeluarkan Air Secara Buatan : a. Pipa. b. Saluran/Danau/Situ. RUMUSAN : INFLOW = OUTFLOW SIMPANAN CADANGAN Perubahan-perubahan untuk menyeimbangkan persamaan hidrologi termasuk : 1. Air Permukaan : Danau/Situ, Sungai. 2. Kelembaban Tanah Pada Zona Vadose. 3. Es dan Salju di Permukaan. 4. Simpanan Cekungan. 5. Tertahannya Air Pada Permukaan Tumbuhan.

Gambar : Siklus Hidrologi

1.7.1. SUMBER INFORMASI Informasi Hidrogeologi dapat diperoleh dari berbagai sumber : 1. Departemen Pertambangan dan Energi. Dirjend. Geologi dan Sumberdaya Mineral.  Direktorat Geologi Tata Lingkungan 2. Departemen Kimpraswil. Dirjend. Pengairan  Direktorat Airbersih 3. Departemen Dalam Negeri. Dirjend. Pemerintahan  Propinsi/Kabupaten/Kodya. PAM/PDAM. Dinas Pertambangan. 4. Depertemen Perhubungan. Badan Meteorologi dan Geofisika. 5. Departemen Kesehatan. Direktorat Penyediaan Airbersih. 6. Perusahaan Pengeboran Airtanah. Propinsi/Kabupaten/Kodya. Seharusnya data-data di atas dihimpun dalam satu lembaga atau Bank Data :  Badan/Otorita  Lembaga

Yang dapat digunakan dalam kegiatan : 1.Pencarian Sumber Airtanah. 2.Pengelolaan Airtanah. 3.Pemantauan Airtanah. 4.Konservasi Airtanah. Penggunaan sumberdaya air yang berkelanjutan bagi generasi mendatang. 1.8. AIRTANAH INDONESIA Kepulauan Indonesia mempunyai kondisi geologi yang sangat kompleks dalam penyebaran batuan, stratigrafi , struktur dan morfologi , sehingga keberadaan airtanah sangat ditentukan oleh perkembangan media pori ataupun rekahannya. Pemahaman airtanah suatu wilayah akan tergantung seberapa jauh ki ta memahami kondisi hidrogeologinya. Sebagai Contoh ; Kondisi Hidrogeologi Wilayah DKI Jakarta dibentuk oleh Endapan Kuarter; Berupa Endapan Fluvial, Delta dan Paparan yang terletak di atas endapan Sedimen Tersier (Tua) dan dibatasi oleh kondisi Geologi Wilayah Bogor (Selatan), Bekasi (Timur) dan Tangerang (Barat).  Akifer air (Litologi Pasir) dari setiap jenis endapan akan memberikan kimiawi airtanah yang tertentu, dan dapat berubah/dipengaruhi oleh adanya aktifitas perubahan muka airlaut s elama masa Kuarter.

1.9. KLIMATOLOGI 1.9.1. CURAH HUJAN Cara-cara perhitungan curah hujan dari beberapa titi k pengamat hujan. 1. Cara Rata-rata ALJABAR

Ṝ=

1 (R1 + R2 + . . . + Rn) n Dimana : Ṝ = Curah Hujan Daerah (mm) n = Jumlah Titik Pengamatan R1, R2 , . . , Rn = Curah Hujan di Tiap Titik Pengamatan Hasil baik jika jumlah titik banyak. 2. Cara THIESSEN Jika titik tidak tersebar merata maka dimasukkan unsur pengaruh : Persamaan : Ṝ = A1R1 + A2R2 + . . . + An Rn Dimana :  A1 + A2 + A3 . . . + An R = Curah Hujan Daerah. n = Jumlah Titik Pengamatan. = A1R1 + A2R2 + . . . + An Rn R1, R2 , . , Rn = Curah Hujan di Tiap Titik  A Pengamatan. = W1R1 + W2 + R2 + . . . + WnRn  A1, A2 . . . An = Bagian Daerah yang Mewakili Tiap Titik Pengamatan. W1, W2 ,Wn = A1 , A2 , . . . An  A A A

PEMBUATAN POLIGON

3. Cara GARIS ISOHIET

Rumus : Ṝ =

A1R1 + A2R2 + . . . + An Rn  A1 + . . . + An

Dimana :

Ṝ

=  A1, A2 . . . An = R1, R2 , . . . , Rn= W1, W2 ,Wn =

Curah Hujan Daerah. Luas Bagian-bagian antara Garis Isohiet. Curah Hujan Rata-rata pada A 1, A2, ... , An A1 , A2 , . . . An  A A A

1.9.2. EVAPOTRANSPIRASI CARA PERHITUNGAN BANYAKNYA EVAPOTRANSPIRANSI 1. CARA BLANEY - CRIDDLE V = K . f  V = Banyaknya ET Bulanan (INC). K = Koef., Tergantung dari Jenis Tanaman. f = t+p 100 t = Suhu udara rata-rata bulanan (oF) 2. CARA THORNTHWAITE e = c. ta e = Evapotranspirasi Pot. Bulanan (cm/bulan). t = Suhu udara rata-rata bulanan ( oC). c&a = Koef., tergantung pada tempat. a = 0.000000675 (I 3) – 0.0000771 (I 2) + 0.01792 (I) + 0.49239 I = t I

℮

1.51 4

 t     5  12

= 1 = Jumlah 12 bulan dari suhu udara rata-rata bulanan di bagi 5 =

  t   1.610     I  

a

1.514

1.9.3. INFILTRASI INFILTRASI : Proses masuknya air hujan ke dalam lapisan permukaan tanah dan turun ke permukaan airtanah. Kecepatan Infiltrasi berubah-ubah sesuai dan intensitas Hujan  Laju Infiltrasi. Laju Infiltrasi Maksimum yang terjadi pada suatu kondisi tertentu  Kapasitas Infiltrasi. Faktor-faktor yang mempengaruhi Infiltrasi : 1. Genangan di atas permukaan tanah dan tebal lapisan jenuh. 2. Kelembaban Tanah. 3. Pemampatan oleh curah hujan. 4. Penyumbatan oleh bahan-bahan halus. 5. Pemampatan oleh manusia dan hewan. 6. Struktur Tanah. 7. Tumbuhan Penutup. 8. Udara yang terdapat dalam tanah.

Pustaka : 1. Erdelyi, M. & Galfi, J.; 1988; Surface and Subsurface Mapping in Hydrogeology, John Wiley & Son, Chichester, page 1  – 29. 2. Purodimadja, D.J., 1997; Kumpulan Panduan dan Modul Praktikum Hidrogeologi, Lab. Hidrogeologi  – Jurusan Teknik Geologi, FTM  – ITB, Bandung (Edisi Khusus). 3. Suyono Takeda, 1987; Hidrologi Untuk Pengairan, Pranaja, Jakarta, halaman 27 – 55. 4. Freze, R.A. & Cherry, J.A., 1979; Groundwater, Prentice  – Hall, Inc., Englewood Cliff, USA, page 4  – 39.