DAUR HIDROLOGI

Airtanah merupakan bagian dari air yang terdapat di bumi. Air dalam beberapa wujudnya di bumi ini selalu bergerak dalam suatu peredaran alami, yang dikenal sebagai daur hidrologi (hydrologic cycle) (Gb. 1).

Ilmu yang mempelajari keterdapatan, penyebaran, dan pergerakan air yang ada di bawah permukaan bumi dengan penekanan kaitannya terhadap kondisi geologi disebut hidrogeologi.

KETERDAPATAN AIRTANAH

Airtanah (groundwater) adalah bagian dari air yang ada di bawah permukaan tanah (sub-surface water), yakni hanya yang berada di zona jenuh (zone of saturation) (Gb. 2). Penyebaran vertikal air bawah permukaan dapat dibagi menjadi zona tak-jenuh (zone of aeration) dan jenuh. Zona tak-jenuh terdiri dari ruang antara yang sebagian terisi oleh air dan sebagian terisi oleh udara, sementara ruang antara pada zona jenuh seluruhnya terisi oleh air.

Air yang berada pada zona tak-jenuh disebut air gantung (vadose water). Air gantung yang terdapat dekat permukaan hingga tersedia bagi akar tetumbuhan disebut air solum (solumn water), dan yang tersimpan dalam ruang merambut (capillary zone) disebut air merambut (capillary water).

Seterusnya yang menjadi topik bahasan adalah hanya air yang terdapat pada zona jenuh. Keterdapatan (occurrence) airtanah pada zona jenuh adalah mengisi ruang-ruang antar butir batuan atau rongga-rongga batuan (Gb. 3).

Batuan itu sendiri, ditinjau dari sikapnya terhadap air dapat dibedakan atas:

Akuifer : Suatu formasi batuan yang mengandung cukup bahan-bahan yang lulus dan mampu melepaskan air dalam jumlah berarti ke sumur-sumur atau mataair. Ini berarti, formasi tersebut mempunyai kemampuan menyimpan dan melalukan air. Pasir dan kerikil merupakan contoh jenis suatu akuifer.
Padanannya: lapisan pembawa/pengandung air, tandoan/waduk airtanah.

Akuiklud: Suatu lapisan jenuh air, tetapi relatif kedap air yang tidak dapat melepaskan airnya dalam jumlah berarti. Lempung adalah contohnya.
Padanannya: persekat

Akuifug : Lapisan batuan yang relatif kedap air, yang tidak mengandung ataupun dapat melalukan air. Batu granit termasuk jenis ini.
Padanannya: perkedap

Akuitard: Lapisan jenuh air namun hanya sedikit lulus air dan tidak mampu melepaskan air dalam jumlah berarti ke sumur-sumur. Lempung pasiran adalah salah satu contohnya.
Padanannya: perlambat

Litologi Akuifer

Akuifer karena sifatnya seperti yang telah disebutkan di muka, merupakan lapisan batuan yang sangat penting dalam usaha penyadapan airtanah.

Litologi atau penyusun batuan dari lapisan akuifer di Indonesia yang penting adalah:

• Endapan aluvial: merupakan endapan hasil rombakan dari batuan yang telah ada. Endapan ini terdiri dari bahan-bahan lepas seperti pasir dan kerikil. Airtanah pada endapan ini mengisi ruang antar butir. Endapan ini tersebar di daerah dataran.

• Endapan volkanik muda: merupakan endapan hasil kegiatan gunungapi, yang terdiri dari bahan-bahan lepas maupun padu. Airtanah pada endapan ini menempati baik ruang antar butir pada material lepas maupun mengisi rekah-rekah/rongga batuan padu. Endapan ini tersebar di sekitar wilayah gunungapi.

• Batugamping: merupakan endapan laut yang mengandung karbonat, yang karena proses geologis diangkat ke permukaan. Airtanah di sini mengisi terbatas pada rekahan, rongga, maupun saluran hasil pelarutan (Gb. 4). Endapan ini tersebar di tempat-tempat yang dahulu berwujud lautan. Karena proses geologis, fisik, dan kimia, di beberapa daerah sebaran endapan batuan ini membentuk suatu morfologi khas, yang disebut karst.

KELULUSAN (Permeability) dan KETERUSAN(Transmissivity)

Kelulusan suatu batuan pada dasarnya adalah kemampuan untuk melalukan suatu cairan. Untuk pekerjaan praktis di bidang hidrologi airtanah, di mana cairan dalam hal ini air, maka kelulusan batuan dengan meluluskan airtanah, disebut sebagai 'hydraulic conductivity' = K.

Suatu media (batuan) disebut mempunyai K = 1 jika media tersebut dalam satu satuan waktu akan dapat meluluskan satu satuan volume airtanah melalui satu penampang dari satuan luas tegak lurus arah aliran, di bawah landaian hidrolika(dh/dl) = 1.

Keterusan dapat didefinisikan sebagai kecepatan air yang dilakukan lewat satu satuan lebar dari suatu akuifer, di bawah landaian hidrolika sama dengan satu. Makin tinggi nilai T dapat diartikan bahwa litologi batuan merupakan akuifer dengan potensi airtanah yang tinggi.

JENIS AKUIFER

Ada beberapa jenis akuifer:

Akuifer tak-tertekan (unconfined aquifer): adalah lapisan pembawa air, di mana kedudukan muka airtanah merupakan bagian atas dari akuifer itu sendiri.

Airtanah di dalam akuifer ini disebut airtanah tak-tertekan atau bebas, karena tekanan air di sini sama dengan tekanan udara luar (Gb. 5).

Akuifer terangkat(perched aquifer): merupakan kondisi khusus, di mana airtanah pada akuifer ini terpisah dari airtanah utama oleh lapisan yang relatif kedap air dengan penyebaran terbatas, dan terletak di atas muka airtanah utama (Gb. 6).

ALIRAN AIRTANAH

Beberapa faktor yang berpengaruh terhadap gerakan air di bawah permukaan tanah antara lain adalah:

• perbedaan kondisi energi di dalam airtanah itu sendiri,
• kelulusan lapisan pembawa air,
• kekentalan (viscosity) airtanah.

Airtanah memerlukan energi untuk dapat bergerak mengalir melalui ruang antar butiran. Tenaga penggerak ini bersumber dari energi potensial.

Energi potensial airtanah dicerminkan dari tinggi muka airnya (piezometric) pada tempat yang bersangkutan. Airtanah mengalir dari titik berenergi potensial tinggi ke arah titik berenergi potensial lebih rendah; antara titik-titik yang berenergi potensial sama tidak terdapat pengaliran airtanah. Garis khayal yang menghubungkan titik-titik yang sama energi potensialnya disebut garis kontur muka airtanah atau garis isohypse. Sepanjang garis kontur tersebut tidak terdapat aliran airtanah, karena arah aliran airtanah tegak lurus dengan garis kontur (Gb. 7).

Aliran airtanah tersebut secara umum bergerak dari daerah imbuh (recharge area) ke arah daerah luah (discharge area), dan dapat muncul ke permukaan akibat beberapa sebab.

MUNCULAN AIRTANAH

Airtanah dapat muncul ke permukaan secara alami, seperti mataair, maupun karena budidaya manusia, lewat sumurbor.

Mataair (spring) adalah keluaran terpusat dari airtanah yang muncul di permukaan sebagai suatu aliran air. Mataair ditilik dari penyebab pemunculan dapat digolongkan menjadi dua (Bryan vide Todd, 1980), yakni:

1. Akibat dari kekuatan non gravitasi.
2. Akibat kekuatan-kekuatan gravitasi.

Termasuk golongan yang pertama adalah mataair yang berhubungan dengan rekahan yang meluas hingga jauh ke dalam kerak bumi. Mataair jenis ini biasanya berupa mataair panas (Gb. 8).

Mataair gravitasi adalah hasil dari aliran air di bawah tekanan hidrostatik. Secara umum jenis-jenisnya dikenal sebagai berikut (Gb. 9):

• Mataair depresi (depression springs) terbentuk karena permukaan tanah memotong muka airtanah.

• Mataair sentuh (contact springs) terbentuk karena lapisan yang lulus air yang dialasi oleh lapisan yang relatif kedap air teriris oleh muka tanah.

• Mataair artesis (artesian spring) terbentuk oleh pelepasan air di bawah tekanan dari akuifer tertekan pada singkapan akuifer atau melalui bukaan dari lapisan penutup.

• Mataair pipaan atau rekahan (tubular or fracture springs) muncul dari saluran, seperti lubang pada lava atau saluran pelarutan, atau muncul dari rekahan-rekahan batuan padu yang berhubungan dengan airtanah.

Munculan airtanah ke permukaan karena budidaya manusia lewat sumurbor dapat dilakukan dengan menembus seluruh tebal akuifer (fully penetrated) atau hanya menembus sebagian tebal akuifer (partially penetrated).

Konstruksi sumurbor sangat tergantung dari kondisi akuifer serta kualitas airtanah. Oleh sebab itu ada bermacam-macam jenis konstruksi sumurbor (Gb. 10).

Untuk mengetahui besarnya debit yang dapat dihasilkan oleh suatu sumur dilakukan dengan cara uji pemompaan. Prinsipnya adalah memompa airtanah dari sumur dengan debit konstan tertentu dan mengamati surutan muka airtanah (drawdown) selama pemompaan berlangsung (Gb. 11). Dari situ dapat dilihat berapa besar kapasitas jenis sumur, yakni jumlah air yang dapat dihasilkan dalam satuan volume tertentu (specific capacity) apabila muka air di dalam sumur diturunkan dalam satu satuan panjang (misalnya liter/detik setiap satu meter surutan). Di samping itu dari uji pemompaan dapat diketahui juga parameter akuifer, seperti angka kelulusan (hydraulic conductivity).

Penurunan muka airtanah pada sumur tunggal berbeda dengan penurunan muka airtanah pada sumur banyak. Pada sumur banyak penurunan tersebut akan saling mempengaruhi, tergantung dari jarak antar sumur (Gb. 12).

Di suatu daerah, di mana banyak sumur menyadap airtanah, pemompaan akan membentuk suatu kerucut penurunan (cone of depression). Apabila ini terjadi di daerah pantai akan memicu intrusi air laut , yakni aliran air payau/asin ke arah darat (sea water encroachment). Sementara itu, kondisi yang demikian bila terjadi pada akuifer tertekan dengan lapisan pengurung lempung, akan sangat potensial terjadinya amblesan tanah (land subsidence).

MUTU AIRTANAH

Airtanah sejak terbentuk di daerah imbuh dan mengalir ke daerah luahnya, melalui ruang antara dari batuan penyusun akuifer. Dalam perjalanan tersebut airtanah melarutkan mineral batuan serta dipengaruhi oleh kondisi lingkungannya. Oleh sebab itu, mutu airtanah dari satu tempat ke tempat lain sangat beragam tergantung dari jenis batuan, di mana airtanah tersebut meresap, mengalir, dan berakumulasi, serta kondisi lingkungan.

Mutu airtanah dinyatakan menurut sifat fisik, kandungan unsur kimia, ataupun bakteriologi. Persyaratan mutu airtanah telah dibakukan berdasarkan penggunaannya, seperti mutu air untuk air minum, air irigasi, maupun industri.

Beberapa unsur utama ( mayor constituents ) kandungan airtanah - 1,0 hingga 1000 mg/l - adalah sodium, kalsium, magnesium, bikarbonat, sulfat, dan khlorida. Kandungan khlorida yang tinggi merupakan indikasi adanya pencemaran bersumber dari air limbah atau intrusi air laut.

Sementara kandungan nitrat sebagai unsur sekunder (secondary constituents) - 0,01 hingga 10 mg/l - bersumber dari limbah manusia (anthropogenous), tanaman, maupun pupuk buatan.

Untuk penyajian hasil analisis kimia airtanah, umumnya dipakai diagram segitiga Piper (Gb. 13). Dengan diagram ini dapat diketahui unsur apa yang paling dominan yang terkandung dalam airtanah. Sementara penyajian diagram SAR (Sodium Adsorption Ratio), sangat lazim dipakai untuk analisis airtanah untuk keperluan pertanian (Gb. 14).

CATATAN KAKI

Kata vadose berasal dari kata bahasa Latin vadosus (dangkal).

Kata aquifer dapat dilacak dari asal kata bahasa Latin. Aqui adalah suatu bentuk gabungan aqua (air) dan -fer datang dari ferre (membawa). Oleh sebab itu akuifer adalah pembawa air. Imbuhan -clude dari aquiclude berasal dari kata bahasa Latin claudere (menutup). Demikian juga imbuhan -fuge dari aquifuge datang dari fugere (menjauhi), sementara imbuhan -tard dari aquitard berasal dari kata bahasa Latin tardus (lambat).

Kata artesis/artois berasal dari kata bahasa Perancis artesien artinya berkaitan dengan tempat bernama Artois, bagian provinsi paling utara Prancis. Di sini pengeboran airtanah dalam yang pertama menembus akuifer tertekan, sekitar tahun 1750. Aslinya kata tersebut mengacu pada sebuah sumur yang airnya mengalir bebas, tetapi pada saat ini dipakai untuk segala sumur yang menembus akuifer tertekan atau nama dari akuifer itu sendiri.