Your SlideShare is downloading. ×
Air tanah4 maret2009
Upcoming SlideShare
Loading in...5
×

Thanks for flagging this SlideShare!

Oops! An error has occurred.

×
Saving this for later? Get the SlideShare app to save on your phone or tablet. Read anywhere, anytime – even offline.
Text the download link to your phone
Standard text messaging rates apply

Air tanah4 maret2009

1,283

Published on

Published in: Business, Technology
0 Comments
0 Likes
Statistics
Notes
  • Be the first to comment

  • Be the first to like this

No Downloads
Views
Total Views
1,283
On Slideshare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
0
Actions
Shares
0
Downloads
84
Comments
0
Likes
0
Embeds 0
No embeds

Report content
Flagged as inappropriate Flag as inappropriate
Flag as inappropriate

Select your reason for flagging this presentation as inappropriate.

Cancel
No notes for slide

Transcript

  • 1. INFILTRASI DANINFILTRASI DANAIRTANAHAIRTANAHBAB VIIIBAB VIII
  • 2. AIR TANAHAnalisis terkait pekerjaan teknik sipil antara lain adalah :• Kapasitas air tanah (debit) untuk air minum, industri dll.• Pengendalian M.A.T (Muka Air Tanah) :• akibat ekploitasi pemanfaatannya (untuk air minum, pertanian dll).• drainase• genangan banjir• suplai air untuk pertanian• reklamasi tanah• dewatering• dll.
  • 3. Beberapa Definisi Parameter Air TanahWadah air tanah dapat dibedakan atas :• Akifer (Aquifer) : formasi/material geologis, yang dapatmengandung serta melepaskan air dalam jumlah yangcukup.• Akitar (Aquiclude) : formasi geologi yang dapatmenampung air, tetapi tidak dapat melepaskan dalamjumlah yang cukup• Akifuk (Aquifuge) : formasi geologi yang tidak dapatmenampung maupun melepaskan air dalam jumlah yangcukup.Kita bahas mengenai akifer
  • 4. Proses terjadinya air tanah dalam siklus Hidrologi
  • 5. Air VadoseAir freatik(air tanah)Airgravitasiatau vadoseantaraAir kapilerAir pada tanahbagian atasZona Vadose(kapiler)Zone aerosiZone phreaticZone air jenuh(saturation)Air dalam pori-poriyang tak berhubunganAir artesisXerophytesInfluent streamp < p atmosferp > p atmosferph = p atmBidang batas air jenuhAir tanah ditempat yangtinggiLapis lempungMata airEffluent streamSumurBidang batas air jenuh(water table)Skema penampang melintang pembagian zonasi air tanahUnconfinedConfined
  • 6. MAB = MukaAir BebasMABMata air ataubocoranAkitarFree-flowing wellMA PiezometrikInfiltrasiAkifer bebasAkifer tertekanMABSkema AkiferTerbagi atas : Akifertertekan dan tidaktertekan
  • 7. Akifer setengah tertekan/terkurung (semi confined Aquifer) :-akifer yang sepenuhnya jenuh air-bagian atas dibatasi oleh lapisan setengah kedap air-bagian bawah berupa lapisan kedap air-terjadi aliran arah vertikal akibat resapan air dari lapisan atas-terjadi aliran arah horisontal pada lap bawah menuju potensi enerji lebih rendahkarena k’<kkk k=0/ ,<AkitarAkiferLapisan kedap airkMuka piezometrikMuka tanahAkifer setengah tertekan/terkurung (semi confined Aquifer)
  • 8. Akifer setengah tak tertekan (semi unconfined Aquifer)•lapisan penutup atas mempunyai nilai k’ sedemikian besar tapi < kelulusan akifer k•aliran mendatar dalam lapisan itu tidak dapat diabaikan.Akifer setengah tak tertekan (semi unconfined Aquifer)
  • 9. -Static water level :permukaan air statik selama tak ada pengambilan air akifer (pompa/gravitasi).-Dynamic Water Level :permukaan air dinamik akibat pengambilan air (pompa ataupun gravitasi-Draw down :penurunan permukaan air didalam sumur akibat pengambilan air tanah-Residual Drawdown :Penurunan muka air setelah pemompaan dihentikan dimana muka air naikkembali mendekati muka air statik semula (periode pemulihan/RecoveryPeriod).-Cone of Depression :Ruang berbentuk kerucut yang terbentuk oleh lengkung penurunan (DrawdownCurve) disekeliling sumur, akibat pemompaan sumur tersebut.-Radius of Influence :Radius pengaruh sumur yang dipompa sampai tepi dasar kerucut penyusutan .-Steady Flow :Aliran langgeng yang terjadi saat terwujud keseimbangan antara debit air yangdipompa dengan recharge (pengisian kembali) akifer.
  • 10. -Non Steady Flow :Aliran tak langgeng yang terjadi dari saat pemompaan air sumur sampaiterjadinya keadaan langgeng serta pada saat Recovery Period.-Permeabilitas k (m2) :tingkat “kemudahan” batuan dalam meluluskan cairan.-Hydraulic Conductivity K (m/det) :kecepatan aliran rembesan air melewati penampang melintang akifer.Tipe Tanah Koef. Permeabilitas(cm/det) (m/hari)kerikil (Clean Gravel)Pasir kasar (Coarse/Clean Sand)Pasir cmpuran (sand-mixture)Pasir halus (Fine sand)Pasir halus (Silty sand)Pasir halus (Silt)Tanah lempung (Clay)1.0 dan lebih1.0 - 0.0010.001 - 0.0050.05 - 0.0010.002 - 0.00010.0005 - 0.000010.000001 dan kurang102- lebih102- 101101- 100100- 10-1100- 10-210-4- 10-610-4- kurangTabel Daftar Harga Koef.. Permeabilitas
  • 11. -Transmissivity T = K D :laju perpindahan air melalui sebuah akifer setebal D persatuan gradienhidraulis dan persatuan lebar-Storage Coef S :volume air yang dapat dihasilkan/ditampung akifer persatuan luas &persatuan tinggi tekan (muka air tanah). Dapat ditentukan dengan PumpingTestConfined Aquifers 0.00005<S<0.005 atau S=3.10-6b (b=tebal akifer).Unconfined Aquifers : bergantung pada kondisi akifer (site specific)- Specific Yield Sy = Wy/V:Rasio volume air (Wy) tanah setelah saturasi yang dapat dikeluarkan secaragravitasi terhadap volume tanah tersebut (V).-Specific retension Sr= Wr/V :Rasio volume air (Wr)yang tertahan dalam tanah (oleh gaya kapiler dibawahpengaruh gravitasi) setelah saturasi terhadap volume tanah tersebut (V).Dengan demikian, bila tanah dapat di keringkan sampai porositasnya P, akandidapat P= Sy + Sr.-Recharge :Pengisian kembali volume air tanah baik secara alamiah maupun rekayasa.Recharge dapat menaikan kembali soil moisture ataupun ketinggian air anah.
  • 12. Skema penentuan Storage Coefficient untuk Confined (a) dan Unconfined (b)Unit decline ofwater tableUnit cross-sectional areawater tableAquiferAquiferpiezometric surfaceUnit decline ofsurfaceUnit cross-sectional areapiezometricImpermeableImpermeableConfining Stratuma b
  • 13. rawaM.A.T kemarauM.A.T musim hujanM.TLAP tidak jenuhJENUH AIRoutflowsumurrechargeoutflowsungaiDiagram dari sistem air tanah bebas
  • 14. KELENGASAN DALAM ‘ZONE VADOSE’•Kelengasan terjadi karena kapilaritas tanah dan juga daya hisap tumbuhan.•Bergantung pada karakter/jenis/struktur tanah•Zona ini berada diatas permukaan air tanah bebas.Struktur Tanah
  • 15. Gerakan Air dalam TanahGerakan air terjadi pada saat massa air yang ada menimbulkan gaya yang lebihbesar dari gaya rekat (gaya adhesi dan gaya kohesi) partikel tanah dan air.Ada 3 jenis gerakan air dalam tanah :1. Air higroskopis : yang melekat pada permukaan partikel tanah akibat gaya adhesi.2. Air kapiler : Air melekat akibat kapilaritas/tegangan permukaaan.3. Air Gravitasi : Air yang bergerak bebas akibat gaya gravitasiBatas padat dan cair(solid & liquid)Partikel tanahsolidAir higroskopis(gaya adhesi)Batas gravitasi bergerakakibat gaya gravitasiAir kapiler akibat gayategangan permukaan(surface tension force)Gerakan Air Tanah
  • 16. PERGERAKAN AIR AKIBAT LENGAS TANAHγInfiltrasi (infiltration) ialah gerakan air akibat resapan air dari permukaan tanahmasuk kedalam tanahPerkolasi (percolation) : gerakan yang lewat tanah.Pergerakan lengas dalam tanah diatur oleh potensial lengas mengikutipersamaan berikutdimanaq = Debit aliran per satuan luas (panj/sat waktu)x = jarak tempuh aliran (panj)k = konduktivitas (panj/sat waktu)Λ = potensial = h1-h2 (panj)
  • 17. KELENGASAN DALAM ZONE FREATIKSemua rongga pori dipenuhi dengan air atau disebut jenuh sehingga pergerakan air lebihmudah terjadiPergerakan Air TanahPergerakan terjadi mulai dari Recharge area (masuknya air dalam tanah), bergerak menujuDischarge area (keluarnya air tanah dalam bentuk mata air, rembesan atau limpasan padasumur).Arah dan kecepatan pergerakan air tanah dipengaruhi kondisi hidraulik wadah alirannya(kemiringan, porositas, geometri dll).Pergerakan air tanah dapat didekati dengan Hukum Darcy sbb.:V= Ki = K ∆φ/ ∆Ldimana :V = Kecepatan aliran air dalam akifer (panj/sat waktu)K = Koef. permeabilitas/Hyd. Conductivity (panj/sat.waktu)i = Gradien hidraulik searah aliran∆φ = Tinggi tekan piezometrik (potential head) = h1-h2∆L = Jarak tempuhAsumsi : Aquifer isotropik, non kapiler dan aliran langgengX=LVDatumZ2Z1P2/yP1/yh1-h2Poros media
  • 18. Debit aliran air tanah diperoleh sbb.:Q = V.A = K.i.Adimana :Q = Debit air melalui akifer berpenampang A (m3 /det)A = Luas penampang melintang akifer yg dialiri (m2) = B x D.Sering kali debit aliran dinyatakan dalam debit persatuan lebar sbb.:q = Q/B =K D.i(1)Pot. MemanjangBidang datum1ZlZ(2)2Zk = .... m/hari1h2hPot. MelintangBDIlustrasi parameter Darcy pada penampang akifer
  • 19. Ground surfaceWater tablePiezometric surfaceUnconfinedaquifer= 10 m/dayK= 0.2 m/dayKAquitardaquiferLeakyABChB2 m25 m5 mContoh Aplikasi Darcy pada Aliran Vertikal (lihat gambar bawah)Kecepatan aliran air tanah dari A ke B adalah sbb.:V= Ki = K ∆φ/ ∆ι= 0.2 x(hB+5-30)/5Jika hB= 26.8 diperolehV = 0.2(26.8+5-30)/5= 0.07 m/day
  • 20. Penentuan PermeabilitasPermebilitas dapat diperoleh dengan 2 cara sbb.:1) Uji Laboratorium dengan alat permeameter2) Secara Uji Lapangan : mengukur debit pada akifer yang diketahui dimensi/geometrinyaA L2atk = ln (h /h)Permeameter tanpapelepasanAAA = daerah reservoirh = tinggi pada th = tinggi pada ta = luas tabungL/2ahPermeameter Sederhana Beraliran ke Atas
  • 21. Permeameters untuk pengukuran Hydraulic Conductivitypada head tetap (a) dan head berubah (b)Sample Sample2rcHorizontal areaof sample, APorous plateVolume in time tVOverflowConstantwater levelsupplyContinuoush2t2rL1hhLa b
  • 22. Penentuan Hydraulic Conductivity dari akifer unconfined di lapangan dengan metoda Tracer TesthGround surfaceAddtracerHole AWater tableHole BSamplefor tracerLtLLhKVa ==αTracer dimasukan dalam sumur A kemudian pada sumur B diambil contoh air untukmenelusuri waktu perjalanan tracer dari sumur A ke B, sehingga diperoleh :Sehingga akan didapatDimana α adalah prositas tanahhtLK2α=
  • 23. Mata AirTerjadi saat akifer berpotongan dengan permukaan tanah.Debit mata air relatif konstan bila terdapat keseimbangan inflow-outflow dari akifer.Mata air atau cekunganPenutup tak kedapMata air di tempat tinggiMata airBidang batasair jenuhLapis kedapBidang batas air jenuhMata airMata air hasil saluran yang terpecahMata airMata air antiklinalLapis kedapMata airJenis-jenis Mata Air
  • 24. M.T.xSumur pengamatPotongan radialyP2sr2h 1hh2 s1s1yPr21rQ RM.A.B.Hlap. kedap airsemula(x,y)Skema Aliran Radial pada Akifer BebasAsumsi & MetodaAnalisis aliran pada suatu akifer : Radial, 2 dimensi dan satu dimensiReal flow : air mengalir dari sekeliling titik kontrol (sumur dll)Metoda Dupuit (1863)dimodifikasi oleh Thiem(1906).Analisa aliran dibahas dalam 2 keadaan :a) akifer bebas /Unconfined Aquiferb) akifer tertekan/confined aquifer.DEBIT ALIRAN TANAHContoh Aliran Radial Pada Akifer Bebas Air mengalir darisekeliling sumur masuk ke dalam sumur tsbR = jari-jari sumurH = tinggi M.A. bebas semula dari lapisan kedap airS = penurunan M.A.H = tinggi air dalam sumur dari lapisan kedap airh1,h2= tinggi air dalam sumur di 1 & 2 dari lapisan kedap airs1,s2= penurunan M.A dititik 1 dan 2R = jari-jari pengaruhReal flow : air mengalir dari sekeliling titik kontrol (sumur dll)
  • 25. Dengan mengambil titik tengah sumur 0 sebagai titik pusat koordinat maka titik Ppada lengkung penurunan M.A mempunyai koordinat (X,Y). Besarnya debit dapat diperolehdengan aplikasi Hukum Darcy sbb.:Q = k. Ax.ixdengan :k = koef. permeabilitasAx= luas bidang potong radial yg dilalui aliran pd bag. akifer jenuh dititik P= keliling silender x tinggi silinder= (2πx) . (y)= 2 π xyix= kemiringan hidraulik pada titik P = dy/dxQ = debit aliran radial ang melalui Axsehingga :Q = k(2 π xy)dy/dxQ(dx/x) = 2 π kydyUntuk mendapatkan Q sumur = Q total dari aliran radial. Maka persamaan diatas diintegralkandalam arah X : antara batas (R → r), dan dalam arah Y : antara batas (H → h) sehinggadidapat persamaan-persamaan sbb.:
  • 26. Metoda Dupuit dapat diterapkan pada aliran akifer bebas dengan asumsi sbb.:1. Kecepatan aliran sebanding dengan tangen kemiringan hidraulik (penggantisinus)2. Arah aliran adalah horizontal dan seragam pada tap titik potongan vertikal yang sama3. Akifer dianggap homogen isotropis dan dapat meluas sampai tak berhingga4. Sumur menembus dan menerima air dari seluruh ketebalan akifer jenuh5. Koef. transmissibilitas/keterusan dianggap konstan dalam ruang & waktu6. Pengaruh sistem air tanah setelah pemompaan terhadap kondisi akifer adalah konstanterhadap fungsi waktu & ruang7. Aliran air tanah adalah aliran laminer, sehingga rumus Darcy dapat dipakai.Apabila drawdown muka air (S) dianggap cukup kecil dibandingkan dengan ketebalan jenuhmaka h1 ≈ h2 ≈ y maka persamaan T(transmissibilitas) dapat ditulisPersamaan tersebut dapat digunakan untuk menghitung T(transmissibilitas) atau k (koefisienkelulusan) permeabilitas apabila Q dan S diketahui.
  • 27. ImpermeableConfined aquiferPiezometricsurfaceGround surfacehvxAliran UnidimensionalPada Akifer Confined Berketebalan Seragam022=∂∂xhh = C1x + C2Kxhv−=Dimana C1 dan C2 adalah konstanta integral. K adalah Hydraulik Conductivity.Persamaan tsb menunjukan penurunan muka air secara linear terhadap x (jarak darititik kontrol)Persamaan umum aliran potensialbertekanan setinggi h dapatdituliskan dalam laplacian sbb>:Integrasi persamaan umumtsb menghasilkan pers sbb>:Untuk h=0 saat x=0 dan aplikasikan hukum Darcy, akan diperoleh solusi sbb>:
  • 28. Pada Akuifer Unconfined Tanpa Recharge (Unidirectional Flow)dxdhKhq −=ChKqx +−= 22( )2202hhxKq −=0Khqdxdh−=Debit persatuan lebar q pada tiappenampang vertical air setinggi hdari lapisan Impermeable :Integrasi persamaan tsb di atasdidapat :Aplikasi persamaan tersebut pada X=0 & h=h0 didapat persamaan Dupuit yang mengindikasikankurva muka air tanah tsb berkurva parabolik sbb.:Persamaan kurva penurunan muka air (zona kapiler diabaikan) tanah pada jarak x dan tinggi h yangmengalir diantara dua bidang air vertikal dengan tinggi yang tetap yaitu h0 dan h1, dapat dituliskan sbb.:Ground surfaceComputedwater tableActual water tableSeepage faceUncofinedaquiferAssumeddistributionvelacitydistributionvelacityActualImpermeablexx = 0hh 01hPersamaan ini menunjukan kurva air yang selalu lebih rendah dari kenyataannya (tidak parabolik)dan hanya berlaku pada daerah yang datar
  • 29. Menurut Dupuit, debit base flow persatuan tebalpenampang basah air tanah pada saluranparalel yg menembus akifer tsb adalah:Stream chanelImpermeableWater tableUnconfinedaquiferGround surfaceRecharge rateWxq qa hahPada Akuifer Unconfined Dengan Recharge W (Unidirectional Flow)dxdhKhq −=q = W x( )2222xaKWhh a −+=Qb= 2 a WMenurut kontinyuitas berlaku :Kombinasikan ke dua persamaan tsb akan menghasilkan sbb. :Besarnya Debit Base Flow Qb untuk tiap saluran dari bidang air tanah di kiri & kananadalah 2 q, sehingga diperoleh sbb. :Dimana x = jarak dari tengah akifer ketitik yg ditinjauha= tinggi muka air di salurana = Jarak dari tengah akifer ke tengah saluran
  • 30. Aliran langgeng radial pada sebuah sumur : akifer confined(two dimensional flow)h 0ConfinedaquiferImpermeableImpermeable r 02 rwwhDrawdowncurveGround suefaceOriginalPiezometric surfaceSlope = dhdrhQrdrdhrbK2-Av π==QwworrnKbQhh 012π=−( )wwornhhKbQ/r12o−= πMuka air tanah disekeliling sumur biasanya datarsehingga metoda Dupuit berlaku penuh, dalam halini besarnya debit pada sebuah titik berjarak r daripusat sumur berpiezometer hw (tekanan air dariakifer confined) akibat air tanah sbb.:Integrasi persamaan tersebut dengan batas h=hw untuk r=rw dan h=h0 untuk r=r0 akan diperoleh :atauCatatan: dalam persamaan tsb tanda negatif diabaikana. Bila batas tepi akuifer berupa 2 bidang air vertikal :
  • 31. 0hhh2wrwr12rb1s 2srGround surfaceOriginal piezometric surfaceQDrawdowncurvewellsObsevationImpermeableConfinedaquifer2h1h( )wwrnhhKbQ/r12−= π( ) 12121h2 rrnhQKbT−==π( ) 12211s2 rrnsQT−=πBesarnya transmissivity adalah sbb.:Pada kenyataannya, untuk keperluan praktis, yang diukur bukan s tapi h,sehingga seringkali persamaan di atas ditulis sbb.:b. Bila batas tepi akuifer terletak pada jaraktak hingga, dalam hal ini sebagai batas yangjelas adalah permukaan air tanah berpiezometertetap pada jarak r maka debit adalah sbb. :
  • 32. hh1h2h0hws1s2Ground surfaceOriginal water tableQDrawdowncurveUnconfinedaquiferImpermeabler21rr2rwAliran langgeng radial pada sebuah sumur : akifer unconfined (two dimensional flow)( )122122/r1 rnhhKQ−=π( ) 1221221h rrnhQK−=π221 hhKT+≅12022202110 12s2s2rrnhshsQKhT−−−==πdrdhrKh2- π=QDebit pada sumur dapat dituiliskan sbb.:( )wwornhhKQ/r1 o22−=πIntegrasi persamaan tersebut dengan syarat batash=hW saat r=rw dan h=h0 pada saat r=r0 akandidapat pers sbb.:Untuk daerah antara r1 dan r2 menadi sbb.:Dari pers tsb diperoleh besarnya K dan Tsbb.:Ganti parameter h1 dengan (h0-s1) dan h2dengan (h0-s2) akan diperoleh pers T sbb.:Sebagai akibat pengaruh aliran vertikal, perstsb di atas kurang akurat dalam memprediksikurva drawdown tapi cukup baik untukmenghitung K.
  • 33. hr drQQ + dQDrawdowncurveOriginal water tableUnconfinedaquiferRecharge rate WQwr 00hImpermeabledQ = -2π r dr WwQWrdrdhrKh +−=− 22 ππAliran menuju sumur mempunyai debit semakin besar denganpertambahan sebesar dQ akibat w sampai mencapai hargamaksimum sebesar Qw di sumur sbb.:( ) rrnKQrrKWhh owo 1222220π+−=−Masukan pers tsb dalam pers debit untuk akifer unconfinedtanpa recharge, akan diperoleh pers sbb.:WrQw20π=Interasi pers tsb diatas untuk h=h0 pada r=r0 akan diperolehpers kurva drawdown sbb.:Aliran langgeng radial pada sebuah sumur : akifer unconfined dengan rechergeseragam w (two dimensional flow)Q = -π r2W + QwIntegrasi pers tsbQ = -π r2W + CMasukan r0 dan QQw pada pers tsbPada r=r0 besarnya Q=0 sehingga didapat pers debit sbb.:Pers tsb menunjukan bahwa debit pompa Qsama denganrecharge W apabiladrawdown konstan
  • 34. Drawdown curveImpermeableOriginal piezometric surfaceSlope = iGround surfaceImpermeableConfined aquifer bQ( )( )dud iihrQK−+=uh2πKonduktivitas hidraulik dapat dihitung denganpers sebelumnya sbb.:=− yQKbixy π2tanKbiQyL2±=KbiQxLπ2−=Batas air tanah searah aliran XL yang mempunyai kontribusipada sumur dapat dinyatakan sbb>:Aliran langgeng radial menuju sebuah sumur melalui sebuah akifer unconfineddengan piezometer miring sampai menembus akifer confined (two dimensional flow)Batas air tanah tegak lurus arah aliran YL yangmempunyai kontribusi pada sumur dapatdinyatakan sbb>:Bidang batas air tanah yang mengalir ke sumurpada bidang sumbu X, Y dapat dinyatakan sbb>:XLYL
  • 35. Ground Water RechargeGround sufaceWater tableRiverImpermeableRiverWater tableGround sufacePumpling wellImpermeable•Recharge buatan dilakukan untuk :Melestarikan & menjaga air tanah sebagai sumber alam yang ekonomisSinerji pengelolaan reservoir (permukaan dan air tanah)Konservasi/reservasi lingkungan (intrusi air laut, TMA tanah minimum, settlement dll)Upaya purifikasi air limbah untuk digunakan kembaliEnerji (geotermal) dllMetoda recharge buatan yang sering dipakai adalah :Water spreading : air didistribusikan di permukaan tanah agar terinfiltrasikan menjadi airtanah. Untuk itu air disuplai melalui irigasi, waduk, pengendalian banjir dll)Water induced : muka air tanah direkayasa agar lebih rendah dari sumber air permukaandi sungai/waduk/saluran sehingga terjadi aliran air ke bawah tanah (lihat gambar di atasRecharge air tanah dapat secara alami maupun buatan

×