KULIAH HIDROGEOLOGI

(MGT-321)

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. PERKEMBANGAN HIDROGEOLOGI

1.2. HIDROGEOLOGI FISIKA SEBELUM AWAL 1940

1.3. HIDROGEOLOGI KIMIAWI SEBELUM AWAL 1960

1.4. HIDROGEOLOGI SETELAH 1960

1.5. HUBUNGAN DI ANTARA HIDROGEOLOGI dan ILMU GEOLOGI LAIN

1.6. LINGKUNGAN SUMBERDAYA AIR

1.7. SIKLUS HIDROLOGI

1.7.1. SUMBER INFORMASI

1.8. AIRTANAH INDONESIA

1.9. KLIMATOLOGI

1.9.1. CURAH HUJAN

1.9.2. 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

Freeze & Cherry (1979) GROUNDWATER

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 Atmosfer Benua dan akhirnya kembali ke cekungan

laut.”

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 sini 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 proses-

proses 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,

dan transportasi energi serta unsur-unsur kimia oleh aliran.

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).

• Tahap Optimasi (Manajemen).

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

yang telah dikemukakan oleh Mandel & Shiftan (1981).

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.

6. Airtanah di Bawah Muka Airtanah.

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 kita 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 selama

masa Kuarter.

1.9. KLIMATOLOGI

1.9.1. CURAH HUJAN

Cara-cara perhitungan curah hujan dari beberapa titik 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

A1 + A2 + A3 . . . + An

= A1R1 + A2R2 + . . . + An Rn

A

= W1R1 + W2 + R2 + . . . + WnRn

Dimana :

R = Curah Hujan Daerah.

n = Jumlah Titik Pengamatan.

R1, R2 , . , Rn = Curah Hujan di Tiap Titik

Pengamatan.

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 = Curah Hujan Daerah.

A1, A2 . . . An = Luas Bagian-bagian antara Garis Isohiet.

R1, R2 , . . . , Rn= Curah Hujan Rata-rata pada A1, A2, ... , An

W1, W2 ,Wn = A1 , A2 , . . . An

A A A

514.112

5

t

a

I

t

106.1

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 . t a

e = Evapotranspirasi Pot. Bulanan (cm/bulan).

t = Suhu udara rata-rata bulanan (oC).

c & a = Koef., tergantung pada tempat.

a = 0.000000675 (I3) – 0.0000771 (I2) + 0.01792 (I) + 0.49239

I =

t = 1

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