Pergerakan Air 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 3)

Gambar 3. Pergerakan air bawah permukaan menuju daerah dengan bertekanan rendah (Hamblin & Christiansen, 1995).

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.

1 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.

(A)

(B)

(C)

(D)

Gambar 4. 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.

2 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 5)

Gambar 5. Kerucut depresi pada permukaan air tanah terbentuk bila air mengalami penurunan yang lebih cepat dari pulihnya permukaan air tanah (Hamblin & Christiansen, 1995).

3.  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 (Gambar 8.6.). Kondisi geologi yang diperlukan untuk menjadi sumur artesis adalah sebagai berikut:

1.       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).

2.       Pada daerah tinggian, batuan harus memiliki kedudukan perlapisan yang miring dan tersingkap sehingga air dapat masuk kedalam aquifer.

3.       Precipitasi yang cukup dan pengaliran permukaan harus terjadi pada daerah yang tersingkap sehingga aquifer terus terisi.

Gambar 6. 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.

4. 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 :

1. Tubuh batuan yang panas harus dekat dengan permukaan.

2. Sistem rekahan tidak beraturan hadir dan menerus kebawah dari permukaan.

3. 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 7)

(A)

(B)

Gambar 7 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.

5. 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 tanahjuga bisa menyebabkan erosi yang biasanya terkait dengan proses pelarutan terutama pada batugamping. Material terlarut akan dibawa dan akan diendapkan pada tempat lain, misalkan pada ronggaporibatuan. 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 (Gambar 8)

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 8 Evolusi sistem gua (modifikasi dari underground worlds. Planet earth series. Time-Life Books, 1982 op.cit. Hamblin & Christiansen, 1995).

Sumber : Bahan ajar dosen geologi saya, Bpk. Budhi Kuswan Susilo, ST.MT.

3 thoughts on “Pergerakan Air Tanah

Tinggalkan Balasan

Isikan data di bawah atau klik salah satu ikon untuk log in:

Logo WordPress.com

You are commenting using your WordPress.com account. Logout / Ubah )

Gambar Twitter

You are commenting using your Twitter account. Logout / Ubah )

Foto Facebook

You are commenting using your Facebook account. Logout / Ubah )

Foto Google+

You are commenting using your Google+ account. Logout / Ubah )

Connecting to %s