Airtanah? Apa dan Bagaimana Mencarinya?

Rachmat Fajar Lubis

Pertanyaan diatas seringkali muncul ketika sumber air yang kita gunakan selama ini seperti air sungai, danau atau air hujan tidak bisa kita dapatkan. Satu hal yang pasti ini adalah salahsatu jenis air juga.

Hanya dikarenakan jenis air ini tidak terlihat secara langsung, banyak kesalahfahaman dalam masalah ini. Banyak orang secara umum menganggap airtanah itu sebagai suatu danau atau sungai yang mengalir di bawah tanah. Padahal, hanya dalam kasus dimana suatu daerah yang memiliki gua dibawah tanahlah kondisi ini adalah benar. Secara umum airtanah akan mengalir sangat perlahan melalui suatu celah yang sangat kecil dan atau melalui butiran antar batuan

(Model aliran airtanah melewati rekahan dan butir batuan)

Batuan yang mampu menyimpan dan mengalirkan airtanah ini kita sebut dengan akifer. Bagaimana interaksi kita dalam penggunaan airtanah? Yang alami adalah dengan mengambil airtanah yang muncul di permukaan sebagai mataair atau secara buatan. Untuk pengambilan airtanah secara buatan, mungkin analogi yang baik adalah apabila kita memegang suatu gelas yang berisi air dan es. Apabila kita masukkan sedotan, maka akan terlihat bahwa air yang berada di dalam sedotan akan sama dengan tinggi air di gelas. Ketika kita menghisap air dalam gelas tersebut terus menerus pada akhirnya kita akan menghisap udara, apabila kita masih ingin menghisap air yang tersimpan diantara es maka kita harus menghisapnya lebih keras atau mengubah posisi sedotan. Nah konsep ini hampirlah sama dengan teknis pengambilan airtanah dalam lapisan akifer (dalam hal ini diwakili oleh es batu) dengan menggunakan pompa (diwakili oleh sedotan)

Hal yang menarik, jika kita tutup permukaan sedotan maka akan terlihat bahwa muka air di dalam sedotan akan berbeda dengan muka air didalam gelas. Perbedaan ini akan mengakibatkan pergerakan air. Sama dengan analog ini, airtanahpun akan bergerak dari tekanan tinggi menuju ke tekanan rendah. Perbedaan tekanan ini secara umum diakibatkan oleh gaya gravitasi (perbedaan ketinggian antara daerah pegunungan dengan permukaan laut), adanya lapisan penutup yang impermeabel diatas lapisan akifer, gaya lainnya yang diakibatkan oleh pola struktur batuan atau fenomena lainnya yang ada di bawah permukaan tanah. Pergerakan ini secara umum disebut gradien aliran airtanah (potentiometrik). Secara alamiah pola gradien ini dapat ditentukan dengan menarik kesamaan muka airtanah yang berada dalam satu sistem aliran airtanah yang sama.

Mengapa pergerakan atau aliran airtanah ini menjadi penting? Karena disinilah kunci dari penentuan suatu daerah kaya dengan airtanah atau tidak. Perlu dicatat : tidak seluruh daerah memiliki potensi airtanah alami yang baik.

Model aliran airtanah itu sendiri akan dimulai pada daerah resapan airtanah atau sering juga disebut sebagai daerah imbuhan airtanah (recharge zone). Daerah ini adalah wilayah dimana air yang berada di permukaan tanah baik air hujan ataupun air permukaan mengalami proses penyusupan (infiltrasi) secara gravitasi melalui lubang pori tanah/batuan atau celah/rekahan pada tanah/batuan.

(Model siklus hidrologi, dimodifikasi dari konsep Gunung Merapi-GunungKidul)

Proses penyusupan ini akan berakumulasi pada satu titik dimana air tersebut menemui suatu lapisan　 atau struktur batuan yang bersifat kedap air (impermeabel). Titik akumulasi ini akan membentuk suatu zona jenuh air (saturated zone) yang seringkali disebut sebagai daerah luahan airtanah (discharge zone). Perbedaan kondisi fisik secara alami akan mengakibatkan air dalam zonasi ini akan bergerak/mengalir baik secara gravitasi, perbedaan tekanan, kontrol struktur batuan dan parameter lainnya. Kondisi inilah yang disebut sebagai aliran airtanah. Daerah aliran airtanah ini selanjutnya disebut sebagai daerah aliran (flow zone).

Dalam perjalananya aliran airtanah ini seringkali melewati suatu lapisan akifer yang diatasnya memiliki lapisan penutup yang bersifat kedap air (impermeabel) hal ini mengakibatkan perubahan tekanan antara airtanah yang berada di bawah lapisan penutup dan airtanah yang berada diatasnya. Perubahan tekanan inilah yang didefinisikan sebagai airtanah tertekan (confined aquifer) dan airtanah bebas (unconfined aquifer). Dalam kehidupan sehari-hari pola pemanfaatan airtanah bebas sering kita lihat dalam penggunaan sumur gali oleh penduduk, sedangkan airtanah tertekan dalam sumur bor yang sebelumnya telah menembus lapisan penutupnya.

Airtanah bebas　 (water table) memiliki karakter berfluktuasi terhadap iklim sekitar, mudah tercemar dan cenderung memiliki kesamaan karakter kimia dengan air hujan. Kemudahannya

untuk didapatkan membuat kecenderungan disebut sebagai airtanah dangkal (Padahal dangkal atau dalam itu sangat relatif lho).

Airtanah tertekan/ airtanah terhalang inilah yang seringkali disebut sebagai air sumur artesis (artesian well). Pola pergerakannya yang menghasilkan gradient potensial, mengakibatkan adanya istilah artesis positif ; kejadian dimana potensial airtanah ini berada diatas permukaan tanah sehingga airtanah akan mengalir vertikal secara alami menuju kestimbangan garis potensial khayal ini. Artesis nol ; kejadian dimana garis potensial khayal ini sama dengan permukaan tanah sehingga muka airtanah akan sama dengan muka tanah. Terakhir artesis negatif ; kejadian dimana garis potensial khayal ini dibawah permukaan tanah sehingga muka airtanah akan berada di bawah permukaan tanah..

Jadi, kalau tukang sumur bilang bahwa dia akan membuat sumur artesis, itu artinya dia akan mencari airtanah tertekan/airtanah terhalang ini.. belum tentu airnya akan muncrat dari tanah ;p

Lalu airtanah mana yang akan dicari?

Itulah yang pertama kali harus kita tentukan. Tiap jenis airtanah memerlukan metode pencarian yang spesifik. Tapi secara umum bisa kita bagi menjadi :

Metode berdasarkan aspek fisika (Hidrogeofisika) : Penekanannya pada aspek fisik yaitu merekonstruksi pola sebaran lapisan akuifer. Beberapa metode yang sudah umum kita dengar dalam metode ini adalah pengukuran geolistrik yang meliputi pengukuran tahanan jenis, induce polarisation (IP) dan lain-lain. Pengukuran lainnya adalah dengan menggunakan sesimik, gaya berat dan banyak lagi.

Metode berdasarkan aspek kimia (Hidrogeokimia) : Penekanannya pada aspek kimia yaitu mencoba merunut pola pergerakan airtanah. Secara teori ketika air melewati suatu media, maka air ini akan melarutkan komponen yang dilewatinya. Sebagai contoh air yang telah lama mengalir di bawah permukaan tanah akan memiliki kandungan mineral yang berasal dari batuan yang dilewatinya secara melimpah.

Metode manakah yang terbaik?

Kombinasi dari kedua metode ini akan saling melengkapi dan akan memudahkan kita untuk mengetahui lebih lengkap mengenai informasi keberadaan airtanah di daerah kita.

Permeabilitas tanah merupakan sifat bahan berpori, dia dapat mengalir / merembes

dalam tanah, (dalam tanah dapat terjadi erkolasi air). Tinggi rendahnya permeabilitas

ditentukan ukuran pori.

- Pori bersifat sangat permeable = permeabilitasnya tinggi = bersifat pervius

- Lempung bersifat impermeable = permeabilitasnya rendah = impervius

= rapat air / kedap air

- Lanau dan tanah campuran pasir lempung permeabilitasnya antara pasir lempung

Koefisien Permeabilitas (k). Nilai k untuk macam-macam tanah yaitu :

- Kerikil > 10 cm/det

- Pasir 10-1 O2 cm/det

- Lanau 102 -105 cm/det

- Lempung < 105 cm/det

Aliran dalam tanah umumnya aliran laminer berlaku hukum Darcy V = ki dimana :

V = kecepatan (cm/det

k = koefisien permeabilitas

I = gradien hidrolik h/l = selisih tinggi tekanan dibagi panjang lintasan

Menurut Susanto dan Purnomo (1996), pada kebanyakan tanah, pada kenyataan

konduktivitas hidroulik tidak selamanya tetap. Karena berbagai proses kimia, fisika dan

biologi, konduktivitas hidroulik bisa berubah saat air masuk dan mengalir ke dalam

tanah. Perubahan yang terjadi pada komposisi ion kompleks yang dapat

dipertukarkanseperti saat air memasuki tanah mempunyai komposisi atau konsentrasi zat

terlarut yang berbeda dengan larutan awal, bisa sangat merubah konduktivitas hidroulik.

Secara umum konduktivitas akan berkurang bila konsentrasi zat terlarut elektrolit

berkurang, disebabkan oleh penomena pengembangan dan dispersi yang juga

dipengaruhu oleh jeni-jenis kation yang ada pelepasan dan perpindahan partikel-partikel

lempung, selama aliran yang lama, bisa menghasilkan penyumbatan pori. Interaksi zat

terlarut dan matrik tanah dan pengaruhnya terhadap konduktivitas hidroulik khususnya

penting pada tanah-tanah masam dan berkadar natrium tinggi. Sumber :

http://elissman16grt.blogspot.com/2010_04_01_archive.html

Pada beberapa masalah permeabilitas digunakan sebagai persamaan untuk Ks

(keterhantaran hidrolik jenuh), sebagai contoh permeabilitas oleh Uhland dan O’Neal

(1951), kecepatan aliran air pada kondisi hidrolik > 1 diukur sebagi permeabilitas tanah.

Hukum Darcy menunjukkan bahwa kecepatan aliran (flux) adalah sama dengan Ks

(keterhantaran hidrolik jenuh) hanya jika gradient hidrolik sama dengan 1. Karenanya

nilai kecepatan aliran tidak sama dengan hhtp://Ks. Permeabilitas.web.id/2007/07.html

Permeabilitas sebagai sifat suatu benda yang dapat dirembesi oleh cairan (melalui osmosis

atau difusi). Sedangkan wikipedia mendefinisikannya sebagai: Permeabilitas pada mekanika

fluida dan ilmu tanah (umumnya dilambangkan dengan κ atau k) adalah ukuran dari kemampuan

benda berpori (biasanya batu) untuk melewatkan cairan. Wordnetweb Princeton

Satuan permeabilitas dalam satuan internasional (SI) adalah m2 . Satuan lain yang biasa

digunakan adalah darcy (D) atau yang lebih umum milidarcy (mD). Satu darcy setara dengan 10-12 m2 . Satuan lain yang biasa digunakan adalah cm2 . (1 m2 = 104 cm2).

Tanah adalah kumpulan partikel padat dengan rongga yang saling berhubungan. Rongga ini

memungkinkan air dapat mengalir di dalam partikel melalui rongga dari satu titik yang lebih

tinggi ke titik yang lebih rendah. Sifat tanah yang memungkinkan air melewatinya pada berbagai

laju alir tertentu disebut permeabilitas tanah. Sifat ini berasal dari sifat alami granular tanah,

meskipun dapat dipengaruhi oleh faktor lain (seperti air terikat di tanah liat). Jadi, tanah yang

berbeda akan memiliki permeabilitas yang berbeda.

2.2.Hukum Darcy

Hukum Darcy menjelaskan tentang kemampuan air mengalir pada rongga-rongga (pori)

dalam tanah dan sifat-sifat yang memengaruhinya. Ada dua asumsi utama yang digunakan dalam

penetapan hukum Darcy ini. Asumsi pertama menyatakan bahwa aliran fluida/cairan dalam tanah

bersifat laminar. Sedangkan asumsi kedua menyatakan bahwa tanah berada dalam keadaan

jenuh.

"ν = k.i"

dengan v = kecepatan aliran (m/s atau cm/s)

k = koefisien permeabilitas

i = gradien hidrolik

Lalu telah diketahui bahwa: v = Q/At dan i=∆h/L , sehingga hukum Darcy bisa dinyatakan

dengan persamaan:

Q= (k.A.t.∆h)/L

Dengan A = luas penampang aliran (m2 atau cm2)

t = waktu tempuh fluida sepanjang L (detik)

Δh = selisih ketinggian (m atau cm)

L = panjang daerah yang dilewati aliran (m atau cm)

2.3.Koefisien Permeabilitas

Hukum Darcy menunjukkan bahwa permeabilitas tanah ditentukan oleh koefisien

permeabilitasnya. Koefisein permeabilitas tanah bergantung pada berbagai faktor. Setidaknya,

ada enam faktor utama yang memengaruhi permeabilitas tanah, yaitu:

Viskositas cairan, semakin tinggi viskositasnya, koefisien permeabilitas tanahnya akan

semakin kecil.

Distribusi ukuran pori.semakin merata distribusi ukuran porinya, koefesien

permeabilitasnya cenderung semakin kecil.

Distibusi ukuran butiran, semakin merata distribusi ukuran butirannya, koefesien

permeabilitasnya cenderung semakin kecil.

Rasio kekosongan (void), semakin besar rasio kekosongannya, koefisien permeabilitas

tanahnya akan semakin besar.

Kekasaran partikel mineral, semakin kasar partikel mineralnya, koefisien permeabilitas

tanahnya akan semakin tinggi.

Derajat kejenuhan tanah, semakin jenuh tanahnya, koefisien permeabilitas tanahnya

akan semakin tinggi.