DASAR DASAR ILMU AIR TANAHAIR TANAHDosen: Benny Moestofa, Ir., MAB.

1. PENGERTIAN AIR TANAH 2. KLASIFIKASI AIR TANAH3. FUNGSI AIR TANAH4. MACAM AIR TANAH5. KADAR AIR TANAH 6. ENERGI AIR TANAH7. ALIRAN AIR TANAH8. PENYELIDIKAN AIR TANAH

1. PENGERTIAN AIR TANAHAir Tanah sejumlah air yang terkandung atau ditahan (retained) dalam satu unit masa/volume tanah

Yang berbeda pengaruhnya dari satu tanah ke tanah lainDalam tanah yang sama, berbeda dari satu tempat ke tempat lain

AIR TANAHKADAR AIRENERGI AIR

2. KEBERADAAN & KLASIFIKASI AIR TANAHAir Tanah, yaitu air yang mengisi pori-pori tanah sampai jenuh yang berada dalam lapisan-lapisan tanah dan material secara geologis dikenal sebagai berikut : Aquifer, yaitu formasi / material geologis, yang dapat menyimpan serta melepaskan air dalam jumlah yang relatif cukup banyak.Aquiklude, yaitu formasi geologi yang dapat menampung air, tetapi tidak dapat melepaskan dalam jumlah yang cukup.Aquifuqe adalah formasi geologi yang tidak dapat menampung maupun melepaskan air dalam jumlah yang cukup.*

Air merupakan sumberdaya alam yang paling dasar dan komponen vital bagi kehidupan. Tidak ada pertanian, industri dan tidak ada kehidupan tanpa air. Sejumlah air dibutuhkan setiap hari untuk menghasilkan susu, baja, kayu dan plastik.Walaupun air merupakan bahan kimia alam yang sederhana, namun mempunyai sifat yang unik dan membantu berbagai proses-proses fisika, kimia dan biologi.Proses-proses itu mempengaruhi hampir seluruh aspek perkembangan dan tingkah laku tanah, mulai dari perlapukan sampai dekomposisi bahan organik, dan mulai dari pertumbuhan tanaman sampai pencemaran air tanah (Konkhe, 1968).

Pengertian & Kepentingan Air Tanah

RETENSI AIR TANAHRETENSI (Penahanan) AIR DI DALAM TANAH DISEBABKLAN OLEH GAYA SBB:

G.KOHESI: GAYA TARIK MENARIK ANTARA MOL. AIR

G. ADESI: GAYA TARIK MENARIK ATR MOL. AIR & TANAH

G. OSMOTIK: PENGIKATAN AIR OLEH GARAM TERLARUT

G. GRAVITASI: GAYA YG CENDRUNG MENARIK AIR KE BAWAH (AKIBAT GAYA TARIK BUMI)

3. FUNGSI AIR TANAHBAGI TUMBUHAN:

PENYUSUN TUBUH - RESPIRASI AKARTRANSPORTASI HARA KE PERM. AKAR - TRANSPIRASIDISTRIBUSI HARA DALAM TUBUH - AKTIVITAS BIOLOGIS ASSIMILASI CHO (proses fotosintesis) - DIST. HSL FOTOSINT.REAKSI KIMIA DALAM TANAH:

PELAPUKAN/PELEPASAN UNSUR HARA DARI MIN. PRIMERPELARUT HARA PENCUCI GRM BERACUN REDOKS

SIFAT TANAH LAINNYA: DISTRIBUSI PORI MENGEMBANG DAN MENGKERUT/MENYUSUT SIFAT MEKANIS: e.g.(CONSISTENSI, PLASTICITY, STRENGTH, COMPACTIBILITY, PENETRABILITY, STICKINESS, AND TRAFFICABILITY) FUNGSI AIR TANAH samb.

4. MACAM AIR TANAHAir Higroskopis:Berupa selaput tipis mengll perm aggregat tanah ( 15-20 mol. Air)Sebagian besar uap air

Air Adesi (Adsorpsi): Lapisan tipis air di sekll partikel (butir) tanahDiikat sgt kuat oleh tenaga elektris partikel tanah dan mol. AirMgkn dlm btk kristal, sedikit-tidak bergerakTkt energi rendah, tdk tersedia bagi tanamanDpt hilang dg pemanasan 105oC (oven)

Air Kohesi (Kapiler):Lapisan air terluar mengll aggregate tanahDiikat tdk sekuat air adesiBtk cair, mdh diambil tanamanTkt energi > tkt e. adesiBergerak sgt lambat

Air Gravitasi:Tidak dipengaruhi oleh daya hisap matrik tanahMudah bergerak di bawah pengaruh gravitasiMengisi pori makro

Interaksi antara Tanah dan Air Tanah sebagai media yang menyimpan air dan memindahkan air. Jika satu kaki kubik dari tanah lapisan atas lempung berdebu dipisahkan dalam komponen-komponen, kira-kira 45 % dari volume itu akan menjadi bahan mineral (partikel tanah), sisa organik akan menempati 5 % dari volume itu dan sisanya adalah ruang pori tanah, Ruang pori itu adalah ruang antara partikel tanah dan ditempati oleh juga udara adan air. Jumlah dan ukuran ruang pori ditentukan oleh tekstur tanah, bulk density dan strruktur tanah.

Air dipegang oleh tanah dalam 2 cara: Sebagai selaput tipis pada bagian luar partikel tanah dan di dalam ruang pori tanah. Air tanah dalam ruang pori dapat dibagi dalam 2 bentuk berbeda; Air Gravitasi dan Air Kapiler (Gambar 3). Air Gravitasi biasanya bergerak cepat ke bawah di dalam tanah karena kekuatan gravitasi. Air Kapiler adalah paling penting untuk produksi tanaman karena air itu dipegang partikel tanah melawan kekuat-an gravitasi. Interaksi antara Tanah dan Air (Lanjutan)

Gambar 3. Dua cara utama air dipegang di dalam tanah untuk tanaman dengan menggunakan gaya kapiler dan gravitasi.

Bila padatan tanah dipadatkan, makaTanah Jenuh: semua pori diisi airTanah Kering Oven: semua pori diisi udara5. KADAR AIR TANAH

KA Tanah dipengaruhi oleh:

Tekstur, KA tnh pasir < KA lempung < debu < tnh liat < gambutStruktur, BOMacam Kation Terjerap:Na > K > Mg > CaJenis koloid:Humus > liatHumat > Humin > FulfatMontmorill. > Vermi.> Illite > Chlorite > Kaolinite

PENETAPAN KADAR AIR TANAH

Gravimetrik (conventional)Hambatan listrik: eg.Gypsum BlockNeutron Scattering: Neutron ProbeSoil Surface

PERHITUNGAN KADAR AIR TANAHSATUAN:

KA % Berat = BB-BK x 100 (gg-1) BK

KA % vol. = BB BK x 100 (gcm-3) VolumeatauKA % Vol.= % Berat x BV

Note: BB = Berat tanah basahBK = Berat tanah kering tetap (BK oven)KA = Kadar AirContoh:Berat tanah dari lapa-ngan = 100 g, setelah diovenkan 48 jam pada 105oC = 80 g

Volume tanah = 4 x 4 x 4 = 64 cm3BV = BK = 80/64 = 1.25 gcm-3 Vol.KA % berat = 100-80 x 100 = 25%80KA % Vol. = 100-80 x 100 = 31.25% 64 atau = 25% x 1.25 = 31.25%4 cm4 cm4 cm

KENYATAANTanah diperlakukan sama tetapi punya kandungan air berbeda

Dua tanah yang punya kandungan air sama tetapi respon tanaman berbeda

Bila dua tanah beda tekstur punya kandungan air yang sama didekatkan satu sama lain, air akan bergerak dari satu tanah ke tanah yang lain, umumnya dari tekstur kasar ke halusWhy ???

6. ENERGI AIR TANAH PERGERAKAN AIR TANAH PERBEDAAN ENERGI InfiltrasiPerkolasiAbsorptionEvaporasiEvapotranspirasi

HISAPAN ATAU TEGANGAN AIR TANAH:

Disebabkan oleh pot.matrik (m) dan pot.osmotik (o) yaitu tenaga yang bertanggung jawab terhadap retensi/ pengikatan air oleh tanah (= tenaga yang harus dikeluarkan untuk mengekstrak/memperoleh air tanah)

Pot. Matrik dan Osmotik dinyatakan dengan (-) (berban-ding terbalik dengan energi dan kadar air tanah).

Alat Penetapan Potensial Air TanahCorong Buchner (KolomAir)2. Tensiometer3. Pressure Plate Apparatus4. Thermocouple Psychrometer

Satuan Energi Air Tanah: Cm kolom air2. pF (log dari tinggi kolom air)3. Bar/atm/Pascal 4. J/kg

KORELASI ENERGI DAN KADAR AIR TANAHKemampuan Retensi Maks.(=Jenuh Air): jlh maks air yang bisa diserap oleh satuan vol. tanahPori makro + mikro terisi airDitahan pada hisapan ~ 0 atmKapasitas Lapang;KA tanah setelah air gravitasi hilangBatas teratas air tersedia bagi tanamanTegangan perm. Lapisan air 1/3 atm (= pF 2.54)Koefisien Layu:KA tanah saat akar tanaman tdk mampu mengektraksnya lagiKec. Absorbsi air tidak bisa mempertahankan turgor tumbuhan Tanaman mulai layu, dan matiTegangan perm. Lapisan air 15 atm (= pF 4.2)Koefisien Higroskopis:KA tanah tdk bisa diekstrak tanamanTegangan perm. Lap air 31-10.000 atm (pF 4.5-7)

HC WP FC Sat.Air BebasAir HigroskopisEn. (pF):Pori (u)7.04.22.542.01.04.52 u8.6 u30uAir KapilerAir TersediaAir Perk.PelanAir Perkolasi cepatAir tdk bergunaAir berguna bagi tan.

HUBUNGAN AIR TANAH - TANAMANSecara Fisik:Air Bebas:Mengisi pori makro (> 8.6 u)Tegangan perm < 1/3 atmMudah bergerak pengaruh gravitasiCpt hilang & mencuci haraAir Kapiler:Mengisi pori mikro & dinding pori makroTegangan perm 1/3 31 atmSebagai larutan tanahBergerak lambat dan tersedia sebagianAir Higroskopis:Mengisi pori sgt kecil, menyelimuti aggr. TanahTegangan perm 31-10.000 atmSebagian besar non-cairanBergerak dalam bentuk uap & tidak tersedia

Secara BiologisAir Berlebihan:Umumnya air bebasTdk dapat digunakan tanamanBerpengaruh jelek:Aerase kurangLeaching zat haraBacteri amonifikasi & nitrifikasiAir TersediaSebagian besar air kapilerAntara FC WPA.T.cepat (ekat FC), lambat (dekat WP)50-85% terpakai harus ditambah untuk Pertumbuhan optimumAir Tak TersediaTegangan permukaan > WPSebagian air kapiler + semua air higroskopikBermanfaat sedikit u/ bacteri dan jamur

7. GROUND WATER FLOW(ALIRAN AIR TANAH)Terjadinya Aliran Air tanahSifat-sifat batuan yg berlaku sbg akuiferPenyelidikan Air tanah

PROSES TERJADINYA ALIRAN AIR TANAHAir tanah merupakan bagian dari daur hidrologi, dimana air hujan yang turun ke bumi/lahan sebagian mengalir kepermukaan tanah dan sebagian lainnya masuk ke dalam tanah yang nantinya mengalir sebagai Air Tanah.

SIFAT BATUAN YANG DAPAT BERFUNGSI SEBAGAI AKUIFERUntuk mengetahui keadaan dan kedudukan air tanah, maka harus diketahui kondisi geologinya yang berkaitan dengan kemampuan menahan, menampung dan mengalirkan air serta besar kapasitasnya.Lapisan tanah/batuan yang memiliki susunan sedemikian rupa sehingga mampu melepaskan air dalam jumlah yang cukup besar disebut AKUIFER

Pasir, kerikil dan kerakalBatu GampingBatuan Gunung berapi (vulkanik)BatupasirTanah liat yg bercampur dengan bahan yg lebih kasar (lempung pasiran, pasir lempungan)Konglomerat, BreksiBatuan Kristalin (Batu Kalsit, Batu Kapur dsb).Jenis tanah/batuan yang dapat berfungsi sebagai akuifer :

JENIS-JENIS AKUIFER :1. Akuifer Bebas (Unconfined Aquifer)Suatu akuifer dimana muka air tanah meru-pakan batas atas dari daerah jenuh air dan disebut juga Phreatic Aquifer.2. Akuifer Terkekang (Confined Aquifer)Suatu akuifer yang terletak diantara dua lapisan kedap air (impermiable) dan mempunyai tekanan yang lebih besar dari tekanan atmosfer dan disebut juga Pressure Aquifer.

3.Akuifer Setengah Terkekang (Leakage/ Leaky-artesian Aquifer atau Semi-confined Aquifer)Suatu akuifer yang sepenuhnya jenuh air dan lapisan atas dibatasi oleh lapisan setengah kedap air.4.Akuifer Menggantung (Perched Aquifer)Suatu akuifer dimana massa air tanah-nya terpisah dari air tanah induk oleh lapisan yang relatif kedap air yang begitu luas dan terletak di atas daerah jenuh air.

JENIS-JENIS AKUIFER (Lanjutan):

Klasifikasi Aquifer

Akuifer Bebas (Unconfined Aquifer)Lap. Kedap Air (K = 0)Muka air tanahPermukaan tanahHoAkuifer Bebas

Akuifer Terkekang (Confined Aquifer)

Lap. Kedap Air (K = 0)Lap. Kedap Air (K = 0)Permukaan tanahDAkuifer Terkekang

Akuifer Setengah Terkekang (Semi-confined Aquifer)

Lap. Kedap Air (K = 0)Permukaan tanahDAkuifer Setengah TerkekangLap. Setengah kedap air (K > 0)

Akuifer Menggantung (Perched Aquifer)

8. PENYELIDIKAN AIR TANAHPenyelidikan/Survei Air Tanah terdiri dari 3 tahap:Tahap Survei Pendugaan;Tahap Uji Aquifer; danTahap untuk mengetahui besarnya air yang dapat diambil (yield).Tahap Survei Pendugaan terdiri dari:Pendugaan fisik, atau disebut juga survei permukaan (non-destructive tester).Pendugaan fisik terdiri dari pendugaan Geolistrik, pendugaan Geoseismik dan Interpretasi Foto Udara/Citra Landsat atau SIG.Survei penggalian (destructive tester), yang disebut juga dengan penyelidikan bawah permukaan tanah (sub-surface investigation).Dilakukan dengan menggali lubang ke dalam tanah (bor tangan, sumur uji & bor mesin) untuk menetapkan lapisan-lapisan tanah/batuan. Hasil penggalian ini biasanya digunakan juga untuk uji aquifer.*

Tahap Uji Aquifer (Lanjutan)Maksud uji aquifer adalah untuk mengetahui konstanta/ koefisien aquifer seperti koeffisien permeabilitas dan koeffisien penampungan (storage coeffisient). Koeffisien-koeffisien ini dihitung dalam keadaan seimbang dan tidak seimbang.Uji Aquifer dalam keadaan air tanah seimbang, dilakukan dengan :mempergunakan dua sumur pemeriksa/uji.mempergunakan satu sumur pemeriksa/uji.tanpa sumur pemeriksa/uji.Uji Aquifer dalam keadaan air tanah tidak seimbang, didasarkan pada pemompaan air dalam jumlah tetap dan memantau perubahan-perubahan permukaan air tanah pada waktu-waktu tertentu, dan dapat dihitung dengan berbagai cara, antara lain cara :TheissChowJacob danCara Perhitungan berdasarkan pemulihan permukaan air.*

PENYELIDIKAN AIR TANAH (Lanjutan):Metode GeologiDidasarkan pada pengumpulan, analisis dan interpretasi data dari peta topografi, peta geologi dan peta geohid-rologi serta informasi dari daerah setempat.2. Metode GravitasiDidasarkan pada sifat medan garavitasi yang disebab-kan oleh perbedaan kontras rapat massa tanah/batuan dengan daerah sekelilingnya. Namun metode ini jarang digunakan karena biayanya cukup mahal.Penyelidikan Permukaan (Surface Investigation)

3. Metode MagnitBertujuan untuk mendeteksi variasi medan magnit yang disebabkan oleh batuan yang mempunyai kerentanan (suspectibilitas) yang berbeda-beda atau disebabkan oleh perubahan susunan geologi.4. Metode Pendugaan SeismikDidasarkan pada sifat perjalanan gelombang elastik yang merambat dalam lapisan tanah/batuan.

PENYELIDIKAN AIR TANAH (Lanjutan):

5. Metode Pendugaan Geolistrik (Lanjutan)Didasarkan pada sifat-sifat kelistrikan dari tanah/batuan penyusun kerak bumi. Berdasarkan sumbernya, metode ini dapat dibagi 2 (dua) yaitu :Bergantung pada kandungan arus atau medan listrik alami yang terdapat pada kerak bumi. Salah satu contohnya adalah Metode Potensial Diri (Self Potential)Menggunakan arus/medan listrik buatan, bisa menggunakan arus searah atau bolak-balik. Contohnya untuk arus searah (DC) dengan metode tahanan jenis, sedangkan untuk arus bolak-balik (AC) dengan metode listrik magnit.

Penyelidikan Bawah Permukaan (Sub-surface Investigation)Pemboran Masin (Drilling Machine) :Memberikan kelengkapan data dari lapisan tanah/batuan secara vertikal dari permukaan tanah sampai kedalaman yg diinginkan.Disamping melakukan pemboran mesin juga dilakukan pengukuran (logging) dengan maksud untuk membantu mendapatkan data yang paling mendekati kondisi yang sebenarnya.Salah satu metode yang cukup baik yaitu : Metode Geologic Logging, yaitu dengan cara mengumpulkan contoh tanah/batuan setiap kedalaman selama dilakukan pemboran mesin.

Contoh Hasil Geological Logging :

Sumber Daya habis ter-pakai, tetapi dapat diper-baharui/di daur ulang yaitu: A I RYoull never miss the waterTill your well runs dry

Siklus Air

Siklus Air

Persediaan Air di bumi yang dapat diper-baharui diatur oleh siklus hidrologi (Siklus air), yaitu suatu sistem peredaran air secara terus menerus: dimulai dari penguapan, diteruskan menjadi pemben-tukan awan, turun menjadi hujan, diserap oleh tanaman, masuk ke dalam tanah, disaring oleh tanah dan ada yang mengalir sebagai aliran luar dan dalam tanah, akhirnya sampai sebagai air yang mengalir ke dalam sungai hingga ke laut

Air Permukaan Sumber Daya Air Air Tanah

Air Permukaan: terdapat di permukaan tanah ter-sebar secara tidak merata seperti sungai dan danau.Air Tanah: air yang terserap pada lapisan batu karang bawah tanah yang dikenal sebagai Aquifer (strata air dalam tanah)Air tanah sering dipompa untuk keperluan RT, indus-tri dan pertanian, sedang aquifer merupakan tempat persediaan air yang bebas dari penguapan.Aliran air mengisi kembali (recharge) air tanah sela-ma aliran tinggi, dan sebaliknya aquifer akan memberikan air pada waktu aliran rendah di musim kering.

Potensi Kekurangan AirMenurut taksiran para ahli, jumlah air yang tersedia untuk digunakan manusia 10.000 m3 per jiwa pertahun. Adanya pertambahan penduduk, persediaan air di tahun 2000 diperkirakan merosot menjadi 6000 m3 per jiwa pertahun.(Konferensi di Argentina,1977)Di Indonesia (tahun 1987): luas dataran sekitar 1.918.410 km2 memiliki curah hujan rata-rata 2.620 mm setahun, setelah memperhatikan kehilangan dan penguapan, maka limpahan yang tersedia sekitar 55% atau 1.450 mm.Tahun 1987 jumlah penduduk 172.350.000, maka potensi air per jiwa pertahun ada sekitar 16.000 m3. (luas dataran x limpahan air : jumlah penduduk). Karena aliran sungai berfluktuasi, maka aliran mantap sekitar 25-35% dari rata-rata aliran setahun, sehingga untuk Indonesia aliran mantapnya tersedia sebesar 4000 m3 per jiwa per tahunDi Jawa (tahun 1987): luas dataran sekitar 132.200 km2, curah hujan 1.200mm setahun dan jumlah penduduk 104.000.000, maka potensi air per jiwa per tahun tersedia 1.525 m3 , aliran mantap 381 m3 per jiwa per tahun; sedang tahun 1970 aliran mantap tersedia sekitar 500 m3 terdapat penurunan drastis 25%

Alokasi Efisiensi atas Kelangkaan Sumber Daya Air Manajemen Sumber Daya Air: Pengendalian banjir, pengembangan sumber daya air dan pemanfaatan air.Pengendalian banjir: dam, perbaikan saluran, keane-kaan saluran air, manajemen tanah, pemindahan atau re-organisasi pemukiman.Pengembangan sumber daya air: pengawasan aliran air, sehingga pola suplai air memenuhi pola permintaan di seluruh ruang dan waktu.Pemanfaatan air: suplai air kebutuhan kota, irigasi, pembangkit tenaga, pengawasan banjir, rekreasi, pengawasan pencemaran, pelayaran, perikanan dan untuk konservasi binatang di hutan.

Manajemen Air PermukaanAda dua syarat: (1) harus langsung dapat menjaga keseimbangan pada para pengguna yang saling berkompetisi, dan (2) harus dapat menyediakan sarana yang dpt mengendalikan arus air permukaan (dam dan waduk)Model untuk manajemen air permukaan: model optimasi dan simulasi, model statik dan dinamik, model deterministik dan stokastik, model investasi dan operasional

INFILTRASI DAN PERKOLASI

Kapasitas Infiltrasi

Faktor-faktor yang mempengaruhi kapasitas infiltrasi

Metode perhitungan kapasitas infiltrasi

*

Kapasitas InfiltrasiInfiltrasi= Resapan air dari permukaan ke dalam tanah, kebalikan dari infiltrasi adalah rembesan (seepage).Perkolasi = Resapan air antara permukaan tanah dan permukaan air tanah (zona air tanah tidak jenuh).Kapasitas Infiltrasi = Kurva batas yang menggambarkan laju peresapan air maksimum dengan waktu untuk jenis tanah tertentu (termasuk jenis tanah penutupnya).Kapasitas Perkolasi = Kurva batas yang menggambarkan laju peresapan air maksimum dengan waktu yang tergantung dari jenis tanah pada zona tidak jenuh.*

Pergerakan Air Tanah

*Gerakan air tanah dikuasai oleh prinsip-prinsip hidrolika yang telah tersusun baik.Terhadap aliran tanah lewat aquifer yang pada umumnya merupakan media tiris, dapat diperlakukan hukum DARCY, yang sangat terkenal.Permeabilitas, yang merupakan ukuran kemu-dahan aliran lewat media tersebut, merupakan konstanta penting dalam persamaan aliran.Penentuan permeabilitas secara langsung dapat dilakukan melalui pengukuran-pengukuran di lapangan atau di laboratorium.Dari Hukum DARCY dan persamaan kontinuitas persamaan umum aliran dapat dicari.

Nilai k untuk beberapa macam tanah Macam Tanah

Pasir lempungan atau lanau

Pasir halus

Pasir lanauan

Lanau

LempungKoefisien Rembesan (cm/dtk)

1 x 10-2 sampai 5 x 10-3

5 x 10-2 sampai 1 x 10-3

2 x 10-3 sampai 1 x 10-4

5 x 10-4 sampai 1 x 10-5

1 x 10-6 sampai 1 x 10-9

*

BAHAN RUJUKANHanks and Aschroft, 1974. Applied of Soil Physics.Smith, M.J. 1981. Soil Mechanics.Hillel. 1982. Introduction to Soil Physics.Hakim, et al, 1986. Dasar-Dasar Ilmu Tanah.McLaren dan Cameron. 1996. Soil Physics.*

***