Lembar Kerja Hidrogeologi Umum

Transkripsi

1 Lembar Kerja Hidrogeologi Umum Oleh Dasapta Erwin Irawan Deny Juanda Puradimaja Kelompok Keahlian Geologi Terapan 1

2 Lembar kerja: Hidrogeologi Umum Oleh: Copyright 2013 by Penerbit Kelompok Keahlian Geologi Terapan Desain Sampul: (Dasapta Erwin Irawan) Gambar dipinjam dari: Diterbitkan melalui: 2

3 Kata Pengantar Dengan mengucapkan rasa syukur Alhamdulillah, kami memberanikan diri untuk menerbitkan buku Lembar Kerja Panduan Hidrogeologi Umum. Buku ini kami posisikan sebagai benih dalam upaya penerbitan buku teks bidang hidrogeologi yang masih sangat sedikit di Indonesia. Lembar kerja ini berawal dari kumpulan naskah perkuliahan dan latihan untuk mata kuliah Hidrogeologi Umum di Prodi Teknik Geologi,,. Setiap tahun, modul lembar kerja ini mengalami revisi dan penyuntingan untuk lebih menyempurnakan isi dan formatnya. Lembar kerja ini kami susun dalam bentuk masih sangat terbatas. Teks yang kami tuliskan pada beberapa bagian masih berupa pointers dan kalimat-kalimat instruksional. Hal ini bertujuan agar para pembaca lebih mampu memahami kaidah dasar ilmu hidrogeologi, sebagai pendukung materi yang telah disampaikan dalam format buku teks, yang umumnya masih ber-bahasa Inggris. Dokumen yang ada dalam pegangan saudara-saudari ini dikemas dalam enam bab yang membahas terminologi secara umum, tipologi akuifer, parameter hidrolik akuifer, serta sifat fisik dan kimia air tanah. Dalam edisi ini juga disampaikan beberapa hal mendasar tentang metode eksplorasi hidrogeologi. Para mahasiswa sarjana, khususnya Teknik Geologi, Teknik Sipil, Teknik Lingkungan, Geografi, dapat belajar bagaimana air tanah mengalir dan berperilaku di bawah permukaan. Demikian sepatah-dua patah kata dari penyusun. Kami sadar bahwa dokumen ini masih jauh dari sempurna, oleh karenanya kami menerima saran dan kritik dari rekan-rekan pembaca. Saran dan kritik dapat disampaikan via ke: atau 3

4 Rasa terimakasih yang sebesar-besarnya kami sampaikan kepada pada kontributor, yang terdiri dari mahasiswa Prodi Magister Teknik Air Tanah dan Prodi Sarjana Meteorologi, Fakultas Ilmu dan Teknologi Kebumian, : Iftitah Rohman Hukama, Wulan Seizarwati, Rahmawati Rahayu, dan Karin Nadira Daulay. Rasa terimakasih yang tidak terukur saya (D. Erwin Irawan) sampaikan kepada keluarga kami, istri saya (dr. R.Cut Novianti Rachmi) dan anakanak saya (Abraary Raditya Irawan dan Khaira Salsabila Irawan) yang telah memompa semangat saya. Semoga Bubu, Radit dan Ade bisa bangga dengan suami serta bapaknya. dan saya tidak akan berhenti mencoba membuat bangga istri dan anak-anakku. Semoga terbitnya buku ini menjadi amal ibadah yang tidak putusputusnya bagi kami, para penulis, dan para pembacanya. 4

5 DAFTAR ISI Kata Pengantar... 3 DAFTAR ISI... 5 DAFTAR GAMBAR... 8 DAFTAR TABEL MODUL 1 PENDAHULUAN Sejarah Hidrogeologi Zaman Pra Sejarah Zaman Pertengahan Abad Ke-19 (Awal Dari Hidrogeologi Kuantitatif) Zaman Modern Definisi Beberapa Istilah Sumberdaya Air Keilmuan Hidrogeologi diitb Tantangan dan Trend Ilmu Hidrogeologi DAFTAR PUSTAKA MODUL 2 SIKLUS HIDROLOGI Pendahuluan Batas Cekungan Hidrologi Hujan Air Tanah vs Air Bawah Tanah BERBAGAI JENIS AIR DI BAWAH PERMUKAAN ZONA JENUH VS ZONA TIDAK JENUH RELASI AIR TANAH DAN AIR PERMUKAAN DAFTAR PUSTAKA NERACA AIR TEORI DASAR DATA DAN SUMBER DATA METODA PENGOLAHAN DATA PROSEDUR PERHITUNGAN WATER BALANCE Ringkasan

6 3.4.2 Detail A. Curah Hujan (CH) dan Iklim Bulan Eto(mm) BF (mm) B. Base Flow (BF) C. Surface Runoff (Ro) D. Evapotranspirasi (Eto) E. Soil Moisture (Lengas Tanah) F. WaterSurplus (Kelebihan air) G. Infiltrasi H. Volume Simpan I. Base Flow J. Direct Run Off K. Run Off LATIHAN DAFTAR PUSTAKA TIPOLOGI SISTEM AKUIFER Tipologi Sistem Akifer Endapan Gunungapi Tipologi Sistem Akifer Endapan Aluvial A. Sistem Akifer Endapan Fluvial B. Sistem Akifer Endapan Aluvial Pantai (Akifer Pantai) C. Sistem Akifer Endapan Rawa atau Delta Tipologi Sistem Akifer Batuan Sedimen A. Sistem Akifer Batupasir-Batuserpih/batulempung terlipat B. Sistem Akifer Sedimen Terlipat dan/atau Terpatahkan C. Sistem Akifer Batuan Karbonat/Batugamping (Akifer Karstik) Tipologi Sistem Akifer Batuan Kristalin dan Metamorf Tipologi Sistem Akifer Endapan Glasial DAFTAR PUSTAKA PARAMETER HIDRAULIK AKIFER Jenis Akuifer Heterogenitas dan Keisotropisan Rekonstruksi aliran airtanah TERIMAKASIH DAFTAR PUSTAKA

7 MODUL 6 SIFAT FISIK DAN KIMIA AIR TANAH PENDAHULUAN Temperatur (T) ph Potensial Redoks/Eh Air tanah Daya Hantar Listrik/DHL PENYAJIAN DATA KIMIA AIR TANAH KLASIFIKASI AIR TANAH Jenis Air ISOTOP STABIL H Proteum Stabil Daftar Pustaka

8 DAFTAR GAMBAR Gambar 1 Perhitungan jumlah air di dunia ( 2006) Gambar 2 Gambaran skematik siklus hidrologi (Bier, 1978) Gambar 3 Ilustrasi daerah aliran sungai (Mandel dan Shiftan, 1981) Gambar 4 Ilustrasi mekanisme terjadinya hujan Gambar 5 Skema distribusi air di bawah permukaan. Perhatikan perbedaan antara air bawah tanah (sub surface water) dan airtanah (groundwater) (Todd, 1984) Gambar 6 Profil zona jenuh dan tak jenuh ( Gambar 7 Sketsa air tanah mengisi air permukaan (effluent stream/gaining stream) (Freeze dan Cherry, 1979) Gambar 8 Sketsa air permukaan yang mengisi tanah (influent stream/losing stream) (Freeze dan Cherry, 1979) Gambar 1 Skema neraca air (Mock, 1973) Gambar 2 Skema Metode Perhitungan Evapotranspirasi (Penman, 1963)33 Gambar 3 Siklus Hidrometeorologi (Seyhan, 1990) Gambar 4 Berbagaipenakar hujan ( 40 Gambar 5 Grafik hasil pengukuran penakar hujan ( 41 Gambar 6 Ilustrasi perhitungan CH rata-rata dengan Metode Aritmatik43 Gambar 7 Ilustrasi perhitungan CH rata-rata dengan Metoda Polygon Thiessen Gambar 8 Ilustrasi perhitungan CH rata-rata dengan Metoda Isohiet.. 45 Gambar 9 Ilustrasi Model Hidrodinamika Air (Mock, 1973) Gambar 1 Tipologi Sistem Akifer Endapan Gunungapi (modifikasi Mandel dan Shiftan, 1981) Gambar 2 Contoh Tipologi Sistem Akifer Endapan Fluvial (Freeze & Cherry, 1979) Gambar 3 Tipologi Sistem akifer Endapan Aluvial Pantai (Puradimaja, 1993) Gambar 4 Contoh Tipologi Sistem Akifer Batupasir-Batulempung (Puradimaja, 1993) Gambar 5 Tipologi Sistem Akifer Sedimen Terlipat (Puradimaja, 1993)69 8

9 Gambar 6Sistem akifer media rekahan pada batugamping (Puradimaja, 1993; Puradimaja dan Lubis, 1998) Gambar 7 Sistem Akifer Batuan Beku/Metamorf (Puradimaja, 1993) Gambar 8 Peta topografi daerah Gunung Ciremai dan sekitarnya (maps.google.com) Gambar 9 Peta topografi daerah Gunung Ciremai dan sekitarnya (pada skala berbeda) (maps.google.com) Gambar 10 Peta topografi daerah Jakarta-Bogor dan sekitarnya (maps.google.com) Gambar 11 Peta topografi daerah Yogyakarta dan sekitarnya (maps.google.com) Gambar 12 Peta topografi daerah Surabaya dan sekitarnya (maps.google.com) Gambar 1 Konfigurasi akifer tertekan dan muka airtanah pada sumur (Kruseman dan de Ridder, 1994) Gambar 2 Konfigurasi akifer tak tertekan dan muka airtanah (Kruseman dan de Ridder, 1994) Gambar 3 Konfigurasi akifer bocoran dan muka airtanah pada sumur (Kruseman dan de Ridder, 1994) Gambar 4 (a)akifer homogen-isotropik (b) akifer homogenanisotropik Gambar 5 (c) Akifer heterogen-anisotropik; (d) Akifer heterogenterkekarkan Gambar 6 Penentuan tinggi muka air tanah (MAT) Gambar 7 Penentuan Gradien Hidraulik Metoda Tiga Titik Gambar 8 Peta kontur aliran airtanah bebas dan jaring airtanah (Freeze and Cherry, 1979) Gambar 9 Penampang aliran airtanah bebas dan jaring airtanah (Freeze and Cherry, 1979) Gambar 1 Hubungan temperatur udara dengan ketinggian Gambar 2 Grafik Zonasi Temperatur mataair Gambar 3 Diagram Eh-Ph (Fetter, 1992) Gambar 4 Diagram lingkaran analisis data kimia air Gambar 5 Contoh Diagram Piper, Stiff, dan Schoeller Gambar 6 Diagram klasifikasi fasies anion-ation air tanah dalam persentasi ion utama

10 Gambar 7 Pola pergeseran jumlah isotop 18 O dan D oleh beberapa proses yang menyertai pembentukannya Gambar 8 Pola distribusi harga isotop 18 O dan D pada beberapa air hujan dan air panas di beberapa lokasi di dunia DAFTAR TABEL Tabel 1 Berbagai bidang kajian dan contoh kajian bidang hidrogeologi (Puradimaja, 2006) Tabel 1 Contoh tabel Penyajian Untuk Perhitungan Potensi Air tanah Meroda Hidrometeorologi Tabel 2 Nilai-nilai Max solar Rad (IgA) Tabel 3 Albedo-albedo penguapan untuk berbagai jenis daerah Tabel 4 Berbagao nilai lengas tanah berdasarkan tekstur dan vegetasi. 51 Tabel 5 Kisaran tekstur infiltrasi berdasarkan poositas batuan (Todd, 1980) Tabel 2 Klasifikasi air tanah berdasarkan unsur terlarut Tabel 3 Distribusi jumlah isotop alam hidrogen, oksigen, dan radioaktif karbon di dalam air (Freeze dan Cherry, 1979) Tabel 4 Reaksi dan perubahan jumlah isotop yang terjadi

11 MODUL 1 PENDAHULUAN Pertanyaan mendasar (FAQ): Apa ilmu hidrogeologi itu? Bagaimana awalnya? Apa bedanya dengan hidrologi yang ada di Prodi Teknik Sipil/Teknik Lingkungan? Mengapa kita harus mempelajari hidrogeologi? Apakah air tanah hanya berkaitan dengan membuat sumur? Belajar air tanah apakah hanya akan menjadi tukang bor sumur? 1.Sejarah Hidrogeologi 1.2 Zaman Pra Sejarah Sejak zaman pra sejarah, masyarakat telah menggunakan mata air. Mereka belum mengetahui asal dari mata air, dan mengapa muncul di suatu tempat. Namun mereka telah mengetahui bahwa sumur dapat dibuat untuk mengeluarkan air tanah. Khususnya di tempat-tempat yang tidak memiliki mata air. Salah satu bentuk teknologi eksploitasi air tanah tertua: Qanat atau kanat, terdapat di Iran dan Mesir, Armenia. [Coba cari informasi mengenai hal ini].sebuah saluran sepanjang hingga 20 mil menembus bukit sampai kedalaman 120 m. 1.3 Zaman Pertengahan Leonardo da Vinci ( ) menerangkan konsep siklus hidrologi (diilhami oleh Filosofi Plato): bahwa terdapat uraturat bawah tanah (veins) yang mengalirkan air dari laut naik 11

12 ke pegunungan untuk kemudian mengalir kembali ke laut sebagai sungai.[coba cari sketsa Leonardo da Vinci tersebut]. Orang pertama yang secara benar (kita gunakan hingga saat ini) menerangkan asal dari sungai dan mata air adalah seorang warga negara Perancis bernama Bernard Palissy (1510? ) Salah satu bentuk awal sumur dibuat di Zaman Pertengahan di Roma Italia.Sisa-sisa kebudayaan Romawi.Sedalam 8 m dengan dinding dilapisi kerakal dan kerikil, serta sejenis semen tertentu yang belum dikenali bahannya. Tinggi kolom air di dalam sumur ini sekitar 1 m.biasanya ditutup di bagian atasnya dengan bangunan seperti monumen. Dikenal dengan nama aquaduct. coba [cari gambarnya di 1.4Abad Ke- 19 (Awal Dari Hidrogeologi Kuantitatif) Diawali oleh seorang insinyur teknik sipil Perancis bernama Henry Darcy ( ). Mengusulkan konsep hukum matematis yang mengendalikan aliran air tanah, dikenal sebagai Hukum Darcy[cari biografi singkatnya]. o o Hukum tersebut berasal dari eksperimennya yang mengalirkan air di dalam tabung berisi pasir[cari gambarnya]. Ia berpendapat bahwa aliran air merupakan fungsi dari: Distribusi tinggi tekanan (pressure head) di sepanjang tabung dan penampang luasnya. Sifat fisik dari media pasir di dalam tabung 1.5Zaman Modern Dimulai oleh C.V. Theis, seorang Amerika, pegawai U.S Geological Survey (USGS) yang telah mempublikasikan dua 12

13 artikel fundamental mengenai aliran air tanah[cari biografi singkatnya]: o Makalah tahun 1935: berisi persamaan yang menerangkan penurunan permukaan pisometrik dalam akuifer tertekan akibat pemompaan sumur. o Makalah tahun 1938: mengenalkan pembentukan kerucut penurunan air tanah regional yang mencerminkan terjadinya kesetimbangan dinamis akuifer. 1.6Definisi Beberapa Istilah Sumberdaya Air Hidrometeorologi: Ilmu yang mempelajari keterdapatan dan sifat fisik air atmosfer. Hidrologi: Ilmu yang mempelajari keterdapatan dan sifat fisik hidrolik air permukaan. Hidrogeologi: Ilmu yang mempelajari keterdapatan, sifat fisik hidrolik, dan perilaku airtanah (zona jenuh). Definisi dari beberapa bidang kajian ilmu yang berkaitan dengan sumber daya air (water resources) adalah: Kajian sumberdaya air memerlukan integrasi studi air atmosfer, air permukaan, dan airtanah. Untuk itu diperlukan kerjasama antara ketiga bidang keahlian tersebut. Dalam perkembangannya ilmu hidrogeologi sering digunakan untuk memecahkan berbagai masalah. Beberapa contoh bidang kajian dan contoh kajiannya disajikan dalam tabel berikut ini. Tabel 1Berbagai bidang kajian dan contoh kajian bidang hidrogeologi (Puradimaja, 2006) No Bidang Contoh Kajian 1 Penyediaan air bersih Eksplorasi airtanah untuk penyediaan air bersih di daerah kritis air 13

14 No Bidang Contoh Kajian 2 Perencanaan wilayah Survei potensi airtanah untuk penyediaan air bersih di kawasan binaan 3 Pencemaran airtanah Pencemaran limbah industri, limbah pertanian, pencemaran alamiah 4 Masalah geologi teknik (bencana alam geologi) Gerakan tanah, tanah longsor, penurunan permukaan tanah 5 Eksplorasi hidrokarbon Studi hidrodinamika airtanah untuk melacak migrasi minyak 6 Eksplorasi endapan mineral Alterasi Hidrotermal 7 Energi panas bumi Studi sistem aliran airtanah di kawasan lapangan panas bumi 8 Intrusi air laut Survei salinitas dalam airtanah di kota-kota pesisir 9 Dll yang masih terus berkembang 1.7 Keilmuan Hidrogeologi diitb Hidrogeologi merupakan gabungan dari body of knowledge dari kedua cabangnya, yaitu ilmu Geologi dan ilmu Hidrologi (Tim Evaluasi Kurikulum, 2012). [Coba gambar sebuah rumah dengan 2 pilar/tiang besar, di atas 2 tiang, gambar 4 tiang lebih kecil, di atasnya buat atap] 14

15 Pilar ilmu geologi (ekspresi kualitatif): o Pilar Petrologi dan Petrografi: Jenis litologi Mineral penyusunnya o Pilar Struktur Geologi: Perlapisan Patahan Lipatan [Coba gambarkan] o Pilar Stratigrafi dan Sedimentologi: Tekstur dan struktur batuan Bagaimana penyebarannya Bagaimana geometrinya [Apa yang dimaksud geometri] o Pilar Geomorfologi: Bentang alam Proses- proses di permukaan: endogen, eksogen Kendalinya terhadap air [Apa itu proses eksogen dan endogen] Pilar ilmu hidrologi (ekspresi kuantitatif): o Pilar Mekanika Fluida: Aliran fluida Gaya- gaya yang menyertainya o Pilar Hidraulika: Aliran fluida dalam media o Pilar Meteorologi dan Klimatologi: Sirkulasi air di atmosfer Pola cuaca dan iklim o Fenomena transport (sesuatu yang ada dalam alir dan ikut mengalir): aliran multifasa aliran fluida panas aliran fluida tekanan tinggi 15

16 aliran fluida konsentrasi tinggi [apakah fasa itu?] 1.8 Tantangan dan Trend Ilmu Hidrogeologi Tantangan 10 tahun ke depan di Indonesia dan dunia mencakup (Puradimaja, 2006): Penyediaan suplai air bersih: o perkotaan, o tepi pantai, dan o kawasan sulit air lainnya [coba sebutkan] Proteksi kuantitas dan kualitas air tanah o Buatan, rekayasa o Teknologi pemurnian air o Air Minum dalam Kemasan (AMdK) [Apa itu AMDK? Coba cari di supermarket, lihat komposisi kimia air kemasan] Kontaminasi air tanah: o kawasan perkotaan, padat penduduk, padat industri o bagaimana mengidentifikasinya o bagaimana solusinya Permasalahan pada teknologi bangunan, pertambangan, dll: o Fasilitas umum, fasilitas khusus o Bencana alam (Longsor, gempa, swelling clay dll) o Teknik penirisan/penurunan muka air tanah (degroundwatering), dll. Eksplorasi: o Energi alternatif (coal bed methane CBM). o Hydrodynamic trap dalam eksplorasi migas, dll o [cari tahu apa itu CBM dan hydrodynamic trap?] 16

17 DAFTAR PUSTAKA Tim Evaluasi Kurikulum, 2012, Dokumen Evaluasi Kurikulum Prodi S1 Teknik Geologi. Puradimaja, D.J., 2006, Hidrogeologi Kawasan Gunung Api dan Karst, Orasi Ilmiah Guru Besar ITB. Pustaka online diakses April diakses April

18 MODUL 2 SIKLUS HIDROLOGI Pertanyaan mendasar (FAQ): Apakah siklus hidrologi? Komponen apa saja yang ada di dalamnya? Bagaimana cara menghitungnya? Di manakan posisi air tanah dalam siklus tersebut? 2.1 Pendahuluan Jumlah air di dunia: Gambar 1 Perhitungan jumlah air di dunia ( 2006) 18

19 Siklus hidrologi atau siklus air meteorik Proses-proses utama: o Presipitasi (hujan) o Evaporasi (penguapan) o Infiltrasi (peresapan) o Run off (Aliran permukaan) Ilmu yang mempelajari: meteorologi/hidrometeorologi o Cabang ilmu yang mempelajari siklus hidrologi, neraca air, dan statistik hujan serta banjir (Puradimaja, 2006) o [Coba cari definisi lainnya] Gambar 2Gambaran skematik siklus hidrologi (Bier, 1978) Iklim Tropis: o o o o Curah hujan tinggi[berapa mm batasannya?] Penyinaran matahari sepanjang waktu[berapa jam?] Proses pelapukan intensif[seberapa cepat?] [Posisi lintang dan bujur?] 19

20 2.2 Batas Cekungan Hidrologi Siklus hidrologi dihitung dalam bentuk neraca kesetimbangan air (water balance) Batasan wilayah perhitungan ditentukan oleh batas cekungan topografi/daerah tangkapan (catchment area)/daerah aliran sungai (DAS) Dibatasi garis pemisah air (water divide line) [bagaimana cara menariknya?] Gambar 3 Ilustrasi daerah aliran sungai (Mandel dan Shiftan, 1981) [Untuk latihan, lihat lampiran di halaman akhir. Coba tarik batas DAS yang ada di peta tersebut]. 2.3 Hujan Bahan baku dalam perhitungan neraca air Tiga mekanisme: Konveksi: udara panas naik-kondensasi-hujan Siklon (frontal): udara panas bertemu udara dinginkondensasi-hujan Orographic: udara panas naik ke daerah pegunungankondensasi-hujan. [coba gambarkan mekanismenya] 20

21 Isi dengan sketsa anda sendiri (tambahkan referensi bila perlu) Gambar 4 Ilustrasi mekanisme terjadinya hujan 21

22 2.3 Air Tanah vs Air Bawah Tanah Permukaan vs bawah permukaan Air tanah vs air bawah tanah Zona jenuh vs zona tidak jenuh [apakah air yang diserap tumbuhan sama dengan air yang diambil di sumur?] Air bawah tanah (subsurface water) Gambar 5Skema distribusi air di bawah permukaan. Perhatikan perbedaan antara air bawah tanah (sub surface water) dan airtanah (groundwater) (Todd, 1984) 22

23 2.3BERBAGAI JENIS AIR DI BAWAH PERMUKAAN Air Juvenil: pembekuan larutan magma Air Meteorik: air yang berada dalam siklus hidrologi (air hujan) Air Konat: air yang terperangkap dalam proses pembentukan batuan Air Metamorfik: air dari proses rekristalisasi mineral Air Magmatik: air dari proses pembekuan larutan magma [proses apa yang terjadi dalam urat/vein yang terisi mineral] 2.4 ZONA JENUH VS ZONA TIDAK JENUH Zona jenuh: berada pada lapisan akuifer, ditandai muka air tanah dan lapisan kedap air di bagian bawah, disebut air tanah. Zona tidak jenuh: berada di atas lapisan akuifer, kontak dengan permukaan, tempat proses imbuhan (recharge), disebut air pori/perikuler/perkolasi. [apakah ini termasuk air tanah?] [apa itu zona kapiler/capillary fringe?] [apa itu soil moisture?] 23

24 Gambar 6 Profil zona jenuh dan tak jenuh ( 2.5 RELASI AIR TANAH DAN AIR PERMUKAAN Air tanah mengisi air permukaan Muka air tanah lebih tinggi dibanding air permukaan Muncul dalam bentuk mata air dan rembesan Effluent stream: dari sisi air tanah yang keluar Gaining stream: dari sisi air permukaan yang mendapat input 24

25 Gambar 7 Sketsa air tanah mengisi air permukaan (effluent stream/gaining stream) (Freeze dan Cherry, 1979) Air permukaan mengisi air tanah Muka air tanah lebih rendah dibanding air permukaan Zona imbuhan/akumulasi imbuhan (recharge mound) Influent stream: dari sisi air tanah yang mendapat input Losing stream: dari sisi air permukaan yang kehilangan air 25

26 Gambar 8 Sketsa air permukaan yang mengisi tanah (influent stream/losing stream) (Freeze dan Cherry, 1979) 26

27 (Citra dari Google Earth) 27

28 (Citra dari Google Earth) 28

29 DAFTAR PUSTAKA Bier, 1978, Hydraulics of Groundwater, Mc Graw & Hill, United States of America. Freeze, R. Allan., and John A. Cherry. Groundwater. Englewood Cliffs, NJ: Prentice-Hall, Print. Mandel, S., and Z. L. Shiftan. Groundwater Resources: Investigation and Development. New York: Academic, Print. Todd, D.K., 1984, Groundwater Hydrology, 2nd ed, John Willey & Sons, New York USA. Puradimaja, D.J., 2006, Hidrogeologi Kawasan Gunung Api dan Karst, Orasi Ilmiah Guru Besar ITB. Pustaka online: Situs Hidrogeologi, University of Illinois at Urbana Champagne, diakses Juli maps.google.com, database peta Google, diakses Juli

30 3. NERACA AIR Pertanyaan mendasar (FAQ): 1. Apa saja komponen neraca air? 2. Di manakah posisi air tanah dalam perhitungan neraca air? 3. Persamaan apa saja yang digunakan dalam perhitungan neraca air? 3.1 TEORI DASAR Terbatasnya jumlah air di alam yang dapat dimanfaatkan secara langsung memacu manusia untuk memenuhi kebutuhan pokoknya itu dengan berbagai cara. Suatu sistem yang menggambarkan hubungan antara inflow (aliran masuk) dengan outflow (aliran keluar) pada suatu wilayah selam periode tertentu disebut Water Balance (neraca air). Evapotranspiration Rainfall Surface storage Infiltrasi Total run off Groundwater storage Groundwater run off Gambar 9 Skema neraca air (Mock, 1973) 30

31 Jumlah aliran air masuk yang berasal dari curah hujan yang tertampung pada catchment area (daerah tangkapan hujan) dimanfaatkan oleh kehidupan yang ada, sebagian menguap kembali sebagai evapotranspirasi. Sebagian yang lain meresap ke dalam tanah sebagai infiltrasi dan perkolasi air tanah. Bagian lain yang mengalir di permukaan tanah yang dikenal dengan surface run off merupakan aliran keluar di sungai-sungai. Perhitungan neraca air ini juga diperlukan sebagai alat untuk menghitung neraca suplai dan kebutuhan air di suatu wilayah binaan. Perkiraan neraca air suatu wilayah haruslah memperhatikan beberapa faktor utama seperti parameter meteorologi, kondisi tanah dan topografi, kehidupan yang ada serta pola-pola aliran sungai dalam suatu daerah tangkapan air. 3.2 DATA DAN SUMBER DATA Data utama yang digunakan adalah data klimatologi 10 tahun terakhir, terdiri dari: temperatur (T), kelembaban (RH), radiasi penyinaran matahari, kecepatan angin (W2) dan curah hujan (CH). Data ini didapat dari stasiun klimatologi terdekat dari lokasi atau instansi terdekat yang juga melakukan pengukuran unsur-unsur klimatologi. Selain data klimatologi, juga diperlukan data penunjang yaitu, faktor infiltrasi (I), soil moisture, dan koefisien aliran air tanah. Data didapat melalui tabel yang telah tersedia dan ditentukan berdasarkan keadaan geologi dan tutupan lahan dari lokasi penelitian yang telah diketahui sebelumnya. [bagaimana bila data tidak lengkap?] 31

32 3.3 METODA PENGOLAHAN DATA Metoda perhitungan yang digunakan adalah metoda F.J. Mock (1973). Metoda F. J. Mock merupakan metoda perhitungan dengan asumsi bahwa semua air hujan dapat mengisi air tanah dengan penggunaan utamanya untuk memenuhi kebutuhan evapotranspirasi dan kelebihan air akan mengisi cadangan air tanah. Jika simpanan air tanah telah mencapai batas maksimal, kelebihan air dianggap surplus sehingga terjadi perkolasi dan aliran ke samping (aliran air tanah). Data input yang digunakan adalah potensial evapotranspirasi dan klimatologi harian. Harga potensial evapotranspirasi dihitung terlebih dahulu dengan menggunakan metoda Penman (1963). Data tambahan berupa kapasitas penyusutan air tanah, soil moisture, kapasitas infiltrasi. Seandainya data klimatologi yang ada tidak lengkap, maka sebelumnya harus dilakukan metoda pengisian data kosong terlebih dahulu. Output yang diperoleh berupa informasi simpanan air tanah, water surplus, direct run off (aliran permukaan yang disebabkan oleh air hujan), base flow (aliran air tanah), maupun run off (jumlah antara base flow dan direct run off). 32

33 Gambar 10 Skema Metode Perhitungan Evapotranspirasi (Penman, 1963) 3.4 PROSEDUR PERHITUNGAN WATER BALANCE Ringkasan Ringkasan langkah-langkah perhitungan water balance adalah sebagai berikut: 1. Data-data klimatologi yang ada dirata-ratakan per bulannya dalam 10 tahun terakhir. Seandainya data klimatologi yang ada tidak lengkap, maka sebelumnya harus dilakukan metoda pengisian data kosong terlebih dahulu. 2. Menyamakan satuan-satuan. 3. Mengkoreksi kecepatan angin pada ketinggian 2 meter dengan menggunakan persamaan: Vh / V10 = log 10 (h ) 33

34 4. Mencari nilai tekanan uap jenuh pada suhu rata-rata (ea) dengan menggunakan tabel. 5. Menghitung nilai tekanan uap aktual (ed) dengan menggunakan persamaan: ed = RH x ea 6. Menghitung nilai evaporasi (Ea) dengan menggunakan persamaan: Ea = 0.35 (ea-ed) (k W2) 7. Menentukan solar radiasi pada permukaan horizontal di atas atmosfer dengan interpolasi data dari tabel hubungan lintang dan radiasi matahari. 8. Menentukan albedo (r), dengan mengunakan tabel nilai albedo. 9. Menentukan nilai radiasi black body pada temperatur udara (δt 4 ) dengan menggunakan tabel hubungan antara suhu udara dengan blackbody radiation dan tekanan air uap jenuh. 10. Mencari nilai H dengan menggunakan persamaan: H = R (1-r) ( S) δt 4 ( ed) ( S) 11. Menentukan kemiringan kurva tekanan uap air jenuh pada suhu udara (A) dengan menggunakan tabel tekanan uap air jenuh pada suhu udara rata-rata. 12. Menghitung nilai potensial evaporasi (Ep) dengan menggunakan persamaan: Ep = (A.H x Ea) / (A ) 13. Menentukan harga soil moisture (kelengasan tanah) dengan menggunakan tabel pendugaan lengas tanah berdasarkan tekstur tanah dan vegetasi atau dengan melakukan pengukuran langsung di lapangan. 14. Menghitung harga water surplus (Ws) dengan menggunakan persamaan: Ws = CH El 15. Menentukan nilai faktor infiltrasi (k) porositas jenis tanah (lihat tabel porositas pada batuan endapan). 34

35 16. Menghitung nilai Infiltrasi (I) dengan menggunakan persamaan: I = k x Ws 17. Menentukan nilai konstanta potensial Ground Water Storage (K), dengan membandingkan debit air pada musim kering dengan permulaan musim basah. 18. Menghitung harga storage volume (Vn) dengan menggunakan persamaan: Vn = K x Vn-1 + ½ (1 + K) In 19. Menghitung nilai Base flow (Bn) dengan menggunakan persamaan: Bn = In (Vn -Vn-1) 20. Menghitung nilai direct run off (DRO) dengan mengunnakan persamaan: DRO = Ws In 21. Menghitung nilai run off (Qn) dengan menggunakan persamaan: Qn = DRO + Bn Detail Dalam bab ini akan diilustrasikan perhitungan potensi air tanah dengan metode neraca air. Siklus Hidrologi adalah suksesi tahapan-tahapan yang dilalui oleh air dari atmosfer bumi dan kembali lagi ke atmosfer: evaporasi merupakan penguapan air dari tanah maupun tubuh air yang ada contoh sungai, laut, danau dan lain-lain. 35

36 Gambar 11Siklus Hidrometeorologi (Seyhan, 1990) Kondensasi adalah proses pembentukan awan. Presipitasi adalah proses pengembunan air dari awan yang dikenal sebagai hujan atau salju. Setelah tahapan kondensasi kembali berlangsung proses evaporasi sebagai suatu siklus. Presipitasi: Proses mengembunnya uap air menjadi segala bentuk (salju, hujanbatu es, hujan, dan lain-lain) di atmosfer yang kemudian jatuh ke atas vegetasi, batuan, permukaan tanah, permukaan air, dan saluran-saluran sungai. v Presipitasi saluran: Presipitasi yang kemudian menjadi saluran sungai. v Intersepsi: Proses penangkapan air oleh vegetasi yang jatuh akibat presipitasi. 36

37 v Catatan : Setelah diintersepsi oleh vegetasi, yang kemudian bertranspirasi dan/atau mencapai permukaan tanah dengan menetes atau sebagai aliran batang (melalui batang pohon). Dalam suatu kurun waktu akan secara langsung jatuh pada tanah (through fall), khususnya pada kasus hujan dengan intensitas yang sangat tinggi dan lama. Evaporasi: Proses menguap air dari daratan, lautan, sungai, dan danau ke udara v Infiltrasi: Proses masuknya air dari permukaan ke dalam tanah pada zona air tanah tidak jenuh (Unsaturated Zone) v v v v v v Perkolasi: Proses masuknya air dari zona air tanah tidak jenuh ke zona air tanah jenuh. Transpirasi: Proses menguapnya air dari vegetasi. Detensi Permukaan: Suatu selaput air yang tipis pada permukaan tanah setelah bagian presipitasi yang pertama membasahi permukaan tanah dan berinfilitrasi. Limpasan Permukaan: Proses selanjutnya dari detensi permukaan, dimana aliran (surface Run off ) lebih besar. Cadangan Depresi: Air yang disimpan dalam mangkok depresi pemukaan yang diperoleh dari Surface Run off. Evapotranspirasi: Proses gabungan dari Evaporasi dan Transpirasi. Analisa Water Balance adalah suatu kajian keseimbangan air yang menghitung kelebihan air (water surplus) berdasarkan Curah Hujan dan Limited Evapotranspirasi. Analisa Water Balance biasanya dilakukan dalam satu bulan tertentu. Keseimbangan air menyatakan bahwa jumlah air yang masuk (diimplementasikan sebagai Curah Hujan) sama dengan jumlah air yang keluar (diimplementasikan dalam bentuk Limited Evapotranspirasi, Soil Moisture, dan Water Surplus). 37

38 Analisa Analisa Water Balance bertujuan untuk menghitung potensi air di suatu daerah berdasarkan data-data klimatologi, seperti Curah Hujan, Temperatur Udara, Lama Penyinaran Matahari, Kelembaban Udara, Kecepatan Angin, dan lain-lain. Sebelum dilakukan perhitungan Water Balance, terlebih dahulu dilakukan perhitungan potensial Limited Evapotranspirasi dengan Metoda Pen Mann sebagai salah satu metoda. Dalam praktikum ini metode yang digunakan adalah metode F. J. Mock. Jumlah air yang terdapat di alam adalah tetap dan terdistribusi tidak merata setiap daerah. Banyaknya air yang masuk (in flow) dengan air yang keluar (out flow) biasanya dinyatakan dalam kesetimbangan air (Water Balance). Kesetimbangan ini bisa dihitung dengan persamaan F.J. Mock yang didasarkan atas perhitungan nilai limited evapotranspirasi dan presipitasi. Penentuan besar potensi air tanah menggunakan persamaan sebagai berikut: Qat = T x dh/dl x F Qat : besarnya aliran air tanah (m 3 /hari) T : koefisien transmisivitas kelulusan akifer (m 2 / hari), didapat dari uji pompa dh/dl : gradien hidrolik F : lebar daerah aliran (m) Untuk penentuan potensi air tanahdiperlukan batasan daerah, yaitu dengan menarik batas luas daerah aliran sungai (DAS).[apakah DAS itu? Dan coba lihat latihan pada bagian akhir] Menurut Lindsley (1993) seluruh aliran air tanah dalam suatu DAS yang besar akan keluar di sungai sebagai baseflow bersama-sama dengan air limpasan permukaan (surface runoff). Persamaan berikut digunakanuntuk menghitung potensi airtanah dalam suatu DAS: ΔS = CH (BF + RO + Eto) ΔS : banyaknya curah hujan yang mengisi cadangan air tanah CH : curah hujan 38

39 BF Ro Eto : aliran dasar sungai / debit minimum (base flow) : surface run off (limpasan air permukaan) : evapotranspirasi A. Curah Hujan (CH) dan Iklim Jumlah curah hujan yang jatuh, biasanya diukur dalam mm atau inci.beberapa pengertian perhitungan curah hujan : o o o Curah hujan harian rata-rata adalah jumlah curah hujan dalam 1 (satu) bulan dibagi banyaknya hari dalam 1 (satu) bulan. Curah hujan bulanan rata-rata adalah jumlah curah hujan dalam 1 (satu) tahun dibagi 12. Curah hujan tahunan adalah jumlah curah hujan per bulan dalam tahun tertentu. Perhitungan Curah Hujan Wilayah. Ada beberapa metode, yaitu: Thiessen Poligon, Rata-rata Aritmetik, dll.alat pengukur curah hujan terdiri dari beberapa tipe (lihat gambar berikut). Ada beberapa klasifikasi iklim yang dikembangkan di Indonesia, antara lain: o o Metode Koppen: berdasarkan parameter temperatur. Metode Smith Ferguson: berdasarkan parameter curah hujan. o Metode Oldeman: berdasarkan parameter curah hujan untuk kebutuhan pertanian. Kriteria curah hujan bulanan menurut Mohr and Baren (1954): o Bulan basah: curah hujan bulanan lebih besar daripada 100 mm. o Bulan kering: curah hujan bulanan kurang dari 60 mm. o Bulan transisi: curah hujan bulanan antara mm. Sedangkan kriteria curah hujan bulanan berdasarkan kebutuhan tanaman akan air (Oldeman and Frere, 1982) : o Bulan basah: curah hujan bulanan > 200 mm. o Bulan kering: curah hujan bulanan < 200 mm. 39

40 Gambar 12Berbagaipenakar hujan ( 40

41 Gambar 13 Grafik hasil pengukuran penakar hujan ( Penentuan curah hujan andalan di suatu daerah dapat dihitung berdasarkan kepada kejadian hujan dengan probabilitas 80% (R80) dengan: 41

42 R80 = (n/5) +1 n = banyaknya data hujan R80 = ranking curah hujan dengan peluang 80% Perhitungan urutan kejadian dimulai dari data curah hujan terkecil. Sedangkan perhitungan curah hujan efektif (CHE) menggunakan persamaan: CHE = 70% x R80 Setelah mengetahui nilai curah hujan andalan dan efektif, maka untuk mendapatkan nilai curah hujan rata-rata dapat dilakukan dengan tiga metoda, yaitu: A.1 CH rata-rata dengan Metoda Aritmetik Metoda ini merupakan metoda yang paling sederhana untuk memperoleh curah hujan rata-rata yaitu dengan menjumlahkan curah hujan dari masing-masing stasiun pengamatan dan membaginya dengan jumlah stasiun pada daerah pengamatan secara aritmetik.[lihat gambar di bawah ini, ubah satuannya dalam cm]. 42

43 Gambar 14 Ilustrasi perhitungan CH rata-rata dengan Metode Aritmatik Metoda ini menghasilkan perkiraan yang baik di daerah datar, dengan catatan alat-alat ukurnya ditempatkan tersebar merata dan masing-masing tangkapannya nilai curah hujan tidak bervariasi terlalu banyak dari nilai rata-ratanya. A.2 CH rata-rata dengan MetodaPolygon Thiessen Metoda ini berusaha untuk mengimbangi tidak meratanya distribusi alat ukur dengan menyediakan suatu faktor pembobot (weighting factor) bagi masing-masing stasiun. Stasiun-stasiunnya diplot pada suatu peta, dan tarik garis yang menghubungkan stasiun-stasiun tersebut (lihat gambar berikut). 43

44 Gambar 15 Ilustrasi perhitungan CH rata-rata dengan Metoda Polygon Thiessen Garis-garis bagi tegak lurus dari garis penghubung ini membentuk poligon-poligon di sekitar masing-masing stasiun. Sisi-sisi setiap poligon merupakan batas luar aktif yang diasumsikan untuk stasiun yang bersangkutan. Luas masing-masing poligon dinyatakan sebagai persentase dari luas total. Curah hujan rata-rata untuk seluruh luas dihitung dengan mengalikan hujan pada masing-masing stasiun dengan persentase luasnya dan menjumlahkannya. Metoda ini menganggap variasi hujan linear atau mengabaikan pengaruh-pengaruh orografis. A.2 CH rata-rata dengan Metoda Isohiet Metoda ini merupakan metoda yang paling akurat dalam merataratakan hujan pada suatu daerah. Lokasi stasiun dan besarnya curah hujan diplot pada peta yang sesuai dan kontur untuk hujan yang sama (isohiet) kemudian digambar berdasarkan data tersebut (lihat gambar berikut). 44

45 Gambar 16 Ilustrasi perhitungan CH rata-rata dengan Metoda Isohiet Hujan rata-rata suatu daerah dihitung dengan mengalikan hujan rata-rata antara isohiet yang berdekatan (biasanya diambil sebagai rata-rata dari dua nilai isohiet) dengan luas antara isohiet, menjumlahkan hasilnya dan membaginya dengan luas total. Dalam membuat suatu peta isohiet, para analis bisa menggunakan semua pengetahuannya tentang pengaruh-pengaruh orografis dan morfologi hujan Dalam hal ini peta tersebut akhirnya harus memberikan suatu pola hujan yang realistis. 45

46 Tabel 2 Contoh tabel Penyajian Untuk Perhitungan Potensi Air tanah Meroda Hidrometeorologi No 1 2 Bulan CH (m m) Eto(m m) BF (mm) Ro( mm) ΔS( mm ) ΔS(% CH) Volum e (m 3 ) Potensi pertahun (m 3 /tahun) B. Base Flow (BF) Penentuan aliran dasar permukaan menggunakan persamaan: BF = Q!"#!"#"!!"#" Luas!"# Qmin = debit sungai minimum C. Surface Runoff (Ro) Penentuan surface runoff (Ro) ataulimpasan permukaan menggunakan persamaan: Ro = Q!"#$%&!"#"!!"#" Q!"#!"#"!!"#" Luas!"# Qnormal rata-rata = debit aliran sungai pada suatu DAS yang diambil rata-ratanya dari beberapa sungai dalam keadaan normal 46

47 Qmin rata-rata = rata-rata debit yang paling kecil dari beberapa sungai D. Evapotranspirasi (Eto) Ada beberapa metoda dalam penentuan evapotranspirasi ini: o Metoda Blaney Criddle ETo = P 0,46T + 8 Dengan: c: koefisien tanaman bulanan P: rata-rata persentase jumlah jam siang hari dalam sehari T: rata-rata temperature harian o o Metoda Thornthwaite (Tmaks+Tmin)/2 Eto = 1,6 10!! T: Suhu rata-rata bulanan ( o C) I: Indeks panas tahunan : 0,49 + 0,0179 I 0, I2 + 0, I3 Metoda Penman Pe=[{[ IgA * (1-a) ( S) ]-[ T 4 * ( e 1/2 ) ( S) ]}* [ (1/59) * ((π/ )/(1+π/ ))] ]+[[(0.26/(1+π/ ))*(ewe)*(1+0.4v)]] Catatan :Perhitungan evapotranspirasi diatas dilakukan untuk 1 (satu) hari dan pada stasiun tertentu (bukan untuk luas wilayah tertentu yang ada stasiunnya). Pe = Potensial evapotranspirasi (mm/hari), dihitung rata-rata per hari dalam satu bulan tertentu IgA = Maksimum Radiasi Matahari (cal/cm 2 ), dihitung rata-rata untuk satu bulan 47

48 tertentu, nilainya bergantung kepada posisi astronomis dan dianggap konstan untuk bulan yang sama untuk tahun-tahun yang berbeda. Sebagai contoh untuk stasiun Lembang nilainya adalah seperti pada table berikut ini. Tabel 3Nilai-nilai Max solar Rad (IgA). Besaran Jan Feb Mar Apr Mei Jun IgA (cal/cm 2) Jul Ags Sept Okt Nop Des Catatan : nilai diatas bisa dipakai untuk perhitungan stasiun Lembang. a = Koefisien Albedo penguapan akibat pantulan permukaan, konstanta karakteristik suatu daerah S = Penyinaran Matahari (%), rata-rata per hari dalam satu bulan tertentu = Konstanta Stefan Boltzmann = * 10-7 cal/cm 2 /hari/ K T = Temperatur udara ( K), dihitung rata-rata dalam satu bulan tertentu E = Tekanan uap air rata-rata dalam satu bulan tertentu (milibar) ew = Tekanan uap air jenuh/maksimum ratarata dalam satu bulan tertentu (milibar) V = Kecepatan angin rata-rata selama satu bulan tertentu (mil/hari) Keterangan : 48

49 Yang dicari adalah Pe (Potensial Evapotranspirasi). IgA, S, T diperoleh dari tabel data-data Stasiun Meteorologi terdekat dari daerah yang dianalisa. a untuk penguapan permukaan sangat bergantung pada tutupan lahan permukaan lokasi pengamatan yang besarnya dapat diperkirakan seperti pada table berikut. Tabel 4Albedo-albedo penguapan untuk berbagai jenis daerah. Lokasi Nilai a Daerah Hutan 0.11 Daerah Batu 0.16 Daerah Tumbuhan Hijau 0.20 Daerah Semak 0.24 Daerah Pasir 0.26 e = ew* Kelembaban Nisbi, dimana Kelembaban Nisbi dinyatakan dalam %. ew, T 4, (1/59) * ((π/ )/(1+π/ )),dan 0.26/(1+π/ ) diperoleh dari tabel-tabel baku pada lampiran. Besaran-besaran diatas semuanya dihitung rata-rata per hari dalam satu bulan tertentu. Interpolasi perlu dilakukan jika daerah penelitian diantara daerah-daearah yang disebutkan dalam tabel diatas, misal Daerah Bangunan (identik dengan Daerah Batu) dan Daerah Tumbuhan Hijau, maka albedo (a) daerah tersebut : a = (albedo untuk Daerah Bangunan +albedo untuk Daerah Tumbuhan Hijau) / 2 49

50 = ( ) / 2 = Potensial Evapotranspirasi (Pe) yang dihitung ini adalah potensial evapotranspirasi rata-rata harian dalam satu bulan tertentu, sehingga untuk bulanan dikalikan dengan banyaknya hari dalam setiap bulannya. Potensial Evapotranspirasi mengasumsikan bahwa air selalu tersedia cukup di alam, tetapi kenyataannya di alam tidak begitu, sehingga perlu dihitung Evapotranspirasi Minimal, yang memperhitungkan waktu tidak terjadi hujan. Evapotranspirasi Minimal disebut juga sebagai Evapotranspirasi Terbatas (Limited Evapotranspirasi).Persamaannya adalah sebagai berikut : ΔE = Ep * m * (30-n)/30 Et = Ep E, E = Perbedaan antara Ep dan Et (mm/bln) Ep = Potensial Evapotranspirasi (mm/bln) Et = Limited Evapotranspirasi (mm/bln) n = Jumlah hari hujan tiap bulan m = Perkiraan permukaan yang tidak tertutup tanaman Catatan : perhitungan Et (Limited Evapotranspirasi) ini untuk stasiun tertentu (bukan untuk luas wilayah tertentu yang ada stasiunnya). Nilai faktor m dapat diperkirakan melaui jenis musim dalam tiap bulannya, yaitu : 1. Bulan Kering, didefinisikan memiliki < 5 hari hujan. m = 0% untuk hutan belantara m = 0 10 % untuk daerah tumbuhan hijau/perkebunan m = % untuk daerah erosi m = % untuk daerah persawahan m = 20% 60% untuk daerah pertokoan. 2. Bulan Peralihan, didefinisikan menjadi 5 8 hari hujan, nilai m sama dengan musim kering. 3. Bulan Basah, didefinisikan memiliki 8 hari hujan, nilai m berkisar antara %. 50

51 o Dll [Sebutkan] E. Soil Moisture (Lengas Tanah) Nilai kelembaban tanah yang nilainya berubah-ubah, dipengaruhi oleh Curah Hujan dan nilai evapotranspirasi. Nilai Soil Moisture yang paling besar disebut Soil moisture maksimum, dikendalikan oleh kombinasi tekstur tanah dan jenis vegetasi (zona perakaran dll). Jadi Soil Moisture maksimum adalah harga tetapan tanah pada suatu daerah tertentu per meter persegi sampai lapisan impermeabel. Pendugaan nilai Soil Moisture maksimum dilakukan atas dasar kombinasi tekstur dan vegetasi itu seperti terlihat pada tabel berikut ini. Tabel 5 Berbagao nilai lengas tanah berdasarkan tekstur dan vegetasi Tekstur Tanah Tumbuhan Berakar Dangkal Pasir halus Lempung berpasir halus Lempung liat Liat Tumbuhan Berakar Menengah Pasir halus Lempung berpasir halus Lempung berdebu Lempung liat Liat Tumbuhan Berakar Dalam Pasir halus Lempung berpasir halus Lempung berdebu Lempung liat Liat Air tersedia Zona Perakaran Lengas Tanah

52 Tekstur Tanah Kebun Buah (Orchard) Pasir halus Lempung berpasir halus Lempung berdebu Lempung liat Liat Hutan Belantara Tertutup Pasir halus Lempung berpasir halus Lempung berdebu Lempung liat Liat Air tersedia Zona Perakaran Lengas Tanah F. WaterSurplus (Kelebihan air) Water Surplus biasanya dinyatakan dalam mm per bulan tertentu. Kelebihan air yang terukur dapat dihitung dari besarnya Curah Hujan dikurangi Limited Evapotranspirasi. Air hujan yang turun dipergunakan untuk memenuhi kebutuhan evapotranspirai. Bila Curah Hujan dikurangi Limited Evapotranspirasi bernilai negatif (-)è maka terjadi nilai Lengas Tanah berkurang dari harga maksimum. Bila Curah Hujan dikurangi Limited Evapotranspirasi bernilai positif (+)è maka terlebih dahulu mengisi kekurangan harga Soil Moisture hingga mencapai harga maksimum. Water Surplus terjadi bila kelebihan air setelah Soil Moisture telah maksimum dan kelebihan air ini yang merupakan Water Surplus. Kelebihan air ini merupakan gabungan antara air yang mengalir langsung (Direct Run off) di permukaaandan air yang masuk ke dalam tanah (Infiltrasi). Perhitungan Base Flow, Direct Run Off Dan Run Off Perhitungan ini dilakukan untuk menghitung kandungan air pada suatu daerah tertentu. Kandungan air ini dinyatakan dalam Baseflow, Direct Run Off, dan Run Off. Dalam perhitungan awal, 52

53 biasanya satuan besaran-besaran ini adalah mm/thn atau mm/bln tertentu pada suatu blok tanah atau batuan dengan luas sebesar 1 m 2 dengan tebal tanah/batuan yaitu dari permukaan sampai dasar zona jenuh (lapisan impermeabel) yang tebalnya tergantung pada daerah-daerah yang berbeda seperti pada gambar berikut ini. Run Offn = DROn + Bn Ws = DROn + In Gambar 17Ilustrasi Model Hidrodinamika Air (Mock, 1973) G. Infiltrasi Proses masuknya air hujan ke dalam permukaan tanah/batuan melalui gaya gravitasi dan kapiler (lihat ilustrasi diatas). Jumlah air yang masuk tersebut bergantung pada jenis atau macam tanah /batuan. Kemampuan untuk memasukkan air hujan ini dinyatakan dalam Infiltrasi (I). Sedangkan kapasitas untuk memasukkan air hujan ini dinyatakan sebagai Faktor Infiltrasi/Kapasitas Infiltrasi(k). Faktor yang mempengaruhi Kapasitas Infiltrasi antara lain : kondisi 53

54 permukaan tanah, struktur tanah, vegetasi, suhu tanah, dll. Kapasitas infiltrasi dapat didekati dengan mengetahui porositas suatu batuan/tanah. Besarnya nilai porositas yang telah diukur Morris dan Johnson terlihat pada tabel berikut ini. Nilai ini bisa dipakai untuk pendekatan Harga Kapasitas Infiltrasi. Tabel 6Kisaran tekstur infiltrasi berdasarkan poositas batuan (Todd, 1980) No. Material Porositas (%) No. Material Porosi tas (%) 1. Kerikil kasar Batupasir kasar Kerikil sedang Loess Kerikil Peat Pasir kasar Schist Pasir menengah Batulumpur Pasir halus Batulempung Lumpur (silt) Shale 6 8. Lempung (clay) Tuff Batupasir butir halus Basalt Batupasir sedang Gabro lapuk Batu kapur Granit lapuk Dolomit 26 Nilai infiltrasi dapat dihitung dengan persamaan: Infiltrasi (In) = k * Water Surplusn k = Faktor Infiltrasi/Kapasitas Infiltrasi, dinyatakan dalam persen (%). 54

55 Infiltrasi (In) dinyatakan dalam mm, biasanya dalam per bulan tertentudalam luas 1 m 2. Water Surplus didapatkan dari perhitungan sendiri, dinyatakan juga dalam mm per bulan tertentu atau per tahun tertentu dalam luas 1 m 2. Indeks n menyatakan perhitungan dilakukan dalam bulan tertentu n. H. Volume Simpan Volume Simpan adalah suatu kemampuan tanah/batuan untuk menyimpan sejumlah air dalam bulan tertentu dalam luas wilayah 1 m 2. Volume simpan ini berada pada pori-pori atau celah-celah (rongga-rongga/ruangan-ruangan pada tanah/batuan). Harga volume simpan tidak dipengaruhi oleh infiltrasi saja, tetapi juga dipengaruhi oleh debit Run Off dan volume simpan bulan sebelumnya. Untuk menghitung volume simpan bulan ini (n) harus ditentukan lebih dahulu volume simpan sebelumnya (n-1) dengan cara tertentu. Volume Simpan (storage volume) dipersamaankan : Vn = K * Vn-1 + ½ * (1 + K) * (In) Vn = Volume simpan bulan n (bulan sekarang), dinyatakan dalam mm per bulan tertentu. Vn-1 = Volume simpan bulan n-1 (bulan sebelumnya), dinyatakan dalam mm per bulan tertentu. K = Koefisien aliran air tanah, harganya diasumsikan <1, tanpa dimensi, dapat ditentukan sebagai berikut: Kt = q t / q 0 q t = Run off sesaat t, t dinyatakan dalam hari atau bulan ke-n (dengan anggapan harga konstan selama satu hari atau bulan). 55

56 q 0 = Run off pada saat t = 0, hari atau bulan sebelumnya (n-1). Run off ini direfleksikan sebagai debit sungai andalan (Base Flow). In = Infiltrasi bulan n, dinyatakan dalam mm per bulan tertentu. Cara menghitung Vn-1 Solusi yang dipakai untuk menghitung V n-1 adalah mengasumsikan bahwa volume simpan Vn-1 bulan Januari sama dengan volume simpan Vn bulan Desember pada akhir tahun. Persamaan Vn bulan Januari (V1) adalah : V1 = C12 / (1-K 12 ) C12 = 0.5*[ I2 (K 12 + K 11 )+ I3 (K 11 + K 10 ) + I4 (K 10 + K 9 ) + I5 (K 9 + K 8 ) I1 (K +1) ] V1 Cn K n In = Volume Simpan bulan Januari (mm). = koefisien bulan ke-n = K pangkat n, nilai K (Koefisien aliran air tanah) dianggap konstan untuk tiap bulannya. = Infiltrasi bulan ke-n (mm). Dengan persamaan diatas bisa ditentukan V1 sehingga untuk bulan-bulan berikutnya bisa ditentukan Vn nya. I. Base Flow Base Flow atau Aliran Dasar adalah jumlah air yang mengalir di dalam tanah/batuan setelah volume simpan (Vn ) terpenuni. Base flow terjadi setelah Infiltrasi In memenuhi Volume Simpan Vn. Sebagian Base flow akan mendistribusikan airnya sebagai aliran air tanah dalam zona jenuh (lihat ilustrasi diatas). Pada akhirnya Base Flow akan keluar sebagai aliran debit minimum (debit sungai andalan) pada sungai.base Flow didapat dari: Bn = In (Vn Vn-1) 56

57 Bn = Base Flow pada bulan n (sekarang), dinyatakan dalam mm per bulan atau per tahun. J. Direct Run Off Direct Run Off adalah total jumlah air yang mengalir di permukaan akibat kelebihan air hujan (Water Surplus), baik dalam bentuk air sungai maupun aliran lapisan air permukaan tipis/detensi permukaan yang pada akhirnya mengalir ke sungai (lihat ilustrasi di atas).direct Run Off didapat dari: DROn = Water Surplusn Infiltrasin DROn = Direct Run Off bulan n (sekarang), dinyatakan dalam mm per bulan atau per tahun. K. Run Off Run Off adalah total air yang mengalir pada suatu daerah baik di permukaan ataupun di bawah permukaan (akifer bebas) yang akan mengisi sungai (lihat ilustrasi diatas). Run Off didapat dari: ROn = DROn + Bn ROn = Run Off bulan n (sekarang), dinyatakan dalam per bulan atau per tahun. Untuk mengetahui lebih lanjut banyaknya air yang tersedia di permukaan dapat dihitung dengan persamaan: Qn = ROn * A Qn = jumlah air yang tersedia per bulan atau tahun tertentu, biasanya dalam meter 3 /bulan ROn = Run Off bulan n (sekarang), dinyatakan dalam meter/bulan A = luas wilayah penelitian (meter 2 ) 57

58 Catatan : o Semua perhitungan besaran-besaran seperti : Water Surplus (Ws), Infiltrasi (In), Volume Simpan (Vn), Base Flow (Bn), Direct Run Off (DROn), dan Run Off (Rn) adalah berlaku untuk stasiun tertentu (bukan wilayah tertentu yang ada stasiun klimatologinya). Nilai-nilainya dihitung dalam satuan mm/tahun atau mm/bulan dalam luas wilayah 1 mm 2. o Untuk menghitung besaran-besaran di atas agar dapat berlaku untuk satu wilayah, maka harus dihitung curah hujan rata-rata setiap stasiun klimatologi pada suatu daerah tertentu, misalnya dengan Metode Theissen Poligon, Rata-rata Aritmetik, dll. LATIHAN 1. Ubah perhitungan presipitasi rata-rata wilayah pada beberapa contoh di atas, dari satuan inci menjadi mm. DAFTAR PUSTAKA Lindsley, 1993, Hidrologi for Engineer, McGraw Hill. Mock, F. J., 1973, Water Availability Appraisal: Report Prepared for the Land Capability Appraisal Project Bogor/Indonesia. Bogor: Food and Agriculture Organization of the United Nations, Print. Mohr, E. C. Jul., and F. A. Van Baren, 1954, Tropical Soils; a Critical Study of Soil Genesis as Related to Climate, Rock and Vegetation,. The Hague: W. Van Hoeve, Print. Oldeman, L. R., and M. Frère., 1982, A Study of the Agroclimatology of the Humid Tropics of South-East Asia. Geneva: Secretariat of the World Meteorological Organization, Print. 58