Materi kuliah dapat didownload di

Materi kuliah dapat didownload di www.fiktm.itb.ac.id/kk-geologi_terapan

HIDROGEOLOGI UMUM (GL(GL-3081 3081)) MINGGU KEKE-5 AKIFER DAN BERBAGAI PARAMETER HIDROLIKNYA Oleh: Prof.Dr.Ir. Deny Juanda Puradimaja, DEA Asisten: Dr. D. Erwin Irawan

1

Couse note for ITB student. Permission for other uses to Prof. Deny Juanda Puradimaja


1

TERMINOLOGI LAPISAN AKIFER DAN BUKAN AKIFER

Akifer (Aquifer (Aquifer)) : Lapisan yang dapat menyimpan dan mengalirkan air dalam jumlah yang ekonomis. Contoh : Pasir, kerikil, batupasir, batu gamping rekahan. Akiklud (Aquiclude (Aquiclude)) (<10 (<10-6 cm/detik): Lapisan p yyang g mampu p menyimpan y p air,, tetapi tidak dapat mengalirkan air dalam jjumlah yang y gb berarti,, misalnya y lempung, p g, serpih, tuf. Couse note for ITB student. Permission for other uses to Prof. Deny Juanda Puradimaja

2

TERMINOLOGI LAPISAN AKIFER DAN BUKAN AKIFER

Akifug (Aquifug (Aquifug)) : Lapisan batuan yang kedap p air,, tidak dapat p menyimpan y p dan mengalirkan air, misalkan batuan kristalin,, batuan metamorf. Akitar (Aquitard (Aquitard)) : Lapisan batuan yang dapat menyimpan air dan mengalirkan dalam jumlah yang terbatas, misalnya lempung pasiran. pasiran Couse note for ITB student. Permission for other uses to Prof. Deny Juanda Puradimaja

3

MEDIA PENYUSUN AKIFER


4

JENIS--JENIS AIR (WHITE, JENIS (WHITE 1957 1957))

Air Juvenil : Air yyang g berasal dari hasil p proses pembekuan larutan magma dan bukan merupakan bagian dari hidrosfir. Air Meteorik : Air yang berasal dari siklus hidrologi. Air Konnat : Merupakan air fosil, yaitu air meteorik ik yang terperangkap k oleh l h prosesproses-proses geologi seperti pembentukan formasi dalam cekungan g sedimentasi,, penurunan p muka air laut,, proses pengangkatan dan proses lainnya. Jenis air ini tidak lagi mempunyai hubungan dengan siklus hidrologi g Couse note for ITB student. Permission for other uses to Prof. Deny Juanda Puradimaja

5

JENIS--JENIS AIR (WHITE, JENIS (WHITE 1957 1957))

Air Metamorfik : Salah satu bagian dari air konnat, terjadi akibat proses rekristalisasi mineral yang mengandung air selama proses pembentukan batuan metamorf. Air i Magmatik ik : Air i yang b berasall d darii h hasil il pembentukan larutan magma dan bercampur dengan air meteorik. meteorik


6

TERMINOLOGI AIRTANAH DAN AIR BAWAH TANAH


7

JENIS-JENIS MATAAIR JENIS(Todd, 1980) 1980) 1. Mataair Depresi ((Depression Depression Spring) Spring) : g disebabkan karena Mataair yyang permukaan tanah memotong muka airtanah ((water water table) table)


8

JENIS-JENIS MATAAIR JENIS(Todd, 1980) 1980) 2. Mataair Kontak ((Contact Contact Spring) Spring) : Mata air akibat kontak antara lapisan akifer dengan lapisan impermeabel pada bagian b bawahnya. h


9

JENIS-JENIS MATAAIR JENIS(Todd, 1980) 1980) 3. Mataair Rekahan ((Fracture Fracture Spring) Spring) : Mataair yyang g dihasilkan oleh akifer tertekan yang terpotong oleh struktur impermeabel. p


10

JENIS-JENIS MATAAIR JENIS(Todd, 1980) 1980) 4. Mataair Pelarutan ((Solution Solution Tubular Spring)) : Mataair yang terjadi akibat Spring pelarutan batuan oleh air tanah.


11

Dist ib si Vertikal Distribusi Ve tikal Airtanah Ai tanah

Pembagian Air Bawah Tanah : 1. Zona Aerasi (Interstices, diisi oleh air dan udara). Air vadose ((Vadose dari vadosus = dangkal) a. a Zona airtanah b. Zona intermedier vadose c. Zona kapiler Couse note for ITB student. Permission for other uses to Prof. Deny Juanda Puradimaja

12

Distribusi Vertikal Airtanah

Pembagian Air Bawah Tanah : 2. Zona Saturasi : Dari lapisan zona jenuh bagian atas sampai ke lapisan dasar batuan yang impermeabel a Jika Lapisan Impermeabel bagian a. atas tidak ada, maka muka airtanah atau permukaan freatik terbentuk pada lapisan zona jenuh. b. Zona Saturasi dapat berada di atas muka airtanah, karena adanya kapilaritas. pada Zona Saturasi disebut Airtanah c. Air p (Groundwater or Phreatic Water) Water) Couse note for ITB student. Permission for other uses to Prof. Deny Juanda Puradimaja

13

ZONA AERASI

Zona Airtanah : pada saat air hujan j jjatuh ke 1. Ada p permukaan tanah atau dari aliran irigasi. 2. Zona ini mulai dari permukaan tanah sampai pada zona akar = f (tipe tanah, vegetasi). vegetasi) 3. Airtanah berperan memberikan kelembaban akar akar. Couse note for ITB student. Permission for other uses to Prof. Deny Juanda Puradimaja

14

ZONA AERASI 4. Thin film moisture dikenal sebagai air higroskopik. higroskopik 5. Sangat berperan adanya air kapiler. 6. Pengurangan P air i melalui l l i mekanisme k i gravitasi


15

ZONA AERASI

Zona Kapiler : Posisi dari muka airtanah ((bagian g atas)) sampai p batas munculnya y air kapiler : 2τ

hc = − Cosλ rγ

τ = tekanan permukaan γ = berat spesifik air r = jari-jari tabung λ = kontak miniskus dengan dinding tabung


16

ZONA SATURASI

Pada zona ini airtanah mengisi seluruh interstices : Porositas yang dimiliki efektif untuk menyimpan air. air Spesifik Retensi : Volume air yang dapat diserap (retain) sejumlah Wr Sr =

Kekuatan gravitasi atau volume Couse note for ITB student. Permission for other uses to Prof. Deny Juanda Puradimaja

17

ZONA SATURASI

Spesifik Lapangan (Sy) Wy

Sy =

V

Volume air (setelah jenuh) dapat didrainase selama gravitasi =

α = Wr + Wy

Volume

semua pori berhubungan


18

ZONA SATURASI

Sr dan Sy dapat mempunyai satuan (%) karena Wr dan Wyy adalah total volume material yyang g penuh. Nilai Spesifik Lapangan ditentukan berdasarkan : a. Ukuran Butir b. Bentuk c. Distribusi Pori c. Kompaksi Lapisan d. Waktu Drainase Secara umum Sy mempunyai kemampuan untuk Couse note for ITB student. Permission for other uses to Prof. Deny Juanda Puradimaja meloloskan air.

19

PARAMETER HIDROLIK BATUAN 1. 2 2. 3. 4.

POROSITAS PERMEABILITAS TRANSMISSIVITAS (T) STORATIVITAS (S)


20

POROSITAS

Perbandingan antara volume ruang antar butir terhadap p volume total batuan. Porositas tergantung pada kebundaran, sorting dan kompaksi. kompaksi Batuan dengan butir yang semakin membundar dan sorting yang baik menyebabkan porositas yang besar, sedang kompaksi akan memperkecil porositas. porositas Couse note for ITB student. Permission for other uses to Prof. Deny Juanda Puradimaja

21

PERMEABILITAS

Kemampuan material batuan untuk mengalirkan e ga a fluida u da (a (air). ). Batuan dengan porositas yang besar, mampu a pu menyimpan e y pa a air,, tap tapi be belum u te tentu tu mampu mengalirkan air (permeabel), contohnya batu lempung. Tapi sebaliknya batuan yang permeabel tentu mempunyai porositas. Permeabilitas tergantung pada sifat cairan pori (viskositas), rasio ruang antar butir, bentuk b t k dan d susunan porii batuan b t atau t struktur tanah. Couse note for ITB student. Permission for other uses to Prof. Deny Juanda Puradimaja

22

PERMEABILITAS Parameter Permeabilitas ada dua : Konduktivitas Hidrolik (K), satuan cm/s atau m/s. / Nilai K tidak konstan,, tergantung pada media dan fluida ((viskositas dan densitas fluida yyang g tergantung pada tekanan dan temperatur) Permeabilitas Intrinsik (k), satuannya cm2 atau m2. Nilai k hanya tergantung pada sifat fisik batuan/tanah. Couse note for ITB student. Permission for other uses to Prof. Deny Juanda Puradimaja

23

PERMEABILITAS

Hubungan antara Konduktivitas Hidrolik (K) dengan Permeabilitas Intrinsik (k) adalah :

K=

k .γω

μ Dimana : K = Konduktivitas Hidrolik (L/t) k = Permeabilitas Intrinsik (L2) γγω = Berat unit cairan ((m/L / 3) μ = Viskositas (m/L2)


24

TRANSMISSIVITAS ((T))

Nilai permeabilitas tiap satu meter akifer, akifer menggambarkan kemampuan akifer untuk membawa air secara kuantitatif.

T=K.d T=K d dimana : T = Transmissivitas i i i K = Konduktivitas Hidrolik d = Tebal akifer Couse note for ITB student. Permission for other uses to Prof. Deny Juanda Puradimaja

25

STORATIVITAS (S)

Spesifik Lapangan (Sy) untuk unconfined q f atau volume air yyang g dapat p aquifer dikeluarkan dari akifer tertekan. Dengan kata lain lain, Storativitas merupakan volume air yang dapat dikeluarkan dari akifer per unit kemiringan permukaan potensial muka airtanah per satu satuan luas akifer. akifer Couse note for ITB student. Permission for other uses to Prof. Deny Juanda Puradimaja

26

STORATIVITAS (S)

Akifer Tertekan, S : 0,001 – 0,00001 Akifer Bebas,, S : 0,3 - 0,01 Rendahnya nilai S untuk akifer tertekan gg bahwa akifer tersebut menggambarkan mempunyai kemiringan permukaan potensial airtanah yang cukup terjal sekalipun akibat sedikit saja menurunnya muka airtanah. Couse note for ITB student. Permission for other uses to Prof. Deny Juanda Puradimaja

27

Hukum Darcy

Sebuah silinder dengan luas penampang A diisi dengan pasir. Posisi silinder dimiringkan dengan sudut θ. θ Pada bagian ujung silinder masingmasing diberi katup. Bagian atas silinder diberi lubang dan disambung dengan tabung silinder berdiameter lebih kecil, berjarak Δl dan Couse note for ITB student. Permission for other uses to Prof. Deny Juanda Puradimaja beda tinggi Δh

28

Air mengalir dari atas ke bawah (elevasi) (ele asi) Gbr2 Gbr 2

Gbr1 Gbr 1

Bandingkan g gbr gbr1 g 1&g gbr 2: 1. Samakah arah alirannya? 2. Apa yang berbeda? 3 Pada akifer jenis apa hal 3. diatas dapat terjadi Couse note for ITB student. Permission for other uses to Prof. Deny Juanda Puradimaja (tertekan/tak tertekan?)

Tinggi tekan (h) = z + hp z=elevasi topografi dari muka laut hp=elevasi tekanan Air mengalir dari h tinggi ke h rendah

Gbr3 Gbr 3

Gbr4 Gbr 4

29

Analisislah gbr3 gbr3: P d sistem Pada i t akifer kif apakah k h hal h l ini umumnya dapat terjadi ? (pilih) 1. Gunungapi 2. Aluvial 3. Sedimen terlipat Analisislah gbr4 gbr4: 1. Apakah hal ini dapat terjadi? 2. Pada akifer jenis apa hal diatas dapat p terjadi j (tertekan/tak tertekan?)


30

Hukum Darcy

Asumsi: 1 Akifer media pori 1.Akifer 1. 2.Aliran 2. Aliran laminar berkecepatan rendah 3.Bukan 3. Bukan akifer bocoran

Q = v. A Q = K .i. A Q = K . dh

dl

.A

Analisislah rumus Darcy: 1. Sebutkan komponen rumus yang berkait dengan geologi? 2. Sebutkan komponen topografi?

Q=debit air (L3.T-1) K=konduktivitas hidrolik (L.T-1) dh/dl=gradien dh/dl di hid hidrolik lik (vertikal ( tik l banding b di lateral) l t l) A=luas penampang akifer (L2) Couse note for ITB student. Permission for other uses to Prof. Deny Juanda Puradimaja

31

Faktor yang mengontrol aliran airtanah i h Topografi:

1. •

•

Airtanah akan mengalir ke arah elevasi yang lebih rendah. Airtanah bebas ((airtanah tak tertekan). )

Geologi:

2. •

Airtanah akan mengalir mengikuti lapisan batuan dengan nilai permeabilitas dan konduktivitas hidrolik yyang g besar. Couse note for ITB student. Permission for other uses to Prof. Deny Juanda Puradimaja

32

(A) Kendali faktor topografi (B) Kendali faktor geologi


33

Kendali faktor g geologi g


34

Single g dan double ring g Infiltrometer


35

Permeameters

Constant Head Falling Head Couse note for ITB student. Permission for other uses to Prof. Deny Juanda Puradimaja

36

Constant Head Method

Wet the column from the bottom up.

Can be b a problem bl d depending di on sample l size. i

Add water until it’s at the desired height. Hydraulic H d li gradient di t = 1 (Figure (Fi 10..1a)) 10 Macropore collapse? Need a different gradient. (Figure 10 10..1b)

L+ y− x H = − Capture L the outflow, L

when it’s it s rate becomes constant Ks is obtained.


37

Constant Co sta t Head ead Apparatus ppa atus

L+ y− x H =− L L


38

L+ y− x H =− L L

L is length through the soil y is the height of ponded water x is the height of water required to lower the gradient so that y can be maintained. Note: N t if the th gradient di t iis 1 then th Ks = q as per Darcy’s Law.


39

Falling Head Method

Wet the column from the bottom up. Fill a burette to above the height of the soil column l and d allow ll it tto d drain. i Drain until the rate of head loss is constant. (Figure (Fi 11..1) 11

⎡ aL ⎤ ⎛ H 2 ⎞ Ks = ⎢ l ⎜ ⎟ log ⎥ ⎣ A(t 2 − t 1) ⎦ ⎝ H 1 ⎠ Couse note for ITB student. Permission for other uses to Prof. Deny Juanda Puradimaja

40

Falling a g Head ead Apparatus ppa atus ⎡ aL ⎤ ⎛ H 2 ⎞ Ks = ⎢ l ⎜ ⎟ log ⎥ ⎣ A(t 2 − t 1) ⎦ ⎝ H 1 ⎠


41

Limitations of the Darcian Approach 1. For Reynold’s Number, Re, > 10 or where the flow is turbulent, as in the immediate vicinity of pumped wells.

2. Where water flows through extremely fine 2 fine-grained grained materials (colloidal clay) Couse note for ITB student. Permission for other uses to Prof. Deny Juanda Puradimaja

42

TERIMA KASIH


43


44

Example of Darcy’s Law

A confined aquifer has a source of recharge.

K for the aquifer is 50 m/day, m/day, and n is 0.2.

The piezometric head in two wells 1000 m apart is 55 m and 50 m respectively, from a common datum. The average thickness of the aquifer is 30 m, and the average width of aquifer is 5 km km..


45

Compute: p

a) the rate of flow through the aquifer (b) the average time of travel from the head of the aquifer to a point 4 km downstream *assume no dispersion or diffusion


46

The solution

Cross-Sectional area= Cross104 m2

30((5)( 30 3 )(1000 1000)) = 15 5x

Hydraulic gradient = 10-3

(55 55--50 50)/ )/1000 1000 = 5 x

Rate of Flow for K = 50 m/day (50 m/day) (75 (75 x 101 m2) = 37 37,,500 m3/day Darcy Velocity: (37 37,,500m 500m3/day) /d ) / (15 (15

Q=

V = Q/A = x 104 m2) = 0.25 25m/day m/day /d


Seepage Velocity: (0.25 25)) / (0 (0.2) = ft/day)

47

Vs = V/n = 1.25 m/day (about 4.1

Time to travel 4 km downstream: T= 4(1000 1000m) m) / (1 (1.25 25m/day) m/day) = 3200 days or 8.77 years This example Thi l shows h that th t water t moves very slowly l l underground.


48

Darcy’s Darcy s Law: Example 2

A channel runs almost parallel to a river, and they are 2000 ft apart. The water level in the river is at an elevation of 120 ft and 110 110ft ft in the channel. A pervious i formation f i averaging i 30 ft f thick hi k and d with ih K of 0.25 ft/hr joins them. Determine D t i th the rate t off seepage or fl flow ffrom th the river to the channel.


49

Confined C fi d A Aquifer if Confining Layer

Aquifer

30 ft


50

E Example l 2

Consider C id a 1-ft f length l h off river i ((and d channel). h l) = KA [(h1 – h2) / L] Where: ft2 ft/day / y

Q

A = (30 (30 x 1) = 30 K = (0 (0.25 ft/hr) ((24 24 hr/day) = 6

Therefore, (120 – 110 110)] )] / 2000 length = 0.9 ft2/day

Q = [[6 6 (30) 30) 3 = 0.9 ft /day/ft


51

Materi kuliah dapat didownload di

Recommend Documents