PERTEMUAN 10. ALIRAN AIR TANAH DAN TRANSPORT LARUTAN Kelompok Praktikum :
Anggota Kelompok
NIM
1. 2. 3. 4. 5. 6. Lokasi Praktikum: Waktu Praktikum:
Tanggal:
Pukul:
Dosen Praktikum:
DESKRIPSI MATERI Polusi terhadap air tanah dapat berasal dari limbah domestik, peternakan, industri, dan residu dari pemupukan. Limbah tersebut yang terlarut dalam air bergerak melalui profil tanah, menyebar dan terus bergerak ke bawah mengikuti perkolasi dan mencapai larutan air tanah (Pratama et al. 2014). Polutan atau limbah sendiri adalah suatu zat yang menjadi sebab pencemaran terhadap lingkungan. Suatu zat dapat dikategorikan sebagai zat pencemar atau polutan apabila zat tersebut melebihi ambang batas normal, berada di tempat yang tidak semestinya dan berada pada waktu yang tidak tepat. Kenyataan tersebut mendorong peningkatan studi tentang sistem transport larutan dalam tanah yang sangat penting dalam memberikan dasar pengendalian polusi air tanah (Lazuardi et al. 2014). Air bawah tanah adalah semua air yang terdapat pada lapisan pengandung air (akuifer) di bawah permukaan tanah termasuk mata air yang muncul di permukaaan tanah. Air tanah yang tersimpan dalam suatu wadah (akuifer), yaitu formasi geologi jenuh air yang mempunyai kemampuan untuk menyimpan dan meloloskan air dalam jumlah cukup dan ekonomis (Rejekiningrum 2005). Air tanah yang bergerak meresap ke dalam permukaan dan mengisi ruang antarbutir tanah tersebut, membawa sisa-sisa limbah yang terlarut di dalam akuifer dan terus menyebar, bergerak ke bawah mengikuti aliran air tanah (Gambar 1).
Gambar 1 Skema proses terjadinya pencemaran pada akuifer
2
Aliran air tanah dalam aplikasinya selalu terdapat kontaminan baik dalam jumlah kecil ataupun besar. Kadar berlebih dalam kontaminan akan menyebabkan pencemaran aliran air di dalam tanah (Kariem et al. 2014). Kontaminan yang berada dalam tanah selalu berada dalam kondisi dinamis, yaitu interaksi dengan partikel tanah (terjadi transformasi) hingga terjadi keseimbangan. Terdapat proses atau fenomena yang terjadi pada proses kontaminasi pada pergerakan massa air di dalam tanah, yaitu adveksi, difusi, dispersi hidrodinamik, dan retardasi.
TUJUAN
Tujuan Umum Memahami cara menghitung aliran air di dalam aquifer dan mempelajari arah aliran larutan (solute) di dalam aquifer Tujuan Praktikum Menghitung jarak horizontal, kedalaman dan konsentrasi aliran dalam aquifer tersebut dengan menggunakan fungsi yang dibuat sendiri di VBA. Setelah itu dibuat grafinya.
ALAT DAN BAHAN
Praktikum ini menggunakan alat dan bahan yaitu komputer atau laptop yang sudah ada Ms. Excel, disarankan Ms. Excel diatas tahun 2010 dan data sifat fisik tanah dari beberapa jenis tanah. Pada praktikum ini, data sifat fisik tanah yang digunakan adalah sebagai berikut.
Tabel 1 Data untuk perhitungan kurva pergerakan air tanah (groundwater trajectory curves) Parameter Ketebalan tanah, D Porositas, f Perkolasi, P Titik permulaan, x Waktu, t
Nilai 9 0.35 0.4 10 - 50 0 - 10
Satuan meter meter / tahun meter tahun
Tabel 2 Data untuk perhitungan jarak pencemaran (end value) dan lama pencemaran (travel time) Parameter Ketebalan tanah, D Porositas, f Percolation, P Titik permulaan, xo starting head, ho End point, L
Nilai 9 0.35 0.4 50 38 1000
Satuan meter meter / tahun meter meter m
3
Tabel 3 Data konduktifitas hidrolika dan porositas dari beberapa jenis tanah Textures Gravel Sand Loam Clay Peat
k (m/day) Min 200 10 0.01 1.0E-05 1.0E-05
f Max 2000 300 10 1 1
Min 0.15 0.20 0.30 0.30 0.60
Max 0.25 0.35 0.45 0.65 0.90
Tabel 4 Data untuk perhitungan konduktifitas hidrolika Parameter Ketebalan tanah, D Selisih jarak, h =ho-hL Perkolasi, P Titik akhir, L
Nilai 9 (hitung) 0.4 1000
Satuan meter meter meter / tahun meter
Tabel 5 Data untuk perhitungan pembersihan larutan dari akuifer (flushing solute from aquifer) Parameter Konsentrasi awal, ci Konsentrasi yg diharapkan, c Kedalaman akuifer, D Porositas, f Perkolasi, P Titik permulaan, x Waktu, t
Nilai 150 25 9 0.35 0.4 10 - 50 0 - 10
Satuan mg/L mg/L m m/y meter tahun
Tabel 6 Data untuk perhitungan perubahan konsentrasi larutan di akuifer (advance of solute movement concentration) Parameter Konsentrasi awal, ci Konsentrasi pencemaran, co Kedalaman akuifer, D Porositas, f Perkolasi, P Titik permulaan, x Waktu, t
Nilai 25 150 9 0.35 0.4 10 - 50 0 - 10
Satuan mg/L mg/L m m/y meter tahun
METODE KERJA Aliran air dalam aquifer dapat didekati secara matematis. Untuk suatu aquifer dengan ketebalan D dan panjang tidak terbatas, dimana terjadi perkolasi dengan laju P yang seragam maka jarak horizontal aliran yang akan ditempuh dalam suatu waktu t dapat dihitung sebagai berikut :
4
P t x xo exp D f
(1)
dengan kedalaman
P t d D 1 exp D f
(2)
dimana f adalah porositas aquifer tersebut. Apabila diketahui bahwa aquifer tersebut memilik panjang L, maka akan terdapat perbedaan head di titik pangkal akuifer h0 dan di ujung aquifer hL yang hubungannya dengan dimensi dan sifat-sifat fisika dan hidrolika aquifer tersebut dapat dituliskan sebagai berikut : hL ho
P 1 2 2 L xo kD 2
(3)
sehingga L dapat diketahui L
2 k D h P
(4)
dan konduktivitas hidrolika k juga dapat dihitung
L2 P k 2 D h
(5)
Apabila pada suatu aquifer terdapat kontaminasi oleh suatu senyawa dengan konsentrasi ci dan terjadi perkolasi yang memiliki kandungan kontaminan yang sama dengan konsentrasi c0, maka konsentrasi kontaminan yang terdapat dalam aquifer tersebut dari waktu ke waktu dapat dihitung sebagai berikut : t c co 1 e
t ci e
(6)
dengan adalah residence time atau waktu dimana kontaminan akan berada di suatu titik dalam aquifer dan memiliki nilai yang tergantung dari D, f dan P.
D f P
(7)
Dari persamaan (6) dapat juga diketahui travel time atau waktu tempuh kontaminan tersebut, seperti persamaan di bawah ini:
c co t ln ci co
(8)
5
PETUNJUK KERJA
Petunjuk Umum Hitung pergerakan aliran air di dalam tanah (groundwater trajectory curves), jarak pencemaran (end value), lama pencemaran (travel time), konduktifitas hidrolika, pembersihan larutan dari akuifer (flushing solute from aquifer) dan perubahan konsentrasi larutan di akuifer (advance of solute movement concentration) menggunakan persamaan (1) sampai dengan (8). Petunjuk Khusus 1. Buatlah interface Ms. Excel seperti berikut ini (Gambar 2 dan Gambar 3)
Gambar 2 Interface Ms. Excel pada sheet 1 2. Ketikkan bahasa program ini di module 1 (persamaan untuk di sheet 1, WFlow) 'Trajectory along x direction Function XDir(D, f, P, Xo, t) XDir = Xo * Exp(P * t / D / f) End Function 'Trajectory along z direction Function ZDir(D, f, P, t) ZDir = D * (1 - Exp(-P * t / D / f)) End Function
6 'Water level at drain/end point Function hL(D, K, P, Xo, Ho, L) hL = -P * (L ^ 2 - Xo ^ 2) / K / D / 2 + Ho End Function 'Travel time from start to end points Function TTime(D, f, P, Xo, L) TTime = WorksheetFunction.Ln(L / Xo) * D * f / P End Function 'Hydraulic conductivity Function Hcond(D, P, dH, L) Hcond = L ^ 2 * P / 2 / D / dH End Function
Gambar 3 Interface Ms. Excel pada sheet 2 3. Ketikkan bahasa program ini di module 2 (persamaan untuk di sheet 2, STrans) 'Residence time Function RTime(D, f, P) RTime = D * f / P End Function 'Flushing time Function FTime(D, f, P, ci, c) Restime = RTime(D, f, P) FTime = -Restime * WorksheetFunction.Ln(c / ci) End Function Function Ctration(D, f, P, ci, co, t) tau = RTime(D, f, P) Ctration = co + (ci - co) * Exp(-t / tau) End Function
7
4. Hitung (groundwater trajectory curves), jarak pencemaran (end value), lama pencemaran (travel time), konduktifitas hidrolika dan pembersihan larutan dari akuifer (flushing solute from aquifer) dan perubahan konsentrasi larutan di akuifer (advance of solute movement concentration) dari data pada Tabel 1 sampai dengan Tabel 6 menggunakan persamaan yang sudah dibuat di module. 5. Untuk perhitungan jarak pencemaran (end value), lama pencemaran (travel time), lakukan perhitungan untuk tanah dari jenis gravel sampai dengan peat 6. Jika sudah selesai melakukan perhitungan, buat grafik (groundwater trajectory curves), konduktifitas hidrolika dan pembersihan larutan dari akuifer (flushing solute from aquifer) 7. Selesai
DAFTAR PUSTAKA Kariem CA, Waruwu ES, Ridwan M. 2014. Analisis Aliran Air Tanah dan Transport Larutan Menggunakan Program Visual Basic. [laporan praktikum PTAT]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor (tidak dipublikasikan) Lazuardi W, Wicaksono AW, Utama FN. 2014. Pemodelan Aliran Air Tanah dan Transport Larutan Menggunakan Bahasa Visual Basic. [laporan praktikum PTAT]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor (tidak dipublikasikan) Pratama R, Miranda D, Sefiani AD. 2014. Penentuan Aliran Air Tanah dan Transport Larutan dengan Metode Visual Basic. [laporan praktikum PTAT]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor (tidak dipublikasikan) Rejekiningrum, Popi. 2005. Cara mudah, cepat, dan akurat mendeteksi air tanah dalam. [terhubung berkala] http://pustaka.litbang.deptan.go.id/publikasi/wr303085.pdf (10 Mei 2014). --- SKS, CHA, YCW 2015 ---
