Media porus dapat berupa :
- Lapisan tanah yang terdiri dari butiran mineral dengan ukuran yang bervariasi
- Batuan berpori
- Geotekstil
Air tanah merupakan sumber suplai air di dunia yang digunakan untuk beberapa keperluan :
Irigasi, industri, kebutuhan rumah tangga, dll.
Fenomena aliran air dalam media porus merupakan gabungan dari ilmu geologi, hidrologi, dan mekanika fluida :
• Geologi : Terjadinya 2 distribusi air tanah
• Hidrologi : Suplai air ke bawah tanah
• Mek Fluida : Gerakan air tanah
Lapis tanah, koefisien permeabilitas dari aliran tergantung dari permukaan spesifik dan tahanan air di aliran disebabkan oleh viskositas dari fluida yang berupa gesekan yang proporsional dengan bidang kontak antara zat cair dengan butiran. Permukaan spesifik tergantung dari diameter butiran tergantung dari distribusi butiran dari media porus untuk suatu kondisi gradasi tertentu permukaan tergantung porositas.
Untuk batuan, rongga pori harus cukup kecil sehingga aliran air berbentuk laminer. Susunan rongga dianggap beraturan sehingga batuan dianggap mempunyai permeabilitas yang homogeny. Dalam kondisi tersebut batuan dapat dianggap merupakan media porus homogeny sehingga teori yang dikembangkan pada lapisan tanah bias diaplikasikan.
Air tanah terbentuk pada formasi geologi yang permeable dikenal sebagai aquifers.
Aquiofers : mempunyai struktur yang memungkinkan terisi air dan mengalir
Aquiclude : Formasi impermeable yang terisi oleh air tetapi tidak mampu ditransmisi, contoh: Lempung.
Aquifuge : Formasi impermeable yang tidak mengandung air.
Dalam suatu lkapisan tanah atau batuan, bagian yang tidak terisi mineral solid, bias terisi oleh air tanah : voids, pori.
Pori bias berfungsi sebagai pipa/sarana transport air tanah; yang tergantung pada ukuran, bentuk, distribusi.
Pori terbentuk oleh beberapa sebab :
• Proses geologi : Sedimentasi, timbunan lahan
• Setelah batuan terbentuk : Batuan pecah, tanaman, binatang
Pori dilihat dari ukurannya :
Kapiler, super kapiler, sub kapiler.
Kandungan pori dalam tanah/batuan dinyatakan dalam porositas ; presentase dari volume pori dengan volume total dari masa tanah/batuan.
Φp = 100 . Vv/V
Dimana :
Vv = Volume pori
V = Volume total
Nilai porositas tergantung pada :
• Bentuk partikel
• Derajat kepadatan
• Distribusi ukuran butir
Lapisan tanah bawah terbagi menjadi :
• Daerah saturasi
• Daerah aerasi
Daerah saturasi/jenuh air/kenyang air : Seluruh bpori terisi air.
Daerah aerasi/tidak jenuh/tidak kenyang air : Pori terisi air ddan udara.
Batas atas daerah jenuh air
• Lapis Impermeabel
• Muka air, permukaan phreatis
Soil Water Zone• Air di daerah ini berasal dari hujan/irigasi
• Ketebalan tergantung tipe/jenis tanah dan tumbuhan
• Berperan penting dalam pertanian
Intermediate Zone• Ketebalan = 0 Muka air tanah tinggi
• Ketebalan > 0 Muka air tanah dalam
Cappilary Zone• Ketebalan ditentukan oleh :
Gaya Tegangan Permukaan Air = Berat Air di Atas M.A.
2πrb σ cos α = πr2 hc γ
Nilai tergantung pada komposisi kimiawi dari air dan tanah; secara empiris :
hc : Inch
d : mm
p : Porositas
Pasir kecil hc => dm
Lanau D ≈ 0,03 mm hc = 1 m
Saturated Zone• Pada zone ini semua pori terisi air tanah, dimana nilai porositas menunjukkan kandungan air per satuan volume.
• Tidak semua air tersebut dapat dipindah/diambil dari tanah dengan drainase atau pompa dari sumur, karena adanya gaya-gaya kohesi/adhesi dan tegangan permukaan.
- Spesific retention dari batuan/tanah : Perbandingan dalam persen dari volume air yang tinggal dengan volume total :
Sr = 100ωr/V
ωr = Volume air yang tinggal
V = Volume total tanah/batuan
- Sfesific Yield, Sy : Bagian air yang bias didrainase/dipompa
Porositas efektif
Sy = 100ωy/V
ωy = Volume dari air yang didrainase
p = Sr + Sy
• Nilai dari Sy tergantung pada ukuran butir, bentuk-bentuk dan distribusi pori, dan tingkat kepadatan.
o Untuk tanah pasir Sy -30%
o Untuk tanah alluvial Sy 10-20%
Formasi batuan atau material tanah yang memberikan sejumlah air dinamakan aquiofer. Air masuk ke aquifer secara \natural atau artificial lewat gravitasi atau diberikan/ditambahkan dengan sumur.
Aquifer dibedakan dalam unconfined dan confined; tergantung pada ada tidaknya muka air.
Unconfined aquifer merupakan aquifer dimana muka airnya merupakan batas atas dari saturation zone. Permukaan bebas, phreatis, non artesian aquifer
Confined aquifer : artesian, preassure aquifer : air tanah berada pada tekanan > tekanan atmosfer.
Unconfined Aquifer
Debit yang diambil dari aquifer => perubahan volume tampungan air dalam aquifer :
Unconfined aquifer : Beda antara m.a pada awal pemompaan => akhir pengambilan
Comfined aquifer : Perubahan tekanan => perubahan kecil pada volume tampungan air
· Kapasitas pengambilan air dalam c.a dinyatakan dalam koefisien tampungan : storage : Volume air yang diambil dari aquifer dibagi dengan satuan luas permukaan per satuan perubahan tinggi energy.
Spring/mata air : debit air tanah yang terkonsentrasi yang keluar lewat permukaan tanah sebagai aliran air.
Seepage : aliran air tanah yang bergerak dengan kecep[atan rendah keluar/dalam muka tanah.
Mata air dibedakan :
· Hasil dari nongravitational forces : Mata air vulkanik : pada batuan vulkanis mata air lewat celah/pori
o Umumnya temperature air > temperature air luar
o Bermineral
· Hasil dari gravitational force : Aliran air pada tekanan hidrostatis.
Macam :
Mata air depresi : Terbentuk jika muka tanah bertemu denbgan muka air tanah
Contact Springs : terbentuk jika ada lapisan tanah permeable di atas lapis kurang permeable yang bertemu muka tanah
Artesian Springs : Pada Confined aquifer
hL dapat diperoleh dari persamaan Bernoulli
Energi dalam media porus kecil
Kehilangan energy didefinisikan sebagai kehilangan energy potensial yang disebabkan oleh gesekan yang diubah menjadi energy panas.
hL tidak tergantung pada kemiringan silinder.
Menurut hokum Darcy
Q ~ hL Q ~ 1/L
Q = -KA . hL/L
Dengan K = Koefisien permeabilitas
Secara umum ditulis :
Q = -KA dh/dL
V = -K dh/dL
Dengan dh/dL : Gradien Hidraulik = i
Kecepatan riil bervarisi dari satu titik ke titik yang lain dalam media
Kec riil => aliran lewat paori > kecepatan fiktif
- Section : void + partikel
- Trajek ori : - longitudinal
- Lateral
Ø Sebagian voids tidak berhubungan dengan voids lainnya.
Ø Sulit mengukur section void
Ø Dipakai v fiktif
Dalam mencari k : diukur Q, s, i
v = Q/s k = v/i
Aplikasi : debit rembesan
V = k . i
Q = v . s
Q merupakan nilai bervariasi meskipun v fiktif
(Sumber :
Handbook Ir. Andius Dasa Putra, M.T. (Dosen Universitas Lampung))
Posts
