280 likes | 536 Views
Pertemuan 23 - 24 GROUNDWATER 1. Learning Outcomes. Pada akhir pertemuan ini, diharapkan mahasiswa akan mampu : menjelaskan pergerakan air tanah ditinjau dari aspek hidrolika berdasarkan hukum darcy. Pergerakan Air Tanah. PENDAHULUAN
E N D
Learning Outcomes Pada akhir pertemuan ini, diharapkan mahasiswa akan mampu : • menjelaskan pergerakan air tanah ditinjau dari aspek hidrolika berdasarkan hukum darcy
Pergerakan Air Tanah • PENDAHULUAN • Gerakan air tanah dikuasai oleh prinsip-prinsip hidrolika yang telah tersusun baik. • Terhadap aliran tanah lewat aquifer yang pada umumnya merupakan media tiris, dapat diper-lakukan 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 da-pat dilakukan melalui pengukuran-pengukuran di lapangan atau di laboratorium. • Dari Hukum DARCY dan persamaan kontinui-tas persamaan umum aliran dapat dicari.
Pergerakan Air Tanah HUKUM DARCY • Lebih dari seabad yang lalu, HENRY DARCY, ahli bangunan air aqre Dijon (Perancis), telah melakukan penyelidikan terhadap aliran air lewat lapisan pasir horizontal yang digunakan sebagai filter air. • Experimen tersebut : - Debit sebesar Q lewat silinder berpenam-pang melintang A yang idisi pasir dan dua buah pipa piozo metris berjarak L antara satu dengan yang lainnya (gambar 3.1.).
Pergerakan Air Tanah • Experimen tersebut : • Debit sebesar Q lewat silinder berpenam-pang melintang A • yang diisi pasir dan dua buah pipa piozo metris berjarak L • antara satu dengan yang lainnya (gambar 3.1.). Gambar: Percobaan DARCY
Pergerakan Air Tanah • Energi total, atau potensial benda cair di atas bidang datum, • dinyatakan dengan persamaan BERNOULLI : ( = g = berat jenis zat cair) Karena kecepatan air dalam tanah kecil, maka V = 0 atau : h1 = 1 - 2
Pergerakan Air Tanah di mana : 1 = potensial di 1 2 = potensial di 2 h1 = kehilangan potensial dalam silinder pasir disebabkan oleh tahanan geser. Kehilangan potensial tidak tergantung kepada kemi-ringan silinder pasir. • Persamaan (hubungan proporsional Q - h1 dan Q – 1/h) Dalam bentuk umum :
Pergerakan Air Tanah maka : (rumus DARCY) • Rumus DARCY, menyatakan bahwa kecepa-tan aliran V • sama dengan perkalian antara konstanta k (= koefisien • permeabilitas) dengan gradient hidrolik (dh / dL)
Pergerakan Air Tanah Bentuk umum rumus DARCY : s = jarak menurut arah aliran Dengan menganggap akuifer homogen dan isotropik, maka komponen kecepatan dalam arah x, y dan z. PERSAMAAN UMUM ALIRAN
Pergerakan Air Tanah ALIRAN TUNAK (STEADY FLOW) Seluruh aliran air tanah harus memenuhi persamaan kontinuitas yang mempunyai bentuk : di mana : = kecepatan aliran t = waktu
Pada aliran tunak tidak ada perubahan terhadap waktu dan mengingat bahwa air itu bukan benda cair yang dapat dimampatkan maka “r” konstan sehingga : Substitusi persamaan (3) ke dalam persamaan (4). Dengan = - k h diperoleh : (Persamaan umum bagi aliran tunak air dalam media, bangunan dan isotropik).
ALIRAN TIDAK TUNAK (UNSTEADY FLOW) • Untuk menurunkan persamaan aliran tidak tunak, diperlukan koefisien tumpungan ( storage coeficient = S ) • Bagi aquifer yang tidak tertekan (unconfined aquifer) ; S = spesific yield. • Bagi aquifer tertekan (confined aquifer) yang menjadi ukuran kemampuan akuifer (aquifer compressililitis) ,yaitu : di mana : V = Volume P = tekanan, dinilai sebagai bahan perubahan dalam kolam dengan penampang melintang satuan (=1) menembus ke atas pada akuifer tertekan (gambar 3.2).
Pergerakan Air Tanah • Lapisan kedap air • akuifer Gambar 3.2 • Gaya tekan dianggap bekerja ke arah vertikal (tegak lurus bidang akuifer). • Perubahan ke arah horizontal, diabaikan.
Pergerakan Air Tanah • Jika permukaan piotometrik turun dengan jarak satuan (=1), maka banyaknya air yang dikeluarkan dari kolom oleh sebuah perubahan tekanan adalah S, sehingga : • S = V • V = 1 Maka : p = - g (1) = - g ( D = tebal aquifer) Persamaan Differensial Parsial untuk aliran air tanah dalam aquifer tertekan kenyal (elastik).
Pergerakan Air Tanah HYDRAULIC CONDUCTIVITY (Koefisien Permeabilitas = k) • Hydraulic conductivity adalah suatu ukuran permeabilitas dari media yang porous. • Hydraulic conductivity dari tanah dan batuan tergantung pada macam-macam faktor fisik dan merupakan suatu indikasi dari kemampuan aquifer untuk melewatkan air. • Nilai k pasir >>> nilai k lempung / tanah liat • Nilai k dapat bervariasi pada lapisan type material yang berbeda. • Penentuan H.C. dan Koefisien permeabilitas, k dilakukan di laboratorium /lapangan dengan alat: “CONSTANT HEAD AND FALLING HEAD PERMEAMETERS” (Gambar 3.3).
a • A • b • B • c Tinggi, Naik, dan Potensi Air Tanah TINGGI NAIK DARI AIR TANAH • Pada profil tanah yan mempunyai lapisan kedap air (impermeable) maka air tanah yang berada di atas lapisan kedap air itu tidak berhubungan dengan air tanah di bawahnya. • Kalau dipasang pipa ke dalam lapisan tersebut, maka tinggi naik dari air tanah lapisan a, b dan c tidak akan sama. Gambar 3.4
Tinggi, Naik, dan Potensi Air Tanah POTENSIAL • Tekanan air pada titik P di bawah suatu saringan dinyatakan oleh tinggi kolom air di atasnya. • Pada gambar 3.5. tekanan P = 20,00 m. • Potensial pada suatu titik P adalah tinggi dari bagian kolom air yang terletak di atas bidang persamaan yang ditentukan (NAP).
Tinggi, Naik, dan Potensi Air Tanah • Dari gambar 3.5. : • Potensial : • Potensial P = 2,00 m (+NAP) • Potensial P1 = -1,60 m (atau 1,60 m,-NAP) • Potensial P2 = +3,50 m (atau 3,50 m,+NAP) • Selisih Potensial : • P - P1 = 2,00 - (-1,60) = 3,60 m • (=selisih tinggi naik pada titik-titik ini) • Bak • C • h1 • Garis aliran • h2 • A • B • D Pasir kasar kenyang air Gambar 3.6. Gambar 3.7.
Tinggi, Naik, dan Potensi Air Tanah • Penjelasan Pengertian Tekanan dan Potensial • Pada titik A dan B air akan naik sama tinggi, sehingga • potensial pada titik A & B adalah sama tidak ada selisih • potensial. • Tekanan pada A = h1 dan B = h2. • Selisih tekanan B - A = h2 - h1. • Kalau air mengalir dari titik C ke D, menurut garis aliran • (Gambar 3.7.), maka antara C dan D harus terdapat selisih • potensial atau disebut kerugian potensial. • Apabila 2 titik terdapat perbedaan tekanan, belum tentu • terdapat pengaliran harus terda-pat selisih potensial.
Tinggi, Naik, dan Potensi Air Tanah • NAP = Normal Amsterdam Peil • Pada gambar 3.8., sebuah dinding bendu-ngan yang ditempatkan dalam pasir halus kedudukan air sebelah kanan dan kiri tidak sama. • Pada gambar 3.8.(a) garis PRS menggam-barkan garis tekanan untuk titik-titik dari suatu garis tegak yang terletak dinding kiri dari dinding bendungan, sehingga : • tekanan A= a • tekanan B = b • Pada gambar 3.8.(b) garis TUV, melukiskan jalannya potensial-potensial pada titik-titik dari garis tegak tersebut, terhadap suatu bidang mendatar melalui XY, sehingga : • potensial A = a1 • potensial B = b1
Tinggi, Naik, dan Potensi Air Tanah • Kesimpulan : • Tekanan dari titik A ke B dapat bertam-bah sedangkan potensialnya berkurang. • Di atas dasarnya, tekanan dari atas ke bawah bertambah teratur, dan poten-sialnya pada semua titik sama. • Bidang yang dapat ditempatkan melalui titik-titik dengan potensial yang sama atau di mana air naik mempunyai tinggi yang sama disebut “bidang potensial setara”. • Garis potong suatu bidang mendatar atau suatu bidang tegak dengan bidang potensial setara disebut “garis potensial”.
Tinggi, Naik, dan Potensi Air Tanah • Jalannya potensial terhadap NAP • Jalannya potensial terhadap NAP untuk bidang tegak gambar 3.9. • Dari gambar terlihat adanya lapisan-lapisan yang melakukan tahanan kuat terhadap pengaliran air tanah tegak. • Lapisan tanah lempung mempunyai tahanan lebih besar dari lapisan berpasir - lumpur yang letaknya dalam. • Air menembus lapisan pemisah dengan kerugian potensial yang besar. • Pengaliran air disertai gesekan.
Tinggi, Naik, dan Potensi Air Tanah Gambar 3.9
a • A • b • B • c Tinggi, Naik, dan Potensi Air Tanah TINGGI NAIK DARI AIR TANAH • Pada profil tanah yang mempunyai lapisan kedap air (impermeable) maka air tanah yang berada di atas lapisan kedap air itu tidak berhubungan dengan air tanah di bawahnya. • Kalau dipasang pipa ke dalam lapisan tersebut, maka tinggi naik dari air tanah lapisan a, b dan c tidak akan sama. Gambar 3.4
a • A • b • B • c Tinggi, Naik, dan Potensi Air Tanah TINGGI NAIK DARI AIR TANAH • Pada profil tanah yan mempunyai lapisan kedap air (impermeable) maka air tanah yang berada di atas lapisan kedap air itu tidak berhubungan dengan air tanah di bawahnya. • Kalau dipasang pipa ke dalam lapisan tersebut, maka tinggi naik dari air tanah lapisan a, b dan c tidak akan sama. Gambar 3.4