Pertemuan%2021%20Pergerakan%20air%20tanah

1
Pertemuan 21Pergerakan air tanah

• Matakuliah S0054 / Mekanika Fluida dan
  Hidrolika
• Tahun 2006
• Versi 1

2
Learning Outcomes

• Pada akhir pertemuan ini, diharapkan
• mahasiswa akan mampu
• menjelaskan pergerakan air tanah ditinjau dari
  aspek hidrolika berdasarkan hukum darcy

3
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.

4
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.).

5
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
6
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
7
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
8
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)

9
Pergerakan Air Tanah
PERSAMAAN UMUM ALIRAN
Bentuk umum rumus DARCY s jarak
menurut arah aliran Dengan menganggap akuifer
homogen dan isotropik, maka komponen kecepatan
dalam arah x, y dan z.

10
Pergerakan Air Tanah
ALIRAN TUNAK (STEADY FLOW)
Seluruh aliran air tanah harus memenuhi persamaan
kontinuitas yang mempunyai bentuk
di mana ? kecepatan aliran
t waktu
11
Pergerakan Air Tanah

• 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).
12
Pergerakan Air Tanah
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).
13
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.

14
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).
15
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 gtgtgt 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).

16
Pergerakan Air Tanah
17
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
18
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).

19
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.
20
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.

21
Tinggi, Naik, dan Potensi Air Tanah
22
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

23
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.

24
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.

25
Tinggi, Naik, dan Potensi Air Tanah
Gambar 3.9
26
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
27
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