Volume air yang diambil atau dilepaskan dari suatu simpanan dengan perubahan tinggi air dinyatakan dalam hasil spesifik (specific yield) untuk akifer
14
bebas dan simpanan spesifik atau koefisien simpanan untuk akifer tertekan. Parameter dasar penomena airbumi adalah porositas (Gupta, 1989).
a. Porositas
Dalam elemen tanah, dibagi dalam tiga fase yaitu udara, air dan padatan. Porositas didefisikan sebagai rasio volume pori terhadap volume total yang dirumuskan (Hillel, 1980): t v V V = η ……… (1)
Rasio pori (void ratio) adalah rasio volume pori terhadap volume padatan yang dirumuskan: s v V V e= ……… (2)
Hubungan antara porositas dengan void rasio dituliskan:
η η − = 1 e ……… (3)
Kerapatan jenis kering tanah adalah massa padatan tanah per satuan volume tanah, dan kerapatan partikel tanah adalah massa padatan tanah per satuan volume padatan tanah. Untuk massa yang sama padatan tanah dirumuskan:
t d V 1 ≈ ρ dan s s V 1 ≈ ρ ………… (4)
Hubungan antara porositas terhadap kerapatan dapat dituliskan:
s d
ρ ρ
η=1− …………. (5)
Porositas menunjukkan ukuran kapasitas akan air dari suatu formasi. Namun tidak hanya porositas yang dipertimbangkan dalam mengambil dan memindahkan air tetapi juga ukuran pori dan luas, hubungannya dengan kemungkinan terbuka dan tertutupnya pori. Sebagai contoh, liat mempunyai pori yang banyak tetapi merupakan akifer yang memiliki pori berukuran medium yang sedikit.
b. Retensi Spesifik (Specific Retention)
Retensi spesifik adalah perbandingan antara volume air yang tertahan setelah jenuh terhadap volume media berpori. Air yang tertahan didalam pori dipengaruhi oleh dua gaya yaituadhesi (gaya antara pori tanah dan molekul air)
dankohesi (gaya antara molekul air), di mana lebih besar dari perbedaan tekanan antara tekanan udara dan tekanan air. Perbedaan tekanan air dan tekanan udara disebut tekanan kapiler (Pc). Volume air yang ditahan lebih oleh gaya gravitasi dibandingkan dengan volume total batuan (tanah) yang ditentukan oleh retensi spesifik. Retensi spesifik juga dikenal sebagai kapasitas lapang atau kapasitas pengikatan air. Hal ini digunakan untuk mengukur kapasitas retensi air pada suatu media porous. Retensi spesifik tergantung pada karakteristik pori dan faktor tekanan permukaan seperti suhu, viskositas, dan komposisi mineral air, dsb. c. Hasil Spesifik (Specific Yield)
Hasil spesifik adalah volume air yang dilepaskan dari simpanan dalam sebuah akifer bebas per satuan luas horisontal akifer dengan satuan penurunan muka airbumi. Sama dengan koefisien simpanan untuk akifer tertekan, meskipun pada akifer tertekan tidak dapat dikeluarkan memalui drainase tetapi sebagai hasil tekanan akifer dan perubahan kerapatan air. Hasil spesifik dihitung dengan persamaan : dh dv A Sy 1 = ……….. (6)
di mana, Sy = hasil spesifik, A = luas formasi tanah, dv = volume air yang dikeluarkan, dandh = perubahan muka air
Dalam suatu tanah, jumlah hasil spesifik merupakan selisih antara porositas dengan retensi spesifik, yang dirumuskan:
r
y S
S = η− ……… (7)
di mana,Sy = hasil spesifik danSr = retensi spesifik.
Muka airbumi suatu akifer, jumlahnya diperoleh dari akifer dan perubahan kerapatan air. Koefisien simpanan untuk muka airbumi suatu akifer adalah total hasil spesifik dan sifat fraksi. Koefisien simpanan umumnya digunakan dalam hubungannya dengan akifer tertekan.
d. Koefisien Simpanan atau Simpanan spesifik
Koefisien simpanan adalah volume air yang dapat masuk dalam suatu simpanan oleh akifer tertekan per satuan luas akifer persatuan penurunan atau kenaikan tekanan head. Sering juga disebut storasivitas (storativity). Definisi ini sama dengan hasil spesifik untuk akifer bebas. Akifer tertekan selalu jenuh setiap
16
saat, pelepasan air tidak dapat dilakukan dengan melalui drainase seperti pada akifer bebas. Dalam akifer tertekan, pengeluaran atau penambahan air diperoleh dengan perubahan tekanan pori.
Dalam kondisi kesetimbangan, gaya berat formasi akifer dan beban lainnya dari puncak sebanding dengan butir tanah (skeleton) dan air di dalam pori akifer. Hasil pemadatan butiran akifer dan pengembangan air disebut elastisitas. Proses pengisian kembali ke dalam suatu ruang disebut resapan (recharge).
Gambaran di atas termasuk lebar akifer yang mana tidak mungkin konstan untuk sebuah akifer. Suatu bentuk lain yang dikenal sebagai simpanan spesifik yang tidak memasukkan b (b=1) di dalam persamaan di atas. Simpanan spesifik sifatnya konstan pada suatu akifer dan ia merupakan parameter dasar. Simpanan spesifik adalah volume air yang dikeluarkan dari simpanan persatuan penurunan head tekanan dengan satuan volume akifer, atau:
b S
Ss = ……… (8)
di mana, Ss = Simpanan spesifik.
Air yang terinfiltrasi ke dalam tanah dapat mengalir secara cepat sebagai aliran antara (interflow), berperkolasi ke lapisan batuan di bawahnya dan tampungan airbumi, atau disimpan sementara waktu sebagai lengas tanah. Lengas tanah memainkan fungsi yang vital dalam melarutkan unsur-unsur hara dan menyokong kehidupan tanaman, akan tetapi secara hidrologi lengas tanah merupakan suatu reservoir penyimpanan yang naik turun secara cepat, di mana air diserap oleh akar-akar tanaman untuk transpirasi.
Air bawah permukaan (airbumi) terdapat pada celah-celah kerak bumi atau zona pecahan batuan. Udara dan air terdapat pada rongga-rongga segmen bagian atas, zona aerasi, yang mencakup tanah dan lapisan batuan di bawahnya yang merupakan air tersuspensi (vadose). Airbumi terdapat pada zona kejenuhan, yang bagian atasnya disebut muka airbumi (water table) (Lee, 1986).
Sebenarnya semua airbumi adalah presipitasi yang telah berinfiltrasi ke dalam tanah dan berperkolasi melalui zona aerasi. Airbumi tersebut dapat disimpan baik dalam ruang antar butir pada batuan yang padat, pada ruang-ruang yang lebih besar di antara pasir dan kerikil yang tidak terkonsolidasi,
maupun pada ruang-ruang yang besar pada pecahan batuan dan saluran-saluran resapan. Formasi geologi yang dapat menyimpan dan meneruskan jumlah air yang cukup besar disebut akifer, jika sebaliknya disebut akuiklude. Airbumi dikatakan bebas jika batas atasnya adalah permukaan airbumi yang mendukung pinggiran kapiler (pada tekanan atmosfir), tertekan (confined) atau artesian jika dilapisi suatu akuiklude dan menggantung suatu akifer yang dilapisi oleh akuiklude yang tidak kontinyu di atas suatu kawasan yang sangat luas namun terletak di atas tubuh airbumi utama (perched aquifer).
Airbumi merupakan komponen simpanan daerah tangkapan yang terbesar, namun secara hidrologi besaran mutlaknya kurang penting dibandingkan immobilitas nisbinya. Gerakan airbumi berfluktuasi lambat sehubungan dengan presipitasi dan masukan (inflow) perkolasi, dan dengan keluaran (outflow) perembesan yang menyebabkan adanya mata air dan aliran dasar dalam sungai, akibatnya cadangan airbumi mengurangi pengaruh-pengaruh ekstrim presipitasi, menyimpan kelebihan-kelebihan periodik yang dilepaskan secara berangsur-angsur selama periode-periode kekeringan (Lee, 1986).