Air tanah adalah sumber daya alam yang tersimpan di dalam bumi yang terletak di bawah tanah. Pemanfaatan air tanah ini diambil lewat sumur. 97 persen dari air tanah ini adalah air tawar yan tak terikat oleh es atau pun salju meski terletak di kutub. Jumlah itu sangat melebihi semua air yang terdapat di danau, sungai, dan di semua permukaan bumi.
Air tanah ini juga merupakan bagian yang penting dari siklus hidrologi tanah. Selain itu, air tanah juga sangat penting untuk menyuplai atau memasok lahan basah, industri, sungai, air irigasi, dan kegunaan yang lain. 80-90% air segar yang tersedia hampir di semua negara bersumber dari air tanah. Ketergantungan terhadap sumber daya air tanah ini akan terus berkembang, apalagi di daerah yang memang airnya telah dialokasikan sebagai pemenuhan kebutuhan. Sebab, daerah itu kehidupannya akan semakin berkembang sehingga semakin banyak pula kebutuhan akan air.
Debit atau jumlah air tanah diperkirakan tak terbatas dan juga terlindungi secara alami oleh tanah yang berada di atasnya. Akan tetapi, secara signifikan rentan pada penyalahgunaan dan pembuangan bahan kimia di permukaan tanah dan pemakaian yang berlebihan. Untuk perlindungan sumber daya air tanah ini dan pemakaiannya secara tepat, maka perlu mengetahui mengenai cara kerja sistem air tanah. Untuk itu, dalam usaha perlindungan sumber daya air tanah ini perlu mempertanyakan hal-hal di bawah ini :
- Apakah yang dimaksud dengan air tanah?
- Dari mana datangnya air tanah?
- Bagaimana proses itu dapat terjadi di bawah tanah?
- Bagaimana ia bergerak di bawah tanah?
Simak penjelasan tentang air tanah di bawah ini untuk mengetahui jawaban dari pertanyaan-pertanyaan di atas!
Asal Mula Air Tanah
Air tanah ini berasal dari air hujan yang jatuh kemudian merembes atau meresap ke dalam tanah yang kemudian akan kembali ke permukaan lewat mata air, lautan, sungai, atau danau untuk merampungkan siklus hidrologi. Seperti yang sudah dijelaskan di atas kalau air tanah ini merupakan air yang terletak di bawah permukaan di kedalaman yang mana terdapat pori-pori yang membentuk ruangan di dalam tanah atau batu terisi oleh air.
Zona air tanah
Pertama-tama sumur bor akan melalui zona tak jenuh (vadose), zona tak jenuh ini adalah zona awal di tanah yang terdiri dari batuan yang terisi oleh udara tau endapan (sedimen). Zona inilah yang menjadi titik transit pertama yang setelah itu air akan menuju ke lapisan tanah yang lebih dalam. Ketebalan zona ini tergantung pada beberapa faktor, seperti musim, iklim, evelasi (kemiringan lahan), dan juga luas area yang terpengaruh oleh pemompaan sumur. Zona ini punya ketebalan yang cukup tipis dan juga punya kedalaman hanya beberapa meter saja dari permukaan tanah (kurang dari 10 kaki atau lebih) di dawrah lembab pada musim hujan. Sementara di bulan kering, zona ini menebal dan lebih dalam dan juga memiliki fungsi sebagai resapan untuk mengisi akuifer. Zona tak jenuh menebal hingga kedalaman 300 m (1000 kaki) atau lebih dari permukaan tanah untuk di daerah kering.
Selanjutnya pengeboran akan mencapai di zona jenuh, yang mana seluruh ruangan pada tanah terisi air, dan air ini lah yang merupakan air tanah. Kalau zona ini cukup permabel atau dapat untuk menyuplai air pada sumur, maka zona ini disebut dengan akuifer. Yang paling penting, akuifer ini bukanlah danau, kolam bawah tanah, atau sungai, tetapi suatu susunan bahan geologi yang terdiri dari ruang berpori (ruang terbuka) yang terisi dengan air bergerak ke bawah gradien tekanan dan bisa digunakan secara produktif untuk sumur. Bagian atas zona jenuh dikenal dengan permukaan potensiometri (kalau akuifer, ini merupakan akuifer terbatas) atau tabel air (kalau akuifer, ini merupakan akuifer bebas).
Untuk menggambarkan zona air ini, coba kamu bayangkan ember yang didalamnya penuh dengan kerikil, diantara kerikil akan terbentuk ruang pori-pori, dan jika menuangkan air ke atas kerikil, maka air akan merembes atau meresap lewat pori-pori dan mulai mengisi ruang bagian bawah dari ember. Air tanah itu diwakili oleh air dalam pori-pori yang terdapat di bagian bawah ember, yakni semua air yang mengisi seluruh ruang pori-pori yang terbentuk diantara kerikil. Air akan mengalir keluar, kalau ember dilubangi. Dari analogi tersebut, bisa dikatakan kalau ember berkerikil adalah akuifer, air disimpan di dalamnya dan akan bergerak ke arah dan lewat luabng pembuangan (dalam kasus ini lubang yang terdapat di ember).
Permeablilitas ditentukan oleh ukuran pori-pori dan juga sejauh mana mereka saling berhubungan yang akhirnya mempermudah air mengalir lewat material itu. Permeabilitas ini sendiri bisa dimaksudkan sebagai kemampuan suatu membran (dalam hal ini pori-pori pada tanah) untuk dilewati air. Akuifer yang berkarakter sangat permeabel utamanya terdiri dari kerikil kasar dan pasir yang bisa menyediakan lebih banyak air daripada akuifer yang kurang begitu permeabel yang biasanya hanya terdiri dari tanah liat atau lempung. Bisa dilogika sendiri, kalau kerikil dan pasir punya pori-pori yang lebih besar daripada tanah liat dan lumpur, jadi air lebih cepat bergerak ketika melewati kerikil dan pasir. Akan tetapi, di beberapa akuifer, air ada di retakan (patahan) bukan ada di ruang pori-pori pada sedimen, terutama di batuan sedimen dasar. Hasil akuifer yang ada di retakan batu kurang bisa bervariasi yaitu sekitar kurang dari 1 liter per menit (kalau sumur berada di sedikit retakan batu). Sebaliknya, kalau sumur berada di retakan batu dengan jumlah yang banyak dan besar maka untuk jumlah air tanah juga banyak misalnya lebih dari 300 liter per menit.
AKUIFER.
Tabel air (water table) diartikan sebagai bagian atas dari akuifer bebas. Air sumur akan tetap berada di tabel air yang sampai di akuifer bebas. Beberapa danau dan sungai memotong tabel air, yang memungkinkan terjadinya pertukaran langsung dengan air tanah di permukaan. Permukaan potensiometri menggambarkan tekanan air dari akuifer tertekan, dan level air di sumur secara alami akan meningkat, yakni melebihi ketinggian akuifer tertekan.
SUMUR.
Seluruh sumur yang terdapat di akuifer tertekan dianggap sebagai sumur artesis. Air tanah akan keluar secara alami dari sumur tanpa di pompa, Kalau elecasi permukaan potensiometri di atas elevasi permukaan tanah.
RESAPAN / PENGISIAN ULANG.
Untuk akuifer tertekan (confined aquifer), pengisian ulangnya hanya terjadi kalau ada jalur (misalnya retakan) yang melewati lapisan yang mengikat atau dimana akuifer terbuka di permukaan dan menjadi tak terbatas. Umumnya, akuifer tertekan untuk pengisian ulangnya terdapat di elevasi/kemiringan yang lebih tinggi dari akuifer tersebut dan mungki jaraknya juga bisa saja jauh dari sumur (banyak kilometer). Sedangkan untuk akuifer bebas (unconfined aquifer) untuk pengisian ulangnya terjadi di wilayah yang luas dari zona jenuh, tepat di atas akuifer.
Akuifer dan Tipe-tipe sumur
Ada dua jenis akuifer (aquifer) yaitu tertekan dan bebas. Akuifer tertekan (confined Aquifer) berada di kedalaman yang bisa dalam bisa juga dangkal, dan juga ditandai dengan terpisahnya air dengan permukaan yang punya tingak permeabilitas rendah (misalnya lapisan geologi) yang terdapat di bawahnya. Biasanya air tanah di bawah tekanan pada akuifer tertekan. Tekanan air itu bisa beragam secara musiman, mirip dengan apa yang terjadi pada tabel air di akuifer tidak terbatas.
Pada sumur bor, air akan naik hingga di atas akuifer yang disebabkan air tanah pada akuifer tertekan berada di abwah tekanan. Contoh penggambarannya yaitu tekan plastik atau kantong yang berisi jus atau susu yang ada sedotannya. Kalau sedotan pas masuknya (tidak longgar lubang untuk masuk sedotan), air jus atau susu akan naik dan berada di atas kantong sebab masuk ke sedotan bahkan air dapat keluar dari sedotan.
Dan itulah yang dimaksud dengan artesis. Sumur artesis ini adalah salah satu tipe sumue bor yang sumver airnya ada pada akuifer tertekan. Sumur artesis juga merupakan salah satu sumur yang mana air tanah naik hingga di atas permukaan tanpa menggunakan pompa. Saat tekanan air di akuifer sesuai dengan tekanan yang dicerminkan dari tingginya air sumur, maka air di sumur artesis akan naik ke ketinggian, dan lebel air yang seperti inilah yang dikenal sebagai level hidrostatik. Sumur dinamakan sumur artesis, kalau air tanah mencapai permukaan dengan tekanannya sendiri.
Sementara akuifer bebas berada di kedalaman yang dangkal dan zona tak jenuhnya (vadose) yang terdapat diatasnya berisi materi yang permeabel (air mudah meresap atau mudah dilalui air). Tabel air merupakan bagian atas akuifer. Secara musiman, tabel air bergerak naik turun. Selama musim hujan, tabel air tertinggi terjadi, itu disebabkan oleh pengisiang ulang yang lebih tinggi dan tingkat penggunaan (pemompaan) lebih rendah (misal tidak digunakan untuk irigasi) dan terendah di musim kemarau, sebab pengisian ulang sangat terbatas sementara pemakaian lebih tinggi (misal dipakai untuk irigasi lebih banyak).
Pergerakan air tanah
Beberapa faktor memengaruhi pergerakan air tanah, seperti resapan, ketinggian akuifer, permeabilitas lapisan tanah, dan masih banyak yang lainnya.
Daerah yang tinggi dan rendah seperti lembah-lembah dan bukit-bukit menjadi tempat beradanya tabel air (atau permukaan potensiometri dari akuifer tertekan), karena mereka ini bukanlah permukaan yang datar. Air tanah cenderung akan bergerak turun dari tabel air di daerah (atau daerah potensiometri) yang elevasinya lebih tinggi ke daerah tabel air yang elevasinya lebih rendah, sama halnya dengan permukaan air yang cenderung mengalir turun ke bukit. Biasanya, tapi tak secara eksklusif, semakin rendah posisi tabel air dari akuifer bebas, maka semakin rendah juga permukaan tanahnya, begitu sebaliknya semakin tinggi daerah tabel air maka semakin tinggi juga permukaan tanahnya. Dan hal itu mengakibatkan air tanah pada akuifer bebas cenderung mengalir ke danau, lahan basah, dan sungai. Bahkan air tanah dari akuifer tertekan cenderung mengalir ke sungai-sungai yang besar.
Sumur dan mata air menjadi area umum lainnya yang menjadi tempat untuk keluaranya air tanah. Air tanah punya akses ke permukaan tanah saat musim hujan dan musim semi. Beberapa kasus, infiltrasi air hujan dari permukaan tanah bergerak ke bawah ke arah akuifer dan bertemu dengan sedimen atau lapisan batu yang sifatnya relatif kedap air (non permeable). Air tanah yang punya tingkat permeabilitas rendah atau tak bisa melalui lapisan non permeable, hanya bergerak di atas lapisan, hingga lapisan itu terbuka di permukaan tanah dan hadir sebagai mata air. Hal itu dinamai "Gravitasi Musim Semi" yang merupakan bentuk paling umum dari musim semi, gravitasi adalah kekuatan yang mendorong gerakan air. Umumnya mata air terdapat di singkapan seperti dinding jurang atau dinding tebing atau di sisi bukit. Pada kasus lain, retakan tanah memungkinkan air tanah untuk berpindah ke permukaan dari akuifer. Air tanah dari mata air bisa keluar ke permukaan atau langsung masuk ke danau, laut, atau sungai.
Sumur yang kita kenal pun juga menghubungkan antara air tanah permukaan tanah. Umumnya, pompa dipakai untuk menarik air tanah hingga ke permukaan yang selanjutnya airnya bisa digunakan untuk berbagai kebutuhan.
Laju Aliran
Seorang pakar hidrologi, umumnya mengatakan dalam ukuran per meter, per kaki, atau per detik, saat lajur aliran mengacu pada seberapa cepat air bergerak di permukaan. Air di sungai bergerak jauh lebih cepat dari pada air tanah, dengan ukuran pada tingkat beberapa centimeter (inchi) per hari. Kemiringan tabel air (atau permukaan potensiometri) dan permeablitas akuifer memengaruhi kecepatan air tanah. Air tanah akan bergerak lebih cepat, jika semakin curam kemiringan tabel air dan semakin permebel akuifer. Pada lapisan yang sangat permeabel seperti retakan batuan atau kerikil, air tanah dapat bergerak 10 m (33 kaki) per hari atau lebih.
Pengisian ulang
Penambahan atau pengisian ulang akuifer bebas, terjadi di permukaan tanah yang terletak tepat di atas akuifer. Sementara pengisian ulang atau penambahan akuifer tertekan dapat terjadi beberapa mil jauhnya, biasanya di elevasi yang lebih tinggi, dimana bahan di atas akuifer adalah lapisan permeabel, jadi hujan dapat meresap dan mencapai akuifer. Air tanah akan mengalir ke akuifer terbatas, setelah diisi ulang.
Pompa dan Pemompaan yang berlebihan
Pasokan air sumur bor bersumber di bawah tabel air dari akuifer tidak terbatas atau pun akuifer terbatas. Tabel air (atau permukaan potensiometri) akan turun jadi lebihh rendah daripada sekitarnya, saat sumur dipompa. Akibatnya air tanah bergerak ke arah sumur dan memasok air yang sedang dipompa keluar dari sumur. Air bisa dipompa terus menerus, asalkan supply air untuk pompa berada di bawah level air di dalam sumur.
Gangguan Sumur
Gangguan sumur terjadi saat level potensiometeri (permukaan air) di salah satu sumur menurun secara signifikan yang diakibatkan dari pemompaan sumur yang berada didekatnya. Terkadang gangguan yang muncul pun sangat besar, disebabkan oleh tingkat potensiometri atau tabel air di sumur pertama turun di bawah supply pompa, bahkan di bawah dasar sumur itu.
Tetapi bagaimana sumur itu bisa mengganggu satu sama lain? Saat dimulainya pemompaan, tabel air sebagai akuifer yang menyuplai air ke sumur mulai turun. Drawdown (penarikan) adalah sebutan untuk penurunan lever air ini. Daerah penarikan berbentuk seperti tiga dimens, layaknya kerucut atau berbentuk corong yang bepusat di sumur. Luas area penarikan (secara horisontal) dan kedalaman kerucut ditentukan oleh karakteristik akuifer dan intensitas atau tingkat pemompaan.
Gambar tersebut mewakili tabel air sebagai puncak dari kubus yang lebih rendah. Kubus yang lebih rendah itu merupakan akuifernya, dan sumur sebagai pipa yang membentang dari permukaan tanah (kubus bagian atas) ke akuifer di bawah tabel air.
Seberapa luas dan seberapa jauh area penarikan kerucut tergantung pada jumlah air yang dipompa dan karakteristik akuifer. Gangguan sumur ada saat penarikan kerucut dari satu sumur sampai ke sumur yang lain hingga menurunkan level air dari sumur itu. Coba pertimbangkan dua contoh gangguan sumur berikut pada tabel air di akuifer.
Yang pertama. SUmue 1 merupakan sumur irigasi berkapasitas tinggi yang dibor di dekat sumur 2 dan sumur 3 (sumur 2 dan 3 merupakan sumur pribadi yang dangkal). Volume pemompaan dari sumur irigasi dapat menurunkan tabel air ke level yang lebih rendah dari level aslinya dan kedalamannya pun berada lebih rendah dibandingkan dengan dasar sumur pribadi. Dari contoh ini, saat sumur 1 sedang memompa, maka sumur 2 tak akan bisa memompa air dan sumur 3 yang masih berada di tabel air pun kemungkinan akan gagal dalam pemompaan. Artinya, Supplai atau produksi air di sumur 2 dan 3 akan terganggu oleh proses pemompaan sumur 1.
Contoh lain, misalnya suatu daerah ingin meningkatkan pasokan air. Dan mengeborlah sumur baru yang sangat dekat dengan sumur lama yang sangat produktif. Saat kedua sumur memompa secara bersamaan, maka akan mengganggu satu sama lain dan kedua sumur pun malah akan menurunkan hasil pasokan air. Akibat kedua sumur yang saling mengganggu itu, produksi kedua sumur hanya sedikit lebih besar kalau dibandingkan dengan produksi masing-masing sumur kalau tidak bersamaan ketika memompa.
Lihat pada diagram, drawndown (penarikan) yang terkait dengan sumur lama digambarkan dengan garis putus-putus tebal. Kalau sumur baru memompa sendiri, akan menghasilkan drawndown (penarikan) yang serupa. Perhatikan juga kalau jumlah air yang tersedia untuk sumur lama (di bagian bawah kerucut pada sumur) secara substansial sudah berkurang kalau sumur baru lokasinya terlalu dekat dengan sumur lama, yang mengakibatkan sumur lama atau baru menghasilkan air yang banyak layaknya mereka memompa sendiri tidak secara bersamaan.
Gangguan sumur pun sudah dilarang dan diterapkan dalam undang-undang di kebanyakan negara. Sumur tak dapat dioperasikan atau digunakan kalau secara signifikan terbukyi mengurangi produksi sumut yang sebelumnya sudah ada. Potensi gangguan ini dapat dihitung kalau pakar hidrologi tau ketebalan, permeabilitas, dan karakteristik penyimpanan akuifer dan pada level apa sumur dapat dipompa dengan baik.
Penambangan air tanah
Penurunan air dalam skala yang luas itu diakibatkan oleh pemompaan air yang dilakukan secara berlebihan dari akuifer. Hal itu dapat terjadi jika lebih banyak air yang dipompa dibandingkan dengan air yang pengisian air tanah oleh air hujan. Selama penyusunan akuifer bisa menyebabkan terjadinya penuruan ketersediaan air (sebab hilangnya pasokan air untuk sekarang dan untuk masa yang akan datang), adanya kemungkinan kehilangan akuifer secara permanen sebagai tempat untuk menyimpan air, dan perubahan kualitas air tanah. Banyak negara yang sudah memakai proses pengelolaan air yang tepat untuk mengelola kuantitas dan kualitas air tanah dan juga untuk memastikan tidak terjadinya pemompaan yang berlebihan.
Pengurangan Sumberdaya Air
Untuk mencegah menipisnya sumber daya, maka ada batasan untuk banyaknya air yang bisa dipompa keluar dari akuifer. Kalau air tanah yang telah dipompa, diganti atau secara alami diisi oleh air hujan, maka akan menurun jumlah air yang tersimpan di dalam akuifer. Di beberapa daerah, pemompaan sudah menyebabkan tenggelamnya permukaan tanah atau subsisidence. Kondisi yang sama mungkin juga muncul pada pemompaan untuk keperluan perminyakan.
Air tanah menempati volume di akuifer dengan mengisi pori-pori ruang diantara batuan mineral. Sebab, pada dasarnya air tidak bisa diikat, air tetap membantu dakam berat tanah dan batu yang ada diatasnya. Saat air dipompa keluar, ruang pori-pori dapat hancur dan juga volume dan jumlah batu dan tanah menurun. Banyak wilayah yang ruang pori-porinya hilang untuk selamanya, yang membuat air tidak dapat masuk kembali ke dalam akuifer. Beberapa tempat di bawah ini merupakan catatan dari pengurangan sumber daya air secara signifikan yang disebabkan oleh pemompaan secara berlebihan :
daerah Houston-Galveston, Texas (1 sampai 2 meter, atau 3,3-6.6 kaki);
New Orleans (2 meter, atau 7 kaki);
Venezia, Italia (3 meter atau 10 kaki);
Mexico City (lebih dari 7 meter, atau 26 kaki); dan
di San Joaquin Valley of California (8 meter atau 26 kaki).
Tak seperti penurunan tanah yang disebabkan oleh runtuhnya tambang bawah tanah, lubang buatan manusia yang rusak karena kerusakan air dan listrik, atau sinkhole (lubang) yang diakibatkan dari hancurnya batuan karbonan di bawah tanah. Di wilayah yang luas, pengurangan sumber daya air sebagai hasil dari penurunan akuifer terjadi secara perlahan-lahan. Bisa jadi penduduk di wilayah itu tidak menyadarinya.
