Teknis Pengeboran Airtanah [PDF]

Citation preview

PEMERINTAH PROVINSI JAWA TENGAH



DINAS ENERGI DAN SUMBER DAYA MINERAL Jl. Madukoro AA – BB No. 44 Telp. 7608203, 7610121, 7610122, Fax. 7608379



SEMARANG – 50144



TEKNIS PENGEBORAN AIR TANAH



Makalah disampaikan dalam Rapat Koordinasi Kegiatan Pengawasan dan Penertiban Pengelolaan Air Tanah di Jawa Tengah Tanggal 27 Maret 2013



Oleh : Siddhi Saputro Sugeng Widada Universitas Diponegoro Semarang



SEMARANG, MARET 2013



TEKNIS PENGEBORAN AIR TANAH Oleh : Sugeng Widada Siddhi Saputro Universitas Diponegoro Semarang



Saat ini pengeboran untuk mendapatkan air tanah sebagai salah satu sumber air bersih banyak dilakukan oleh penduduk, baik di desa maupun perkotaan untuk memenuhi kebutuhan air sehari-hari. Dibandingkan dengan sumber air yang lain, air tanah memiliki beberapa kelebihan diantaranya mudah memperolehnya, umumnya air dalam kondisi baik karena telah mengalami penyaringan oleh batuan pembawanya, dan sebarannya luas tergantung pelamparan akuifernya. Sebetulnya ekploitasi air tanah telah dilakukan sejak zaman dahulu oleh masyarakat, yang umumnya dilakukan pengambilan air tanah pada akuifer bebas dengan membuat sumur gali ataupun kolam, sedangkan ekploitasi air tanah pada akuifer tertekan umumnya dilakukan dengan pembuatan sumur bor dalam. Dalam kenyataan di lapangan, dalam suatu daerah dijumpai beberapa akuifer tertekan pada berbagai kedalaman yang dipisahkan oleh lapisan kedap air. Oleh karena itu identifikasi posisi kedalaman dan ketebalan akuifer-akuifer tersebut menjadi penting untuk menentukan konstruksi sumurnya. Identifikasi kedudukan akuifer ini didasarkan pada data diskripsi cutting dan data well logging. Secara garis besar konstruksi sumur terdiri dari beberapa bagian, yaitu pipa jambang, pipa buta, pipa saringan, tutup bawah, tutup atas, pipa naik, pompa, kerikil pembalut, pasangan beton (cement grout). Dalam pelaksanaan pembuatan sumur, setelah kerikil pembalut selesai dipasang maka dilakukan pembersihan dan penyemprunaan sumur (well development) yang dimaksudkan untuk dapat membersihkan dinding dan zona invasi akuifer serta kerikil pembalut dari partikel halus, agar seluruh pori/celah akuifr dapat terbuka penuh sehingga air tanah dapat mengalir ke dalam sumur secara bebas. Salah satu hal yang tidak boleh ditinggalkan setelah kegiatan konstruksi sumur selesai adalah melakukan pemompaan uji (pumping test) yang bermanfaat untuk menentukan besaran kapasitas sumur dan efisiensi sumur serta menentukan parameter hidraulik sumur. Disamping itu uji kualitas air di laboratorium juga harus dilakukan untuk memastikan bahwa air tanah yang ada memenuhi syarat sebagai air minum sebagaimana disyaratkan oleh Departemen Kesehatan RI sesuai SK MENKES No. 907/MENKES/SK/VII/2002.



1.



Latar Belakang Pemanfaatan sumber daya air untuk berbagai keperluan di satu pihak terus meningkat dari tahun ke tahun, sebagai dampak pertumbuhan penduduk dan pengembangan aktivitasnya. Di lain pihak ketersediaan sumber daya air semakin terbatas bahkan cenderung semakin langka, terutama akibat penurunan kualitas lingkungan dan penurunan kualitas air akibat pencemaran. Secara umum sumberdaya air yang dapat dimanfaatkan sebagai sumber air baku terdiri dari air permukaan seperti air sungai, danau, rawa, kolam dan lain-lain, air tanah, dan air olahan. Dalam kenyataannya masing-masing sumberdaya air mempunyai nilai kemanfaatan utama yang berlainan. Air tanah sebagai salah satu sumber air baku paling banyak dimanfaatkan oleh penduduk, baik di desa maupun perkotaan untuk memenuhi kebutuhan air sehari-hari. Dibandingkan dengan sumber air yang lain, air tanah memiliki beberapa kelebihan diantaranya mudah memperolehnya, umumnya air dalam kondisi baik karena telah mengalami penyaringan oleh batuan pembawanya, dan sebarannya luas tergantung pelamparan akuifernya. Namun demikian pada beberapa daerah, akuifer dangkal (akuifer bebas) yang dapat diekploitasi dengan sumur gali tidak dijumpai atau dijumpai sangat terbatas sehingga sumur menjadi kering pada musim kemarau. Dalam kondisi demikian maka dilakukan pemboran sumur dalam hingga mencapai akuifer dalam (akuifer tertekan) untuk mendapatkan air tanah tersebut. Dalam hal ekploitasi air tanah dengan sumur bor dalam, keadaanya menjadi lebih rumit dengan biaya yang jauh lebih mahal. Dibandingkan dengan pembuatan sumur gali. Beberapa kesulitan yang sering terjadi pada pemboran tersebut diantaranya adalah batuan terlalu keras dan berupa bongkah-bongkah sehingga berpotensi terjepitnya alat pemboran, adanya rongga di bawah permukaan tanah sehingga lumpur pemboran hilang



(water loose), penyumbatan saringan (clogging) setelah konstruksi sehingga aliran air tanah dari akuifer ke dalam sumur terganggu, bocornya pipa sumur sehingga air permukaan masuk kedalam sumur dan lain-lain. Sehubungan dengan hal tersebut diatas, maka dalam pelaksanaan pembuatan sumur detail konstruksi sumur



yang baik menjadi sangat



penting untuk menjaga keberlangsungan pemanfaatan sumur yang bersangkutan. Kedudukan kedalaman pipa saringan harus tepat pada akuifer yang menjadi target ekploitasi serta dilindungi dengan gravel pack yang baik. 2.



Air Tanah Sebelum membahas tentang konstruksi sumur bor lebih lanjut, mari kita lihat kembali secara singkat kejadian keberadaan air tanah sehingga diperoleh pemahaman



yang menjadikan kita akan sangat berhati-hati



dalam



air



pengambilan



tanah



tersebut



demi



keberlanjutan



pemanfaatannya. Yang dimaksud dengan air tanah adalah air yang terdapat dalam lapisan tanah atau batuan di bawah permukaan tanah. Keberadaan air tanah tersebut tidak dapat dilepaskan dari siklus hidrologi sebagaimana terlihat pada Gambar 1. Sedangkan lapisan batuan jenuh air yang dapat menyimpan dan meneruskan air tanah dalam jumlah cukup dan ekonomis disebut sebagai akuifer. Berdasarkan siklus tersebut terlihat bahwa



masukan pada proses



tersebut adalah presipitasi (hujan) yang kemudian terbagi menjadi sejumlah



cadangan



melalui



serentetan



peristiwa



yang



akhirnya



membentuk suatu hasil antara lain depresi air seperti waduk, penguapan dan peresapan ke dalam tanah.



m ata h a ri k on d e n sa si a w a n e n er gi sola r



H u jan



H u ja n H u jan tra n sp ira si d a ri d au n



p e n gu a p a n dari daun p e n gu a p a n d a ri ta n a h



W a du k



P eng u ap a n



Laut



la p isa n k e d a p a ir



Gambar 1. Siklus Hidrologi



Hujan yang jatuh, mengalami hambatan oleh adanya vegetasi/tumbuhan ataupun bangunan dan apabila tidak ada vegetasi/tumbuhan maka hujan akan jatuh mengenai permukaan tanah secara langsung walaupun peresapan masih mungkin terjadi karena adanya sampah, kotoran maupun adanya benda lain di permukaan tanah. Air yang meresap ke dalam tanah ditahan oleh tanah sebagai cadangan kelembaban tanah dan penambagan cadangan air tanah, sedangkan cadangan permukaan akan mengalir ke daerah yang lebih rendah dan sebagian akan meresap kembali ke dalam tanah selama pengaliran. Di lain pihak air tanah yang mengalir di dalam batuan (akuifer) dapat keluar kembali menjadi air permukaan sebagai mata air



jika akuifer tersebut terpotong oleh



kemiringan topografi permukaan tanah.



Perjalanan air dari masuknya air hujan ke dalam tanah hingga mencapai lapisan akuifer maupun keluar sebagai mata air membutuhkan waktu yang sangat bervariasi dari orde bulanan, tahunan, puluhan tahun, ratusan tahun, bahkan hingga ribuan tahun sebagaimana diperlihatkan pada Gambar 2.



Gambar 2. Perjalanan resapan air hujan hingga menjadi air tanah dan muncul kembali sebagai mata air



Jumlah cadangan air tanah akan sangat ditentukan oleh kondisi cekungan airtanahnya, yaitu suatu wilayah yang dibatasi oleh batas hidrologeologis, tempat semua kejadian



hidrogeologis seperti proses



pengimbuhan, pengaliran dan pelepasan air tanah berlangsung. Dengan demikian potensi air tanah pada suatu wilayah akan sangat ditentukan oleh : 



Kondisi curah hujan serta hubungan antara air permukaan dan air tanah







Kondisi



akuifer



yang



meliputi



geometri



dan



sebarannya,



konduktifitas hidraulik dan litologi pada batas-batas akuifer 



Kondisi daerah imbuhan air tanah, yaitu daerah resapan air yang mampu menambah air tanah secara alamiah pada cekungan air tanah







Kondisi daerah repasan air tanah, yaitu daerah keluaran air tanah yang berlangsung secara alamiah pada cekungan air tanah.



Secara umum terdapat dua jenis akuifer, yaitu akuifer bebas dan akuifer tertekan (Gambar 3). Ekploitasi air tanah pada akuifer bebas biasanya dilakukan dengan membuat sumur gali ataupun kolam, sedangkan ekploitasi air tanah pada akuifer tertekan umumnya dilakukan dengan pembuatan sumur bor dalam. Dalam kenyataan di lapangan, dalam suatu daerah dijumpai beberapa akuifer tertekan pada berbagai kedalaman yang dipisahkan oleh lapisan kedap air. Oleh karena itu identifikasi posisi kedalaman dan ketebalan akuifer-akuifer tersebut menjadi penting untuk menentukan konstruksi sumurnya.



Gambar 3. Jenis akuifer dan sumur untuk eksploitasinya



3.



Pengeboran dan Logging Pengeboran pada prinsipnya adalah kegiatan untuk mendapatkan lubang bor hingga mencapai kedalaman akuifer yang menjadi target dengan diameter tertentu. Secara umum terdapat dua jenis mesin bor, yaitu mesin bor tumbuk dan mesin bor putar. Pada saat ini mesin bor putar merupakan pilihan yang digunakan dan pengeboran airtanah. Sebelum kegiatan pengeboran dilakukan maka terlebih dahulu dilakukan persiapan yang berupa pembuatan bak pengendap, bak penampung, serta saluran sirkulasinya. Pemasangan balok landasan mesin, papan untuk saluran sirkulasi dan lantai dasar mesin. Selanjutnya dilakukan pengesetan mesin dan pompa serta pendirian menara dan penyediaan lumpur bor. Secara garis besar pada setiap mesin bor terdiri dari 5 komponen utama, yaitu : mesin penggerak, sitem-mekanisme bor, pipa/stang bor, menara dan pompa. Mesin bor yang dewasa ini banyak digunakan adalah mesin bor putar jenis meja putar dan spindle. Cara kerja mesin bor putar pada prinsipnya adalah merupakan kombinasi tekanan dan putaran mata bor atas batuan yang dibarengi dengan penyemprotan lumpur pemboran melalui lubang-lubang yang terdapat pada mata bor. Lumpur pemboran tersebut dipompakan dengan tekanan ke dalam lubang melalui stang bor dan naik kembali ke permukaan melalui rongga antara dinding lubang bor dengan stang bor sambil membawa pecahan batuan hasil gerusan mata bor (cutting). Pada lokasi dengan batuan yang mudah runtuh, biasanya dipasang pipa pelindung (casing) pada lubang bor. Pengeboran diawali dengan pengeboran awal (Pilot hole) yang dimaksudkan untuk mengetahui litologi secara rinci. Pengeboan awal biasanya menggunakan mata bor jenis tricone diameter 6” sampai kedalaman melebihi kedalaman konstruksi sumur yang direncanakan. Sedangkan pembesaran lubang bor (Reaming) dilakukan setelah kedudukan lapisan akuifer diketahui melalui kegiatan logging.



Kegiatan Logging Loging sumur (well logging) juga dikenal dengan borehole logging adalah cara untuk mendapatkan rekaman log yang detail mengenai formasi geologi yang terpenetrasi dalam lubang bor Dalam kegiatan pengeboran air tanah jenis logging yang bisa digunakan adalah electrical loging yang tujuannya adalah untuk mengetahui letak (posisi) akuifer air, tahap pekerjaan ini sebagai penentu konstruksi saringan (screen). Electrical Loging dilakukan dengan menggunakan suatu alat, dimana alat tersebut menggunakan konfigurasi titik tunggal dimana eletroda arus dimasukakan kedalam lubang bor dan elektroda yang lain ditanam dipermukaan. Arus dimasukkan kedalam lubang elektroda yang kemudian menyebar kedalam formasi disekitar lubang bor. Sebagian arus kembali ke elektroda di permukaan dengan arus yang telah mengalami penurunan. Penurunan inilah yang diukur.



Gambar 4. Pelaksanaan Logging



4.



Konstruksi Sumur Pembesaran lubang dilakukan setelah selesai pelaksanaan kegiatan logging, tujuan pembesaran lubang digunakan untuk



mendapatkan



kemudahan dalam konstruksi sumur yang berupa pemasangan selubung casing/pipa dan saringan , peletakan pipa pengantar saat pengisian gravel dan grouting cement serta peletakan pipa piezometer. Setelah pemboran selesai, umumnya dilakukan setelah logging untuk mengetahui susunan lapisan batuan dan menentukan posisi kedalaman akuifer yang akan diambil air tanahnya dengan memasang saringan (screen) sehingga airtanah akan masuk ke sumur melalui saringan tersebut. Sedangkan pada kedalaman lainya dipasang pipa buta. Secara garis besar konstruksi sumur dapat dilihat pada Gambar 5, terdiri dari beberapa bagian, yaitu pipa jambang, pipa buta, pipa saringan, tutup bawah, tutup atas, pipa naik, pompa, kerikil pembalut, pasangan beton (cement grout). Pipa jambang terletak pada bagian atas dengan garis tengah yang lebih besar dari pipa buta/saringan, namun



dapat juga



berukuran sama. Biasanya pipa jambang dipasang hingga 3 – 5 meter di bawah drawdown maksimum, dengan diameter 1 inchi lebih besar dari diameter peralatan pompa dan pipa piezometer yang akan dipasang. Pipa buta ini diikatkan dengan lapisan batuan di sekitarnya dengan pasangan beton agar kedudukannya stabil Pipa buta dipasang di bawah pipa jambang dengan panjang tergantung ketebalan lapisan



yang tidak diinginkan



baik



kuantitas maupun



kualitasnya. Pada akuifer yang kualitas air tanahnya jelek, pemasangan harus 0,5 m lebih panjang agar tidak terjadi kebocoran. Pipa saringan adalah pipa berlubang yang dimaksudkan sebagai jalan masuknya air tanah dari akuifer ke dalam sumur. Ukuran lubang, bentuk dan bahan pipa saringan ditentukan berdasarkan distribusi ukuran butir akuifer dan sifat kimia air tanahnya. Pipa naik merupakan pipa yang dihubungkan



dengan pompa sebagai saluran untuk menaikan air dari sumur ke atas permukaan tanah / tendon. Kerikil pembalut adalah kerikil yang bersih berukuran butir seragam, dan bulat digunakan sebagai penyaring agar material halus yang ada di dalam lapisan akuifer tidak masuk ke dalam sumur. Sumbat dipasang pada ujung bawah rangkaian pipa konstruksi sumur yang berguna untuk mencegah material yang tidak diinginkan masuk ke dalam sumur yang nantinya dapat mengganggu pompa.



Gambar 5. Konstruksi Sumur



Dalam pelaksanaan pembuatan sumur, setelah kerikil pembalut selesai dipasang maka dilakukan pembersihan dan penyempurnaan sumur (well development) yang dimaksudkan untuk dapat membersihkan dinding dan zona invasi akuifer serta kerikil pembalut dari partikel halus, agar seluruh pori/celah akuifr dapat terbuka penuh sehingga air tanah dapat



mengalir ke dalam sumur secara bebas. Dengan demikian akan dihasilkan sumur dengan efisiensi kapasitas jenis yang maksimal. Keuntungan yang diperoleh dari well development ini antara lain adalah : 



Mengurangi penyumbatan (clogging) akuifer pada dinding lubang bor dan di pinggiran zona invasi sebagai akibat sampingan kegiatan pemboran dan menghilangkan efek jembatan pasir.







Meningkatkan porositas dan permeabilitas akuifer di sekeliling sumur







Menstabilkan



lapisan



pasir



di



sekeliling



saringan,



sehingga



pemompaan bebas dari kandungan pasir 



Memaksimalkan kapasitas jenis serta umur pemanfaatan sumur



Berbagai metode dapat dilakukan pada well development ini seperti surging, jetting, airlifting, backwashing dan overpumping. Prinsip kerja metode surging adalah menekan air mengalir masuk dan keluar pada interval saringan dengan menaikan dan menurunkan plunger di dalam casing, seperti gerakan piston. Dalam metode jetting alat (jetting tool) dimasukan ke dalam tiap-tiap interval saringan dari bawah ke atas dengan pipa stang bor yang dihubungkan dengan pompa tekan yang memompakan air bersih ke dalam sumur. Dalam pengoperasiannya alat digerakan berputar-putar dengan memutar stang bor dan naik turun sepanjang pipa saringan. Metode airlifting hampir sama dengan metode jetting, namun yang dipompakan ke dalam sumur adalah udara. Prinsip dasar metode backwashing adalah membuat efek surging menggunakan



pompa.



Cara



kerjanya



pompa



dijalankan



dengan untuk



menimbulkan aliran aair dari akuifer masuk ke dalam sumur melalui saringan. Begitu aliran muncul ke permukaan tanah, pompa segera dimatikan sehingga air akan kembali turun ke bawah melalui pipa naik, sehingga akan terjadi aliran dari sumur ke akuifer melalui saringan. Hal ini dilakukan berulang-ulang.



Sedangkan pada metode overpumping



hanya mengalirkan air dari akuifer ke dalam sumur dengan cara



memompa sumur melebihi rencana kapasitas pemompoaan yang akan dioperasikan pada tahap produksi.



5.



Pumping est Salah satu hal yang tidak boleh ditinggalkan setelah kegiatan konstruksi sumur selesai adalah menentykan keterusan akuifer. Untuk menghitung keterusan akuifer biasanya dilakukan pemompaan uji (pumping test) terhadap sumur yang telah dibuat. Disamping untuk mengetahui keterusan akuifer, pemompaan uji juga untuk memperoleh parameter akuifer yang lain seperti koefisien simpanan (Coefisien storage), kapasitas jenis (spesific capacity), dan debit optimum. Uji pemompaan menerus dan uji kambuh dalam rangkaian pumping test dipakai untuk mengetahui parameter berupa tingkat kelulusan (hydraulic conductivity, k), keterusan (transmissivity, T) dan kapasitas jenis (Sc) pada akuifer sebuah sumur. Untuk mengetahui parameter tersebut diatas dipakai metode Jacob pada uji pemompaan jenis menerus dan metode Theis pada uji kambuh. Kelulusan air adalah tingkat kemampuan batuan seluas 1m2 dalam melalukan air, pada gradien hidrolika = 1 dalam rentang waktu satu satuan waktu hari. Besar nilai kelulusan amat tergantung oleh ketebalan akuifer. Besar nilai kelulusan tersebut dinyatakan sebagai keterusan. Debit pemompaan yang dihasilkan dari suatu pemompaan sangat dipengaruhi oleh besarnya nilai kelulusan yang dimiliki oleh akuifer. Semakin besar nilai kelulusan dan ketebalan akuifer, maka debit yang dihasilkan akan semakin besar, dan begitu pula sebaliknya.



Hal ini



dapat dijelaskan dari persamaan di bawah ini (metoda Jacob berdasarkan persamaan Theis):



Q



T=KD



2KD S 2.30



atau



KD 



2.3.Q 2 .S



Dimana : Q



: debit



K



: kelulusan



D



: ketebalan akuifer



S



: perbedaan penurunan



T



: keterusan



Hampir sama dengan uji pemompaan menerus, pada uji kambuh harga Q dapat ditentukan dengan rumus (Theis):



2.30 4 .( S / Q)



KD 



Dimana : ΔS : perbedaan kenaikan muka airtanah.



Aktivitas pemompaan sumur akan selalu diikuti oleh penurunan muka airtanah. Debit air yang dapat diperoleh pada setiap penurunan muka airtanah,



sepanjang



satu



satuan



panjang



pada



akhir



periode



pemompaan disebut sebagai debit jenis atau kapasitas jenis (spesific capasity, Sc). Hubungan antara kapasitas jenis, debit pemompaan dan besarnya penurunan muka airtanah dapat dinyatakan sebagai berikut :



Sc 



Q S



Dimana: Sc



: kapasitas jenis



Q



: debit



S



: penurunan muka airtanah



Untuk mendapatkan debit optimum atau debit aman (save yield) akuifer pada suatu sumur, maka penghitungan debit dapat ditempuh dengan memperhatikan faktor koreksi sebesar 60%.



Contoh sederhana hasil pumping test terlihat seperti pada Gambar berikut ini.



DRAWDOWN TEST



Average Pump Rate (lt/dt) 7,35



Duration (min) 420



Transmisivity (m2/day) 264.34



Uji Pemompaan Sumur 1 KLI Time (min) 1 16



Drawdown (m)



17



18



19



20



10



100



1000



RECOVERY TEST Average Pump Rate (lt/dt) 7,35



Duration (min) 140



Transmisivity (m2/day) 214.77



Uji Kambuh Sumur 1 PT KLI t/t' 1



10



100



1000



Residual Drawdown



12



13



14



15



16



Disamping itu uji kualitas air di laboratorium juga harus dilakukan untuk memastikan bahwa air tanah yang ada memenuhi syarat sebagai air minum sebagaimana disyaratkan oleh Departemen Kesehatan RI sesuai SK MENKES No. 907/MENKES/SK/VII/2002.



6. Penutup Berdasarkan uraian tersebut diatas dapat disarikan beberapa hal antara lain : 



Keberadaan air tanah pada suatu lokai sangat ditentukan oleh kondisi geologi dan geohidrologi setempat. Tidak semua daerah sekaligus mempunyai akuifer dangkal dan dalam yang secara kuantitas dan kualitas menguntungkan untuk dieksploitasi.







Keberadaan lapisan akuifer pada suatu daerah harus diketahui untuk dijadikan dasar dalam pelaksanaan konstruksi sumur. Konstruksi sumur yang benar akan menghasilkan kapasitas sumur dan umur pemanfaatan sumur yang optimal







Kualitas air tanah sangat ditentukan oleh jenis batuan yang dilalui air mulai dari peresapan hingga sampai ke sistem akuifer. Untuk dapat dijadikan sebagai air minum, kualitas air tanah harus memenuhi persyaratan yang ditetapkan oleh



Departemen Kesehatan RI sesuai



SK MENKES No. 907/MENKES/SK/VII/2002.



Referensi : Departemen Pekerjaan Umum, Direktorat Cipta Karya,1990. Pedoman Teknis Pengawasan Pelaksanaan Pemboran Airtanah Untuk Sistem Air Bersih. Jakarta. Chow, V.T. 1964. Hand Book of Applied Hydrology. Mc Graw-Hill Book Co. Inc. New York. Fetter C.W. 1996. Applied Hydrogeology. Prentice Hall Inc. Englewood Cliff, New Jersey. Fletcher G. Driscoll. 1986. Groundwater and Wells.Johnson Filtration Systems Inc. St. Paul, Minnesota. Freeze R.A. and Cherry J.A. 1990. Groundwater. Prentice Hall Inc. Englewood Cliff. New Jersey. Hendri Setiadi, 2009. Pengelolaan Daerah Imbuhan Airtanah. Makalah disampaikan dalam sosialisasi Pengelolaan Airtanag bagi Pengguna tanggal 29 Juni 2009 di Ungaran Jawa Tengah. Todd, D.K. 1980. Grounwater Hydrology, 2nd Ed. John Wiley & Sons, New York.