Kejadian dan potensi air permukaan dan air tanah

Potensi air permukaan banyak bermanfaat untuk berbagai pemenuhan kebutuhan manusia, mulai dari yang sederhana (kebutuhan minum, mencuci, mandi) hingga kebutuhan yang lebih besar dan kompleks seperti untuk pembangkit tenaga listrik, transportasi, dan irigasi.

Pada saat curah hujan mencapai permukaan tanah, seluruh atau sebagian curah hujan akan diserap oleh tanah. Bagian yang tidak terserap tanah akan menjadi limpasan permukaan hingga terbentuk parit-parit dan mengalir ke sungai hingga ke danau dan berakhir di laut. Kapsitas infiltrasi setiap permukaan tanah berbeda-beda tergantung pada tekstur dan struktur tanah. Sebelum air diserap tanah ke dalam tanah, pada dasarnya ditahan terlebih dahulu oleh butiran tanah hingga tanah menjadi lembab. Air di dalam tanah ditahan oleh gaya absorbsi permukaan butir-butir tanah dan tegangan antara molekul air.

Di sekeliling butir-butir tanah terdapat membran (lapisan tipis) air higroskopis yang diserap secara kuat. Makin jauh air itu dari permukaan, makin lemah gaya absorbsi butir tanah itu. Pada jarak tertentu, air hanya ditahan oleh tegangan antara butir-butir tanah yang dinamakan air kapiler. Jika air bertambah, kemudian akan mengalir ke bawah akibat gaya gravitasi. Air itu selanjutnya dinamakan air gravitasi.

Tanah yang mengikat air higroskopis akan terlihat lembab. Setiap tanah memiliki sifat yang berbeda dalam menahan kelembabannya. Gaya yang menahan pergerakan air supaya tidak diserap disebut kapasitas menahan air (waterholding capacity). Banyaknya air dalam tanah pada suatu keadaan tertentu disebut tetapan kelembaban tanah dan digunakan untuk menentukan sifat menahan air dari tanah.

Jika infiltrasi lebih besar daripada kapasitas menahan air yang minimum, maka air itu akan terus ke permukaan air tanah (perkolasi). Akan tetapi, jika infiltrasinya lebih kecil maka air akan tertahan dalam tanah, sehingga perkolasi tidak terjadi. Kapasitas menahan air yang minimum disebut kapasitas menahan air normal.

Air yang dapat bergerak dalam tanah adalah air kapiler dan air gravitasi. Melihat cara bergeraknya, air kapiler berasal dari air tanah yang naik ke ruang-ruang antara butir-butir karena kapilaritas. Tinggi kenaikan air kapiler tergantung pada besarnya butiran tanah. Semakin kecil butiran tanah, semakin tinggi kenaikan air kapiler. Sebaliknya semakin besar butiran tanah, semakin rendah kenaikan air kapiler. Air gravitasi bergerak dalam ruang tanah karena pengaruh gravitasi. Jika ruang-ruang itu telah jenuh air maka air akan bergerak ke bawah.

Air yang menginfiltrasi mula-mula diabsorbsi untuk meningkatkan kelembaban tanah. Selebihnya akan turun ke permukaan air tanah dan mengalir ke samping. Tinggi rendahnya infiltrasi akan sangat berpengaruh terhadap keberadaan air tanah. Tinggi rendah infiltrasi tergantung pada berbagai faktor, yaitu curah hujan, kemiringan lereng, kerapatan vegetasi, serta kelembaban tanah. Makin tinggi curah hujan, makin rapat vegetasi, lereng makin landai serta kelembaban yang rendah mengakibatkan peluang tingkat infilrasi makin tinggi.

Walaupun soil water dapat diartikan air tanah, tetapi di Indonesia yang dimaksud dengan air tanah adalah groundwater. Jadi air tanah adalah air yang berada di bawah permukaan tanah di dalam zona jenuh (saturation). Apakah setiap lapisan tanah memiliki zona jenuh? Tidak, tergantung pada sifat batuan, yaitu ada yang kedap air (sulit ditenbus air) dan ada pula yang lolos air. 

Lapisan kedap air disebut impermeable, sedangkan yang dapat meloloskan air disebut permeabel. Lapisan tanah kaitannya dengan kemampuan menyimpan dan meloloskan air dibedakan atas empat lapisan yaitu:

• Aquifer, yaitu lapisan yang dapat menyimpan dan mengalirkan air dalam jumlah besar. Lapisan batuan bersifat permeabel, seperti pasir, kerikil, dan batupasir yang retak-retak;
• Aquiclude, yaitu lapisan yang dapat menyimpan tetapi tidak dapat mengalirkan air dalam jumlah yang berarti, seperti lempung, tuf halus, dan silt; 
• Aquifuge, yaitu lapisan yang tidak menyimpan dan mengalirkan air, contohnya batuan granit dan batuan yang kompak;
• Aquitard, yaitu lapisan atau formasi batuan yang dapat menyimpan air, tetapi hanya dapat meloloskan air dalam jumlah yang terbatas.

Untuk mencari dan mengambil air tanah, para ahli sangat memperhatikan keberadaan akuifer. Sebab pada lapisan tanah ini, akan memiliki zona aerasi dan zona saturasi. Akuifer dapat dijumpai pada bentuk lahan, sebagai berikut:

• Lembah isian, yaitu bekas lembah yang terisi material lepas (unconsolidated) berupa pasir halus sampai kasar. Lembah isian sering disebut juga sungai purba. Pasir tersebut bisa saja berasal dari lahar gunungapi menutupi lembah besar, sehingga lembah tersebut menampung sejumlah air tanah dalam jumlah yang berarti;
• Dataran banjir di sepanjang alur sungai dengan materialnya yang terdiri atas batuan aluvial; 
• Lembah antara dua pegunungan atau lebih (seperti cekungan), materialnya berasal dari hasil erosi dan gerak massa batuan dari pegunungan sekitarnya.
• Lereng kaki di sekitar gunungapi, tersusun dari material lepas hasil letusan gunungapi tersebut.

Berdasarkan letaknya di dalam lapisan bawah permukaan, akuifer dapat dibedakan atas akuifer bebas dan akuifer terkekang. Akuifer bebas adalah akuifer yang bagian bawahnya dibatasi oleh lapisan kedap air (impermeabel) dan bagian atasnya dibatasi oleh permukaan air tanah. Permukaan air tanah dari akuifer bebas disebut permukaan preatik. Akuifer terkekang adalah akuifer yang bagian atas dan bawahnya dibatasi oleh lapisan kedap air dan mempunyai tekanan hidrostatik yang lebih besar daripada tekanan atmosfer. Sumur yang dibuat pada akuifer terkekang bersifat artesis (air sumur dapat keluar sendiri).

Lapisan akuifer merupakan lapisan yang terendam air. Semakin tebal dan luas akuifer, semakin banyak jumlah air tanah di tempat tersebut. Lapisan ini biasanya mengikuti topografi akuifer yang berada di lereng pegunungan yang permukaan air tanah bebasnya akan lebih dekat dengan permukaan tanah. Karena itu, sumur gali pada lereng bukit atau gunung akan berbeda kedalamannya, yaitu ada yang dangkal, dalam, dan ada juga yang sangat dalam sehingga tidak kelihatan riak airnya.

Sumber air tanah berasal dari air hujan yang meresap ke dalam tanah. Karena itu, jika tidak ada hujan, air tanah juga akan berkurang. Namun, air hujan tidak memiliki kesempatan berinfiltrasi, misalnya karena permukaannya tidak lagi ada pepohonan atau diperkeras dengan aspal atau beton. 

Kegiatan industri yang besar bisa juga menguras air tanah, sehingga sumur penduduk yang berada di dekat pabrik akan kering kerontang karena kedalaman sumur penduduk tidak menjangkau permukaan air yang sedang disedot oleh sumur pompa pabrik. Karena itu, pembangunan pabrik jaraknya harus jauh dari permukiman penduduk dan pihak pabrik dilarang mengambil air tanah dangkal (dari akiufer bebas) tetapi harus mengambil hanya dari air tanah dalam.