Gradien Hidraulik

Kedalaman muka airtanah mempunyai peran penting di dalam penentuan pemanfaatan airtanah dan juga aktivitas/kegiatan di sekitarnya. Muka airtanah yang dangkal akan menyulitkan pekerjaan penggalian atau konstruksi dan saat curah hujan tinggi akan menyebabkan genangan air sehingga menyebabkan gangguan pada aktivitas manusia seperti kerusakan lahan pertanian, dll. Muka airtanah yang dalam akan menyebabkan konstruksi sumur bor air dan pemompaan air menjadi lebih sulit.

Perbedaan muka airtanah menyebabkan air bergerak dari satu tempat ke tempat lainnya. Kedalaman muka airtanah biasanya diukur dari sumur yang digunakan secara khusus untuk keperluan tersebut. Sumur ini disebut dengan sumur pantau atau pisometer (piezometer). Posisi muka airtanah (atau pada akifer tertekan disebut potensiometrik) yang diukur dari suatu elevasi tertentu (datum). Yang sering digunakan sebagai datum adalah muka air laut rata-rata.

Jika kedalaman muka airtanah dikurangi dari elevasi titik pengukuran maka akan didapatkan angka total head (total tinggi tekan). Dalam mekanika fluida, total head terdiri dari 3 komponen, yaitu elevation head, pressure head dan velocity head. Karena kecepatan aliran air di dalam batuan sangat kecil, maka velocity head dapat diabaikan. Sehingga total head akan terdiri dari 2 komponen saja yaitu elevation head dan pressure head. Airtanah mengalir dari total head yang besar ke arah total head yang kecil dan tidak selalu mengalir dari pressure head tinggi ke rendah.Total head (Ht) dapat ditulis sebagai berikut:

ht = z + hp

dimana z adalah elevation head dan hp adalah pressure head. Elevation head adalah tinggi dari lokasi mana pressure head diukur.

Kecepatan aliran airtanah bergantung pada gradien atau beda tinggi hidroliknya. Gradien hidrolik adalah beda perubahan head per satuan jarak yang diukur pada arah tertentu. Jika terdapat dua sumur pisometer, maka gradien hidrolik airtanah di antara kedua sumur tersebut dapat dihitung dengan cara membagi beda total head (head loss) di kedua sumur tersebut dengan jarak antar sumur. Dalam gambar di atas, maka:

Gradien hidrolik (hL/L) = ((100-15) - (98-18))/ 780 = 5/780.

Semakin besar gradien hidrolik semakin cepatlah aliran airtanah di antara kedua titik tersebut. Jika terdapat 3 sumur pisometer, maka data total head dapat dibuat menjadi kontur kesamaan head. Aliran airtanah akan bergerak tegak lurus terhadap garis kontur tersebut.