Air tanah dan sumur bor untuk hotel dan laundry: muka air statis dan muka air pemompaan, drawdown dan kapasitas jenis, pompa sumur, tangki tekan, mutu air tanah, disinfeksi sumur, dan perlindungan sumur

Sebuah laundry di pinggir kota mengambil seluruh airnya dari satu sumur bor sedalam 80 m dengan pompa celup. Saat dibor, sumur itu memberi sekitar 6 m³/jam. Dua tahun kemudian debitnya tinggal sekitar 4 m³/jam, airnya kadang keruh kecokelatan, dan pompa sering berhenti oleh pengaman kerja kering pada siang hari, ketika laundry dan tetangga sama-sama memompa. Pemilik mengganti pompa dengan yang lebih besar, tetapi pompa baru itu berhenti lebih sering lagi.

Teknisi yang dipanggil tidak menemukan satu pun catatan muka air, debit, atau arus motor sejak sumur dibuat. Dari pengukuran pertamanya, muka air statis hanya turun sedikit, sedangkan muka air saat pemompaan turun jauh lebih dalam daripada dulu. Bab ini menjelaskan air tanah dan sumur bor dari sisi teknisi gedung, sehingga teknisi dapat mengukur, membaca, dan memutuskan apakah masalahnya ada di akuifer, di sumur, atau di pompa.

Batas pembahasan

Bab ini membahas air tanah dan sumur bor untuk gedung, hotel, dan laundry: akuifer, bagian sumur, pengukuran muka air, drawdown dan kapasitas jenis, uji pemompaan, pompa sumur, tangki tekan, mutu air tanah, disinfeksi, perlindungan sumur, serta pemeliharaan. Tekanan hidrostatik ada di Bab 1 · Fluida & Termal; sistem air bersih gedung di Bab 5 · Bangunan & Fasilitas; tekanan, kurva pompa, dan tangki tekan gedung di Bab 9 · Bangunan & Fasilitas; perawatan pompa di Bab 12 · Fluida & Termal; filter besi dan mangan di Bab 20; pelunak di Bab 21; klorinasi di Bab 26; air sebagai bahan baku laundry di Bab 4 · Laundry; mutu air di Bab 1; daur ulang air laundry di Bab 24; kerja listrik yang aman di Bab 76 · Kelistrikan & Kendali; ruang terbatas di Bab 11 · Keselamatan; dan pengujian mikroba air di Bab 6 · Biologi & Mikrobiologi.

Sumbernya adalah narasi Teknik Air dan Lingkungan, terutama buku pegangan operasi instalasi air dan air limbah, buku matematika operator, dan buku pegangan penukar ion, ditambah narasi Fluida, Termal, dan Utilitas Industri untuk pompa sumur dan tangki tekan, serta pengetahuan umum yang ditandai di peta sumber. Izin pengambilan air tanah, kewajiban meteran, kedalaman dan jarak sumur, serta baku mutu air mengikuti peraturan daerah dan ketentuan yang berlaku; angkanya tidak disalin. Pengeboran, rehabilitasi sumur, dan pemasangan pompa sumur dalam dikerjakan pelaksana berizin.

Air tanah dan akuifer

Air hujan yang meresap mengisi pori dan rekahan tanah dan batuan sampai jenuh. Buku pegangan operasi instalasi air dalam narasi mencatat bahwa bagian teratas zona jenuh adalah muka air tanah, dan bahwa gerakan air tanah disebabkan gravitasi atau pemompaan. Lapisan yang dapat memberi air dalam jumlah berarti disebut akuifer. Akuifer bebas berhubungan langsung dengan permukaan; akuifer tertekan diapit lapisan kedap, sehingga airnya bertekanan dan kurang mudah tercemar dari permukaan (nilai literatur umum).

Buku yang sama mendefinisikan sumur dangkal sebagai sumur yang kedalamannya kurang dari sekitar 30 m. Di Indonesia, sumur gali dan sumur pantek biasanya mengambil akuifer bebas yang dangkal, sedangkan sumur bor dalam untuk hotel dan laundry sering mengambil akuifer tertekan. Bahan kuliah sistem plumbing gedung bertingkat dalam narasi Fluida memberi contoh gedung yang sumber air bersihnya berasal dari sumur dalam.

Air tanah bukan sumber tak terbatas. Pengambilan berlebih di kawasan padat menurunkan muka air setempat, dan di pesisir dapat menarik air asin ke akuifer (nilai literatur umum). Karena itu pengambilan air tanah memerlukan izin dan sering meteran, sesuai peraturan yang berlaku.

Bagian sumur bor

Buku pegangan operasi instalasi air dalam narasi menyebut sumur sebagai lubang di tanah yang disebut lubang bor. Bagian sumur bor yang perlu dikenali teknisi (nilai literatur umum):

1. Pipa selubung menahan dinding lubang dan menutup lapisan atas yang dapat mencemari.
2. Saringan sumur di depan akuifer meloloskan air dan menahan pasir; celahnya dapat tersumbat kerak, endapan besi, dan lendir bakteri.
3. Kerikil pembalut di antara saringan dan dinding lubang membantu menahan pasir halus.
4. Penyekat semen di bagian atas antara selubung dan dinding lubang mencegah air permukaan turun ke sumur.
5. Kepala sumur dengan tutup rapat, lubang ukur, dan pipa udara untuk mengukur muka air.

Buku yang sama menyebut alat ukur tekanan dan pipa udara sebagai sarana mengukur muka air sumur. Sumur yang tidak punya lubang ukur memaksa teknisi menebak, seperti di kasus pembuka.

Muka air statis, muka air pemompaan, dan drawdown

Muka air statis adalah kedalaman air di sumur ketika pompa sudah lama berhenti. Muka air pemompaan adalah kedalaman air ketika pompa bekerja pada debit tertentu. Selisihnya adalah drawdown. Buku matematika operator dalam narasi mencatat bahwa drawdown biasanya dinyatakan dalam meter atau kaki, dan bahwa muka air pemompaan ditentukan dengan tali duga.

Ada dua cara mengukur yang umum:

1. Tali duga atau pengukur muka air listrik yang diturunkan lewat lubang ukur sampai menyentuh air.
2. Pipa udara, yaitu pipa kecil yang ujung bawahnya dipasang pada kedalaman yang diketahui di bawah muka air. Udara dipompa sampai tekanannya tidak naik lagi; tekanan itu sama dengan tinggi kolom air di atas ujung pipa:

dengan $d$ kedalaman muka air dari titik acuan, $L$ panjang pipa udara di bawah acuan, dan $p$ tekanan ukur di manometer. Dasar tekanan hidrostatik ini ada di Bab 1 · Fluida & Termal.

Muka air statis dan muka air pemompaan dicatat bersama debit dan waktu, karena keduanya berubah menurut musim dan menurut pemompaan sumur lain di sekitarnya.

Kapasitas jenis dan uji pemompaan

Buku matematika operator dalam narasi mendefinisikan debit sumur per satuan drawdown sebagai kapasitas sumur, yang di sini disebut kapasitas jenis:

dengan $Q$ debit dalam m³/jam dan $s$ drawdown dalam m. Kapasitas jenis adalah tanda kesehatan sumur yang paling berguna, karena membandingkan sumur dengan dirinya sendiri dari waktu ke waktu:

1. Muka air statis turun, kapasitas jenis tetap: akuifernya yang menurun, misalnya karena musim kemarau atau pengambilan di sekitar.
2. Muka air statis tetap, kapasitas jenis turun: sumurnya yang tersumbat, biasanya saringan dan kerikil pembalut, seperti di kasus pembuka.
3. Keduanya tetap, debit turun: pompanya yang aus atau ada kebocoran di pipa naik.

Uji pemompaan dilakukan saat sumur baru selesai dan sesudah rehabilitasi: pompa dijalankan pada debit tetap, muka air dicatat pada selang waktu tertentu sampai stabil, lalu kenaikan kembalinya dicatat sesudah pompa berhenti. Buku matematika operator dalam narasi memuat soal-soal uji pemompaan, termasuk tangki yang kosong sebelum uji dimulai. Hasil uji menentukan debit aman sumur, dan itulah batas debit pompa, bukan kapasitas pompa yang tersedia di toko.

Pompa sumur

Buku plumbing praktis dalam narasi Fluida mencatat bahwa pompa sumur dalam dirancang terutama untuk memompa air dari sumur dalam dan berbentuk panjang dan ramping, dan buku dasar mekanika fluida menyebut pompa aksial banyak dipakai di sumur dalam. Jenis yang umum di gedung (nilai literatur umum):

1. Pompa celup: motor dan pompa bertingkat di dalam sumur, didinginkan oleh air yang mengalir melewati motor.
2. Pompa turbin vertikal: motor di permukaan, poros panjang ke mangkuk pompa di dalam sumur. Buku matematika operator dalam narasi menghitung daya lapangan pompa turbin sumur dalam dan mencatat bahwa efisiensi mangkuk pompa turbin vertikal mudah ditentukan dari kurva kinerja pabrik.
3. Pompa jet: untuk sumur dangkal, dengan daya isap yang terbatas.

Head pompa sumur dihitung dari muka air pemompaan, bukan dari muka air statis:

dengan $d_\text{pompa}$ kedalaman muka air pemompaan, $z$ tinggi titik keluar di atas tanah, $h_f$ rugi gesek, dan $p_\text{keluar}$ tekanan yang dibutuhkan di ujung. Buku matematika operator dalam narasi juga menjelaskan efisiensi kawat ke air, yaitu perbandingan daya air terhadap daya listrik yang masuk ke motor.

Kesalahan di kasus pembuka adalah memasang pompa yang lebih besar dari debit aman sumur. Pompa yang lebih besar menurunkan muka air pemompaan lebih dalam, sampai air turun ke dekat lubang isap dan pengaman kerja kering bekerja. Pompa dipasang dengan lubang isap di bawah muka air pemompaan terdalam yang diperkirakan, ditambah cadangan untuk penurunan musiman, tetapi di atas saringan bila pabrik mensyaratkan aliran pendingin melewati motor. Perawatan pompa dan pengaman motornya mengikuti Bab 12 · Fluida & Termal dan Bab 76 · Kelistrikan & Kendali.

Tangki tekan dan tangki simpan

Buku plumbing praktis dalam narasi Fluida mendefinisikan tangki tekan sebagai wadah baja silinder tertutup yang menyimpan air bertekanan. Tangki tekan mengurangi jumlah start pompa; tangki simpan di atas tanah atau tangki atap memungkinkan pompa sumur bekerja pada debit amannya selama berjam-jam, sementara pemakaian puncak dilayani tangki. Untuk laundry dengan pengisian mesin yang serentak, tangki simpan lebih penting daripada pompa sumur yang besar. Ukuran tangki tekan, pita tekanan, dan zona tekanan gedung dibahas di Bab 9 · Bangunan & Fasilitas dan Bab 5 · Bangunan & Fasilitas.

Mutu air tanah

Buku pegangan penukar ion dalam narasi mencatat bahwa air tanah tinggi zat padat terlarut, kesadahan, alkalinitas, dan silika, dan bahwa besi di air tanah sebagian besar berupa ferro bikarbonat. Buku matematika operator sistem air memuat instalasi yang dirancang untuk menyisihkan besi. Masalah mutu air tanah yang sering dijumpai di gedung dan laundry (nilai literatur umum):

1. Besi dan mangan: air jernih saat keluar, lalu menguning atau menghitam setelah terkena udara, dan menodai linen; pengolahannya di Bab 20 dan dampaknya pada laundry di Bab 4 · Laundry.
2. Kesadahan: kerak di pemanas dan mesin; pelunak di Bab 21.
3. Hidrogen sulfida: bau telur busuk, korosif terhadap tembaga.
4. Bakteri besi: lendir cokelat yang menyumbat saringan sumur dan pipa.
5. Pencemaran dari permukaan: bakteri, nitrat, dan deterjen dari tangki septik dan saluran yang terlalu dekat, terutama pada sumur dangkal.
6. Air payau di pesisir: daya hantar listrik naik dari tahun ke tahun.

Air sumur diuji saat sumur baru dibuat, sesudah perbaikan, dan berkala menurut parameter yang wajib. Pengujian mikroba air ada di Bab 6 · Biologi & Mikrobiologi, dan parameter mutu air di Bab 1.

Disinfeksi dan perlindungan sumur

Sumur baru dan sumur yang baru diperbaiki didisinfeksi, karena pompa, pipa, dan peralatan bor membawa bakteri. Buku matematika operator dalam narasi memuat soal disinfeksi sumur baru dengan klorin. Volume air di sumur dihitung dari diameter selubung dan tinggi kolom air, dosis dan waktu kontak mengikuti pedoman yang berlaku, lalu sumur dipompa sampai sisa klor turun sebelum air dipakai. Dasar dosis klor ada di Bab 26.

Perlindungan sumur bertumpu pada penyekat atas yang rapat, kepala sumur yang lebih tinggi dari genangan banjir, tutup yang terkunci, dan jarak yang cukup dari tangki septik, sumur resapan, dan tempat bahan kimia menurut pedoman yang berlaku. Buku pegangan operasi instalasi air dalam narasi memuat pertanyaan survei lokasi seperti apakah ada pabrik pestisida atau plastik di dekat lokasi sumur. Buku yang sama mengingatkan bahwa membuat sumur baru kadang lebih murah daripada memperbaiki sumur lama, sehingga rehabilitasi dinilai dari biaya dan hasil yang diharapkan.

Sumur gali adalah ruang terbatas. Gas karbon dioksida dan kekurangan oksigen di sumur gali telah menewaskan orang yang turun untuk memperbaiki pompa; masuk ke sumur gali mengikuti Bab 11 · Keselamatan.

Pemeliharaan dan diagnosis

Catatan bulanan yang sederhana mencegah sebagian besar kebingungan di kasus pembuka (nilai literatur umum):

1. Muka air statis sebelum pompa pertama hidup di pagi hari.
2. Muka air pemompaan sesudah pompa bekerja tetap paling sedikit satu jam.
3. Debit dari meteran, tekanan keluar, dan arus motor.
4. Kekeruhan, bau, daya hantar listrik, dan pasir di saringan.

Gejala dan arah pemeriksaannya:

1. Debit turun dan arus motor turun: pompa aus atau pipa naik bocor.
2. Debit turun, muka air pemompaan makin dalam, statis tetap: saringan tersumbat; rehabilitasi oleh pelaksana sumur.
3. Pompa berhenti oleh pengaman kerja kering pada jam tertentu: debit pompa melebihi debit aman, atau sumur tetangga memompa bersamaan.
4. Pasir di air: saringan rusak atau debit terlalu besar.
5. Air berubah warna setelah hujan: penyekat atas bocor atau sumur dangkal tercemar permukaan.

Contoh kerja

Contoh 1: muka air dengan pipa udara. Pipa udara sepanjang 60 m di bawah acuan menunjukkan 1,8 bar saat pompa mati. Tinggi kolom air $1{,}8 \times 10^5/(1.000 \times 9{,}81) = 18{,}3$ m, sehingga muka air statis $60 - 18{,}3 = 41{,}7$ m. Saat pompa bekerja, manometer turun ke 1,2 bar, yaitu 12,2 m, sehingga muka air pemompaan $60 - 12{,}2 = 47{,}8$ m dan drawdown sekitar 6,1 m.

Contoh 2: kapasitas jenis yang turun. Saat baru, $6/6{,}1 = 0{,}98$ m³/jam per m. Dua tahun kemudian debit 4 m³/jam dengan muka air statis 43 m dan muka air pemompaan 52 m, drawdown 9 m, sehingga kapasitas jenis $4/9 = 0{,}44$ m³/jam per m. Kapasitas jenis turun lebih dari separuh, sedangkan muka air statis hanya turun 1,3 m: sumurnya tersumbat, bukan akuifernya yang habis.

Contoh 3: head pompa sumur. Muka air pemompaan 52 m, pipa keluar ke tangki 3 m di atas tanah, dan rugi gesek 4 m memberi head sekitar $52 + 3 + 4 = 59$ m. Memakai muka air statis 43 m akan meremehkan head sekitar 9 m.

Contoh 4: daya pompa. Debit 6 m³/jam, yaitu 0,00167 m³/s, dengan head 59 m memberi daya air $1.000 \times 9{,}81 \times 0{,}00167 \times 59 = 965$ W. Dengan efisiensi kawat ke air 0,45 (angka latihan), daya listrik sekitar $965/0{,}45 = 2.140$ W.

Contoh 5: jam pompa dan debit aman. Laundry memakai 60 m³/hari. Dengan debit 4 m³/jam pompa bekerja $60/4 = 15$ jam; bila debit aman hasil uji hanya 3 m³/jam, pompa harus bekerja $60/3 = 20$ jam, sehingga tangki simpan, pengurangan pemakaian seperti di Bab 24, atau sumur kedua perlu dipertimbangkan.

Contoh 6: volume air untuk disinfeksi sumur. Selubung berdiameter 150 mm dengan kolom air dari muka air statis 42 m sampai dasar 80 m, yaitu 38 m, berisi $\pi/4 \times 0{,}15^2 \times 38 = 0{,}67$ m³. Pada dosis 50 mg/L (angka latihan; nilai yang berlaku dari pedoman), diperlukan $0{,}67 \times 50 = 33{,}6$ g klorin, atau sekitar 0,34 L larutan berklorin tersedia 100 g/L.

Contoh 7: tangki tekan. Pompa 100 L/menit dengan batas 10 start per jam (angka latihan dari pabrik) memiliki waktu siklus 6 menit. Volume tarik minimum untuk kasus terburuk, yaitu ketika pemakaian sama dengan separuh debit pompa, adalah $100 \times 6/4 = 150$ L. Dengan pita tekanan 2 sampai 3,5 bar ukur, atau 3 sampai 4,5 bar mutlak, faktor tariknya $(4{,}5 - 3)/4{,}5 = 0{,}33$, sehingga volume total tangki sekitar $150/0{,}33 = 450$ L.

Contoh 8: besi dan kebutuhan klor. Air sumur mengandung besi 1,5 mg/L. Dengan kebutuhan sekitar 0,64 mg klorin per mg besi seperti di Bab 20, oksidasi besi saja menghabiskan sekitar $1{,}5 \times 0{,}64 = 0{,}96$ mg/L klorin sebelum tersisa klor untuk disinfeksi.

Contoh 9: tanda air payau. Daya hantar listrik air sumur naik dari 500 menjadi 1.200 µS/cm dalam tiga tahun. Dengan faktor sekitar 0,65 (nilai literatur umum), zat padat terlarut naik dari sekitar 325 menjadi 780 mg/L. Kenaikan terus-menerus di sumur pesisir menunjuk intrusi air asin, dan pemompaan perlu dikurangi sebelum sumur menjadi payau.

Kondisi berhenti

Hentikan pekerjaan dan serahkan kepada orang berwenang bila:

1. Seseorang harus turun ke sumur gali atau bak pompa tanpa prosedur ruang terbatas, seperti di Bab 11 · Keselamatan.
2. Pompa celup harus diangkat dengan kabel listrik yang belum diisolasi, atau tanpa alat angkat yang sesuai beban pipa dan pompa.
3. Air sumur gagal uji bakteri atau berbau bahan kimia; pemakaian untuk minum dan dapur dihentikan menurut prosedur.
4. Pasir keluar terus-menerus atau tanah di sekitar kepala sumur amblas.
5. Pengeboran baru, pendalaman, atau rehabilitasi sumur diminta tanpa pelaksana dan izin yang berlaku.

Salah tafsir yang sering terjadi

1. "Debit turun, ganti pompa yang lebih besar." Pompa yang lebih besar dari debit aman menurunkan muka air sampai pompa kering.
2. "Head pompa sumur dihitung dari muka air statis." Yang menentukan adalah muka air pemompaan.
3. "Air sumur dalam pasti bersih." Penyekat atas yang bocor dan sumber pencemar di dekatnya dapat mencemarinya.
4. "Air jernih berarti bebas besi." Besi ferro terlarut baru tampak setelah teroksidasi.
5. "Kapasitas jenis tidak perlu diukur bila pompa masih hidup." Penurunannya memberi peringatan bertahun-tahun sebelum sumur gagal.
6. "Sumur gali aman dimasuki karena terbuka di atas." Gas dan kekurangan oksigen berkumpul di dasarnya.

Hubungan dengan bab lain

Bab 1 · Fluida & Termal menjelaskan tekanan hidrostatik, Bab 5 · Bangunan & Fasilitas dan Bab 9 · Bangunan & Fasilitas sistem air dan pompa gedung, Bab 12 · Fluida & Termal perawatan pompa, Bab 20, Bab 21, dan Bab 26 pengolahan air sumur, Bab 4 · Laundry dan Bab 1 mutu air, Bab 24 daur ulang, Bab 76 · Kelistrikan & Kendali kerja listrik, Bab 11 · Keselamatan ruang terbatas, dan Bab 6 · Biologi & Mikrobiologi pengujian mikroba.

Latihan dan pembahasan

1. Pipa udara 50 m di bawah acuan menunjukkan 1,5 bar. Berapa kedalaman muka air?
2. Sumur memberi 5 m³/jam dengan drawdown 8 m. Berapa kapasitas jenisnya?
3. Muka air statis 30 m, muka air pemompaan 38 m, titik keluar 4 m di atas tanah, dan rugi gesek 3 m. Berapa head pompa?
4. Selubung 100 mm dengan kolom air 25 m. Berapa volume air, dan berapa gram klorin untuk dosis 50 mg/L?
5. Kapasitas jenis sebuah sumur turun separuh dalam dua tahun, sedangkan muka air statis hampir tetap. Apa artinya dan apa tindakannya?
6. Mengapa pompa yang lebih besar justru lebih sering berhenti oleh pengaman kerja kering?

Kunci jawaban beralasan

1. $50 - 1{,}5 \times 10^5/(1.000 \times 9{,}81) = 50 - 15{,}3 = 34{,}7$ m.
2. $5/8 = 0{,}63$ m³/jam per m drawdown; angka ini dicatat sebagai pembanding untuk pengukuran berikutnya.
3. Head dihitung dari muka air pemompaan: $38 + 4 + 3 = 45$ m.
4. $\pi/4 \times 0{,}1^2 \times 25 = 0{,}196$ m³, yaitu sekitar 196 L, dan klorinnya $0{,}196 \times 50 = 9{,}8$ g.
5. Sumurnya tersumbat, biasanya saringan dan kerikil pembalut oleh kerak, endapan besi, atau bakteri besi. Tindakannya adalah uji pemompaan untuk memastikan, lalu rehabilitasi oleh pelaksana sumur, bukan mengganti pompa.
6. Pompa besar mengambil air lebih cepat dari kemampuan sumur, sehingga drawdown bertambah sampai muka air turun ke dekat lubang isap; pompa harus disesuaikan dengan debit aman.

Referensi