Siklus Hidrologi

Air merupakan salah satu senyawa kimia yang terdapat di alam secara berlimpah-limpah. Namun, ketersediaan air yang memenuhi syarat bagi keperluan manusia relatif sedikit karena dibatasi oleh berbagai faktor. Lebih dari 97% air di muka bumi ini merupakan air laut yang tidak dapat digunakan oleh manusia secara langsung. Dari 3% air yang tersisa, 2% diantaranya tersimpan sebagai gunung es (glacier) di kutub dan uap air, yang juga tidak dapat dimanfaatkan secara langsung. Air yang benar-benar tersedia bagi keperluan manusia hanya 0,62%, meliputi air yang terdapat di danau, sungai, dan air tanah. Jika ditinjau dari segi kualitas, air yang memadai bagi konsumsi manusia hanya 0,003% dari seluruh air yang ada.

Distribusi Air di Bumi

Lokasi	Volume (x 103 km3)	Persentase (%)
1.       Laut	1.320.000 – 1.370.000	97,3
2.       Air Tawar:
a.       Gunung es (glacier)	24.000 – 29.000	2,1
b.      Uap air di atmosfer	13 – 14	0,001
c.       Air tanah hingga kedalaman 4.000 m	4.000 – 8.000	0,6
d.      Uap air di tanah	60 – 80	0,006
e.      Sungai	1,2	0,00009
f.        Danau asin	104	0,007
g.       Danau air tawar	125	0,009

Sumber: Jeffries and Mills, 1996

Total air di bumi (100%)

!

Total air tawar (3%)

!

Air tawar yang tersedia (0,5%)

!

Air tawar dengan kualitas yang memadai bagi konsumsi manusia (0,003%)

(modifikasi Miller, 1992)

Air tawar yang tersedia selalu mengalami siklus hidrologi. Pergantian total (replacement) air sungai berlangsung sekitar 18 – 20 tahun; sedangkan pergantian uap air yang terdapat di atmosfer berlangsung sekitar dua belas hari dan pergantian air tanah dalam (deep groundwater) membutuhkan waktu ratusan tahun (Miller, 1992).

Air tawar yang dapat dikonsumsi tersebar secara tidak merata karena adanya perbedaan curah hujan (presipitasi) tahunan. Wilayah yang kaya akan air terdapat di daerah tropis dan daerah yang memiliki empat musim atau ugahari (temperate), sedangkan wilayah yang miskin air terdapat di daerah kering (arid dan semi-arid).

Siklus hidrologi air tergantung pada proses evaporasi dan presipitasi. Air yang terdapat di permukaan bumi berubah menjadi uap di lapisan atmosfer melalui proses evaporasi (penguapan) air sungai, danau, dan laut; serta proses evapotranspirasi atau penguapan air oleh tanaman. Uap air bergerak ke atas hingga membentuk awan yang dapat berpindah karena tiupan angin. Ruang udara yang mendapat akumulasi uap air secara kontinu akan menjadi jenuh. Oleh pengaruh udara dingin pada lapisan atmosfer, uap air tersebut mengalami sublimasi sehingga butiran-butiran uap air membesar dan akhirnya jatuh sebagai hujan. Zat yang bersifat higroskopis (menyerap air) dapat mempercepat integrasi pengikatan molekul uap air menjadi air. Pada pembuatan hujan buatan dilakukan penambahan zat yang bersifat higroskopis terhadap awan (NaCl atau urea).

 

Keterangan: Evaporasi air tawar dan air laut sekitar 30%

Siklus hidrologi yang melibatkan evaporasi, evapotranspirasi, kondensasi, dan presipitasi (Peavy et al., 1985)

Proses evaporasi yang berlangsung di laut lebih banyak daripada proses evaporasi di perairan daratan. Di laut, proses evaporasi juga melebihi proses presipitasi sehingga lautan merupakan sumber utama bagi proses presipitasi. Sebaliknya, di daratan proses presipitasi lebih banyak daripada evaporasi. Di daratan sekitar 50% air yang diperoleh melalui presipitasi akan mengalami evaporasi; dan sisanya tersimpan di danau, sungai, maupun sebagai air tanah. Air yang melalui proses evaporasi dan presipitasi air di bumi memiliki keadaan setimbang.

Air yang jatuh sebagai hujan tidak semuanya dapat mencapai permukaan tanah; sebagian tertahan oleh vegetasi dan bangunan. Sebagian air yang mecapai permukaan tanah akan masuk ke dalam tanah dan menjadi air tanah melalui proses infiltrasi; sebagian lagi mengalir ke badan air sebagai air permukaan.

Proses Evaporasi dan Presipitasi di Darat dan Laut

Keberadaan Air	Laut (km3/tahun)	Darat (km3/tahun)	Laut dan Darat (km3/tahun)
Presipitasi (hujan)	324.000	99.000	423.000
Evaporasi (penguapan air)	361.000	62.000	423.000
Limpasan (run off)	37.000	-37.000	0

Sumber: Rao, 1991

 Kuantitas air yang mampu diserap oleh tanah sangat tergantung pada kondisi fisik tanah, misalnya bobot isi (bobot tanah tiap satuan volume tanah), permeabilitas (daya tanah melalukan air), infiltrasi (daya tanah meresapkan air), porositas (jumlah volume udara yang terkandung dalam tanah), dan struktur tanah (bentukan hasil penyusunan butiran-butiran tanah). Sebelum mencapai jenuh, air masih dapat diserap oleh tanah. Jika telah melebihi kejenuhan, air hujan yang jatuh ke permukaan tanah akan dialirkan sebagai limpasan permukaan (surface run off) ke badan air. Air yang masuk ke dalam tanah akan mengalami akifer.

Pustaka: Effendi.Telaah Kualitas Air; Thanks (foto): Ludvi+mama

Karakteristik Air

Air menutupi sekitar 70% permukaan bumi, dengan jumlah sekitar 1.368 juta km³ (Angel dan Wolseley, 1992). Air terdapat dalam berbagai bentuk, misalnya uap air, es, cairan, dan salju. Air tawar terutama terdapat di sungai, danau, air tanah (ground water), dan gunung es (glacier). Semua badan air di daratan dihubungkan dengan laut dan atmosfer melalui siklus hidrologi yang berlangsung secara kontinu.

Sifat Air

Air memiliki karakteristik yang khas yang tidak dimiliki oleh senyawa kimia yang lain. Karakteristik tersebut adalah sebagai berikut (Dugan, 1972; Hutchinson, 1975; Miller, 1992).

1.       Pada kisaran suhu yang sesuai bagi kehidupan, yakni 0^o C (32^o F) – 100^o C, air berwujud cair. Suhu 0^o C merupakan titik beku (freezing point) dan suhu 100^o C merupakan titik didih (boiling point) air. Tanpa sifat tersebut, air yang terdapat di dalam jaringan tubuh makhluk hidup maupun air yang terdapat di laut, sungai, danau, dan badan air yang lain akan berada dalam bentuk gas atau padatan; sehingga tidak akan terdapat kehidupan di muka bumi ini, karena sekitar 60% - 90% bagian sel makhluk hidup adalah air (Pecl, 1990).

2.       Perubahan suhu air berlangsung lambat sehingga air memiliki sifat sebagai penyimpan panas yang sangat baik. Sifat ini memungkinkan air tidak menjadi panas atau dingin dalam seketika. Perubahan suhu air yang lambat mencegah terjadinya stress pada makhluk hidup karena adanya perubahan suhu yang mendadak dan memelihara suhu bumi agar sesuai bagi makhluk hidup. Sifat ini juga menyebabkan air sangat baik digunakan sebagai pendingin mesin.

3.       Air memerlukan panas yang tinggi dalam proses penguapan. Penguapan (evaporasi) adalah proses perubahan air menjadi uap air. Proses ini memerlukan energi panas dalam jumlah yang besar. Sebaliknya, proses perubahan uap air menjadi cairan (kondensasi) melepaskan energi panas yang besar. Pelepasan energi ini merupakan salah satu penyebab mengapa kita merasa sejuk pada saat berkeringat. Sifat ini juga merupakan salah satu factor utama yang menyebabkan terjadinya penyebaran panas secara baik di bumi.

4.       Air merupakan pelarut yang baik. Air mampu melarutkan berbagai jenis senyawa kimia. Air hujan mengandung senyawa kimia dalam jumlah yang sangat sedikit, sedangkan air laut dapat mengandung senyawa kimia hingga 35.000 mg/liter (Tebbut, 1992). Sifat ini memungkinkan unsure hara (nutrien) terlarut diangkut ke seluruh jaringan tubuh makhluk hidup dan memungkinkan bahan-bahan toksik yang masuk ke dalam jaringan tubuh makhluk hidup dilarutkan untuk dikeluarkan kembali. Sifat ini juga memungkinkan air digunakan sebagai pencuci yang baik dan pengencer bahan pencemar (polutan) yang masuk ke badan air.

5.       Air memiliki tegangan permukaan yang tinggi. Suatu cairan dikatakan memiliki tegangan permukaan yang tinggi jika tekanan antar-molekul cairan tersebut tinggi. Tegangan permukaan yang tinggi menyebabkan air memiliki sifat membasahi suatu bahan secara baik (higher wetting ability). Tegangan permukaan yang tinggi juga memungkinkan terjadinya system kapiler, yaitu kemampuan utnuk bergerak dalam pipa kapiler (pipa dengan lubang yang kecil). Dengan adanya system kapiler dan sifat sebagai pelarut yang baik, air dapat membawa nutrient dari dalam tanah ke jaringan tumbuhan (akar, batang, dan daun). Adanya tegangan permukaan memungkinkan beberapa organisme, misalnya jenis-jenis insekta, dapat merayap di permukaan air.

6.       Air merupakan satu-satunya senyawa yang merenggang ketika membeku. Pada saat membeku, air merenggang sehingga es memiliki nilai densitas (massa/volume) yang lebih rendah daripada air. Dengan demikian, es akan mengapung di air. Sifat ini mengakibatkan danau-danau di daerah yang beriklim dingin hanya membeku pada bagian permukaan (bagian di bawah permukaan masih berupa cairan) sehingga kehidupan organism akuatik tetap berlangsung. Sifat ini juga dapat mengakibatkan pecahnya pipa air pada saat air di dalam pipa membeku. Densitas (berat jenis) air maksimum sebesar 1 g/cm³ terjadi pada suhu 3,95^o C. Pada suhu lebih besar maupun lebih kecil dari 3,95^o C, densitas air lebih kecil dari satu (Moss, 1993; Tebbut, 1992).

Pustaka. Effendi Hefni, Telaah Kualitas Air
Thanks foto: Hikmah+Ludvi

Air

Air merupakan sumber daya alam yang diperlukan untuk hajat hidup orang banyak, bahkan oleh semua makhluk hidup. Oleh karena itu, sumber daya air harus dilindungi agar tetap daat dimanfaatkan dengan baik oleh manusia serta makhluk hidup yang lain. Pemanfaatan air untuk berbagai kepentingan harus dilakukan secara bijaksana, dengan memperhitungkan kepentingan generasi sekarang maupun generasi mendatang. Aspek penghematan dan pelestarian sumber daya air harus ditanamkan pada segenap pengguna air.

Saat ini, masalah utama yang dihadapi oleh sumber daya air meliputi kuantitas air yang sudah tidak mampu memenuhi kebutuhan yang terus menerus meningkat dan kualitas air untuk keperluan domestik yang semakin menurun. Kegiatan industr, domestik, dan kegiatan lain berdampak negatif terhadap sumber daya air, antara lain menyebabkan penurunan kualitas air.  Kondisi ini dapat menimbulkan gangguan, kerusakan, dan bahaya bagi semua makhluk hidup yang bergantung pada sumber daya air. Oleh karena itu, diperlukan pengelolaan dan perlindungan sumber daya air secara seksama.

Pengelolaan sumber daya air sangat penting agar dapat dimanfaatkan secara berkelanjutan dengan tingkat mutu yang diinginkan. Salah satu langkah pengelolaan yang dilakukan adalah pemantauan dan interpretasi data kualitas air, mencakup kualitas fisika, kimia, dan biologi. Namun, sebelum melangkah pada tahap pengelolaan, diperlukan pemahaman yang baik tentang terminologi, karakteristik, dan interkoneksi parameter-parameter kualitas air.

Peratutan Pemerintah Republik Indonesia No. 20 tahun 1990 tentang Pengendalian Pencemaran Air mendefinisikan beberapa peristilahan sebagai berikut.

1.       Air meliputi semua air yang terdapat di dalam dan atau berasal dari sumber air yang terdapat di atas permukaan tanah. Air yang terdapat di bawah permukaan tanah dan air laut tidak termasuk dalam pengertian ini.

2.       Kualitas air yaitu sifat air dan kandungan makhluk hidup, zat energi, atau komponen lain di dalam air. Kualtas air dinyatakan dengan beberapa parameter (fisika = suhu, kekeruhan, padatan terlarut, dan sebagainya; kimia = pH, oksigen terlarut, BOD, kadar logam, dan sebagainya; biologi = keberadaan plankton, bakteri, dan sebagainya).

3.       Pencemaran air yaitu masuk atau dimasukkannya makhluk hidup, zat, energi, dan atau komponen lain ke dalam air oleh kegiatan manusia  sehingga kualitas air menurun sampai ke tingkat tertentu yang menyebabkan tidak lagi berfungsi sesuai peruntukannya.

4.       Baku mutu air yaitu batas atau kadar makhluk hidup, zat, energi, atau komponen lain yang ada atau harus ada dan atau unsur pencemar yang dapat ditenggang dalam sumber air tertentu, sesuai dengan peruntukannya.

5.       Baku mutu limbah cair yaitu batas kadar dan jumlah unsur pencemar yang dapat ditenggang keberadaannya di dalam limbah cair dari suatu kegiatan tertentu yang akan dibuang.

6.       Beban pencemaran yaitu jumlah suatu parameter pencemaran yang terkandung dalam sejumlah air atau limbah.

7.       Daya tampung beban pencemaran yaitu kemampuan air dalam sumber air untuk menerima beban pencemaran limbah tanpa mengakibatkan penurunan kualitas air sehingga melewati baku mutu air yang ditetapkan sesuai dengan peruntukannya.

8.       Pengendalian yaitu upaya pencegahan dan atau penanggulangan dan atau pemulihan.

Pustaka: Telaah Kualitas Air,,pak Hefni nie...
foto: me n my friend