Akuifer adalah lapisan air di bawah tanah yang terdiri dari batuan berpori yang mudah dilalui air atau bahan-bahan lain seperti kerikil, pasir dan lumpur. Lapisan air tersebut yang merupakan sumber air pada sumur bor yang bisa dimanfaatkan untuk kebutuhan sehari-hari. Studi mengenai aliran air dalam akuifer dan karakteristiknya disebut dengan hidrogeologi. Istilah lain yang berhubungan adalah akuitard yang merupakan lapisan yang memiliki permeabilitas rendah (susah dilewati air) di sepanjang akuifer dan istilah lain yang terkait adalah akuiklud (aquiklud) yang merupakan lapisan padat dan kedap air yang terletak di dasar dan di atas akuifer. Jika area kedap air menutupi akuifer, maka bisa menjadikannya akuifer tertekan

Kedalaman akuifer

Akuifer terletak di berbagai kedalaman. Akuifer yang terletak dekat kepermukaan cenderung digunakan sebagai sumber air sumur dangkal (sumur galian) dan sumur irigasi. Akuifer ini cenderug diisi oleh resapan air hujan. Beberapa daerah gurun yang merupakan daerah perbukitan kapur atau pegunungan, memiliki akuifer dangkal, sehingga dapat dimanfaatkan sebagai sumber daya air tanah. Contohnya di Pegunungan Atlas di Afrika utara, Lebanon, Suriah, Israel, Jebel Akhdar di Oman, Sierra Nevada, memiliki akuifer dangkal yang sudah dieksploitasi sebagai sumber air. Over eksploitasi dapat menyebabkan kekurangan pasokain air; karena lebih banyak air yang keluar (dimanfaatkan) daripada pengisian ulangnya (oleh air hujan). Di sepanjang garis pantai di negara-negara tertentu seperti Libya dan Israel, pertumbuhan penduduknya telah berdampak pada penggunaan air yang berlebihan, sehingga menyebabkan penurunan muka air dan terjadi kontaminasi pada air tanah yang menjadi asin karena adanya intrusi air laut.

Pantai menjadi model terbaik untuk memvisualisasikan akuifer. Jika lubang digali pada pasir pantai, tentu saja pasir akan sangat basar atau jenuh dan teletak pada kedalaman yang dangkal. Lubang mewakili sumur, sedangkan pasir basah mewakili akuifer, dan level air yang naik pada lubang mewakili muka air.

Klasifikasi Akuifer

Gambar berikut menunjukkan arah aliran air dari sistem aliran akuifer bebas (unconfined aquifer). Sistem tersebut menunjukkan dua akuifer dalam satu akuitard (membatasi atau lapisan kedap), di antara ke dua akuifer tersebut dikelilingi batuan dasar akuiklud yang berhubungan dengan arah aliran. Muka air dan zona jenuh juga diilustrasikan. Akuitard adalah zona di dalam bumi yang menjadi pembatas aliran air tanah dari akuifer-akuifer yang ada. Akuitard ada ada yang permeabel (mudah ditembus air) ada juga yang kedap air (disebut dengan akuiklud). Akuitard kedap air terdiri dari lapisan tanah liat atau batu yang tidak ber pori.

Akuifer Jenuh vs akuifer takjenuh

Air tanah dapat ditemukan hampir di setiap titik di bawah permukaan bumi. Lapisan bumi dapat dibagi menjadi dua daerah zona,; zona jenuh merupakan zona dimana semua ruangan (pori-pori batuan, kerikil, pasir) terisi dengan air. Zona jenuh disebut juga dengan zona vadose, dimana masih terdapat banyak ruang (pori-pori) yang bisa diisi dengan lebih banyak air.

Akuifer jenuh berarti memiliki tekanan permukaan yang lebih besar dari pada tekanan atmosfer (atau memiliki ukuran tekanan > 0). Sedangkan muka air adalah permukaan dimana tekanan permukaan sama dengan tekanan atmosfer).

Kondisi tak jenuh di atas muka air terjadi dimana tekanan permukaan negatif (tekanan mutlak tidak pernah bisa negatif, tapi ukuran tekanan bisa menunjukkan negatif) dan air belum sepenuhnya mengisi pori-pori akuifer di hisap. Kadar air tak jenuh berarti zona tekanan permukaan dipengaruhi oleh tekanan kapiler dan menyebabkan zona jenuh di atas permukaan naik di atas muka air (dengan ukuran tekanan nol isobar) karena tekanannya lebih kecil daripada tekanan atmosfer. Ini disebut dengan tegangan saturasi dan ini tidak sama dengan saturasi pada air. Air pada tepi kapiler menurun seiring dengan meningkatnya jarak dari permukaan. Kepala kapilier tergantung pada ukuran pori-pori yang sangat kecil. Kenaikan kapiler secara normal pada tanah liat adalah kurang dari 1.80 m ( 6 kaki ) tetapi juga dapat berkisar antara 0,3, sampai dengan 10m ( 1 – 30 kaki).

Kenaikan kapiler dalam tabung berdiameter kecil merupakan proses yang sama secara fisik. Muka air adalah level ketinggian air yang akan naik dalam pipa berdiameter besar (misalnya sebuah sumur) yang kemudian turun ke akuifer dan juga terbuka ke atmosfer.

Akuifer VS Akuitard

Akuifer biasanya daerah jenuh di dasar permukaan yang menghasilkan air secara ekonomis misalnya sumur atau mata air (Bahan daerah jenuh tersebut misalnya pasir dan kerikil atau retakan batuan dasar yang merupakan bahan akuifer yang bagus). Para ahli sumur bor akan selalu berusaha untuk menjangkau akuifer agar air yang tersedia pada sumur selalu dalam jumlah yang cukup.

Sebuah akuitar adalah zona di dalam bumi yang membatasi atau menjadi pembatas aliran air tanah dari akuifer yang satu dengan yang lain. Sebuah akuitar yang sangat kedap air disebut dengan akiklud atau aquifuge. Akuitard terdiri dari lapisan seperti tanah liat atau batuan non berpori dengan konduktifitas hidrolik yang rendah (konduktivitas berarti kemampuan tanah atau batuan untuk melewatkan atau dilewati air).

Pada daerah pegunungan (atau dekat sungai di daerah pegunungan), akuifer biasanya berupa endapan aluvial yang sebagian besar terdiri dari lapisan horisontal yang tersimpan karena adanya proses air atau aliran air (sungai dan danau), yang pada penampang (cek pada potongan 2 dimensi akuifer) akan kelihatan lapisan dengan bahan kasar dan halus yang berselang-seling . Bahan-bahan yang kasar, karena dibutuhkan energi yang besar agar mereka berpindah, banyak ditemukan di dekan sumber (dekat pegunungan atau sungai), sedangkan bahan halus cenderung ditemukan jauh dari sumber ( ke bagian datar dari cekungan). Disebabkan adanya kekurangan bahan halus di dekat sumber, sehingga daerah tersebut merupakan tempat dari akuifer tak terbatas (kadang-kadang juga disebut sebagai daerah “forebay”).

Akuifer Tertekan vs Bebas

Terdapat dua jenis akuifer yaitu akuifer tertekan dan Bebas (semi terbatas berada di antara keduanya). Akuifer bebas kadang-kadang juga disebut sebagai muka air atau muka air akuifer(akuifer freatik), yang batas atasnya adalah muka air atau freatik permukaan). Biasanya (tetapi tidak selalu) akuifer terdangkal pada lokasi tertentu merupakan akuifer bebas, yang berarti tidak memilki pembatas (akuitar atau akuiklud) antara akuifer tesebut dengan permukaan. Istilah “bertengger” mengacu pada air tanah yang terakumulasi diatas satuan atau bahan dengan tingkat permeabilitas rendah seperti halnya tanah liat. Istilah tersebut umumnya digunakan untuk merujuk pada area kecil dari air tanah yang berada pada ketinggian yang lebih tinggi dari pada akuifer yang luas. Pebedaar antara akuifer yang bertengger dan akuifet tidak terbatas adalah ukuranya (akuifer bertengger lebih kecil daripada akuifer bebas).

Jika perbedaan antara akuifer tertekan dan bebas tidak jelas secara geologis (misalnya, jika tidak dikethui jika ada lapisan pembatas, atau jika tinjauan geologisnya lebih kompleks, misalnya keretakan batuan dasar), maka nilai storativity (storativity didefinisikan sebagai volume air yang dilepaskan dari akuifer per satuan luas permukaan akifer dan per unit penurunan kepala hidrolik) dari tes akuifer dapat digunakan untuk menentukan (meskipun tes akuifer pada akuifer bebas harus ditafsirkan berbeda dengan akufer terbatas). Akuifer tertekan memiliki tingkat storativity yang sangat rendah nilainya (jauh lebih kecil dari 0,01 dan bahkan nilainya hampir 10−5), ini berarti bahwa akuifer meyimpan air menggunakan mekanisme matrik ekspansi akuifer dan kompresibilitas air yang biasanya jumlah keduanya cukup kecil. Akuifer bebas memiliki nilai storativity lebih besar dai 0.01 (1% dari volume massa). Nilai tersebut artinya, akuifer bebas melepaskan air dari penyimpanan dengan mekanisme yang benar-benar menguras pori-pori akuifer, dan mengeluarkan air dalam jumlah yang relatif besar (tergantung dari tingkat pengeringan porositas dari bahan penyusun akuifer atau kadar minimum volumetrik air).

Akuifer Isotropik Vs anisotropik

Pada akuifer isotropik atau lapisan akuifer, konduktivitas hidrolik (K) adalah sama untuk semua aliran, semetara pada kondisi anisotropik hal itu berbeda, terutama pengertian pada secara horisontal (Kh) dan vertikal (Kv).

Akuifer semi tertekan dengan satu atau lebih akuitar bekerja dengan sistem anisotropik, bahkan ketika ada lapisan terpisah yang bersifat isotropik, karena senyawa Kh dan Kv nilainya berbeda (silahkan lihat pada transmissivitas hidrolik dan resistan hidrolik)

Saat menghitung aliran pada saluran air atau aliran sumur pada akuifer, anisotropik lah yang harus diperhitungkan, agar desain sumur bor yg dihasilkan tidak merusak sistem drainase.

Air tanah pada Formasi Bebatuan

Air tanah kemungkinan keberadaannya ada di sungai bawah tanah (misalnya gua dimana air mengalir dengan bebas di bawah tanah). Hal ini bisa terjadi pada daerah pelarutan kapur atau juga dikenal sebagai topografi karst (bentukan rupa bumi yang unik dengan kenampakan atau fenomena khas akibat proses pelarutan dan pengendapan kembali CaCO3 di atas dan di bawah permukaan bumi), yang terjadi hanya di sebagian kecil dari wilayah bumi. Atau gampangnya adalah bahwa rung pori pada batuan dibawah permukaan bumi hanya jenuh dengan air – seperti spons dapur – yang dapat di pompa untuk keperluan pertanian, industri dan perkotaan.

Jika bebatuan dengan tingkat porositas rendah dalam kondisi yang sangat retak, dapat berpengaruh baik terhadap akuifer (aliran melalui celah), diperlukan batu yang memiliki konduktivitas hidrolik yang cukup besar untuk memfasilitasi gerakan air. Porositas merupakan faktor penting, tetapi tidak menentukan kemampuan batu menjadi akuifer. Deccan Traps di India adalah contoh yang baik dari formasi batuan dengan porositas tinggi tetapi memiliki permeabilitas rendah, dengan karakter seperti itu membuat area tersebut miskin akuifer atau memiliki akuifer yang sangat sedikit. Demikian pula oada daerah kapur mikro berpori di daerah Inggris Tenggara, meskipun memilki porositas yang cukup tinggi, dan memiliki butiran permeabilitas rendah, dengan banyak karakteristik yang mendukung untuk menghasilkan air tetapi juga miskin akuifer.

Ketergantungan manusia pada air tanah

Sebagian besar wilayah Bumi memiliki akuifer, yang kadang-kadang berada pada kedalaman yang signifikan.
Akuifer air tawar, terutama yang diisi ulang hanya dari air meteorik (air yang berasal dari curah hujan baik salju atau air hujan termasuk didalamnya air danau, sungai dan es yang mencair), bisa over eksploitasi dan tergantung pada kondisi hidrologi lokal, hal ini bisa saja menarik air yang tidak layak minum atau air asin (intrusi air asin) dari akuifer yang terhubung secara hidraulik atau permukaan badan air. Di beberapa daerah, air tanah bisa terkontaminasi oleh racun mineral, seperti arsenik (lihat kontaminasi arsenik dari tanah)

Akuifer sangat penting bagi tempat tinggal manusia dan ekosistem pertanian. Pada akuifer di daerah kering sudah lama dimanfaatkan sebagai sumber air untuk irigasi. Banyak desa dan bahkan kota-kota besar mengambil pasokan air dari sumur-sumur mereka dari akuifer.

Persediaan air kota, irigasi dan untuk kebutuhan industri disediakan melalui sumur besar. Beberapa sumur untuk pasokan air dalam jumlah besar disebut dengan “wellfields”, yang dapat menarik atau memompa air dari akuifer tertekan dan akuifer bebas. Menggunakan air tanah dari sumber yang sangat dalam atau dari akuifer tertekan bisa memberikan perlindungan yang lebih baik terhadap kontaminasi dari permukaan. Beberapa sumur yang dinamakan “Collector Wells”, secara khusus didesain untk menginduksi infiltrasi air permukaan (biasanya sungai).
Akifer yang menyediakan air tanah segar secara berkelanjutan ke daerah perkotaan dan irigasi pertanian biasanya dekat dengan permukaan tanah (dalam beberapa ratus meter) dan memiliki beberapa titik sumber isi ulang. Sumber isi ulang tersebut biasanya berasal dari sungai atau air meteorik yang meresap terus sampai pada akuifer melalui bahan tak jenuh di atasnya.

Penipisan akuifer telah dikutip dan dibahas sebagai salah satu penyebab krisis pangang di tahun 2011.

Subsidence (amblesan)

Subsidence merupakan turunnya permukaan tanah yang diakibatkan oleh berbagai perubahan yang terjadi dibawah tanah.

Pada endapan akuifer, air tanah dihasilkan dari ruang pori antara partikel kerikil pasir dan lumpur. Jika akuifer dibatasi oleh lapisan dengan tingkat permeabilitas rendah, tekanan air pada pasir dan kerikil berkurang sehingga menyebabkan proses drainase air dari lapisan pembatas menjadi lambat. Jika lapisan-lapisan pembatas terdiri dari lumpur kompresibel atau tanah liat, hilangnya air pada akuifer mengurangi tekana air pada lapisan pembatas, sehingga menyebabkan lapisan pembatas memampatkan bahan-bahan geology diatasnya. Pada kasus yang parah, pemampatan ini bisa diamati di permukaan tanah sebagai subsidence. Sayangnya kebanyakan subsidence yang di ekstrak dari air tanah bersifat permanen (elastisitas kecil). Dengan demikian, subsidence tersebut tidak hanya permanen, tetapi menjadikan akuifer memampat secara permanen dan mengurangi kapasitas untuk menahan air.
Intrusi air asin

Akuifer dekat pantai memiliki lensa air tawar dekat permukaan dan lebih padat air laut dari pada air tawar. Air laut menembus akuifer kemudian menyebar dari lautan dan lebih padat air tawar daripada air laut. Jika terlalu banyak air tanah yang dipompa dekat pantai, air garam bisa menggagu akuifer, dan menyebabkan kontaminasi terhadap supply air tawar yang diminum.

Salinasi

Akuifer di daerah permukaan irigasi di zona semi kering menghadapi resiko salinasi dari penggunaan sumur untuk irigasi karena adanya peresapan air sisa air irigasi di permukaan.

Air irigasi permukaan mengandung garam sebesar 0,5 g/l atau lebih dan kebutuhan tahunan air untuk irigasi sebesar 10.000 m3 / ha atau lebih, sehingga setiap tahun mengimpor garam sebesar 5000kg/ha atau lebih.

Di bawah pengaruh penguapan yang terus menerus terjadi, konsentrasi garam dari air pada akuifer meningkat secara terus menerus sehingga menyebabkan masalah lingkungan.

Untuk mengontrol tingkat salinitas pada kasus tersebut, sejumlah air drainase akan dibuang dari akuifer dengan sistem drainase di bawah permukaan dan dibuang melalui saluran yang aman. Sistem drainase bisa saja horisontal (yaitu dengan menggunakan pipa, parit atau selokan) atau secara vertikal (drainase pada sumur). Untuk memperkirakan pembuatan sistem drainase yang baik, penggunaan model air tanah dengan komponen agro hidro salinitas kemungkinan berperan.