One of the brances of hydrology : H

One of the brances of hydrology : Hydrogeolgogy

Hydrogeology (hydro- meaning water, and -geology meaning the study of the Earth) is the area of geology that deals with the distribution and movement of groundwater in the soil and rocks of the Earth's crust, (commonly in aquifers). The term geohydrology is often used interchangeably. Some make the minor distinction between a hydrologist or engineer applying themselves to geology (geohydrology), and a geologist applying themselves to hydrology (hydrogeology).
Hydrogeology (like most earth sciences) is an interdisciplinary subject; it can be difficult to account fully for the chemical, physical, biological and even legal interactions between soil, water, nature and society. The study of the interaction between groundwater movement and geology can be quite complex. Groundwater does not always flow in the subsurface down-hill following the surface topography; groundwater follows pressure gradients (flow from high pressure gradient to low) often following fractures and conduits in circuitous paths. Taking into account the interplay of the different facets of a multi-component system often requires knowledge in several diverse fields at both the experimental and theoretical levels. This being said, the following is a more traditional (reductionist viewpoint) introduction to the methods and nomenclature of saturated subsurface hydrology, or simply hydrogeology.
Hydrogeology in relation to other fields
Hydrogeology, as stated above, is a branch of the earth sciences dealing with the flow of water through aquifers and other shallow porous media (typically less than 450 m or 1,500 ft below the land surface.) The very shallow flow of water in the subsurface (the upper 3 m or 10 ft) is pertinent to the fields of soil science, agriculture and civil engineering, as well as to hydrogeology. The general flow of fluids (water, hydrocarbons, geothermal fluids, etc.) in deeper formations is also a concern of geologists, geophysicists and petroleum geologists. Groundwater is a slow-moving, viscous fluid (with a Reynolds number less than unity); many of the empirically derived laws of groundwater flow can be alternately derived in fluid mechanics from the special case of Stokes flow (viscosity and pressure terms, but no inertial term).
The mathematical relationships used to describe the flow of water through porous media are the diffusion and Laplace equations, which have applications in many diverse fields. Steady groundwater flow (Laplace equation) has been simulated using electrical, elastic and heat conduction analogies. Transient groundwater flow is analogous to the diffusion of heat in a solid, therefore some solutions to hydrological problems have been adapted from heat transfer literature.
Traditionally, the movement of groundwater has been studied separately from surface water, climatology, and even the chemical and microbiological aspects of hydrogeology (the processes are uncoupled). As the field of hydrogeology matures, the strong interactions between groundwater, surface water, water chemistry, soil moisture and even climate are becoming more clear.
Definitions and material properties
Main article: Aquifer
One of the main tasks a hydrogeologist typically performs is the prediction of future behavior of an aquifer system, based on analysis of past and present observations. Some hypothetical, but characteristic questions asked would be:
Can the aquifer support another subdivision?
Will the river dry up if the farmer doubles his irrigation?
Did the chemicals from the dry cleaning facility travel through the aquifer to my well and make me sick?
Will the plume of effluent leaving my neighbor's septic system flow to my drinking water well?
Most of these questions can be addressed through simulation of the hydrologic system (using numerical models or analytic equations). Accurate simulation of the aquifer system requires knowledge of the aquifer properties and boundary conditions. Therefore a common task of the hydrogeologist is determining aquifer properties using aquifer tests.
In order to further characterize aquifers and aquitards some primary and derived physical properties are introduced below. Aquifers are broadly classified as being either confined or unconfined (water table aquifers), and either saturated or unsaturated; the type of aquifer affects what properties control the flow of water in that medium (e.g., the release of water from storage for confined aquifers is related to the storativity, while it is related to the specific yield for unconfined aquifers).
Hydraulic head
Main article: Hydraulic head
Changes in hydraulic head (h) are the driving force which causes water to move from one place to another. It is composed of pressure head (ψ) and elevation head (z). The head gradient is the change in hydraulic head per length of flowpath, and appears in Darcy's law as being proportional to the discharge.
Hydraulic head is a directly measurable property that can take on any value (because of the arbitrary datum involved in the z term); ψ can be measured with a pressure transducer (this value can be negative, e.g., suction, but is positive in saturated aquifers), and z can be measured relative to a surveyed datum (typically the top of the well casing). Commonly, in wells tapping unconfined aquifers the water level in a well is used as a proxy for hydraulic head, assuming there is no vertical gradient of pressure. Often only changes in hydraulic head through time are needed, so the constant elevation head term can be left out (Δh = Δψ).
A record of hydraulic head through time at a well is a hydrograph or, the changes in hydraulic head recorded during the pumping of a well in a test are called drawdown.
Porosity
Main article: Porosity
Porosity (n) is a directly measurable aquifer property; it is a fraction between 0 and 1 indicating the amount of pore space between unconsolidated soil particles or within a fractured rock. Typically, the majority of groundwater (and anything dissolved in it) moves through the porosity available to flow (sometimes called effective porosity). Permeability is an expression of the connectedness of the pores. For instance, an unfractured rock unit may have a high porosity (it has lots of holes between its constituent grains), but a low permeability (none of the pores are connected). An example of this phenomenon is pumice, which, when in its unfractured state, can make a poor aquifer.
Porosity does not directly affect the distribution of hydraulic head in an aquifer, but it has a very strong effect on the migration of dissolved contaminants, since it affects groundwater flow velocities through an inversely proportional relationship.
Water content
Main article: water content
Water content (θ) is also a directly measurable property; it is the fraction of the total rock which is filled with liquid water. This is also a fraction between 0 and 1, but it must also be less than or equal to the total porosity.
The water content is very important in vadose zone hydrology, where the hydraulic conductivity is a strongly nonlinear function of water content; this complicates the solution of the unsaturated groundwater flow equation.
Hydraulic conductivity
Main article: Hydraulic conductivity
Hydraulic conductivity (K) and transmissivity (T) are indirect aquifer properties (they cannot be measured directly). T is the K integrated over the vertical thickness (b) of the aquifer (T=Kb when K is constant over the entire thickness). These properties are measures of an aquifer's ability to transmit water. Intrinsic permeability (κ) is a secondary medium property which does not depend on the viscosity and density of the fluid (K and T are specific to water); it is used more in the petroleum industry.
Specific storage and specific yield
Main article: Specific storage
Specific storage (Ss) and its depth-integrated equivalent, storativity (S=Ssb), are indirect aquifer properties (they cannot be measured directly); they indicate the amount of groundwater released from storage due to a unit depressurization of a confined aquifer. They are fractions between 0 and 1.
Specific yield (Sy) is also a ratio between 0 and 1 (Sy ≤ porosity) and indicates the amount of water released due to drainage from lowering the water table in an unconfined aquifer. Typically Sy is orders of magnitude larger than Ss. Often the porosity or effective porosity is used as an upper bound to the specific yield.
Contaminant transport properties
Often we are interested in how the moving groundwater water will move dissolved contaminants around (the sub-field of contaminant hydrogeology). The contaminants can be man-made (e.g., petroleum products, nitrate or Chromium) or naturally occurring (e.g., arsenic, salinity). Besides needing to understand where the groundwater is flowing, based on the other hydrologic properties discussed above, there are additional aquifer properties which affect how dissolved contaminants move with groundwater.
Dispersivity (αL, αT) is an empirical factor which quantifies how much contaminants stray away from the path of the groundwater which is carrying it. Some of the contaminants will be "behind" or "ahead" the mean groundwater, giving rise to a longitudinal dispersivity (αL), and some will be "to the sides of" the pure advective groundwater flow, leading to a transverse dispersivity (αT).
Dispersivity is actually a factor which represents our lack of information about the system we are simulating. There are many small details about the aquifer which are being averaged when using a macroscopic approach (e.g., tiny beds of gravel and clay in sand aquifers), they manifest themselves as an apparent dispersivity. Because of this, α is often claimed to be dependent on the length scale of the problem — the dispersivity found for transport through 1 m³ of aquifer is different than that for transport through 1 cm³ of the same aquifer materia

Hasil (Bahasa Indonesia) 1:

Salah satu brances hidrologi: HydrogeolgogyHidrogeologi (hidro-yang berarti air dan - geologi berarti studi bumi) adalah bidang geologi yang berhubungan dengan distribusi dan pergerakan air tanah di tanah dan batu-batu kerak bumi, (biasanya dalam akuifer). Geohydrology istilah ini sering digunakan secara bergantian. Beberapa membuat perbedaan kecil antara Agat atau insinyur yang mengajukan diri untuk Geologi (geohydrology), dan seorang ahli geologi yang menerapkan diri hidrologi (hidrogeologi).Hidrogeologi (seperti kebanyakan ilmu bumi) adalah subjek interdisipliner; Hal ini dapat sulit untuk account sepenuhnya untuk kimia, fisik, biologis dan bahkan hukum interaksi antara tanah, air, alam dan masyarakat. Studi interaksi antara gerakan air tanah dan geologi dapat cukup kompleks. Tanah tidak selalu mengalir di bawah permukaan-bukit mengikuti topografi permukaan; airtanah mengikuti tekanan gradien (aliran dari gradien tekanan tinggi ke rendah) seringkali mengikuti patah tulang dan saluran di jalan jalan memutar. Dengan mempertimbangkan interaksi dari berbagai aspek dari sistem multi-komponen sering membutuhkan pengetahuan di beberapa bidang yang beragam di kedua tingkat eksperimental maupun teoritis. Ini dikatakan, berikut ini adalah pengenalan (reduksionis pandang) yang lebih tradisional untuk metode dan nomenklatur hidrologi permukaan jenuh, atau hanya hidrogeologi.Hidrogeologi terkait dengan bidang lain Hidrogeologi, sebagaimana dinyatakan di atas, adalah cabang dari ilmu bumi berurusan dengan aliran air melalui akuifer dan media berpori lainnya dangkal (biasanya kurang dari 450 m atau 1.500 kaki di bawah permukaan tanah.) Sangat dangkal aliran air di bawah permukaan (atas 3 m atau 10 ft) relevan ke bidang ilmu tanah, pertanian, dan teknik sipil, serta hidrogeologi. Aliran umum cairan (air, hidrokarbon, cairan panas bumi, dll) di dalam formasi ini juga menjadi perhatian ahli geologi, ahli geofisika dan ahli geologi minyak bumi. Airtanah merupakan cairan yang bergerak lambat, kental (dengan Reynolds nomor kurang dari kesatuan); banyak dari undang-undang yang secara empiris berasal dari aliran airtanah dapat bergantian diturunkan dalam mekanika fluida dari kasus khusus dari aliran Stokes (viskositas dan tekanan persyaratan, tetapi tidak ada istilah inertia).Hubungan matematis yang digunakan untuk menggambarkan aliran air melalui media berpori adalah Difusi dan persamaan Laplace, yang memiliki aplikasi di berbagai bidang yang beragam. Aliran airtanah stabil (persamaan Laplace) telah menggunakan simulasi listrik, elastis dan analogi-analogi konduksi panas. Aliran airtanah sementara analog dengan difusi panas di yang solid, karena itu beberapa solusi untuk masalah-masalah hidrologis telah disesuaikan dari literatur transfer panas.Secara tradisional, gerakan airtanah telah dipelajari secara terpisah dari permukaan air, Klimatologi dan bahkan kimia dan Mikrobiologi aspek hidrogeologi (proses terlepas). Seperti bidang hidrogeologi jatuh tempo, interaksi kuat antara air tanah, permukaan air, air kimia, kelembaban tanah dan iklim bahkan menjadi lebih jelas.Definisi dan sifat-sifat material Artikel utama: akuifer Salah satu tugas utama hydrogeologist biasanya melakukan adalah prediksi perilaku masa depan sistem akuifer, berdasarkan analisis pengamatan masa lalu dan kini. Beberapa pertanyaan hipotetis, tapi karakteristik yang diminta akan:Dapat akifer mendukung subdivisi lain? Akan sungai kering jika petani ganda irigasi nya? Bahan kimia dari fasilitas dry cleaning perjalanan melalui akifer ke baik saya dan membuat saya sakit? Akan plume limbah yang meninggalkan tetangga saya sistem septik aliran air minum yang saya juga?Sebagian besar pertanyaan-pertanyaan ini dapat diatasi melalui simulasi sistem hidrologi (menggunakan model numerik atau analitik persamaan). Akurat simulasi sistem akuifer membutuhkan pengetahuan akuifer properti dan kondisi batas. Oleh karena itu tugas umum hydrogeologist adalah menentukan sifat akuifer menggunakan tes akuifer.Untuk lebih lanjut menjadi ciri khas akuifer dan akuitard sifat fisik beberapa dasar dan turunan diperkenalkan di bawah ini. Akuifer secara luas diklasifikasikan sebagai yang terbatas atau unconfined (Meja air akuifer), dan baik jenuh atau tak jenuh; jenis akuifer mempengaruhi sifat-sifat apa mengontrol aliran air di medium itu (misalnya, pelepasan air dari penyimpanan untuk akuifer adalah berhubungan dengan storativity, sementara itu adalah terkait dengan hasil tertentu untuk unconfined akuifer).Kepala hidrolik Artikel utama: kepala hidrolik Perubahan dalam hidrolik kepala (h) adalah kekuatan pendorong yang menyebabkan air untuk berpindah dari satu tempat ke tempat lain. Ini terdiri dari tekanan kepala (ψ) dan elevasi kepala (z). Gradien kepala adalah perubahan hidrolik ekor per panjang flowpath, dan muncul dalam undang-undang dariilham sebagai sebanding pembuangan.Hidrolik kepala adalah properti langsung terukur yang dapat mengambil nilai apapun (karena sewenang-wenang datum terlibat dalam istilah z); Ψ dapat diukur dengan tranduser tekanan (nilai ini dapat menjadi negatif, misalnya, suction, tetapi positif dalam akuifer jenuh), dan z dapat diukur relatif terhadap datum disurvei (biasanya puncak casing). Umumnya, dalam sumur yang menyadap akuifer unconfined tingkat air di sumur digunakan sebagai proxy untuk kepala hidrolik, dengan asumsi tidak ada vertikal gradien tekanan. Sering hanya perubahan di hidrolik kepala melalui waktu yang diperlukan, sehingga istilah konstan ketinggian kepala bisa ditinggalkan (Δh = Δψ).Catatan hidrolik kepala melalui waktu sumur adalah hydrograph atau, perubahan dalam kepala hidrolik yang tercatat selama pemompaan yang baik dalam tes yang disebut drawdown. Porositas Artikel utama: porositas Porositas (n) adalah properti langsung terukur akuifer; ini adalah sebagian kecil antara 0 dan 1 menunjukkan jumlah pori-pori ruang antara partikel endapan tanah atau dalam batu retak. Biasanya, sebagian besar airtanah (dan apa pun yang larut dalam pelarut tersebut) bergerak melalui porositas tersedia mengalir (kadang-kadang disebut efektif porositas). Permeabilitas adalah sebuah ekspresi dari keterhubungan pori-pori. Sebagai contoh, unit unfractured batu yang mungkin memiliki tingkat porositas (memiliki banyak lubang antara biji-bijian konstituen yang), tetapi permeabilitas rendah (tak satu pun dari pori-pori terhubung). Contoh dari fenomena ini adalah batu apung, yang, ketika dalam keadaan unfractured, dapat membuat akuifer miskin.Porositas tidak secara langsung mempengaruhi distribusi hidrolik kepala dalam akuifer, tetapi memiliki efek yang sangat kuat pada migrasi terlarut kontaminan, karena mempengaruhi kecepatan aliran airtanah melalui hubungan yang berbanding terbalik.Kadar air Artikel utama: kadar air Kadar air (θ) adalah juga sebuah properti yang langsung terukur; ini adalah sebagian kecil dari total batu yang dipenuhi dengan air cair. Hal ini juga sebagian kecil antara 0 dan 1, tetapi juga harus kurang dari atau sama dengan total porositas.Kandungan air sangat penting dalam zona vadose hidrologi, mana kelulusan adalah fungsi nonlinear sangat kadar air; Hal ini mempersulit solusi persamaan aliran airtanah tak jenuh.Kelulusan Artikel utama: kelulusan Kelulusan (K) dan keterusan (T) adalah properti langsung akuifer (mereka tidak dapat diukur secara langsung). T adalah K terintegrasi atas ketebalan vertikal (b) akuifer (T = Kb ketika K konstan di seluruh ketebalan). Properti ini adalah ukuran dari akuifer kemampuan untuk melalukan air. Intrinsik permeabilitas (κ) adalah media properti sekunder yang tidak tergantung pada kekentalan dan kepadatan dari fluida (K dan T adalah khusus untuk air); itu lebih banyak digunakan dalam industri Perminyakan.Penyimpanan tertentu dan hasil spesifik Artikel utama: penyimpanan tertentu Penyimpanan tertentu (Ss) dan setara kedalaman yang terintegrasi, storativity (S = Ssb), adalah tidak langsung akuifer properti (mereka tidak dapat diukur secara langsung); mereka menunjukkan jumlah dirilis dari penyimpanan karena depressurization unit dari akuifer air tanah. Mereka adalah pecahan antara 0 dan 1.Hasil tertentu (Sy) juga rasio antara 0 dan 1 (Sy ≤ porositas) dan menunjukkan jumlah air yang dirilis karena drainase dari menurunkan meja air dalam akuifer unconfined. Biasanya Sy adalah kali lipat lebih besar daripada Ss. sering porositas atau efektif porositas digunakan sebagai terikat atas untuk hasil yang spesifik.Kontaminan transportasi properti Sering kita tertarik pada bagaimana air tanah bergerak akan bergerak kontaminan terlarut (bidang sub kontaminan hidrogeologi). Kontaminan dapat buatan manusia (misalnya, produk minyak bumi, nitrat atau Kromium) atau secara alami terjadi (misalnya, arsenik, salinitas). Selain perlu memahami mana mengalir air tanah, berdasarkan sifat hidrologi lainnya dibahas di atas, ada sifat akuifer tambahan yang mempengaruhi bagaimana terlarut kontaminan bergerak dengan airtanah.Dispersivity (αL, αT) merupakan faktor empiris yang quantifies berapa kontaminan menyimpang dari jalan tanah yang membawa itu. Beberapa dari kontaminan akan "belakang" atau "maju" air tanah berarti, sehingga menimbulkan longitudinal dispersivity (αL), dan beberapa akan "ke sisi" aliran airtanah advective murni, mengarah ke dispersivity melintang (αT).Dispersivity adalah benar-benar faktor yang mewakili kami kurangnya informasi tentang sistem kami simulasi. Ada banyak detail kecil tentang akifer yang yang menjadi rata-rata ketika menggunakan pendekatan makroskopik (misalnya, kecil tidur kerikil dan tanah liat dalam akuifer pasir), mereka menampakkan diri sebagai dispersivity jelas. Karena ini, α sering diklaim menjadi bergantung pada skala panjang masalah-dispersivity yang ditemukan untuk transportasi melalui 1 m³ akuifer berbeda untuk transportasi melalui 1 cm³ materia akuifer sama