OPTIMALISASI PENGELOLAAN SUMBERDAYA AIR TANAH

J. Tek. Ling

Edisi Khusus “Hari Bumi”

Hal. 141 - 140

Jakarta, April 2012

ISSN 1441-318X

OPTIMALISASI PENGELOLAAN SUMBERDAYA AIR TANAH Samsuhadi Perekayasa di Pusat Teknologi Lingkungan Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi [email protected]

Sesungguhnya volume air laut didunia ini menempati 97% dari volume air diseluruh dunia. Sisanya berupa air tawar yang terdiri atas air permukaan, air angkasa dan air tanah. Sebagai manusia yang hidup didaratan dan membutuhkan air tawar se hari2nya, harus memanfaatkan kurang dari 3% dari volume air total. Besaran kuantitatif air tawar ini masih diganggu dengan ancaman pencemaran air sungai. Demikian juga dengan kondisi air tanah yang juga rawan pencemaran. Akan tetapi badan air ini mempunyai kemampuan untuk membersihkan diri secara alami. Makalah ini menyajikan pemahaman secara matematika proses pemurnian pada sungai (air permukaan) dan air tanah terhadap pencemaran yang terjadi Kata kunci : Dissolved oxygen (DO), advection, dispersion, air permukaan, air tanah, keseimbangan air Abstract Indeed, the volume of water in the world ocean occupies 97% of the volume of water in the world. The rest are comprising freshwater surface water, air and ground water. As human beings who live on land and in need of fresh water every day, must use less than 3% of the total water volume. Quantitatively freshwater is still plagued by the threat of river water pollution. Likewise, groundwater conditions are also prone to contamination. However, this water body has the ability to cleanse itself naturally. This paper presents a mathematical understanding of the process of purification in rivers (surface water) and groundwater to contamination that occurred Key words: Dissolved oxygen (DO), advection, dispersion, surface water, groundwater, water balance

Optimalisasi Pengelolaan,... Edisi Khusus “Hari Bumi”: 141 - 150

141

1. PENDAHULUAN Air adalah salah satu elemen kebutuhan yang sangat penting yang diberikan oleh alam untuk kelangsungan kehidupan, baik flora, fauna maupun manusia. Secara kuantitatif, air tawar yang tersedia cukup untuk memenuhi kebutuhan kehidupan diatas, masalahnya adalah distribusinya yang tidak merata. Oleh karena pada kenyataannya masalah utama pada distribusi, keadaan ini menjadi isu utama pada masalah pengelolaan sumber daya air. Permasalahan air ini berkaitan dengan masalah sosial, masalah lahan dan juga masalah organisasi. Apalagi ditambah bahwa air juga merupakan sumber bencana yang sangat potensial. Maka tugas-tugas yang dicakup oleh pengelolaan menjadi kompleks. Untuk suatu sumber air yang spesifik seringkali juga digunakan oleh lebih dari satu macam keperluan dan juga kuantitasnya pada waktu yang bersamaan. Karena itu persoalan manajemen pengelolaan sumber daya air menjadi manajemen multi guna atau manajemen yang berdasarkan atas kompromi penggunaan badan air itu sendiri1). Terlalu banyak, terlalu sedikit, terlalu kotor. Itulah kesan yang sering terdengar terhadap masalah air hampir diseluruh dunia. Keadaan ini membangkitkan insentip untuk perencanaan pengelolaan sumber daya air. Untuk memenuhi kebutuhan terhadap kuantitas dan kualitas air pada suatu waktu dan tempat, para teknisi, ekonom, politikus, ilmuwan, praktisi hukum, perancang dan konservatoris berusaha untuk mencapai suatu kesepakatan, pengalaman dalam merancang, mengkonstruksi, memisahkan dan mengoperasikan dan menerapkan sistem dan gagasan yang sedemikian demi mencapai sistem pengelolaan dan pendistribusian sumberdaya air yang lebih baik2). Dorongan untuk merancang dengan maksud meningkatkan pengendalian dari setiap sumberdaya air atau badan air sering 142

dilakukan setelah terjadinya bencana, seperti banjir, kekeringan, semakin beratnya pencemaran, atau adanya wabah penyakit karena media air (waterborne disease) yang epidemik. Terjadinya krisis ini memicu perancangan badan air, pembentukan suatu institusi yang menangani persoalan air, badan perancang, kelompok-kelompok yang peduli air, dan kampanye yang dapat membantu untuk merumuskan konsep dan pengimplementasiannya. Para masyarakat peduli lingkungan dan para konservatoris juga bergabung untuk memberikan masukan atas kebijakan investasi dalam pengelolaan air ini. Keterlibatan kelompok ini tidak hanya terbatas pada konservasi dan perlindungan pada daerah-daerah spesifik, akan tetapi juga pada skala jangkauan yang lebih luas yakni nasional dan regional. Secara substansial, badan air digolongkan atas dua golongan besar yakni air permukaan dan air tanah. Pada skala mikro persoalan badan air ini tidak hanya menyangkut fisik badan air itu sendiri, misalnya kurangnya kuantitas dan kualitas yang rendah, akan tetapi lebih dari itu menyangkut juga sikap dan kepedulian masyarakat terhadap air sebagai esensi penting kebutuhan hidup. Isu yang paling penting adalah bagaimana penjagaan agar permasalahan kuantitas dan kualitas dapat diatasi. Oleh karena itu perlu dipahami perilaku dari air dari mulai proses penguapan hingga presipitasi, merembes (infiltrasi) kebawah tanah untuk menjadi air tanah, mengalir hingga menjadi satu dengan laut dan menguap kembali. Siklus ini dapat digambarkan kedalam siklus hidrologi. Dari pemahaman siklus hidrologi ini, dapat dilihat gambaran menyeluruh tentang perjalanan air, sehingga para perancang, pengambil keputusan dan kelompok yang berkompeten dapat menentukan lokasi-lokasi penting perlu mendapat perhatian lebih atau melakukan intervensi dan memfokuskan diri pada titiktitik rawan yang kemudian diimplementasikan kedalam sistem pengelolaan air secara terpadu.

Samsuhadi., 2012

2.

KESEIMBANGAN AIR GLOBAL

Air menempati bagian terbesar dipermukaan bumi. Perkiraan jumlah air dibumi ini seperti diperlihatkan pada tabel 1 dibawah ini3,4). Jadi secara kuantitas terlihat bahwa jumlah air dibumi ini mencukupi untuk k e b u t u h a n k e h i d u p a n d u n i a . Ya n g menjadi masalah adalah distribusinya dan pencapaiannya. Seperti diperlihatkan pada uraian sebelumnya, bahwa volume air global selalu tetap. Keseimbangan air ini dapat diperlihatkan secara matematis seperti dibawah ini (Baumgartner dan Richer, 1975)5) : P = E + D (1) Dimana : P = presipitasi, E = penguapan dan D = runoff

Secara parsial, rumus (1) diatas diuraikan menjadi keseimbangan air dizona laut dan zona darat. Untuk zona laut, keseimbangan air dapat diperlihatkan seperti dibawah ini : DS = ES – PS

(2)

dimana DS adalah penguapan yang terjadi dilaut yang ditransfer kedaratan, ES adalah penguapan yang terjadi dilaut, dan PS adalah presipitasi yang terjadi dilaut, sedangkan untuk keseimbangan air didarat dapat diperlihatkan seperti dobawah ini : DL = EL – PL

(3)

D i m a n a D L a d a l a h r u n o ff p a d a didaratan, EL adalah penguapan didarat dan PS adalah presipitasi didarat. Gambar 1 memperlihatkan keseimbangan tata air secara diagramatis.

Tabel 1 Volume Air Global Volume (km3) Laut Salju kutub, Glacier, Gunung Es Air Tanah, Soil moisture Danau dan Sungai Atmosfer TOTAL Air Tawar

%

1.348.000.000

97.39

27.820.000

2.01

8.062.000

0.58

225.000

0.02

13.000

0.001

1.384.120.000

100.00

36.020.000

2.60

Air Tawar secara persentase Salju kutub, Glacier, Gunung Es Air Tanah hingga kedalaman 800 m Air Tanah kedalaman dari 800 hingga 4000 m

77.23 9.86 12.35

Soil Moisture

0.17

Danau (air tawar)

0.35

Sungai

0.003

Mineral bumi

0.001

Tumbuh2an, binatang, manusia

0.003

Atmosfer

0.04

TOTAL

100.00 %

Sumber : Baumgartner dan Reichel (1975:14)

Optimalisasi Pengelolaan,... Edisi Khusus “Hari Bumi”: 141 - 150

143

Untuk skala mikro, pengelolaan air didarat tergantung pada karakteristik tanah. Struktur geologi menentukan perilaku air permukaan permukaan maupun air tanah. Tanah yang mempunyai morfologi yang berbatu dan kedap air, menghasilkan runoff yang lebih tinggi daripada tanah yang berpasir. Demikian juga dengan air tanahnya. Untuk aquifer yang mengandung pasir yang tinggi menghasilkan aliran air tanah yang cepat dan mempunyai daya tampung yang lebih banyak, sehingga air dapat disimpan lebih lama. Pada skala daerah tangkapan, dimana daya simpan air sangat tergantung pada tutupan lahan, maka modifikasi lahan menjadi sangat sensitif terhadap pola tata air. Perbedaan yang ekstrim dapat diperlihatkan pada hutan yang lebat dan yang gundul.

Gambar 1 : Keseimbangan Tata Air Global (Baumgartner dan Reichel, 1975)4,5)

3.

C ) - k1 B - kn N (4) u dC = u2( C5 - dx

PENGARUH AKTIVITAS MANUSIA PADA TATA AIR

Keseimbangan tata air tidak lepas dari keseimbangan lingkungan secara menyeluruh. Air merupakan bagian dari lingkungan. Perilaku air selain dari pengaruh fisik alam, seperti hujan, gempa, musim panas dan musim dingin, tata air juga sensitip terhadap perilaku manusia yang C ( x) = C S (1 − e − k x / u ) + C 0 e − k x / u − 2

144

karena tuntutan jaman, aktivitas manusia semakin beragam baik kuantitas maupun kualitas. Keadaan ini juga diperberat dengan adanya pertumbuhan manusia itu sendiri. Manusia berkembang biak disertai dengan penggunaan lahan yang bertambah. Pertambahan penduduk yang juga penggunaan lahan dengan membuka hutan, memotong bukit, menimbun lembah, ini semua membawa dampak bagi proses keseimbangan alam. Alam mempunyai daya pemurnian secara diri sendiri apabila terganggu keseimbangannya. Dalam proses pemurnian diri ini alam membutuhkan waktu dan tempat atau jarak. Sebelum populasi manusia menjadi sebanyak sekarang ini, alam cukup mempunyai ruang dan waktu untuk memurnikan dirinya sendiri bila keseimbangannya terganggu. Sehingga persoalan lingkungan karena gangguan badan air tidak menjadi kendala bagi aktivitas alam dan mahluk lainnya. Alam punya banyak waktu untuk pemurnian dirinya sendiri. Streeter dan Pelph dalam model pemurnian air sungai, merumuskan daya pemurnian alam dengan menggunakan indikator oksigen, yang terkenal dengan konsep oxygen-sag nya. Sungai steady state dengan DO C(x) pada jarak x km hilir, aliran dengan sumber pencemar tunggal dapat ditentukan dari persamaan diferensial6)

2

B0 k1 (e − k x / u k 2 − k1 1

bila B dan N didefinisikan sebagai

B = B0 e k1x/u1 (5)

N= N0 e knx/u1 (6) dan substitusikan persamaan (5) dan (6) kedalam persamaan (4) untuk B dan N, maka persamaan baru (7) ini dapat menjawab DO, C(x) : N k −k x / u −e ) − 0 n (e − k x / u − e − k x / u ) (7) k2 − kn 2

Samsuhadi., 2012

n

2

Hasil perhitungan persamaan (7) diatas diplotkan kedalam suatu grafik yang diperlihatkan seperti dibawah ini

secara vertikal menembus pori pori tanah kedalam lapisan tak jenuh (unsaturated zone). Kepekatan konsentrasi larutan selama aliran dikendalikan oleh faktor-faktor fisik, yakni proses pencampuran dalam pori-pori tanah dan proses kimiawi yakni penurunan konsentrasi akibat sebagian larutan diserap oleh butir-butir tanah. Dalam perjalanannya larutan mengalir vertikal kebawah hingga menyentuh permukaan air tanah dangkal (unconfined aquifer). Begitu menyentuh permukaan air tanah dangkal, larutan bergerak bersama dengan air tanah mengikuti arah aliran air tanah. Dalam keadaan hujan, larutan yang terdapat dipermukaan tanah sebagian mengalir bersama dengan aliran permukaan dan sebagian lagi mengalir kebawah, merembes kedalam tanah melewati lapisan tak jenuh (unsaturated zone). Bila hujan berlangsung lama, lapisan tak jenuh ini menjadi jenuh dan menjadi satu dengan lapisan air tanah dangkal. Untuk memahami proses berlangsungnya aliran suatu larutan didalam sistem air tanah baik larutan itu berupa senyawa kimiawi, zat warna ataupun larutan pencemar lainnya, maka larutan dianggap sebagai suatu aliran masuk atau keluar dalam suatu volume didalam suatu domain aliran air tanah. Secara matematik pernyataan konservasi masa untuk elemen volume larutan ini dapat dituliskan sebagai berikut : Proses fisik yang mengendalikan aliran masuk atau keluar dari elemen volume adalah proses advection dan hydrodynamic dispersion 5). Kehilangan atau penambahan masa larutan dalam elemen volume dapat terjadi karena reaksi kimia atau biokimia atau dekomposisi radioaktif.

Gambar 2 : DO sag yang terjadi pada titik outlet pembuangan limbah pada sungai (Chapra, 1997)6)

Dari gambar grafik diatas, dapat disimpulkan bahwa zat pencemar yang dibuang kesungai, DO dilokasi pembuangan menurun drastis dititik kritis. Begitu tingkat oksigen turun, oksigen dari atmosfer masuk kedalam air untuk mengimbangi kehilangan oksigen dalam air. Pada mulanya konsumsi oksigen dalam air dan dalam sedimen memicu reaerasi. Akan tetapi, setelah zat organik berasimilasi dan tingkat oksigen jatuh, akan terjadi dimana pengurangan oksigen dan reaerasi menjadi seimbang. Pada titik ini, titik terrendah tingkat oksigen akan dicapai. Setelah itu reaerasi mendominasi dan tingkat oksigen mulai naik. Disuatu tempat (x) dan pada suatu waktu (t) konsentrasi oksigen yang hilang akibat pencemaran itu akan pulih kembali (recovery). Peristiwa yang sama terjadi juga pada sistem air tanah. Suatu larutan yang dibuang secara sengaja atau tidak dipermukaan tanah akan merembes masuk kedalam tanah Perubahan masa larutan dalam elemen

=

Aliran larutan keluar dari elemen

−

Aliran larutan masuk kedalam elemen

±

Tambah/kurang larutan akibat reaksi

Optimalisasi Pengelolaan,... Edisi Khusus “Hari Bumi”: 141 - 150

145

Advection adalah komponen pergerakan larutan disebabkan transport aliran air tanah. Diskripsi matematik dari dispersion hanya terbatas pada material yang bersifat isotropis terhadap property dispersi dari mediumnya. Secara keseluruhan model transport (satu dimensi) dari aliran larutan didalam sistem air tanah dapat dituliskan sebagai berikut7) ∂C (8) ∂ 2C ∂C p ∂S =D −u +

∂t

∂x 2

∂x

∈ ∂t

dimana : C = konsentrasi larutan S = larutan yang diserap (sorbed) t = waktu x = jarak D = koefisien dispersi (hydrodynamic dispersion coefficient) u = kecepatan aliran advective p = densitas dari sorbent ε = porositas sorbent Karena didalam air tanah larutan bergerak secara vertikal, horizontal dua arah (sumbu-x dan sumbu-y), seharusnya persamaan (8) diatas harus dilengkapi faktor-faktor arah gerakan diatas. Apabila penurunan konsentrasi akibat reaksi kimia juga diabaikan (kenyataannya kecil sekali), maka model matematik aliran larutan dalam tanah yang dituliskan dalam persamaan (8) diatas ini menjadi :

aliran yang terus menerus dan uniform. Pada gambar 3b larutan dituangkan secara berkala (putus-putus). Begitu larutan mengalir bersama aliran air, larutan ini menyebar kesemua arah secara horizontal. Total masa dari larutan tidak mengalami perubahan, akan tetapi masa larutan yang menempati volume pori-pori pasir meningkat. Gambar 3b ini juga menunjukkan bahwa zona larutan membentuk bulatan elip begitu larutan berjalan melewati sistem. Bentuk elip ini terjadi karena proses mekanisme dispersi terjadi secara anisotropies. Dispersi lebih kuat pada arah aliran (dispersi longitudinal) daripada arah berpotongan dengan garis aliran (dispersi transversal) Dispersi mekanik untuk arah transversal adalah sangat lemah dibandingkan dengan arah longitudinal. Akan tetapi untuk kecepatan rendah dimana penyebaran molekul (molecular diffusion) lebih dominan dalam mekanisme dispersi, koefisien longitudinal dan transversal hampir sama. Keadaan ini bisa diilustrasikan pada gambar 4, yang menggambarkan koefisien dispersi yang kecil dalam kecepatan aliran yang rendah. Oleh karena dispersi mekanik dalam arah transversal lebih lemah daripada arah longitudinal, koefisien dispersi transversal dibawah kendali penyebaran (diffusion) hingga kecepatan aliran naik.

∂C ∂ 2C ∂C =D −u 2 ∂t ∂x ∂x



(9)

Salah satu karakteristik dari proses dispersif adalah menyebabkan penyebaran larutan dalam arah aliran yang transversal dan longitudinal. Ilustrasi secara skematik untuk dua dimensi aliran horizontal dapat dilihat pada gambar 3. Gambar 3a mengilustrasikan pola aliran horizontal dua dimensi yang dihasilkan dari eksperimentasi dengan menggunakan kotak yang berisi pasir. Dalam kotak berisi pasir ini diteteskan larutan zat warna yang non reaktif didalam 146

Gambar 3. Pola penyebaran larutan dalam media pasir isotropic3). a. Penyuntikan secara terus menerus b. Penyuntikan secara berkala (instantaneous)

Samsuhadi., 2012

Gambar 4 : Koefisien dispersi longitudinal dan transversal untuk transport dalam pasir homogen pada kecepatan yang bervariasi (Crane dan Gardner, 1961)1)

Formulasi persamaan transport yang diuraikan diatas didasarkan atas asumsi bahwa tidak ada perbedaan densitas yang besar antara larutan dan air tanah dalam domain aliran disekelilingnya. Persamaan dimana memperhitungkan perbedaan densitas menjadi sangat kompleks. Contoh kualitatif dari akibat perbedaan densitas diilustrasikan pada gambar 5 dibawah ini. Apabila larutan memasuki aliran yang mempunyai densitas yang sama dengan air tanah, larutan ini akan menyebar dalam zona yang dangkal dekat dengan muka air tanah (gambar 5a). Bila larutan mempunyai densitas lebih tinggi daripada densitas air tanah, larutan ini akan tenggelam tajam kebawah kedalam sistem aliran air tanah (gambar 5c). Prediksi pola migrasi larutan (kontaminan atau senyawa kimia lainnya) membutuhkan penelitian dan pengetahuan yang mendalam tentang larutannya.

Kasus Intrusi Air Laut pada Sistem Air tanah Pada kondisi normal, pengaliran air (tanah) tawar menuju laut membatasi aliran air laut menuju daratan. Dengan adanya pemakaian air tanah, dimana para pengguna air tanah memanfaatkan sebagai sumber air bersih, maka pemakaian menjadi bertambah baik volume airnya maupun sumur bornya. Keadaan ini mengakibatkan menurunnya muka air tanah atau permukaan piezometer. Dengan menurunnya muka tanah ini dinamika keseimbangan antara air tawar dan air laut terganggu, yang lebih lanjut menyebabkan masuknya air laut kedalam akuifer yang memproduksi air bersih. Fenomena ini telah dipaparkan pada beberapa lokasi didunia termasuk Negeri Belanda (Ernst, 1969)5), Israel (Schmorak, 1967) 5) . Dokumentasi terlengkap yang pernah ditemui adalah kasus yang terjadi di Amerika Serikat, yaitu di Long Island (Lusczynski dan Swarzenski, 1966)5), Miami (Kohout, 1961)5) dan beberapa lokasi di California (California Department Water Resources, 1958)5). Air tawar dan air asin adalah dua jenis cairan yang berbeda yang jika bertemu satu dengan lainnya akan membentuk suatu interface. Pada kenyataannya interface ini merupakan suatu garis yang tebal dan tidak sejelas yang dibayangkan. Akan tetapi untuk keperluan penyelidikan dan pemahaman perilaku air tawar – air asin, interface ini diasumsikan sebagai suatu garis yang tegas yang membedakan antara air tawar dan air asin.

Gambar 5: Efek densitas terhadap migrasi larutan dalam aliran uniform (a) densitas yang sedikit lebih tinggi daripada air tanah (b) dan (c) densitas yang jauh lebih tinggi daripada air tanah. (Freeze dan Cherry, 1979)3)

Optimalisasi Pengelolaan,... Edisi Khusus “Hari Bumi”: 141 - 150

147

(10) ρ s gz = ρ g ( h + z )

f

f

atau

ρ

f z = hf (11) ρs − ρ f

dimana z kedalaman dibawah muka laut hingga interface. Bila kerapatan masa air tawar sama dengan 1,0 dan air laut sama dengan 1,025 sesuai dengan konfirmasi dari obervasi oleh Ghyben dan Herzberg, maka persamaan (11) menjadi

z = 40hf

(12)

Gambar 6. Kondisi hidrolis akuifer pesisir, (a) tidak terjadi Intrusi air laut, (b) terjadi intrusi air laut karena pemompaan sebesar Q (Domenico dan Schwartz, 1990)5)

Pada awalnya, tinggi muka air asin di areal pesisir sama dengan tinggi muka air laut. Dua orang peneliti (Ghyben, 1889 dan Herzberg, 1901) yang bekerja secara terpisah membuktikan bahwa keberadaan air laut pada akuifer sebenarnya berada dibawah air muka air laut. Kedalaman muka air laut ini ± 40 kali dibawah muka air tawar. Fenomena ini terkenal dengan sebutan rumus Ghyben-Herzberg dan diturunkan dari hubungan hidrostatik sederhana. Untuk dua macam cairan dengan lapisan pemisah (interface) diantaranya, berat kolom air tawar dari muka air tawar hingga interface berada dalam keseimbangan dengan berat kolom air laut dari muka air laut hingga interface. Secara visual hubungan ini dapat dilihat pada gambar 7 dibawah ini. Dalam penjabaran secara matematis hubungan ini dapat ditampilkan dalam bentuk formula sebagai berikut; bila berat dari kolom air tawar sepanjang hf + z sama dengan tinggi kolom air laut sepanjang z, , dan ρf dan ρs sebagai kerapatan masa air tawar dan air asin, maka dalam kondisi keseimbangan hidrostatis dirumuskan sebagai berikut3,5) : 148

Gambar 7. Kondisi Hidrostatik hubungan Ghyben – Herzberg (Domenico dan Schwartz, 1990)5).

4. USAHA – USAHA YANG TELAH DILAKUKAN Dibidang pencemaran air permukaan telah banyhak dilakukan oleh beberapa negara terutama negara maju. Mereka mengimplementasikan teknologi pemurnian untuk mengolah air sungai. Dan tidak hanya itu, untuk menghindari terjadinya pencemaran lebih jauh, perangkat proteksinyapun banyak sudah yang dicapai, mulai dari penerapan peraturan atau undang-undang maupun perangkat pengolahan fisik badan air. Dari segi lain, percobaan modeling telah banyak dilakukan. Pemodelan ditujukan untuk membantu para pembuat keputusan dalam mengaplikasikan metoda yang paling tepat. Pemodelan ini telah

Samsuhadi., 2012

banyak dilakukan, terutama pemodelan air tanah. Pemodelan system akuifer air tanah dapat dilakukan dengan cara membuatn replika fisik dengan memperkecil skala. Dari model ini pola perilaku air tanah dapat diobservasi8). Kegiatan didalam pemodelan akuifer ini dapat dilakukan seperti layaknya keadaan atau kejadian fisik yang sebenarnya dialam. Macam dari pemodelan ini meliputi skenario pemompaan seperti keadaan sebenarnya, dimana selanjutnya dilakukan pengamatan terhadap reaksi dari akuifer air tanahnya. Dari skenario pemompaan dapat diobservasi bagaimana responnya terhadap muka air tanah (untuk air tanah dangkal), muka piezometrik (untuk air tanah dalam) , penurunan muka tanah (land subsidence) akibat pemompaan yang berlebihan. Lebih jauh pemodelan fisik ini juga bias dilakukan untuk melihat perilaku zat pencemar didalam akuifer. Misalnya pola penyebaran zat pencemar yang merupakan fungsi dari densitas, pola aliran air tanah dan jenis zat pencemarnya. Dari hasil pengamatan ini bias dilakukan analisa yang selanjutnya dipakai sebagai bahan untuk mencari solusi terhadap masalah air tanah sebagai akibat pemompaan maupun pencemaran diatas. Keuntungan dari pemodelan fisik ini, hasilnya dapat langsung dilihat, bentuk fisik dapat terbayangkan dan dapat dilakukan oleh lebih banyak orang dan tidak membutuhkan kahlian matematik yang rumit. Kerugiannya adalah dalam pemodelan fisik ini membutuhkan biaya yang besar dalam pembuatan alat dan ruangan yang cukup. Pemodelan air tanah ini juga bisa dengan menggunakan metode matematik. Seperti juga halnya dengan pemodelan fisik, dalam pemodelan matematik juga dilakukan pembuatan replica keadaan fisik akuifer, hanya bedanya dalam pemodelan matematik ini dalam bentuk numerik. Kelebihan dari pemodelan matematik ini dari segi biaya lebih murah, karena peralatan yang digunakan hanya berupa mesin komputer personal dan tidak membutuhkan ruangan yang

besar. Lebih lanjut kelebihan pemodelan matematik ini dapat dilakukan prediksi – prediksi, optimisasi dan peramalan yang bersifat statistik (stokastik) dan deterministik. Kelemahannya adalah visualisasi sangat terbatas, hasil modeling masih harus dilakukan kalibrasi dan validasi sebelum dijadikan sebagai acuan. Dalam pemodelan matematik, solusi yang dikehendaki dapat diperoleh dari solusi secara analitik maupun solusi secara numerik. Solusi analitik merupakan solusi yang sebenarnya, yang murni berasal dari penyederha-naan formulasi matematiknya. Cara ini disebut juga dengan solusi eksak. Namun tidak semua formula matematik dialam ini bisa diselesaikan secara analitik. Untuk kasus air tanah, hampir seluruh formulasi yang ditemukan merupakan persamaan diferensial parsiil, non linear dan hampir tidak mungkin untuk dipecahkan secara analitik. Maka untuk memperoleh solusi yang mendekati, persamaan diferensial parsiil ini dipecahkan menjadi persamaan aljabar yang lebih sederhana, dengan menggunakan pendekatan Finite Different atau Finite Elemen. Dua pendekatan ini sangat populer dipakai dalam menyelesaikan persamaan air tanah yang rumit. Karena ini merupakan solusi pendekatan (approximation solution), maka diperlukan faktor kalibrasi yang disebut parameter model. Model parameter ini yang mendekatkan antara solusi numerik dengan kenyataan. Sebelum model dijalankan, terlebih dahulu daerah studi didiskretisasi menjadi beberapa kotak atau elemen. Jumlah kotak yang diinginkan disesuaikan dengan kebutuhan. Semakin banyak kotak atau elemennya, semakin banyak waktu CPU komputer yang dipergunakan dan juga semakin lama solusi outputnya keluar. Kemudian juga ditentukan kondisi batas daerah studinya (boundary condition). Didalam sistem air tanah, dikenal dua jenis boundary condition, yakni no flow boundary dan constant head boundary. No flow boundary digunakan untuk batas

Optimalisasi Pengelolaan,... Edisi Khusus “Hari Bumi”: 141 - 150

149

kedap air, sedangkan constant head boundary digunakan pada batas akuifer yang permeabel (biasanya diidentifikasikan sebagai daerah rechargenya). 5. KESIMPULAN Air merupakan bagian terbesar yang menempati bumi. ± 99.99 % permukaan bumi terisi dengan air. Dengan kuantitas sebesar ini, air seharusnya dapat memenuhi kebutuhan seluruh kehidupan bumi. Persoalan utama adalah pada pendistribusian dan pencapaiannya. Permasalahan distribusi dan pencapaian ini memicu adanya konsep-konsep pengelolaan badan air yang bertujuan untuk memudahkan manusia untuk mengendalikan air. Karena disamping sumber kehidupan, air juga merupakan sumber bencana yang potensial. Permasalahan air juga terletak pada segi kualitas. Kualitas air ini terganggu akibat kegiatan manusia. Manusia berkembang biak membutuhkan lahan, pembukaan lahanlahan baru dibutuhkan untuk pemukiman dan ruang gerak manusia. Pembukaan lahan dan meningkatnya aktivitas manusia mengakibatkan penurunan kualitas air. Air yang sebenarnya mempunyai daya pemurnian alam dan membutuhkan waktu dan tempat untuk melakukan proses pemurniannya, menjadi terganggu karena keterbatasan tempat. Sungai-sungai dan badan air tidak mempunyai waktu cukup untuk memurnikan dirinya sendiri. Proses pemurnian harus dibantu dengan pengolahan buatan agar pendeknya jarak tidak menjadi kendala pada proses pemurnian yang dibutuhkan sungai untuk kembali seperti semula. Sebelum diimplementasikan, suatu sistem pengelolaan, pemodelan dapat dilakukan terlebih dahulu. Pemodelan dilakukan dengan membuat replika keadaan aslinya dengan memperkecil skala sehingga dapat dilakukan dilaboratorium. Selain model fisik, model matematikpun juga dapat dibuat. Dengan kekurangan dan 150

kelebihannya, para peneliti dan pengambil keputusan dapat bekerja bersama-sama dalam menelaah, menganalisa, memantau badan air dengan cara pemodelan fisik atau pemodelan matematik sehingga didapat suatu keputusan yang dapat meminimumkan dampak negatip dari akibat kegiatan manusia yang berdampak negatip pada badan air. DAFTAR PUSTAKA 1.

Haith, Douglas A. 1982. Environmental Systems Optimization. John Wiley & Sons. New York. 2. McDonald, Adrian T., David Kay. 1988. Water Resources: Issues and Strategies. Longman Scientific & Technical. John Wiley & Sons, Inc. New York. 3. Freeze, Allan R., John A. Cherry. 1979. Groundwater.Prentice-Hall, Inc. Englewood Cliffs, New Jersey. 4. Mays, Larry W., Yeuo-Koung Tung. 1992. Hydrosystems Engineering & Management. McGraw-Hill, Inc. New York. 5. Domenico, Patrick A., Franklin W.Schwartz. 1990. Physical and Chemical Hydrogeology. John Wiley & Sons. Toronto. Canada 6. Chapra, Steven C. 1997. Surface Water Quality Modeling. McGraw Hill International Edition. Civil Engineering Series. New York. 7. Va n G e n u c h t e n , M . 1 9 8 1 . N o n Equilibrium Transport Parameter from Miscible Displacements. Research Report Number 119 (USDA, Salinity Lab, Riverside, California) 8. Loucks, Daniel P., Jery Stedinger, Douglas Haith. 1981. Water Resource Systems Planning and Analysis. Prentice Hall. Englewood Cliffs, New Jersey 9. Lindstrom, F.T., W.T. Piver. 1991. Mathematical Models for Describing Transport in the Unsaturated Zone of Soils. Handbook of Environmental Chemistry. Vol 5. Part A. Water Pollution. Springer – Verlag. Germany

Samsuhadi., 2012