Seminar Nasional Sains dan Teknologi (Senastek),Denpasar Bali 2015
PENDUGAAN AKUIFER BAWAH TANAH DENGAN METODA GEOLISTRIK I Nengah Simpen*1), I Nyoman Sutarpa Sutama2) , I Wayan Redana3), Siti Zulaikah4) 1) Jurusan Fisika Universitas Udayana, Kampus Bukit Jimbaran Badung 2) Jurusan Peternakan Universitas Udayana, Kampus Bukit Jimbaran Badung 3) Jurusan Teknik Sipil Universitas Udayana, Kampus Bukit Jimbaran Badung 4) Jurusan Fisika Universitas Negeri Malang, Jl. Semarang 5 Malang *) Email:
[email protected] Abstrak. Metoda Geolistrik merupakan salah satu metoda Geofisika yang biasa dipakai untuk eksplorasi bawah permukaan dalam skala kedalaman antara 0-200 m. Metoda ini menggunakan empat buah elektroda yaitu dua buah sebagai elektroda arus listrik dan dua buah lagi sebagai elektroda potensial. Arus listrik diinjeksikan ke dalam tanah kemudian diukur beda potensial yang ditimbulkannya. Penelitian pendugaan akuifer telah dilakukan di Bugbug Karangasem dengan metoda Geolistrik. Pada penelitian ini telah didapatkan bahwa pada daerah penelitian ada akuifer yang melintas di daerah penelitian. Akuifer ini berbentuk alur seperti halnya pembuluh-pembuluh darah dalam tubuh manusia. Keberadaan akuifer telah dibuktikan dengan cara melakukan pengeboran dan penggalian. Dari hasil pengeboran didapatkan akuifer pada kedalaman 18,5 m yang sesuai dengan hasil penafsiran memakai Metoda Geolistrik. Satu akuifer lagi dibuktikan dengan melakukan penggalian dimana didapatkan akuifer pada kedalaman 17 m yang sesuai dengan hasil penafsiran memakai Metoda Geolistrik. Salah satu akuifer telah dilakukan pengujian. Hasil uji pemompaan debit optimum (Q) 0,01808 m3/s atau 65,4 m3/jam. Dari hasil analisiskualitatif didapatkan bahwa air sumur bor layak untuk sumber air minum ataupun untuk peternakan. Kata kunci: akuifer, Metoda Geolistrik, alur akuifer Abstract. Geolistrik method is one of the Geophysical methods are used for subsurface exploration in scale between 0-200 m depth. This method uses four electrodes, two as an electric current electrodes and two more as the electrode potential. Electric current is injected into the ground and then measured the resulting potential difference. Research has been conducted on the estimation of aquifer Bugbug Karangasem with Geolistrik Method. In this study it has been found that in the study area there are aquifers that pass in the research area. This aquifer shaped grooves as well as the blood vessels in the human body. The existence of the aquifer has been demonstrated by means of drilling and excavation. Drilling results obtained from the aquifer at a depth of 18.5 m in accordance with the results of the interpretation put on Geolistrik Method. One aquifer again evidenced by digging where obtained the aquifer at a depth of 17 m in accordance with the results of the interpretation put on Geolistrik Method. One of the aquifer has been tested. The optimum discharge pumping test results (Q) 0.01808 m3/s or 65.4 m3/h. By the kualitatf analysis, we obtained that the results showed that the water boreholes worth for drinking water or for livestock. Keywords: aquifer, Geolistrik method, the flow of the aquifer
1. PENDAHULUAN Mahluk hidup memerlukan air untuk mempertahankan kehidupannya. Air yang dipakai haruslah memenuhi ukuran kuantitas maupun kualitasnya. Kebutuhan akan air dari berbagai makluk hidup bervariasi tergantung jumlah dan jenisnya. Misalkan peternakan sapi memakai jumlah air yang berbeda jika dibandingkan dengan peternakan babi ataupun ayam. Demikian juga dengan jumlah ternak, memelihara sapi sepuluh ekor akan memerlukan jumlah air yang berbeda jika dibandingkan dengan memelihara sapi berjumlah seratus ekor. Standar yang digunakan untuk menghitung kebutuhan air setiap ternak adalah standar SNI 2002 yang didasarkan pada hasil penelitian tentang sumber daya air nasional tahun 1992. Berdasarkan standar ini misalkan tiap 1000 ekor ayam akan memerlukan 600 liter air minum tiap hari (Badan Standardisasi Nasional, 2002). Dari segi kualitas, air minum yang baik adalah air minum yang bersih, jernih, segar, tidak ada rasa, dan bebas dari pencemaran. Kualitas air sangat tergantung dari sumbernya. Sumber air minum dapat berupa air dari sumur gali, air permukaan dan air dari Perusahaan Daerah Air Minum (PDAM). Semua sumber air tersebut masih memiliki kendala, misalkan Air PDAM terkendala dengan harga yang relatif tinggi, kira-kira Rp. 5.000,-/m3 dan sering ngadat, air sumur gali
2
terkendala pada pencemaran akibat daerah di sekitarnya serta kuantitasnya yang tidak mendukung, di musim kemarau sering sumurnya kekurangan air, sedangkan air permukaan terkendala pada pencemaran dan kuantitas. Memperhatikan berbagai kendala seperti tersebut di atas, bagaimana kalau dibuat sumur bor yang sumber airnya relatif lebih dalam? Apabila dibuat sumur bor, timbul permasalahan baru yaitu bagaimana caranya mencari sumber air (akuifer) sehingga tidak sia-sia melakukan pengeboran? Untuk ini ditawarkan Metoda Geolistrik untuk menditeksi akuifer. Metoda Geolistrik merupakan salah satu metoda dalam Geofisika yang bekerja berdasarkan kontras resistivitas. Ditinjau secara fisika, akuifer memiliki kontras resistivitas terhadap lingkungannya, sehingga dengan Metoda Geolistrik diharapkan dapat ditemukan adanya akuifer. 2. DASAR TEORI 2.1 Proses Terbentuknya Akuifer Dalam siklus hidrologi, air selalu mengalami gerakan dan perubahan wujud secara berkelanjutan. Air yang jatuh ke tanah berupa hujan akan meresap ke dalam pori-pori tanah sampai batas kejenuhan tanah. Batas atas kejenuhan ini disebut dengan muka air tanah (water table), sedangkan airnya disebut dengan air tidak tertekan. Di bawah lapisan jenuh air ini ada suatu lapisan yang tidak dapat ditembus oleh air. Lapisan ini dapat menjaga air agar airnya yang di atasnya tidak turun maupun air di bawahnya tidak naik. Lapisan ini juga berfungsi untuk menjaga pencemaran air (Tebbutt, 2002). Air yang berada di antara lapisan kedap air disebut dengan air tanah tertekan dan daerahnya merupakan daerah akuifer tertekan. Daerah-daerah akuifer tertekan mempunyai tempat resapan di bagian hulu sehingga tekanan airnya lebih besar dari tekanan atmosfir. Secara skema, akuifer dapat digambarkan sebagai berikut (Bear, 2009).
Gambar 1. Skema Akuifer
Terbentuknya akuifer bawah tanah sebagai akibat adanya proses-proses geomorfologi pada permukaan bumi. Kekuatan-kekuatan yang berpengaruh pada proses geomorfologi adalah kekuatan eksogen, kekuatan endogen, dan kekuatan-kekuatan yang berasal dari luar bumi (Tjia, 1987). Hasil dari proses pelapukan, longsoran, erosi maupun perombakan dengan air sebagai agennya akan diendapkan menutupi lembah-lembah, daerah-daerah yang lebih rendah atau mengikuti aliran sungai. Demikian berjalan secara terus menerus selama adanya hasil proses dan agen. Peristiwa ini berjalan secara perlahan. Seandainya tidak ada kekuatan lain, maka permukaan bumi ini akan menjadi rata. Efek gunung berapi memiliki kekuatan yang sangat besar dalam mengubah morfologi permukaan bumi. Gunung berapi pada saat meletus mengeluarkan material-material vulkanik yang dapat menutupi lembah-lembah, daerah-daerah yang lebih rendah atau mengikuti aliran sungai sejauh berpuluh-puluh kilometer dengan ketebalan dari beberapa centi meter sampai puluhan meter tergantung daerahnya. Demikian juga dengan abu vulkaniknya yang dapat mencapai daerah yang lebih luas lagi. Peristiwa ini berulang secara terus menerus selama gunung api tersebut meletus. Sebagai akibatnya material hasil letusannyapun akan keliahatan berlapis-lapis sesuai dengan jenis material yang diendapkan. Kekerasan material endapan sangat tergantung pada suhu dan kandungan material yang terendapkan. Material yang terendapkan merupakan material-material yang tidak seragam dari yang berukuran besar sampai berukuran pasir dan tanah liat. Ketebalannya dari beberapa centi meter sampai beberapa meter. Material-material hasil letusan sifatnya keras dan tidak bisa ditembus air (Tjia, 1987). Karena sifat inilah maka material tersebut merupakan lapisan penutup akuifer. Sedangkan material-material yang tidak keras dan masih dapat ditembus oleh air menjadi akuifer.
3
Berdasarkan letak pengendapan material-material hasil geomorfologi yang membentuk akuifer, dapat dibedakan menjadi tiga jenis, yaitu (Simpen, 2015): 1) Material yang mengendap di sepanjang alur sungai atau parit, bagian yang keras akan menjadi lapisan penutup atau lapisan pelindungnya, sedangkan lapisan yang tidak keras dapat ditembus oleh air akan menjadi akuifer. Untuk kasus ini akuifer akan menjadi bentuk urat seperti sungai-sungai atau parit-parit yang terkubur. 2) Material yang mengendap di daerah berstruktur datar, bagian yang keras menjadi lapisan penutup, sedangkan bagian yang lunak dan dapat ditembus oleh air akan menjadi akuifer. Adanya lapisan keras dan lapisan lunak yang berselang seling akan membentuk akuifer dalam bentuk datar. 3) Material yang mengendap di lembah, lapisan keras paling bawah kemudiam terisi oleh bagian yang lunak serta ditutupi oleh bagian yang keras dan terakhir ditutupi lagi oleh bagian yang lunak. Susunan material seperti ini akan membentuk akuifer berupa cekungan. 2.1 Teori Metoda Geolistrik Metoda Geolistrik merupakan salah satu metoda Geofisika eksplorasi yang bekerja dengan cara menginjeksikan arus listrik ke dalam bumi kemudian mengukur beda potensial yang ditimbulkannya. Disini bumi dianggap medium homogen isotropis. Jika arus (I) diinjeksikan ke dalam bumi yang homogen dan isotropis melalui sebuah elektroda tunggal, maka arus listrik tersebut akan menyebar ke segala arah dalam permukaan-permukaan ekuipotensial pada bumi berupa permukaan setengah bola seperti yang diilustrasikan dalam Gambar 2 (Telford, 1990). Arus listrik
(a) Tampak atas
(b) Tampak penampang Gambar 2. Aliran Arus Listrik dan Bidang Ekuipotensial
Besarnya resistivitas listrik suatu formasi bawah permukaan dapat ditentukan menurut persamaan (Mudiarto, 2013): V(r) = Iρ/(4π r) (1) Karena permukaan yang dialiri arus adalah permukaan setengah bola yang mempunyai luas , maka atau
(2)
Dengan prinsip bidang ekuipotensial, akan didapatkan bahwa pengukuran potensial di permukaan tanah akan menghasilkan nilai yang sama dengan beda potensial di dalam tanah pada radius yang sama. Untuk pengukuran beda potensial antara titik M dan N dari sumber arus A dan B di permukaan seperti Gambar 3 (Telford, 1990, Mudiarto, 2013) akan didapatkan:
Gambar 3. Elektroda Arus dan Elektroda Potensial (3)
4
(4) Maka selisih beda potensial antara titik M dan N adalah :
(5) Maka didapat persamaan untuk menentukan resistivitas yaitu :
(6) Dimana K yang merupakan faktor geometri mempunyai nilai: K=
(7)
2π ⎡⎛ 1 1 ⎞ ⎛ 1 1 ⎞⎤ ⎢⎜ AM − MB ⎟ − ⎜ AN − NB ⎟⎥ ⎠ ⎝ ⎠⎦ ⎣⎝
Apabila dalam pengambilan data jarak spasi elektroda dibuat sama yaitu AM = MN = NM = a, maka AM = NB = a dan MB = AN = 2a, seperti Gambar 4, maka persamaan ( 7 ) akan menjadi: K = 2π a (8) Konfigurasi seperti ini dikenal dengan Konfigurasi Wenner. Faktor geometri untuk konfigurasi Wenner menjadi:
K
w
= 2 π a dan
(9)
Jadi dengan membuat susunan elektroda seperti gambar 4 (Konfigurasi Wenner) kemudian melakukan pengukuran beda potensial, kuat arus dan jarak antar elektroda akan didapatkan resistivitas (resistivitas semu) pada titik pengukuran tersebut.
Gambar 4. Elektroda Arus dan Elektroda Potensial pada Konfigurasi Wenner
2.3 Resistivitas Batuan di Daerah Akuifer engan Metoda Geolistrik dapat membedakan perlapisan bumi berdasarkan resistivitasnya. Besarnya resistivitas beberapa batuan dapat dilihat pada tabel berikut. Tabel 1. Variasi Nilai Resistivitas Material Bumi Jenis material Udara Batu pasir Pasir Tanah lempung Air tanah Air Asin Kerikil kering Aluvium Kerikil basah Sumber: Telford, 1990
Nilai Resistivitas ( Ohm meter) 0 200 – 8.000 1 – 1.000 1 – 100 0,5 – 300 0,2 600 – 10.000 10 – 800 100 – 600
Berbagai faktor dapat mempengaruhi besarnya nilai resistivitas suatu batuan yaitu porositas batuan, jenis material, kandungan air dalam batuan, kandungan bahan-bahan kimia dan lain-lain. Ini berarti untuk batuan yang sama akan memiliki nilai resistivitas yang berbeda kalau kandungan airnya berbeda seperti halnya akuifer.
5
3. METODA PENELITIAN Sebagai suatu studi dalam aplikasi pencarian akuifer dengan Metoda Geolistrik, maka dalam penelitian ini dilakukan di Desa Bugbug Karangasem Bali. Peralatan yang digunakan terdiri dari satu set alat Geolistrik, pompa submersible, dipmeter, dan satu set alat ukur debit air. Pertama-tama di daerah penelitian dibuat lintasan-lintasan pengukuran sebagai tempat melakukan pengukuran resistivitas dengan Metoda Geolistrik. Kedua dilakukan pengukuran resistivitas dengan Metoda Geolistrik. Kemudian data yang didapat diolah dengan program Res2divn. Selanjutnya dilakukan pembuktian dimana diduga ada akuifer. Setelah didapatkan air, dilanjutkan dengan melakukan analisis kuantitas dan kualitas terhadap air yang didapat. 4. HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Keadaan Geografis di Daerah Penelitian Daerah penelitian terletak pada ketinggian 10 – 20 m dari permukaan laut dengan koordinat di sekitar 8,500584 LS 115,594636 BT. Formasi batuan di sekitar tempat ini terdiri dari formasi batuan gunung api gunung agung muda (Hadiwidjojo, 1971). Pada daerah penelitian terdapat juga sumur gali yang telah dibuat oleh masyarakat setempat. Peta daerah penelitian, lintasan pengukuran dengan Metoda Geolistrik, posisi sumur bor dan posisi sumur gali dapat dilihat pada Gambar 5. 4.2 Hasil Pengukuran dan pengolahan data dengan Metoda Geolistrik Pengukuran dengan Metoda Geolistrik memakai alat Geolistrik SkillPro 48 channel dengan konfigurasi Wenner. Kedelapan lintasan pengukuran dengan sebaran lintasan dapat dilihat pada Gambar 5. Kemudian data yang didapat diolah dengan program Res2divn sehingga didapatkan kontur penampang lintasan berdasarkan resistivitasnya seperti gambar 6 – 13.
Gambar 5. Daerah Penelitian
Gambar 6. Penampang Resistivitas Lintasan 8
Gambar 7. Penampang Resistivitas Lintasan 7
6
Gambar 8. Penampang Resistivitas Lintasan 6
Gambar 9. Penampang Resistivitas Lintasan 5
Gambar 10. Penampang Resistivitas Lintasan 4
Gambar 11. Penampang Resistivitas Lintasan 3
Gambar 12. Penampang Resistivitas Lintasan 2
Gambar 13. Penampang Resistivitas Lintasan 1
4.3 Pembuktian Hasil Pengukuran dengan Metoda Geolistrik Bila diperhatikan hasil pengukuran data Geolistrik dapat dikatakan bahwa pada masing-masing penampang terdapat daerah-daerah yang memiliki resistivitas sangat kecil yang diduga sebagai akuifer. Akuifer-akuifer ini memiliki pola lingkaran-lingkaran bukan bentuk flat. Berdasarkan hasil pengeboran pada lintasan 7 di titik 24 (tanda panah) ternyata memang benar didapatkan akuifer pada kedalaman 18,5 m. Selain itu pada lintasan 4 di titik 14 (tanda panah), setelah dilakukan
7
penggalian dalam rangka membuat sumur gali, ternyata memang benar ada akuifer pada kedalaman 17 m. Sementara ini dua akuifer yang telah dibuktikan. Apabila akuifer-akuifer ini dihubungkan, akan didapatkan alur-alur akuifer seperti nampak pada gambar 5. Akuifer ini berbentuk alur seperti halnya pembuluh-pembuluh darah dalam tubuh manusia. Berdasarkan gambar penampang pada lintasan 7 dan lintasan 4 nampak bahwa antara akuifer sumur Sb dengan akuifer sumur S6 tidak ada hubungan. 4.4 Uji Kuantitas Air Sumur Bor Pengujian kuantitas air sumur bor dilakukan dengan metoda debit bertingkat (Step drow down test) dengan hasil sebagai berikut: Tabel 2. Rekapitulasi Data Sumur dengan Metoda Debit Bertingkat
Step 1 2 3 4 5
Debit (Q) (m3/s) 0,00078 0,00125 0,00181 0,00233 0,00278
Drawdown (Sw) (m) 0,088 0,187 0,320 0,428 0,533
Berdasarkan data di atas, dapatlah dicari persamaan sumur yang merupakan hubungan antara drowdown (Sw) dengan debit (Q) dalam bentuk regresi kuadratis sebagai berikut: Y = 1083 X2 +218,8 X – 0,084 (5) Dimana Y = Sw dan X = Q Debit optimum pemompaan berarti debit air sumur yang dapat diambil sebanyak-banyaknya, tetapi posisi pompa masih dalam batas aman secara teknik. Untuk mendapatkan debit optimum pemompaan diperlukaan data sumur sebagai berikut: Tabel 3. Parameter Sumur Parameter Dalamnya sumur Jarak pompa dari dasar sumur Panjang pompa Muka air Posisi pompa Tinggi air minimum di atas pompa yang diperbolehkan Drowdown maksimum (Sw max)
Kuantitas 27,74 m 0,50 m 0,80 m 17,122 m 27,24 – 26,44 m 0,50 m 8,818 m
Berdasarkan data sumur seperti tersebut di atas, yang diaplikasikan pada persamaan sumur (5), didapatkan Q optimum sebesar 0,01808 m3/s atau 65 m3/jam. Pada saat Q optimum, didapatkan Sw optimum sebesar 3,873 m. Ini berarti sumur bor tersebut mampu airnya diambil dalam jumlah 65 m3/jam yang akan mengakibatkan penurunan permukaan air sebesar 3,873 m tetapi kondisi pompa masih dalam batas aman secara teknis. 4.5 Uji Kualitas Air Sumur Bor Sumur yang didapat kemudian airnya dianalisis secara kimia, fisika dan biologi. Untuk mendapatkan hasil yang lebih akurat, dilakukan dua kali pengujian. Hasil pengujian dapat dilihat pada tabel 4. Memperhatikan hasil analisis kualitatif seperti tersebut di atas berarti air yang didapat dari sumur bor layak dipakai untuk sumber air minum. 5. KESIMPULAN Berdasarkan pada pembahasan di atas, dapatlah ditarik kesimpulkan sebagai berikut: 1) Metoda Geolistrik dapat dipakai untuk menduga keberadaan akuifer bawah tanah dengan keakuran yang tinggi sampai menggambarkan alur-alur akuifernya. 2) Akuifer di daerah penelitian memiliki pola berupa lingkaran dengan alur-alur seperti pembuluh darah pada tubuh manusia, bukan dalam bentuk flat. 3) Secara kuantitas, air yang didapat relatif besar dengan debit optimum 65 m3/jam. 4) Air yang didapat dari sumur bor memiliki kualitas yang baik dan layak dipakai untuk sumber air minum.
8
Tabel 4. Hasil Pengujian Kualitas Air Sumur Bor No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
Parameter pH BOD5 COD Nitrit (NO2) Nitrat (NO3) Sulfat (SO4) Kesadahan Klorida (Cl) Amonia (NH3) Kekeruhan Warna
Satuan mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L MgCaCO3/L mg/L mg/L mg/L UnitPtCo
Uji 1
Uji 2
7,12 1,83 4,28 0,001 7,242 15,926 241,297 21,3 0,002 18,75 0,001 tdk berbau tdk berasa 7,363 1,135 Ttd 0 0 0
7,42 1,128 3,20 0,004 6,421 14,829 157,642 51,79 Ttd 16,5 0,001
Ambang
6-9 1) 2 1) 10 1) 0,06 1) 10 1) 400 1) 500 2) 600 1) 0,5 1) 1000 1) 50 2)
Bau tdk berbau Tdk berbau 2) Rasa tdk berasa Tdk berasa 2) Kalsium 7,476 200 2) Magnesium 1,244 150 2) Sodium 0 2) Besi Ttd 1,0 2) ALT CFU/mL 0 0 2) Coliform MPN/100mL 0 0 2) E.Coli MPN/100mL 0 0 2) Staphilococcus 21 aureus CFU/mL 0 0 0 2) 22 Salmonella/Shigella CFU/mL 0 0 0 2) 23 BAL CFU/mL 0 0 0 2) 1) Peraturan Gubernur Bali No. 8 Tahun 2007 tentang Baku Mutu Lingkungan Hidup dan Baku Kerusakan Lingkungan Hidup 2) Guidelines for Dringking Water Quality, WHO, Geneva, 1982 12 13 14 15 16 17 18 19 20
6. DAFTAR PUSTAKA Badan Standardisasi Nasional. 2002. Penyusunan neraca sumber daya Bagian 1: Sumber daya air spasial.Standar Nasional Indonesia, SNI 19-6728.1-2002 Bapedalda Bali, 2007, Peraturan Gubernur Bali No. 8 Tahun 2007 tentang Baku Mutu Lingkungan Hidup dan Baku Kerusakan Lingkungan Hidup, Denpasar, Pemerintah Propinsi Bali. Bear,J.,and A. H.D. Cheng, 2009, Modeling Groundwater Flow and Contaminant Transport, Springer, New York. Hadiwidjojo, Purbo, M.M, Peta Geologi Bali, Direktorat Geologi, 1971. Mudiarto, A., Supriyadi dan Sugiyanto, 2013, Pemodelan Fisik Untuk Monitoring Kebocoran Pipa Air Dengan Metode Geolistrik, Unnes Physics Journal, Vol. 1(1): 1-6. Simpen, I Nengah, 2015, Solusi Permasalahan Sumur Bor Versus Sumur Gali dengan Metoda Geolistrik dan Uji Pemompaan Sumur (Suatu Studi Kasus di Bugbug Karangasem Bali), Prsiding SeminarNasional Fisika dan Pembelajarannya 2015, Universitas Negeri Malang. Tebbutt, T.H.Y., 2002, Principles of Water Quality Control, Butterworth Heinemann, Tokyo. Telford, W. M., Geldart, L. P., Sherif, R.E dan Keys, D. D. 1990. Applied Geophysics First Edition. Cambridge University Press. Cambridge. New York. Tjia, H.D., 1987. Geomorfologi, Dewan Bahasa dan Pustaka Kementrian Pendidikan Malaysia, Kuala Lumpur. WHO, 1982, Guidelines for Dringking Water Quality, Geneva.
