Simposium Nasional Teknologi Terapan (SNTT) 4 2016
ISSN : 2339-028X
REMBESAN AIR ASIN PADA MODEL AKUIFER BEBAS DAERAH PANTAI Nurnawaty1*, Mary Selintung2, M. Arsyad Thaha3 dan Farouk Maricar4 1 Mahasiswa Program Doktor Teknik Sipil, Universitas Hasanuddin 2,3,4 Dosen Jurusan Teknik Sipil, Universitas Hasanuddin Kampus II FT Unhas Jl. Poros Malino Km.6, Sulawesi Selatan *
Email:
[email protected]
Abstrak Rembesan air laut di wilayah pesisir ke dalam air tanah tawar terkait dengan porositas dan permeabilitas batuan penyusunnya. Semakin besar pori-pori batuan semakin tinggi porositas dan permeabilitasnya. Satu hal yang dapat mempengaruhi kecepatan intrusi air laut ke dalam akuifer air tanah adalah debit rembesan. Di dalam permukaan tanah atau lapisan membran tanah terdapat garis aliran, dimana satu garis sepanjang butir-butir tanah akan bergerak dari bagian hulu ke hilir melalui media tanah yang tembus air (permeable). Masalah rembesan air dapat menyebabkan kerusakan jika terjadi tekanan air yang berlebihan, pada air tanah asin dapat menyebabkan intrusi air laut semakin panjang ke daratan.Tujuandari penelitian ini adalahuntuk menyelidikihubungan antarakekuatanrembesan dankecepatan daripartikel pasirselama pengaliran air asin yang disebabkan oleharusrembesanke atas danhorisontal. Dalam percobaan, pasir laut dengan variasi jenis butiran kasar, sedang dan halusdigunakansebagai bahanuji dankecepatanmigrasi darirembesan airdanpartikel pasirdihitungdari jumlahdiukur tekanan dan waktu untuk mengetahui debit rembesannya. Hasil tesmenunjukkan bahwa Tekanan air pada partikelpasir kasar lebih rendah dibandingkan dengan pasir halus, untuk tinggi muka air terhadap jarak rembesan pasir halus lebih tingggi dibandingkan dengan pasir kasar, dan debit rembesan lebih besar pada pasir kasar disbanding yang lainnya.Besar kecilnya rembesan yang terjadi pada akuifer pantai dapat dikontral dengan mengubah permeabilitas pasir tersebut. Kata kunci: akuifer pantai, permeabilitas, porositas, rembesan air asin
1. PENDAHULUAN Naiknya permukaan laut (Sea level rise) akibat meningkatnya suhu udara dunia merupakan salah satu permasalahan penting yang harus dihadapi oleh negara-negara pantai atau negara kepulauan di dunia, hal ini akan berpengaruh pada garis pantai, kawasan pantai yang makin berkurang, hilangnya sebagian hutan bakau, serta terjadinya abrasi dan sedimen, peristiwa ini terjadi bila keseimbangan terganggu.Dua hal utama yang paling berpengaruh adalah tekanan dan rembesan. Apabila hal tersebut terjadi secara berlebihan bisa menyebabkan intrusi, dimana kadar air bersih dalam tanah pada suatu daerah otomatis akan tercemar dan menjadi berkurang. [Leonid, dkk : 2010], menurut [Papadopoulou, dkk : 2005] masalah intrusi air laut telah terjadi di banyak kota yang terdapat dekat pantai. Kekuatan air tanah ke laut, serta fluktuasi air tanah di daerah pantai. Perubahan kondisi fisik pantai akan mempengaruhi kelangsungan hidup penduduk di kawasan tersebut[St. Zubaedah, dkk : 2002], Aktivitas penyebab antara lain penggunaan air tanah yang berlebihan, perubahan fungsi lahan, karakteristik pantai dan batuan penyusun, kekuatan air tanah ke laut serta fluktuasi air tanah di daerah pantai. 2. TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Rembesan Rembesan atau permeabilitas suatu bahan adalah pengaliran dari cairan yang berupa air atau minyak mengalir lewat rongga pori, pori-pori tanah saling berhubungan antara satu dengan yang lainya. Sehingga air dapat mengalir dari titik yang mempunyai tinggi energi lebih tinggi ke titik dengan energi yang lebih rendah. Untuk tanah permebalitas dilukiskan sebagai sifat tanah yang menggambarkan bagaimana air mengalir melalui tanah.Walaupun secara teoritis, semua jenis tanah lebih atau kurang mempunyai rongga pori, dalam praktek, istilah mudah meloloskan air (permeable),ditunjukan untuk tanah yang memang benar-benar mempunyai sifat meloloskan air. Sebaliknya tanah disebut kedap air (impermeable),bila tanah tersebut mempunyai kemampuan 581
Prosiding SNTT FGDT 2016
meloloskan air yang sangat kecil, sehingga konsep dasar rembesan dari tinggi energi dan kehilangan energi ketika air mengalir melalui tanah telah disebutkan ketika air mengalir melalui medium berpori seperti tanah akan terjadi kehilangan energi yang terserap oleh tanah. Rembesan pada tanah merupakan aliran yang secara terus menerus mengalir dari hulu menuju hilir. Aliran air ini merupakan aliran dari air sungai melalui material yang lolos air (permeable), pola aliran dan debit rembesan yang keluar melalui tubuh bendungan atau dibawah tubuh bendung sangat penting dan perlu untuk diperhatikan. Menurut [Yeh William : 2006] analisa rembesan pada tanah umumnya dimodelkan baik secara fisik maupun secara empiris untuk mengetahui fenomena pola aliran dari rembesan. Selain itu, kondisi aliran yang digunakan dalam permodelan ini yaitu aliran tetap. atau (steady flow) terjadi di titik manapun jika kondisi seperti kecepatan, tekanan, dan kedalaman aliran tidak terjadi perubahan terhadap waktu. Sehingga, ratarata kecepatan dan tekanan aliran tersebut konstan sehingga mengalami kondisi pergerakan tanah akibat karena tekanan aliran tetap terus menerus mengalir dari hulu ke hilir. Debit rembesan yang besar dapat menimbulkan piping serta gejala sembulan (boiling) yang dapat membahayakan kestabilan tubuh tanggul [S.Sosrodarsono, dkk : 1997], Debit rembesan harus dibatasi yaitu 2% sampai 5 % dari debit rata-rata yang masuk ke dalam waduk atau saluran. Semakin besar debit ratarata yang mengalir maka presentase maksimal yang diambil harus semakin kecil Ada beberapa metode yang digunakan untuk menghitung debit rembesan antara lain, Hukum Darcy, metode Dupuit, L Casagrandedll [S.Sosrodarsono, dkk : 1990] Pada Gambar 1 dibawah ini terdapat perbedaan tinggi muka air antara bagian hulu (h1) dan hilir atau tail water (h2). Dalam hal ini Dupuit mengasumsikan rembesan per unit dalam koordinat X dan Y dalam rumus ππ¦ q = βπ π¦ ππ₯ (1) Integrasi dan disubtitusikan dengan boundary conditions qX = 0, y = h1 dan X = L, y = h2 Ditentukan sebuah rumus πΎ (β 2β β 2)
1 2 π= 2πΏ Dengan : h1 = tinggi nuka air di hulu (cm) h2 = tinggi muka air di hilir (cm) L = panjang jarak horizontal K = koefisien fermeabilitas
(2)
y
K
h1
K
h2 X
L
Gambar 1. Rembesan Air asin dalam tanah dari hulu ke hilir Persamaan tersebut disebut Dupuitβs Formula, sedangkan untuk menentukan formasi garis depresi ditentukan dengan menentukan tinggi h. π
β = ββ12 β (β12 β β22 ) πΏ
(3)
Besarnya debit menurut Schaffemak dan Van Iterson q = k a sin ο‘ .tanο‘
(4) 582
Simposium Nasional Teknologi Terapan (SNTT) 4 2016
ISSN : 2339-028X
Casagrande mengusulkan cara untuk menghitung rembesan (tubuh bendungan) yang didasarkan pada pengujian model, berdasarkan persamaan berikut : q = k a sin2ο‘ dimana : a = tinggi garis kemiringan hilir pada dasar (cm) d = jarak lintasan rembesan (cm) H = tinggi muka air Hulu (cm) ο‘ = sudut kemiringan lereng hilir k = Koefisiem permeabilitas
(5)
2.2.
Aliran Air Dalam Tanah Aliran air tanah diperlukan untuk mengetahui :Banyaknya rembesan yang mengalir dibawah permukaan tanah misalnya di bawah tubuh bendung, perubahan volume tanah akibat aliran air tanah, perubahan kekuatan geser tanah. Untuk aliran air yang melalui tanah berlaku hukum DARCY dan aliran adalah laminer kecepatannya relatif rendah [S.Sosrodarsono, dkk : 1990]. Q = k.i.A (6) Dimana : Q= Debit yang mengalir, dalam (l/det) atau (m3/det) i= Gradien hidrolik (cm) A= Luas penampang (cm2) k= Koefisien permeabilitas (cm/det) Koefisien Permeabilitas (k) adalah kecepatan aliran yang melalui rongga, harga (k) bergantung kepada : ukuran butir (Soil grain), sifat dari pada air pori, angka pori (Void ratio) e, bentuk dan susunan pori (Porositas) n serta drajat kejenuhan Sr. Kecepatan Darcy dan rembesan kecepatan permeabilitas pada media berpori (pasir, kerikill berpasir, tanah dan tanah liat) berbeda sesuai panjang sampel, pada panjang sampel yang sama kecepatan Darcy menurun pada pasir halus sementara pada pasir kerikil kecepatan Darcy meningkat, nilai konduktivitas hidrolik atau koefisien permeabilitas bervariasi [Edi Harseno : 2006]. Untuk mengetahui tekanan air pori yang terjadi pada kedalaman di bawah muka air tanah. Bernoulli memberikan suatu persamaan ; π
π2
β = πΎπ€ + 2π + π§
(7)
dengan: h = tinggi energy total, ο² = tekanan (KN/cm2), V = kecepatan (cm/det), ο§w = berat volume air, g = percepatan gravitasi (cm/det2), z = tinggi elevasi (cm) Kecepatan rembesan v di dalam tanah sangat kecil, maka factor kecepatan diabaikan, dimana V 2/2g = 0. Dengan diabaikannya factor kecepatan maka persamaan Bernoulli menjadi : π
β = πΎπ€ + π§
(8)
Untuk menghitung banyaknya rembesan lewat tanah dengan perbedaan tinggi energy, seperti pada gambar . Koefisien permebilitas tergantung pada beberapa faktor, yaitu: kekentalan cairan, distribusi ukuran pori, distribusi ukuran butir, angka pori, kekasaran permukaan butiran tanah, dan derajat kejenuhan tanah. Harga koefisien rembesan untuk tiap-tiap tanah adalah berbeda-beda.Beberapa harga koefisien rembesan diberikan pada tabel 1 [S.Sosrodarsono, dkk : 1997].
583
Prosiding SNTT FGDT 2016
Gambar 2. Aliran Rembesan Dalam Tanah Tabel 1. Harga koefisien rembesan (k) Jenis tanah Kerikil bersih Pasir kasar Pasir halus Lanau Lempung
K (cm/detik) 1,1-100 1,0-0,01 0,01-0,001 0,001-0,00001 Kurang dari 0,000001
(ft/menit) 2,0-200 2,0-0,02 0,02-0,002 0,002-0,00002 Kurang dari 0,000002
3.
METODOLOGI Penelitian dilaksanakan secara eksperimental di laboratorium dengan rancangan penelitian sebagai berikut: 3.1. Alat, Bahan dan Model Penelitian Secara umum jenis alat, bahan dan model penelitian yang dipergunakan dalam percobaan antara lain : a. Alat : Eunha permeability tank model, Mistar ukur untuk mengukur kedalaman air dan elevasi dasar saluran, Mesin pompa air untuk digunakan pengisian air ke dalam alat EunhaPermeabeality Tank Model, Stop watch untuk mengukur kecepatan aliran, Ayakan no. 4, Bejana ukur / Gelas ukur, Kamera dan peralatan lainya yang digunakan untuk foto dokumentasi, Selang air, serta alat tulis b. Bahan Pasir putih dengan tiga tipe, lolos saringan no 200 (halus), lolos saringan no 100 (sedang) dan lolos saringan No.4 dan tetahan no.60 (kasar), Air, zat pewarna c. Model Penelitian Penyusunan model penelitian ini dengan menggunakan alat Eunha Permeability Tank model EH β PMT β 1800 Material 15 mm Acrylplate dengan standar volume 600 mm scale dengan dimensi 460 w x 700 H (mm). Dapat ditunjukan sesuai pada Gambar .3a.alat ukur, 3b dan 3c material pasir halus dan kasar
Gambar 3a. Alat ukur βEunha Permeabilityβ
584
Simposium Nasional Teknologi Terapan (SNTT) 4 2016
ISSN : 2339-028X
3.2. Variabel yang Diteliti Sesuai dengan tujuan penelitian yang telah dikemukakan sebelumnya, maka variable yang diteliti yaitu : a. Variabel bebas : Tinggi muka air (H),Tekanan air (p)Waktu (t),Jarak lintasan rembesan (L) Sudut kemiringan lereng hulu (ο‘) b. Variabel terikat : Debit rembesan (Qf), Kefisien permeabilitas (k)
Keterangan gambar : Titik Pengamatan tekanan Pipa Pembuang Tinggi muka air Model akuifer pantai (pasir pantai) Multi tube mano meter F. Pipa pengaliran A. B. C. D. E.
Gambar 4.Pengamatan Rembesan air dalam pasir 4. HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Hubungan Kedalaman air dan Jarak Rembesan Data kedalaman dan jarak rembesan diambil berdasarkan hasil pengukuran pada tiga model tanggul dengan tiga jenis pasir yang berbeda pada tinggi muka air yang sama (H20), hasil pengukuran kedalaman dan jarak rembesan pada gambar 5 Grafik tersebut menunjukkan pola aliran pada setiap muka air,Untuk muka air P Kasartinggi pizometer 20 cm pada jarak selang 40 cm, pada jarak selang 55 cm tinggi pizometer 15 cm dan mencapai jarak selang 100 cm tinggi pizometer 1,2 cm. Untuk Pasir sedang tinggi pizometer 20 cm pada jarak 45 cm, pada jarak selang 60 cm tinggi pizometer 15 cm dan mencapai jarak selang 95 cm tinggi pizometer 3.2 cm. Untuk Pasir halus tinggi pizometer 20 cm pada jarak 45 cm, pada jarak selang 65 cm tinggi pizometer 15 cm dan mencapai jarak selang 90cm tinggi pizometer 7 cm. 40 35 30 25 20 15 10 5 0 0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
85
90
95 100 105 110 115 120
Jarak (cm) Pasir Halus
Pasir Sedang
Pasir Kasar
Gambar 5. Hubungan antara Kedalaman air dan Jarak Rembesan
585
Prosiding SNTT FGDT 2016
4.2. Analisa Debit Rembesan Berdasarkan Metode Dupuit Perhitungan debit rembesan pada pasir kasar K = 0.0025 mm/detik h1 = 20 cm h2 = 19.7 cm L = 5 cm πΎ (β12 β β22 ) q= 2πΏ 0.0025 (202 β 19.72 ) q= = 0.07444 ππ/πππ 2π 5 Hubungan antara jarak dan debit rembesan, masing-masing jenis pasir dengan metode Dupuit pada gambar 6berikut :
Relationship Distance Vs Seepage velocity Seepage Velocity q (cm/s)
0.12000 0.10000 0.08000 coarse sand
0.06000
Medium sand
0.04000
fine sand
0.02000 0.00000 0
10
20
30
40
50
60
Distance (cm)
Gambar 6. Hubungan antara Jarak dan Debit Rembesan Grafik diatas menunjukkan debit rembesan menggunakan metode Dupuit pada setiap jarak,Untuk muka air Pasir kasardebit rembesan sebesar 20.621 ml/jam pada jarak 47 cm,. Pasir sedangdebit rembesan sebesar 8.263 ml/jam pada jarak 53 cm, sedangkan Pasir halusdebit rembesan sebesar 3.346 ml/jam pada jarak 56 cm. Hal ini menunjukkan bahwa makin besar ukuran pori maka debit rembesan semakin besar. Dari gambar dapat disimpulkan bahwa makin panjang jarak rembesan, maka semakin besar debit rembesan yang diperoleh berdasarkan kedalaman rembesan pada masing-masing jenis pasir. 5. KESIMPULAN Berdasarkan data pengamatan di laboratorium pemodelan terdirin atas jenis pasir halus, pasir sedang dan pasir kasar yang berasal dari pantai, Formasi pasir kasar lebih mampu melewatkan air dibanding pasir halus. Dilihat dari nilai K pasir halus sangat berpotensi menjadi dengan endapan pantai sebagai lapisan kedap air, sebagai akibat perbedaan karakter dan sifat dari batuan penyusun litologi, maka akan terjadi perbedaan nilai konduktifitas hidrolik. Hal ini akan mempengaruhi pola rembesan air asin pada daerah pantai dan sekaligus mempengaruhi pola aliran air tanah, dimana jika air melalui media dengan nilai konduktifitas yang lebih kecil, maka arah alirannya akan berubah menuju media dengan konduktifitas hidrolik yang lebih besar. Hal ini terjadi karena air cenderung mencari media yang dapat meloloskan air dengan kecepatan aliran yang lebih besar.Sehingga bias disimpulkan bahwa besar kecilnya rembesan air asin yang terjadi pada akuifer pantai dapat dikontrol dengan mengubah permeabilitas pasir tersebut. DAFTARPUSTAKA Devendra Kumar et al, (2012), International Journal of Scientific and Research Publications, Volume 2, Issue 7, July 2012 11 ISSN 2250-3153 586
Simposium Nasional Teknologi Terapan (SNTT) 4 2016
ISSN : 2339-028X
Law, D. (2012). Modified Design of Experimental Setup and Measurement of Permeability of the Sand by Using, 2(7), 1β11. Lecturer, S. (2003). Scaling of Seepage Flow Velocity in Centrifuge Models, 326(March). Leonid N., Germanovich and Lawrence C. Murdoch, (2010), Injection of solids to lift coastal areas, journal is Β© The Royal Society Nurnawaty, et al (2015), Studi Pengaruh Sekat Grouting Air-Semen Pada Pasir Pantai Untuk Mengurangi Intrusi Air Laut, Prosiding SNTT3, FGDT-PTMVIMakassar ISSN 2339028X Papadopoulou MP, et al, (2005), Modelling The Saltwater Intrusion Phenomenon In Coastal Aquifers β A Case Study Industrial Zone Of Herakleio In Crete, Global Nest Journal Vol.7 No.2, pp 197 β 203 Siti Zubaedah Kurdi, dkk, (2002), Indikasi Kenaikan Muka Air Laut Pada Kota Pantai Di Kotamadya Makassar, Proseding Studi Dampak Timbal Balik Antar Pembangunan Kota dan Perumahan di Indonesia dan Lingkungan Global. Edi Harseno, dkk, (2008), Tinjauan tinggi tekanan Air di bawah Bendung dengan Turap dan Tanpa Turap Pada Tanah Berbutir Halus, FT UKRIM, Yogyakarta Udiana I Made, (2006), Teknik Pengujian Tekanan Air Pada Pekerjaan Grouting Proyek Bendungan/Waduk Nipah Madura Jawa Timur, Jurnal jurusan teknik Siplil FST Undana Seepage velocities derived from thermal records using wavelet analysis. (2013), 64β74. http://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2012.11.022 S. Sosrodarsono, (1997), Bendungan Type Urugan, PT. Pradnya Paramita, Jakarta S. Sosrodarsono dan Nakazawa, (1990), Mekanika Tanah dan Teknik Pondasi, PT Pradnya Paramita, Jakarta Wikipedia, (2012), http://id.wikipedia.ofg/wiki//kenaikan-permukaan-air-laut, diakses 5 Mei 2013 Yeh William WG, (2006), Modelling And Optimization Of Seawater Intrusion Brriers In Southern California Coastal Plain, Technical Completion Reports, University Of California Water Resources Centre, Uc Berkeley, (http://escolarship.org/uc/item/3z07d30d)
587
