STUDI INTRUSI AIR LAUT DENGAN MENGGUNAKAN METODE RESISTIVITAS LISTRIK KONFIGURASI WENNER – SCLUMBERGER
DI KAWASAN DESA PANTAI CERMIN KIRI KECAMATAN PANTAI CERMIN
SKRIPSI
FITRIKAYANTI HASIBUAN NIM : 080801042
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
STUDI INTRUSI AIR LAUT DENGAN MENGGUNAKAN METODE RESISTIVITAS LISTRIK KONFIGURASI WENNER – SCLUMBERGER
DI KAWSAN DESA PANTAI CERMIN KIRI KECAMATAN PANTAI CERMIN
SKRIPSI
Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar Sarjana Sains
FITRIKAYANTI HASIBUAN NIM : 080801042
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
ii
PERSETUJUAN
Judul : Studi Intrusi Air Laut Dengan Menggunakan metode Resistivitas Listrik Konfigurasi wenner-Sclumberger Di Kawasan Pantai Cermin Kiri Kecamatan Pantai cermin. Kategori : Skripsi
Nama : Fitrikaynti Hasibuan
Nim : 080801042
Program Studi : Sarjana (S1) Fisika Departemen : Fisika
Fakultas : Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam (MIPA) Universitas Sumatera Utara
Disetujui di
Medan, Mei 2013
Komisi Pembimbing :
Pembimbing 2, Pembimbing 1,
Drs. Rahmatsyah, M.Si Dr. Susilawati, S.Si, M.Si NIP. 19660202199431006 NIP. 197412072000122001
Diketahui/Disetujui oleh
Departemen Fisika FMIPA USU
Ketua,
iii
PERNYATAAN
STUDI INTRUSI AIR LAUT DENGAN MENGGUNAKAN METODE REISTIVITAS LISTRIK KONFIGURASI WENNER-SCLUMBERGER DI
KAWASAN PANTAI CERMIN KIRI KECAMATAN PANTAI CERMIN
SKRIPSI
Saya mengakui bahwa skripsi ini adalah hasil kerja saya sendiri, kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya.
Medan, Mei 2013
iv
PENGHARGAAN
Alhamdulillah, segala puji syukur penulis panjatkan keahadirat Allah SWT atah segala limpahan rahmatNya sehingga penulis diberi kekuatan untuk menghadapi segala rintangan dalam menyelesaikan skripsi yang berjudul “STUDI
INTRUSI AIR LAUT DENGAN MENGGUNAKAN METODE
RESISTIVITAS LISTRIK KONFIGURASI WENNER – SCLUMBERGER DI KAWASAN DESA PANTAI CERMIN KIRI KECAMATAN PANTAI CERMIN”.
Penyelesaian skripsi ini tentunya tidak terlepas dari bimbingan, bantuan, dorongan dari berbagai pihak. Oleh karena itu dalam kesempatan ini penulis mengucapkan terimakasih kepada :
1. Dr. Susilawati, M.Si dan Drs. Rahmatsyah, M.Si selaku dosen pembimbing I dan II yang bersedia meluangkan waktunya untuk mendampingi penulis dalam setiap bimbingannya.
2. Bapak Dr. Sutarman, M.Sc, selaku dekan FMIPA USU.
3. Bapak Dr. Marhaposan Situmorang dan Drs. Syahrul Humaidi M.Sc selaku ketua dan sekretaris Departemen Fisika FMIPA USU.
4. Seluruh staf dosen dan staf pegawai Departemen Fisika FMIPA USU. 5. Bapak Juniar, beserta mahasiswa UNIMED yang sudah membantu penulis
melakukan penelitian di desa Pantai Cermin Kiri.
6. Ucapan terima kasih yang setinggi-tingginya penulis sampaikan kepada kedua orang tua yang paling kusayangi Ayahanda Mansur hsb dan ibunda Nur Dewi Rtg,S.PdI dan abangku Andri Faisal Hsb,S.pd dan Yunus Hsb,S.pd, serta buat adikku tercinta Delima Sari Hsb terimakasih atas doa, perhatian dan kasih sayang yang diberikan kepada penulis.
7. Buat Uda Lameje Hrp, Ete Ida Sari Rtg, sepupuku Ira , sikecil Elsa dan keluarga besar yang tidak dapat disebutkan namanya satu persatu terimakasih buat motivasi, dukungan dan perhatiannya.
8. Sahabat – Sahabat terbaikku Sofi, Nia, Meilan, Lina, Aisyah,cristi, jannah, Rida, Vivien, Rizki, Dewi dan rekan – rekan stambuk 2008 yang sudah banyak memberi saya semangat, perhatian, keceriaannya dan doanya. 9. Seluruh teman-teman, rekan-rekan dan Adik-adik di jurusan Fisika
FMIPA USU Semoga Allah SWT memberkahi kita semuanya.
10. Semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu yang telah membantu terselesaikannya skripsi ini.
v
STUDI INTRUSI AIR LAUT DENGAN MENGGUNAKAN METODE RESISTIVITAS LISTRIK KONFIGURASI WENNER – SCLUMBERGER
DI KAWASAN DESA PANTAI CERMIN KIRI KECAMATAN PANTAI CERMIN
ABSTRAK
Telah dilakukan penelitian tentang pendeteksian intrusi air laut dengan menggunakan metode resistivitas listrik. Penelitian dilakukan di daerah Pantai Cermin Kiri, kecamatan Pantai Cermin. Pengambilan data menggunakan alat resistivitimeter, konfigurasi Wenner-Sclumberger dengan jarak spasi 5 meter. Data yang diperoleh adalah data arus (I) dan beda potensial (V). Pengolahan data dilakukan menggunakan perangkat lunak Res2dinv yang hasilnya adalah berupa resistivitas citra resistivitas 2D bawah permukaan. Nilai resistivitas batuan pada lintasan I (jarak ± 1 km dari tepi pantai) berkisar antara 27,9 Ω.m – 968 Ω.m, pada lintasan II (jarak ± 955 m dari tepi pantai) berkisar antara 14 Ωm – 508 Ωm dan pada lintasan III ( jarak ± 980 m dari tepi pantai) berkisar antara 16,8 Ω.m – 494 Ω.m. Hasil interpretasi menunjukkan tidak ditemukan adanya intrusi air laut di daerah Pantai Cermin Kiri dilihat dari nilai resistivitas batuannya. Dimana nilai resistivitas batuan yang terkena intrusi sebesar 0,5Ωm – 5 Ωm.
vi
STUDY INTRUSION OF SEA WATER BY USING CONFIGURATION ELECTRICAL RESISTIVITY WENNER - SCHLUMBERGER AT PANTAI CERMIN KIRI VILLAGE PANTAI CERMIN DISTRICT
ABSTRACT
A studied concerning the detection of seawater intrusion by using the electrical resistivity method had been performed. The study was conducted in the area of Pantai Cermin Kiri, Pantai Cermin district, North Sumatera Province. Taked of data using a resistivitimeter, Wenner-Sclumberger configuration. The data obtained is current (I) data and potential difference (V) data. Data processing is performed by using Res2dinv software the result is in the form of 2D resistivity image of the subsurface resistivity. Rock resistivity values on the one track (a distance ± 1 km from the beach) ranged between 27,9 Ω.m –968 Ω.m, the second track (a distance ± 955 m from the beach) ranged from 14 Ω -508 Ω and the third track (a distance ± 980 m from the beach) ranged between 16,8 Ω.m – 494 Ω.m. Interpretation of the results showed did not find any seawater intrusion in the views of the Pantai Cermin Kiri from the rock resistivity values. Where the rock resistivity values that affected by intrusive rocks is 0.5 Ωm -5 Ωm.
vii
2.4 Intrusi Air Laut 13
2.4.1 Air Tanah Bebas Di Pantai 15 2.4.2 Air Tanah Terkekang Di Pantai 16 2.5 Pengambilan Air Tanah Melalui Sumur 17 2.5.1 Sumur Dangkal (Shallow well) 17 2.5.2 Sumur Dalam (Depp Well) 18
2.6 Permeabilitas dan Porositas 20
2.7 Sifat Listrik Pada Batuan 22
2.7.1 Pengaruh Keadaan Struktur Tanah 24
2.7.2 Pengaruh Unsur Kimia 24
2.7.3 Pengaruh Iklim 24
2.7.4 Pengaruh Temperatur Tanah 25
2.8 Metode Geolistrik Resistivitas 25
2.9 Resistivitas Semu 29
viii
2.10.1 Konfigurasi Wenner 32
2.10.2 Konfigurasi Wenner – Sclumberger 33 2.10.3 Konfigurasi Dipole – dipole 34 2.10.4 Konfigurasi Pole – pole 36
2.11 Software Res2dinv 36
BAB III Metodologi 38
3.1 Lokasi Penelitian 38
3.1.1 Kondisi Geografis 36
3.1.2 Iklim 39
3.2 Waktu Penelitian 39
3.3 Alat – Alat Penelitian 39
3.4 Tahapan Pengambilan Data Dan Proses Pengolahan Data 40
3.4.1 Survei Lokasi 40
3.4.2 Teknik Pengambilan Data 40
3.4.3 Pengumpulan Data 42
3.4.4 Teknik Pengolahan Data 44
3.4.5 Interpretasi 44
3.5 Diagram Alir 45
BAB IV Hasil Dan Pembahasan 46
4.1 Analisa Data dan Pembahasan 46
4.1.1 Lintasan I 49
4.1.2 Lintasan II 52
4.1.3 Lintasan III 55
BAB V Kesimpulan Dan Saran 60
5.1 Kesimpulan 60
5.2 Saran 61
DAFTAR PUSTAKA 62
ix
DAFTAR TABEL
Halaman Tabel 2.1 Porositas dan Permeabilitas beberapa tipe batuan 21
Tabel 2.2 Resistivitas Kelistrikan Batuan 23
Tabel 4.1 Letak koordinat lokasi penelitian 47
Tabel 4.2 Nilai Resistivitas Kelistrikan Batuan 48
Tabel 4.3 Distribusi lapisan permukaan bawah tanah Lintasan I 50
Tabel 4.4 Distribusi lapisan permukaan bawah tanah Lintasan II 53
x
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1 Akifer air tanah 11
Gambar 2.2 Hukum Herzberg pada air tanah tawar dan asin dekat
garis pantai 15
Gambar 2.3 Penerobosan air asin pada air terkekang 17
Gambar 2.4 Kondisi dimana intrusi air laut terjadi karena
keseimbangan terganggu akibat pengambilan air 19
Gambar 2.5 Permeabilitas dan porositas 20
Gambar 2.6 Pola aliran arus dan bidang ekipotensial antara dua
elektroda arus dengan polaritas berlawanan 27
Gambar 2.7 Konsep resistivitas semu pada medium berlapis 30
Gambar 2.8 Elektroda arus dan Potensial pada konfigurasi Wenner 33
Gambar 2.9 Pengaturan Elektroda Konfigurasi Wenner Schlumberger 34
Gambar 2.9 Konfigurasi dipole – dipole 35
Gambar 2.10 Konfigurai Pole – Pole 36
Gambar 3.1 Lokasi Penelitian di Wilayah Pantai Cermin 38
Gambar 3.2 model pengridan untuk konfigurasi Wenner –
Schlumberger 41
Gambar 3.3 Sebuah susunan elektroda untuk Wenner –
Schlumberger 41
Gambar 3.4 Tampilan awal program Res2dinv 44
Gambar 3.5 Diagram alir 45
Gambar 4.1 letak lintasan pengukuran 47
Gambar 4.2 Penampang melintang reistivitas lapisan bawah
permukaan bumi untuk Lintasan I 49
Gambar 4.3 Penampang melintang reistivitas lapisan bawah
permukaan bumi untuk Lintasan II 52
v
STUDI INTRUSI AIR LAUT DENGAN MENGGUNAKAN METODE RESISTIVITAS LISTRIK KONFIGURASI WENNER – SCLUMBERGER
DI KAWASAN DESA PANTAI CERMIN KIRI KECAMATAN PANTAI CERMIN
ABSTRAK
Telah dilakukan penelitian tentang pendeteksian intrusi air laut dengan menggunakan metode resistivitas listrik. Penelitian dilakukan di daerah Pantai Cermin Kiri, kecamatan Pantai Cermin. Pengambilan data menggunakan alat resistivitimeter, konfigurasi Wenner-Sclumberger dengan jarak spasi 5 meter. Data yang diperoleh adalah data arus (I) dan beda potensial (V). Pengolahan data dilakukan menggunakan perangkat lunak Res2dinv yang hasilnya adalah berupa resistivitas citra resistivitas 2D bawah permukaan. Nilai resistivitas batuan pada lintasan I (jarak ± 1 km dari tepi pantai) berkisar antara 27,9 Ω.m – 968 Ω.m, pada lintasan II (jarak ± 955 m dari tepi pantai) berkisar antara 14 Ωm – 508 Ωm dan pada lintasan III ( jarak ± 980 m dari tepi pantai) berkisar antara 16,8 Ω.m – 494 Ω.m. Hasil interpretasi menunjukkan tidak ditemukan adanya intrusi air laut di daerah Pantai Cermin Kiri dilihat dari nilai resistivitas batuannya. Dimana nilai resistivitas batuan yang terkena intrusi sebesar 0,5Ωm – 5 Ωm.
vi
STUDY INTRUSION OF SEA WATER BY USING CONFIGURATION ELECTRICAL RESISTIVITY WENNER - SCHLUMBERGER AT PANTAI CERMIN KIRI VILLAGE PANTAI CERMIN DISTRICT
ABSTRACT
A studied concerning the detection of seawater intrusion by using the electrical resistivity method had been performed. The study was conducted in the area of Pantai Cermin Kiri, Pantai Cermin district, North Sumatera Province. Taked of data using a resistivitimeter, Wenner-Sclumberger configuration. The data obtained is current (I) data and potential difference (V) data. Data processing is performed by using Res2dinv software the result is in the form of 2D resistivity image of the subsurface resistivity. Rock resistivity values on the one track (a distance ± 1 km from the beach) ranged between 27,9 Ω.m –968 Ω.m, the second track (a distance ± 955 m from the beach) ranged from 14 Ω -508 Ω and the third track (a distance ± 980 m from the beach) ranged between 16,8 Ω.m – 494 Ω.m. Interpretation of the results showed did not find any seawater intrusion in the views of the Pantai Cermin Kiri from the rock resistivity values. Where the rock resistivity values that affected by intrusive rocks is 0.5 Ωm -5 Ωm.
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 latar Belakang
Air adalah karunia Tuhan dan merupakan unsur alamiah yang paling
penting.Lebih dari tujuh puluh lima persen bagian bumi dilingkupi oleh air.
Daratan yang menempati seperempat bagian juga tidak terpisah dari perairan –
perairan di dalamnya. Tidak ada bahan lain yang dapat menggantikan fungsi air.
Bagi manusia kebutuhan air sangat mutlak, karena zat pembentuk tubuh manusia
sebagian besar adalah air, bahkan hampir 60% - 70% tubuh manusia mengandung
air.
Air merupakan kebutuhan yang sangat dominan dalam kehidupan sehari –
hari, sehingga upaya pengadaan air yang berasal dari permukaan maupun bawah
tanah terus meningkat seiring waktu. Dalam pencairan air tanah perlu adanya
perhatian khusus terhadap faktor – faktor pendukung alami guna terpeliharanya
keseimbangan alam, sehingga kelangsungan pengadaan air yang bersumber dari
tanah lebih lama berlangsung.
Air tanah merupakan suatu sumber alam yang dapat diperbaharui
(renewable Resouces) yang sifatnya terbatas dan memainkan peran yang sangat
penting dalam penyedian air bersih untuk berbagai keperluan. Tetapi meskipun
sifatnya demikian waktu pembaharuan tersebut relatif tergantung dari
pengimbuhan (recharnge) yang dapat berlangsung dalam ukuran detik hingga
Pemanfaatan air tanah merupakan upaya untuk memenuhi kebutuhan air di
masa sekarang dan yang akan datang, serta merupakan alternatif yang terbaik
apabila air di permukaan sudah tidak mencukupi atau terjangkau. Air tanah bebas
dari penularan penyakit, lebih terlindung dari polusi atau pencemaran serta
pengotoran lainnya.
Kebutuhan air bersih akan terus meningkat. Peningkatan kebutuhan air
bersih sebanding dengan bertambahnya jumlah penduduk dan berkembangnya
suatu daerah. Semakin meningkatnya kebutuhan air bersih, maka eksploitasi air
tanah akan semakin besar. Hal ini mengakibatkan persediaan air tanah semakin
berkurang, berkurangnya kandungan air tanah pada lapisan akifer dapat
mengakibatkan masuknya air laut (yang massanya lebih berat) ke dalam akifer.
(sosrodarsono dan Takeda, 1993).
Eksploitasi air tanah yang dilakukan secara berlebihan (penggunaan sumur
bor) khususnya pada daerah berpantai atau pesisir dapat menyebabkan suatu
persoalan dimana air laut akan masuk dan terpenetrasi pada daerah pedalaman.
Air laut akan menyusup kezona air tanah. Peristiwa ini disebut intrusi air laut atau
menyusupnya air laut pada ke daratan. (sosrodarsono dan Takeda, 1993).
Ada beberapa penelitian mengenai intrusi air laut, seperti penelitian
Ginting, Efendi (2011), penelitian tersebut tentang intrusi air laut pada sumur bor
dan sumur gali dengan metode konduktivitas listrik di wilayah Kecamatan
Hamparan Perak. Sampel air sumur diambil sebanyak 22 titik sumur bor dan 20
titik sumur gali pada 5 desa. Dari nilai DHL,untuk sumur gali dari 20 titik sampel
semua air sumur telah terintrusi air laut dan untuk sumur bor 21 titik sampel air
sumur telah terintrusi,mulai dari tingkat terintrusi sedikit sampai terintrusi tinggi.
Kemudian penelitian dari Kemudian penelitian dari Heri Yanti Siska (2008)
dengan menggunakan alat G-Sound Resistivitymeter konfigurasi Wenner –
Sclumberger, dengan jarak elektroda 3m. Dari hasil pengolahan dan interpretasi
bercampur pasir (sandstones), kerikil (gravel) dan batuan pasir berlempung.
Ditemukan intrusi air laut pada lokasi pengukuran pertama dengan volume air laut
yang cukup besar, Hal ini dapat diketahui dengan melihat nilai resistivitasnya.
Sedangkan pada lokasi pengukuran kedua tidak ditemukan adanya intrusi air laut.
Penelitian dari Mides Adriani (2005) menggunakan metode konduktivitas listrik,
untuk pendeteksian intrusi air laut di Kecamatan Sibolga. Dimana dari 35 titik
sampel sumur yang diuji nilai DHLnya terdapat 30 titik sampel sumur terkena
intrusi mulai dari terkena intrusi sedikit sampai terintrusi tinggi.
Wilayah Kecamatan Pantai Cermin merupakan salah satu wilayah yang
memiliki luas 80.296 km2, yang terdiri dari 12 desa dan ketinggian dari permukaan laut berkisar 1-50m dan merupakan daerah pantai. Dimana penduduk
disekitar bibir pantai menggunakan sumur bor dan sumur gali, yang
kemungkinnya sebagian sumur bor ataupun sumur gali tersebut terkena rembesan
air laut. Sebagai konsekuensinya, perlu ditingkatkan sarana maupun prasarana
seperti halnya pengadaan air bersih yang merupakan kebutuhan hidup di wilayah
tersebut. Salah satu kemungkinan pengadaan air dari air bawah tanah, karena air
tersebut dapat digunakan secara mudah dan ekonomis, yang diambil dengan cara
penggalian tanah.
Metodologi yang di usulkan dalam proposal ini merupakan metoda
pendugaaan bawah permukaan, dengan melihat dari nilai resistivitas dari tiap
material/ batuan. Metoda geolistrik merupakan metoda yang sering digunakan
untuk eksplorasi geofisika struktur dangkal. Metoda geolistrik yang digunakan
untuk mengukur resistivitas bumi dikenal dengan metoda geolistrik resistivitas.
Berdasarkan kuat arus dan beda potensial yang terukur pada jarak elektroda yang
berbeda, dapat diturunkan variasi harga resistivitas masing – masing lapisan bumi
baik secara vertikal maupun secara lateral.
Berdasarkan uraian di atas, maka akan dilakukan suatu penelitian atau
survei dengan menggunakan metode tahanan jenis (resistivity). Sejauh ini belum
mengenai penyebaran intrusi air pada Kecamatan Pantai Cermin desa Pantai
Cermin Kiri, sehingga penelitian ini sangat penting untuk dilakukan. Maka
penulis mencoba melakukan penelitian yang berjudul Penyelidikan Intrusi Air laut
dengan Menggunakan Metode Resistivitas Listrik Konfigurasi Wenner –
Schlumberger di Kecamatan Pantai Cermin.
1.2 Perumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang di atas maka dalam penelitian ini dirumuskan
permasalahan sebagai berikut :
1. Pada kedalaman berapa terjadi intrusi air laut pada sumur-sumur di desa
Pantai Cermin Kiri di Kecamatan Pantai Cermin?
2. Berapa batas kedalaman antara air tawar dengan air asin berdasarkan prinsip
Wenner – Schlumberger.
3. Bagaimanakah citra bawah permukaan berdasarkan nilai tahanan jenis untuk
setiap lapisan bawah permukaan di desa Pantai Cermin Kiri di Kecamatan
Pantai Cermin?
4. Faktor – faktor apa saja yang mempengaruhi terjadinya intrusi air laut desa
Pantai Cermin Kiri Kecamatan Pantai Cermin.
1.3 Batasan Masalah
Adapun batasan masalah dalam penelitian ini adalah :
1. Menjelaskan bagaimana terjadinya intrusi air laut terhadap air bawah tanah
dengan metode resistivitas listrik.
2. Menerangkan suatu gambaran atau pencitraan bawah permukaan secara 2
3. Penelitian merupakan penelitian langsung yang dilaksanakan desa Pantai
Cermin Kiri di Kecamatan Pantai Cermin.
4. Jumlah elektroda yang digunakan 32 buah, dengan jarak antar elektroda 5
meter.
1.4 Tujuan Penelitian
1. Untuk menentukan kedalam intrusi air laut berdasarkan nilai tahanan jenis.
2. untuk menentukan batas kedalaman antara air tawar dengan air asin
berdasarkan prinsip Wenner-Schlumberger.
3. Untuk memperoleh citra bawah permukaan berdasarkan nilai tahanan jenis
untuk setiap lapisan bawah permukaan.
4. Untuk mengetahui faktor – faktor apa saja yang memepengaruhi terjadinya
intrusi air laut.
1.5 Manfaat Penelitian
1. Sebagai informasi sampai sejauh mana intrusi air laut di sekitar desa Pantai
Cermin Kiri Kecamatan Pantai Cermin.
2. Sebagai informasi bagi masyarakat yang bertempat tinggal di sekitar desa
Pantai Cermin Kiri Kecamatan Pantai Cermin dalam pemakaian air sumur
untuk mendapatkan air yang bersih.
3. Sebagai informasi kepada instansi yang terkait terutama dinas kesehatan
dalam pemakaian air sumur bor dan penyediaan sarana air bersih untuk
1.6 Sistematika penulisan
Adapun sistematika yang akan digunakan oleh penulis dalam penyusunan
skripsi untuk mempermudah dalam menelaahnya adalah sebagai berikut :
Bab I Pendahuluan
Bab ini mencakup latar belakang penelitian, perumusan masalah,
batasan masalah yang akan diteliti, tujuan penelitian, manfaat
penelitian dan sistematika penulisan.
Bab II Tinjauan Pustaka
Bab ini membahas tentang landasan teori yang menjadi acuan
untuk proses pengambilan data, analisa data serta pembahasan.
Bab III Metodologi Penelitian
Bab ini membahas tentang peralatan , diagram alir penelitian,
tempat penelitian dan prosedur penelitian.
Bab IV Hasil Penelitian dan Pembahasan
Bab ini berisi hasil – hasil penelitian dan pembahasannya
Bab V Kesimpulan dan Saran
Bab ini berisikan tentang kesimpulan yang diperoleh dari
penelitiandan membe rikan saran – saran untuk penelitian lebih
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Air tanah
Bumi memiliki sekitar 1,3 - 1,4 milyard km3 air, yang terbagi atas laut sejumlah 97,5%, dalam bentuk es sejumlah 1,75% dan sekitar 0,73% berada di darat. Air
hujan yang jatuh ke permukaan bumi akan mengalir ke daerah yang lebih rendah
dan masuk ke sungai akhirnya mengalir sampai ke laut, dalam perjalanan air
tersebut sebagian akan masuk ke dalam tanah (infiltrasi) dan ada pula yang
menguap kembali (Suripin, 2001).
Air tanah ialah air yang melekat pada butir-butir tanah, air yang terletak
diantara butir-butir tanah, dan air yang tergenang di atas lapisan tanah yang terdiri
dari batu, tanah lempung yang amat halus atau padat yang sukar ditembus air.
Kebanyakan air tanah berasal dari hujan. Air hujan yang meresap ke dalam tanah
menjadi bagian dari air tanah, perlahan mengalir ke laut, atau mengalir dalam
tanah atau di permukaan dan bergabung dengan aliran sungai. (Sutrisno,1987)
Banyaknya air yang meresap ke tanah bergantung pada selain ruang dan
waktu, juga di pengaruhi kecuraman lereng, kondisi material permukaan tanah
dan jenis serta banyaknya vegetasi dan curah hujan. Meskipun curah hujan besar
tetapi lerengnya curam, ditutupi material impermeabel, persentase air mengalir di
permukaan lebih banyak daripada meresap ke bawah. Sedangkan pada curah
hujan sedang, pada lereng landai dan permukaannya permiabel, persentase air
yang meresap lebih banyak. Sebagian air yang meresap tidak bergerak jauh karena
tertahan oleh daya tarik molekuler sebagai lapisan pada butiran-butiran tanah.
Kecendrungan memilih air tanah sebagai sumber air bersih dibandingkan
1. Tersedia dekat dengan tempat yang memerlukan, sehingga kebutuhan
bangunan pembawa/ distribusi lebih murah.
2. Debit (produksi) sumur biasanya relatif stabil.
3. Lebih bersih dari bahan cemaran (polutan permukaan).
4. Kualitasnya seragam.
5. Bersih dari kekeruhan, bakteri, lumut atau tumbuhan dan binatang liar.
(suripin, 2001)
2.1.1 Pembagian Air Tanah
1. Air tanah dangkal
Air tanah dangkal terjadi karena adanya daya proses peresapan air dari
permukaan tanah. Air tanah dangkal dimanfaatkan untuk sumber air
minum melalui sumur-sumur dangkal. Air sumur dangkal ini terdapat pada
kedalaman 15 – 30 meter. Sebagai air minum, air tanah dangkal dari segi
kualitas agak baik. Kuantitas kurang cukup dan tergantung musim.
2. Air tanah dalam
Air tanah dalam dalam terdapat setelah rapat air yang pertama.
Pengambilan air tanah dalam tidak semudah pada air tanah dangkal.
Dalam hal ini harus digunakan bor memasukkan pipa kedalamnya
sehingga kedalaman antara 100–300 meter akan didapat lapisan air.
Kualitas air tanah dalam pada umumnya lebih baik dari air tanah dangkal,
karena penyaringannya lebih sempurna.
3. Mata air
Mata air adalah air tanah yang keluar dengan sendirinya ke permukaan
tanah. Mata air berasal dari tanah dalam hampir tidak terpengaruh oleh
2.1.2 Penggolongan Air Tanah
Penggolongan air tanah berdasarkan asal mulanya dapat dibagi menjadi empat
tipe, yaitu :
1. Air meteorik yakni air yang berasal dari atmosfer dan mencapai mintakat
kejenuhan baik secara langsung (infiltrasi permukaan tanah dan
kondensasi uap air ) maupun tidak langsung (perembesan influen).
2. Air Juvenil merupakan air baru yang ditambahkan pada mintakat
kejenuhan dan kerak bumi yang dalam (seperti air magmatik, air gunung
api, dan air kosmik).
3. Air diremajakan (rejuvenated) ialah air untuk sementara waktu telah
dikeluarkan dari daur hidrologi oleh pelapukan, dan sebab-sebab lain,
kembali kedaur lagi dengan proses-proses yang serupa.
4. Air kinat adalah air yang dijebak pada beberapa batuan sendimen atau
gunung saat asal mulanya. Air tersebut biasanya sangat termineralisasi dan
mempunyai salinitas yang lebih tinggi daripada air laut. (Seyhan,1977)
2.2 Kondisi air tanah
Air tanah merupakan suatu bagian dalam proses sirkulasi alamiah. Jika
pemanfaatan air tanah itu memutuskan sistem sirkulasi, yakni jika air yang
dipompa melebihi besarnya pengisian kembali (recharge), maka akan terjadi
pengurangan volume air tanah yang ada. Berkurangnya volume air tanah itu akan
kelihatan dalam bentuk penurunan permukaan air tanah atau penurunan tekanan
air tanah , ini akan mengakibatkan penurunan intensitas pemompaan, dan jika
penurunan ini melampaui suatu limit tertentu maka fungsi pemompaan akan
hilang. Akhirnya sumber air tanah itu menjadi kering. Jadi untuk menghindari
pengurangan volume air tanah yang ada, maka harus dijaga supaya besarnya
pemompaan itu sesuai dengan pengisian kembali. (Sasrodarsono dan
Terjadinya penyedotan air tanah yang terus–menerus tanpa
memperhitungkan daya dukung lingkungannya dapat menyebabkan permukaan
air tanah melebihi daya produksi dari suatu akifer yang dapat menimbulkan
pengaruh negatif terhadap sumber air bawah serta menyebabkan penurunan
lapisan tanah.
Penyedotan air bawah tanah yang berlebihan dibeberapa tempat yang
berakibat menurunnya permukaan air tanah setempat secara menyolok dapat kita
lihat misalnya di Jakarta, permukaan air tanah tanah turun sampai 25 meter di
bawah permukaan air laut dan di Bandung sampai 20 meter dipermukaan air tanah
setempat, disamping itu untuk beberapa kota yang terletak ditepi pantai seperti
Medan, Jakarta , Semarang terjadi penyusupan air laut ke dalam lapisan tanah
yang mengandung air tawar akibat penurunan permukaan air tanah tersebut. Dari
kasus- kasus tersebut dapat dilihat bagaimana kerugian-kerugian yang diakibatkan
oleh penurunan muka air tanah maupun penyusupan air laut ke akuifer air tanah di
daratan akibat dari pengambilan air yang berlebihan. Akan tetapi penurunan
permukaan tanah atau penerobosan air asin tidak seluruhnya diakibatkan oleh
pemompaan yang berlebihan, kejadian-kejadian itu mempunyai hubungan erat
dengan kondisi-kondisi geologi di lokasi air tanah dan jenis air tanah itu.
(Sasrodarsono dan Takeda, 1993)
2.3 Akuifer
Suatu akuifer diuraikan sebagai suatu batuan geologi yang menahan dan
menyalurkan air tanah. Secara umum air tanah akan mengalir sangat perlahan
melalui suatu celah yang sangat kecil dan atau melalui butiran antar batuan.
Batuan yang mampu menyimpan dan mengalirkan air tanah ini kita sebut dengan
akuifer
Akuifer yang tersusun oleh material batu pasir diperkirakan memiliki
batu pasir akan lebih cepat terintrusi oleh air laut dibandingkan dengan material
pasir atau kerikil, mengingat batu pasir bersifat lebih poros.
Struktur geologi berpengaruh terhadap arah gerakan air tanah, tipe dan
potensi akuifer. Stratigrafi yang tersusun atas beberapa lapisan batuan akan
berpengaruh terhadap akuifer, kedalaman dan ketebalan akuifer, serta kedudukan
air tanah. Jenis dan umur batuan juga berpengaruh terhadap daya hantar listrik,
dan dapat menentukan kualitas air tanah. Pada mulanya air memasuki akuifer
melewati daerah tangkapan (recharge area) yang berada lebih tinggi daripada
daerah buangan (discharge area). Daerah tangkapan biasanya terletak di gunung
atau pegunungan dan daerah buangan terletak di daerah pantai.
Air yang berada dibagian bawah akuifer mendapat tekanan yang besar
oleh berat air diatasnya, tekanan ini tidak dapat hilang atau berpindah karena
akuifer terisolasi oleh akiklud diatas dan dibawahnya, yaitu lapisan yang
impermeable dengan konduktivitas hidrolik sangat kecil sehingga tidak
memungkinkan air melewatinya.
Lapisan yang dapat dilalui dengan mudah air tanah seperti lapisan pasir
kerikil disebut lapisan permeable. Lapisan yang sulit dilalui air tanah seperti
lempung, disebut lapisan kedap air, atau disebut juga impermeable. (Sasrodarsono
dan Takeda,1993)
Gambar 2.1. Akuifer air tanah ( Sumber: Linsley dan Franzini, 1991 )
Permukaan air tanah di sumur dari air tanah bebas adalah permukaan air
terkekang. Jadi permukaan air bebas adalah batas antara zona aerasi atau zona
yang tidak jenuh di atas zona jenuh. (Linsley dan Franzini,1991)
Uraian mengenai terbentuknya air tanah menunjukkan bahwa peranan
formasi geologi atau akuifer amatlah penting. Formasi geologi tertentu, baik yang
terletak pada zona bebas (unconfined aquifer) maupun zona terkekang (confined
aquifer), dapat memberikan pengaruh tertentu pula terhadap keberadaan air tanah.
Dengan demikian, karakteristik akuifer mempunyai peranan yang menentukan
dalan proses pembentukan air tanah. Dengan demikian, karakteristik akuifer
mempunyai peranan yang menentukan dalam proses pembentukan tanah.
Untuk usaha-usaha pengisian kembali air tanah melalui peningkatan
proses infiltrasi tanah serta usaha-usaha reklamasi air tanah, maka kedudukan
akuifer dapat dipandang dari dua sisi yang berbeda:
1. Zona akuifer tidak jenuh adalah suatu zona penampung air di dalam tanah
yang terletak di atas permukaan air tanah (water table) baik dalam
keadaan alamiah (permanen) atau sesaat setelah berlangsungnya periode
pengambilan air tanah.
2. Zona akuifer jenuh adalah zona penampung air tanah yang terletak di
bawah permukaan air tanah kecuali zona penampung air tanah yang
sementara jenuh dan berada di bawah daerah yang sedang mengalami
pengisian air tanah.
Zona akuifer tak jenuh merupakan zona penyimpan air tanah yang paling
berperan dalam mengurangi kadar pencemaran air tanah dan oleh karenanya zona
ini sangat penting untuk usaha-usaha reklamasi dan sekaligus pengisian kembali
air tanah. Sedang zona akuifer jenuh seperti telah diuraikan di muka lebih
berfungsi sebagai pemasok air tanah yang memiliki keunggulan dibandingkan
dengan zona akuifer tidak (Asdak, 1995).
Berdasarkan kemampuan meluluskan air dari bahan pembatasnya, akuifer
1. Akuifer Tertekan (Confined Aquifer) yaitu akuifer yang seluruh jumlah
airnya dibatasi oleh lapisan kedap air, baik yang diatas maupun dibawah,
serta mempunyai tekanan jenuh lebih besar daripada tekanan atmosfer.
2. Akuifer Bebas (unconfined Aquifer) yaitu lapisan lolos air yang hanya
sebagian terisi oleh air dan berada di atas lapisan kedap air. Permukaan
tanah pada akuifer ini disebut water table (preatiklevel), yaitu permukaan
air yang mempunyai tekanan hidrostatik sama dengan atmosfer.
3. Akuifer Semi Tertekan (Semi confined Aquifer) yaitu akuifer yang
seluruhnya jenuh air, dimana bagian atasnya dibatasi oleh lapisan semi
lolos air dibagian bawahnya merupakan lapisan kedap air.
4. Akuifer Semi Bebas (Semi Unconfined Aquifer) yaitu akuifer yang bagian
bawahnya merupakan lapisan kedap air, sedangkan bagian atasnya
merupakan material berbutir halus, sehingga pada lapisan penutupnya
masih memungkinkan adanya gerakan air. Dengan demikian akuifer ini
merupakan peralihan antara akuifer bebas dengan akuifer semi tertekan.
2.4 Intrusi Air Laut
Intrusi air laut adalah suatu peristiwa penerobosan atau merembesnya air laut ke
lapisan tanah sehingga terjadi pencampuran antara air laut dengan air tanah . Air
tanah tawar mengalir ke laut lewat akifer-akifer di daerah pantai yang
berhubungan dengan laut dalam keadaan alami. Tetapi karena meningkatnya
kebutuhan akan air tawar, maka aliran air tawar kearah laut telah menurun, atau
bahkan sebaliknya air laut mengalir masuk ke dalam akifer air tawar di daratan,
karena muka air tanah telah berada di bawah muka air laut yang disebabkan oleh
pengambilan air yang berlebihan. Kejadian ini dinamakan intrusi air laut. Jika air
laut tersebut telah mengalir ke dalam sumur-sumur di daratan, maka penyediaan
air menjadi tidak berguna, karena akifer telah dicemari oleh air asin, yang untuk
Intrusi air laut daerah pantai merupakan suatu proses penyusupan air asin
dari laut ke dalam air tanah tawar di daratan. Zona pertemuan antara air asin
dengan air tawar disebut interface. Pada kondisi alami, air tanah akan mengalir
secara terus menerus ke laut. Berat jenis air asin sedikit lebih besar daripada berat
jenis air tawar, maka air laut akan mendesak air tawar di dalam tanah lebih ke
hulu. Tetapi karena tinggi tekanan piezometric air tanah lebih tinggi daripada
muka air laut, desakan tersebut dapat dinetralisir dan aliran air yang terjadi adalah
dari daratan kelautan sehingga terjadi keseimbangan antara air laut dan air tanah,
sehingga tidak terjadi intrusi air laut.
Intrusi air laut dipengaruhi oleh beberapa faktor, yaitu :
a. Aktivitas Manusia
Aktivitas manusia terhadap lahan maupun sumber daya air tanpa
mempertimbangkan kelestarian alam tentunya dapat menimbulkan banyak
dampak lingkungan. Bentuk aktivitas manusia yang berdampak pada sumber daya
air terutama intusi air laut adalah pemompaan air tanah (pumping well) yang
berlebihan dan keberadaanya dekat dengan pantai. Hal ini perlu diperhatikan
sehingga segala bentuk aktivitas manusia pada daerah tersebut perlu dibatasi dan
dikendalikan sebagai wujud kepedulian terhadap lingkungan.
b. Faktor Batuan
Batuan penyusun akuifer pada suatu tempat yang lain, apabila batuan penyusun
berupa pasir akan menyebabkan air laut lebih mudah masuk ke dalam air tanah.
Kondisi ini diimbangi dengan kemudahan pengendalian intrusi air laut dengan
banyak metode. Sifat yang sulit untuk melepas air adalah lempung sehingga
intrusi air laut yang telah terjadi akan sulit untuk dikendalikan atau diatasi.
c. Fluktuasi Air tanah di Daerah Pantai
Apabila fluktuasi air tanah tinggi maka kemungkinan intrusi air laut lebih mudah
terjadi pada kondisi air tanah berkurang. Rongga yang terbentuk akibat air tanah
cekungan/rongga air tanah. Apabila fluktuasinya tetap maka secara alami akan
membentuk interfaceyang keberadaannya tetap.
d. Karakteristik Pantai
Pantai berbatu memiliki pori-pori antar batuan yang lebih besar dan bervariasi
sehingga mempermudah air laut masuk kedalam air tanah. Pengendalian air laut
membutuhkan biaya yang besar karena metode ini sulit. Metode yang mungkin
dilakukan hanya injection well pada pesisir yang letaknya agak jauh dari pantai,
dan tentunya materialnya berupa pasiran. ( Setyawan,2000).
2.4.1 Air tanah bebas di pantai
Percampuran air asin dan air tawar dalam sebuah sumur dapat terjadi dalam
hal-hal sebagai berikut:
1. Dasar sumur terletak di bawah perbatasan antara air asin dan air tawar
2. Permukaan air dalam sumur selama pemompaan menjadi lebih rendah dari
permukaan air laut, sehingga daerah pengaruhnya mencapai tepi pantai.
3. Keseimbangan perbatasan antara air asin dan air tawar tidak dapat
dipertahankan. Perbatasan itu dapat naik secara abnormal yang disebabkan
oleh penurunan permukaan air di dalam sumur selama pemompaan.
Mengingat sumur di tepi pantai itu tidak dapat dipergunakan kembali
setelah dimasuki air asin, maka harus diperhatikan untuk air tanah bebas seperti
yang terlihat pada Gambar 2.2.
Gambar 2.2 Hukum Herzberg pada air tanah tawar dan asin dekat garis
Keterangan gambar:
s = Permukaan air laut
f = Permukaan air tanah
B = Batas antara air asin dan air tawar
W = Sumur
Jika batas antara air asin dan air tawar berada dalam keseimbangan yang
statis, maka untuk zone air tanah bebas di pantai dengan permebabilitas yang
kira-kira merata, berlaku persamaan :
ρH = ρо (H + h) (2.1)
H = h (2.2)
Dengan,
ρo : kerapatan air tawar (gr/cm3) ρ : kerapatan air asin(gr/cm3)
h : Tinggi dari permukaan air asin ke permukaan air tawar (m)
H : Dalam dari permukaan laut ke batas antara air asin dengan air tawar(m)
Untuk ρo = 1.00 (gr/cm3) , ρ = 1.024 (gr/cm3) diperoleh,
H = 42 h (2.3)
2.4.2 Air tanah terkekang di Pantai
Perbatasan antara air asin dan air tawar dalam akuifer terkekang ditentukan oleh
dalamnya akuifer, permeabilitas, besar tekanan dan lain-lain. Jadi meskipun
sumur itu dalam dan terletak di tepi pantai, tidak akan terdapat pencampuran air
asin. Tetapi kadang-kadang percampuran itu dapat terjadi meskipun sumur itu
dangkal dan cukup jauh di tepi pantai. Hal itu dapat dilihat pada Gambar 2.3.
tanah terkekang dilapisan yang dalam itu rendah, maka kecepatan penerobosan air
asin juga rendah. Jika terjadi penerobosan air yang semakin besar kemungkinan
akan terjadi intrusi akibat masuknya air asin atau air laur melewati tiap lapisan
akuifer.
Gambar 2.3 Penerobosan air asin pada air terkekang (sumber :
Sasrodarsono dan Takeda, 1993)
Dibandingkan pengaruh kedalaman serta volume air dalam sumur dari
sumber pencemaran, kondisi akuifer secara keseluruhan merupakan faktor yang
berpengaruh terhadap proses pencemaran air tanah. Faktor yang
mempengaruhinya antara lain arah aliran tanah dalam akuifer, macam dan jumlah
serta sifat bahan pencemar dalam akuifer berikut interaksi antara bahan pencemar
itu sendiri di dalam akuifer. (Soekardi,1990)
2.5 Pengambilan air tanah melalui air sumur
Sumur merupakan sumber utama persediaan air bersih bagi penduduk yang
tinggal di daerah pedesaan maupun diperkotaan Indonesia. Secara teknis dapat
dibagi menjadi 2 jenis yaitu sumur dangkal dan sumur dalam. Dimana setiap jenis
sumur tersebut mempunyai kekurangan dan kelebihan setiap jenis sumur tersebut.
2.5.1 Sumur dangkal (shallow well)
Cara pengambilan air tanah yang paling tua dan sederhana adalah dengan
permukaan air tanah. Jumlah air yang dapat diambil dari sumur gali
biasanya terbatas, dan air yang diambil adalah air dangkal. Untuk
pengambilan air yang lebih besar diperlukan luas dan kedalaman galian
yang lebih besar. Kedalaman sumur gali tergantung lapisan tanah,
ketinggian dari permukaan air laut, dan ada tidaknya air bebas di bawah
lapisan tanah. Sumur gali biasanya dibuat dengan kedalaman tidak lebih
dari 5-8 meter di bawah permukaan tanah. Cara ini cocok untuk daerah
pantai dimana air tanah berada di atas air asin.
Berdasarkan jenis tanah dan kedalaman, air bebas sumur gali dapat
diperoleh sebagai berikut:
1. Tanah berpasir : Sumur gali cukup 6-8 m telah memperoleh air bebas.
2. Tanah liat : kedalaman sumur ≥ 12 m baru memperoleh air bebas.
3. Tanah kapur : Umumnya sumur gali harus ≥ 40 m baru diperoleh air bebas.
Keadaan atau sifat air sumur gali antara lain:
1. Ketinggian air bebas umumnya sekitar 1-3 m dari dasar sumur.
2. Ketinggian air bebas bervariasi, tergantung jumlah air yang diambil dan
tergantung musim.
3. Rasa dan warna air tergantung jenis tanah yang ada, tanah sawah airnya
kekuning-kuningan, tanah berpasir airnya jernih dan rasanya sejuk, tanah
liat rasanya sedikit sepat, tanah kapur airnya terasa sedikit sepat dan
warnanya kehijau-hijauan dan tanah gambut airnya berwarna
kemerah-merahan seperti teh dan rasanya asam.
4. Mudah tercemar oleh karena kelalaian dalam menutup mulut sumur.
5. Mengandung alga dalam jumlah sedikit.
2.5.2 Sumur dalam (deep well)
Pengambilan air tanah dilakukan dengan membuat sumur dalam (deep
well) atau yang lazim disebut sumur bor.
Kedalaman sumur bor berdasarkan struktur dan lapisan tanah:
1. Tanah berpasir : biasanya kedalaman 30-40 m sudah memperoleh air.
Biasanya airnya naik 5-7 m dari permukaan tanah.
2. Tanah liat/padas: biasanya kedalaman 40-60 m akan diperoleh air yang
baik dan air akan naik mencapai 7 m dari permukaan tanah.
3. Tanah berkapur: biasanya sumur dengan kedalaman di atas 60 m
kemungkinan baru mendapat air dan apabila ada air, airnya sukar/tidak
bias naik ke atas dengan sendirinya.
4. Tanah berbukit: biasanya sumur dibuat diatas 100 m atau diatas 200 m
kemungkinan tipis sekali untuk memperoleh air. Air yang diperoleh
sukar/tidak bias naik ke atas dengan sendirinya.
Keadaan/sifat air sumur bor:
1. Airnya jernih dan rasa sejuk.
2. Pencemaran air tidak terjadi/sukar terjadi.
3. Jumlah bakteri jauh lebih kecil dari sumur gali.
4. Jumlah algae dalam air sumur bor jauh lebih banyak dibanding dengan air
sumur gali.
Air tanah yang disedot secara besar-besaran sehingga terjadi ketidak
seimbangan antara pengambilan/ pemanfaatan dengan pembentukan air tanah. Hal
ini dapat menyebabkan menurunkan air tanah, di daerah pesisir penurunan
permukaan air tanah akan mengakibatkan perembesan air laut ke daratan (intrusi),
karena tekanan air tanah menjadi lebih kecil dibandingkan dengan tekanan air
Gambar 2.4. Kondisi dimana intrusi air laut terjadi karena
keseimbangan terganggu akibat pengambilan air. (Todd,1974)
2.6 Permeabilitas dan Porositas
Keadaan material bawah tanah sangat mempengaruhi aliran dan jumlah air tanah.
Jumlah air tanah yang dapat di simpan dalam batuan dasar, sedimen dan tanah
sangat bergantung pada permeabilitas. Permeabilitas merupakan kemampuan
batuan atau tanah untuk melewatkan atau meloloskan air. Air tanah mengalir
melewati rongga-rongga yang kecil, semakin kecil rongganya semakin lambat
alirannya. Jika rongganya sangat kecil, akan mengakibatkan molekul air akan
tetap tinggal. Kejadian semacam ini terjadi pada lempung.
Porositas juga sangat berpengaruh pada aliran dan jumlah air tanah.
Porositas adalah jumlah atau persentase pori atau rongga dalam total volume
batuan atau sedimen. Porositas dapat di bagi menjadi dua yaitu porositas primer
dan porositas sekunder. Porositas primer adalah porositas yang ada sewaktu bahan
tersebut terbentuk sedangkan porositas sekunder di hasilkan oleh retakan-retakan
dan alur yang terurai. Pori-pori merupakan ciri batuan sedimen klastik dan bahan
butiran lainnya. Pori berukuran kapiler dan membawa air yang disebut air pori.
Aliran melalui pori adalah laminer.
Tanah berbutir halus mempunyai porositas yang lebih besar dibandingkan
dengan tanah berbutir kasar. Porositas pada material seragam lebih besar
Gambar 2.5 Permeabilitas dan Porositas
Menurut Tood (1980), permeabilitas merupakan suatu ukuran kemudahan
aliran melalui suatu media porous. Permeabilitas(permaebility) adalah kapasitas
batuan untuk meloloskan fluida sangat beragam dari viskositas fluida, tekanan
hidrostatik, ukuran bukaan dan terutama adalah tingkat bukaan yang saling
terhubung(porositas efektif). Jika rongga pori sangat kecil, maka batuan dapat
mempunyai porositas yang tinggi tetapi permeabilitasnya rendah karena air sukar
melewati bukaan yang kecil.
Sedangkan parameter permeabilitas merujuk hanya pada sifat-sifat batuan
dan merupakan parameter yang menunjukkan beberapa besar luas area batuan
yang dapat dilalui oleh fluida. Perkiraan rata-rata porositas dan permeabilitas
berbagai tipe batuan dapat dilihat pada Tabel 2.1.
Tabel 2.1 porositas dan permeabilitas beberapa tipe batuan
Tipe Batuan Porositas (%) Permeabilitas (m/hari)
Lempung
Pasir
Kerikil
45
35
25
0,0004
41
Kerikil dan pasir
Sumber : Linsley dan Franzini, 1990
Lempung mempunyai kerapatan porositas yang tinggi sehingga tidak dapat
meloloskan air, batuan yang mempunyai porositas antara 5 – 20 % adalah batuan
yang dapat meloloskan air dan air yang melewatinya dapat ditampung.
2.7 Sifat Listrik Pada Batuan
Dari semua sifat fisika batuan dan mineral, resistivitas memperlihatkan variasi
harga yang sangat banyak. Pada mineral-mineral logam, harganya berkisar pada
10−8Ωm hingga 107Ωm. Begitu juga pada batuan-batuan lain, dengan komposisi yang bermacam-macam akan menghasilkan range resistivitas yang bervariasi
pula. Sehingga range resistivitas maksimum yang mungkin adalah dari 1,6 x 10−8 (perak asli) hingga 1016Ωm (belerang murni).
Konduktor biasanya didefinisikan sebagai bahan yang memiliki resistivitas
kurang dari 10−8Ωm , sedangkan isolator memiliki resistivitas lebih dari107Ωm. Dan di antara keduanya adalah bahan semikonduktor. Di dalam konduktor berisi
banyak elektron bebas dengan mobilitas yang sangat tinggi. Sedangkan pada
semikonduktor, jumlah elektron bebasnya lebih sedikit. Isolator dicirikan oleh
ikatan ionik sehingga elektron-elektron valensi tidak bebas bergerak.
Secara umum, berdasarkan harga resistivitas listriknya, batuan dan mineral
dapat dikelompokkan menjadi tiga menurut (Telford, 1990) , yaitu:
1. Konduktor baik : 10−8< ρ <1Ωm
Kebanyakan mineral membentuk batuan penghantar listrik yang tidak
baik, resistivitas yang terukur pada material bumi utamanya ditentukan oleh
pergerakan ion-ion bermuatan dalam pori-pori fluida. Air tanah secara umum
berisi campuran terlarut yang dapat menambah kemampuannya untuk menghantar
listrik, meskipun air tanah bukan konduktor listrik yang baik. Nilai resistivitas
batuan / material tidak selalu sama. Nilai resistivitas masing – masing tiap batuan
yang sama belum tentu memiliki harga resistivitas yang sama, dan sebaliknya
harga resistivitas yang sama dapat dimiliki oleh batuan yang berbeda. Nilai
resistivitas material – material atau batuan bumi dapat dilihat pada Tabel 2.1
Tabel 2.2 Resistivitas Kelistrikan Batuan
Material Tahanan Jenis (ohm meter)
Sandstones (Batu Pasir) 200 – 8.000
Shales (Batu Tulis) 20 – 20.000
Sand (Pasir) 1 – 1.000
Clay (Lempung) 1 – 100
Ground Water (Air Tanah) 0,5 – 300
Sea Water (Air Laut) 0,2
Dry Gravel ( Kerikil Kering) 600 – 10.000
Alluvium (alluvium) 10 – 800
Gravel (Kerikil) 100 – 600
Air dalam akuifer alluvial 20 – 30
Pasir dan kerikil terendam dalam air laut 0,5 – 5
Sumber : Telford,1990
Harga tahanan jenis tanah pada daerah kedalaman yang terbatas tidaklah
sama. Beberapa faktor yang mempengaruhi tahanan jenis tanah adalah :
a. Keadaan struktur tanah antara lain ialah struktur geologinya, seperti tanah
liat, tanah rawa, tanah berbatu, tanah berpasir dan sebagainya.
b. Unsur kimia yang terkandung dalam tanah, seperti garam, logam, dan
mineral-mineral lainnya.
c. Keadaan iklim, basah atau kering.
d. Temperatur tanah dan jenis tanah.
2.7.1 Pengaruh Keadaan Struktur Tanah
Tahanan jenis tanah bervariasi dari 500 sampai 50000 Ohm per cm3. Kadang – kadang harga ini dinyatakan dalam Ohm-cm. Pernyataan Ohm-cm
merepresentasikan tahanan di antara dua permukaan yang berlawanan dari suatu
volume tanah yang berisi 1 cm3. Kesulitan yang biasa dijumpai dalam mengukur tahanan jenis tanah adalah bahwa dalam kenyataannya komposisi tanah tidaklah
homogen pada seluruh volume tanah, dapat bervariasi secara vertikal maupun
horizontal, sehingga pada lapisan tertentu mungkin terdapat dua atau lebih jenis
tanah dengan tahanan jenis yang berbeda. Untuk memperoleh harga sebenarnya
dari tahanan jenis tanah, harus dilakukan pengukuran langsung ditempat dengan
memperbanyak titik pengukuran.
2.7.2 Pengaruh Unsur Kimia
Untuk mendapatkan tahanan jenis tanah yang lebih rendah, komposisi kimia tanah
diubah dengan memberikan garam pada tanah dekat elektroda pembumian. Cara
ini hanya baik untuk sementara sebab proses penggaraman harus dilakukan secara
Cara lain untuk mendapatkan tahanan jenis tanah yang rendah adalah
dengan memberikan air atau membasahi tanah. Harga tahanan jenis tanah pada
kedalaman yang terbatas sangat tergantung dengan keadaan cuaca. Untuk
mendapatkan tahanan jenis tanah rata-rata untuk keperluan perencanaan, maka
diperlukan penyelidikan atau pengukuran dalam jangka waktu tertentu.
2.7.3 Pengaruh Iklim
Untuk mengurangi variasi tahanan jenis tanah akibat pengaruh musim,
pembumian dapat dilakukan dengan menanam elektroda pembumian sampai
mencapai kedalaman di mana terdapat air tanah. Kadangkala kelembaban dan
temperatur bervariasi di sekitar elektroda pembumian sehingga harga tahanan
jenis tanah harus diambil untuk keadaan yang paling buruk, yaitu pada keadaan
tanah kering dan dingin.
Tahanan jenis tanah akan dipengaruhi pula oleh besar kecilnya konsentrasi
air tanah atau kelembaban tanah jika konduktivitas tanah semakin besar maka
tahanan jenis tanah semakin kecil.
2.7.4 Pengaruh Temperatur Tanah
Temperatur tanah sekitar elektroda pembumian juga berpengaruh pada besarnya
tahanan jenis tanah. Hal ini terlihat sekali pengaruhnya pada temperature di bawah
titik beku air (0oC). Di bawah harga ini penurunan temperatur yang sedikit saja akan menyebabkan kenaikan harga tahanan jenis tanah dengan cepat.
Gejala di atas dapat dijelaskan sebagai berikut :pada temperatur di bawah
titik beku air (0oC) , air di dalam tanah akan membeku, molekul-molekul air dalam tanah sulit untuk bergerak, sehingga daya hantar listrik tanah menjadi
molekul-molekul dan ion-ion bebas bergerak sehingga daya hantar listrik tanah
menjadi besar atau tahanan jenis tanah turun.
2.8 Metode Geolistrik Resistivitas
Geolistrik adalah salah satu metode dalam geofisika untuk menyelidiki kondisi
bawah permukaan yaitu mempelajari sifat aliran listrik di bawah permukaan bumi
dan bagaimana mendeteksinya. Metode ini tergolong kepada metoda tidak
langsung dan sering digunakan pada tahapan pendahuluan (reconnaissance).
Pendeteksian meliputi pengukuran medan potensial, arus listrik, dan medan
elektromagnetik yang terjadi baik secara alamiah (metoda pasif) maupun akibat
penginjeksian arus ke dalam bumi (metode aktif) dari permukaan.
Metode geolistrik resistivitas adalah salah satu metode yang cukup banyak
digunakan dalam dunia eksplorasi khususnya eksplorasi air tanah karena
resistivitas dari batuan sangat sensitif terhadap kandungan airnya dimana bumi
dianggap sebagai sebuah resistor.
Metode geolistrik resistivitas atau tahanan jenis merupakan salah satu dari
jenis metode geolistrik yang digunakan untuk mempelajari keadaan bawah
permukaan dengan cara mempelajari sifat aliran listrik di dalam batuan di bawah
permukaan bumi. Metode Geolistrik Resistivitas atau tahanan jenis dapat
mengetahui karakteristik lapisan batuan bawah permukaan sampai kedalaman
sekitar 300 m sangat berguna untuk mengetahui kemungkinan adanya lapisan
akuifer yaitu lapisan batuan yang merupakan lapisan pembawa air. Umumnya
yang dicari adalah “confind aquifer” yaitu lapisan akuifer yang diapit oleh batuan
kedap air (misalnya lapisan lempung) pada bagian bawah dan bagian atas.
“Confined” akuifer ini mempunyai “recharge” yang relatif jauh, sehingga
ketersediaan air tanah di bawah titik bor tidak terpengaruh oleh perubahan cuaca
setempat. Selain itu keunggulan metode geolistrik bisa juga untuk mendeteksi
Selain itu, kegunaan metode geolistrik didalam geofisika eksplorasi adalah
digunakan untuk berbagai keperluan, antara lain :
1. Memetakan sumber air tanah dangkal dan dalam.
2. Memetakan dan mencari jalur pipa bawah tanah.
3. Memetakan situs atau candi yang masih terpendam.
4. Memetakan sungai bawah tanah.
5. Memetakan intrusi air laut ke daratan.
6. Memetakan perembesan limbah cair.
7. Memetakan penyebaran batubara.
8. Memetakan sumber panas bumi, dll.
Metode Geolistrik resistivitas dilakukan dengan cara menginjeksikan arus
listrik ke permukaan bumi yang kemudian diukur beda potensial diantara dua
buah elektrode potensial. Pada keadaan tertentu, pengukuran bawah permukaan
dengan arus yang tetap akan diperoleh suatu variasi beda tegangan yang berakibat
akan terdapat variasi resistansi yang akan membawa suatu informasi tentang
struktur dan material yang dilewatinya. Prinsip ini sama halnya dengan
menganggap bahwa material bumi memiliki sifat resistif atau seperti perilaku
resistor, dimana material-materialnya memiliki kemampuan yang berbeda dalam
menghantarkan arus listrik
Elektroda yang di injeksikan ke bumi akan membentuk ilustrasi garis
ekuipotensial yang terjadi akibat injeksi arus ditunjukkan pada dua titik arus yang
Gambar 2.6 Pola aliran arus dan bidang ekipotensial antara dua elektroda arus
dengan polaritas berlawanan
Beda potensial yang terjadi antara MN yang disebabkan oleh injeksi arus
pada AB adalah :
ΔV = V M −V N (2.6)
ΔV = [( - ) – ( - )] (2.7)
ρ = 2π[( - ) – ( - )]-1 (2.8)
Sehingga,
ρ = (2.9)
dengan AM, BM, AN , BN adalah jarak dari elektroda arus dengan elektroda
potensial, I arus dalam Ampere, ΔV beda potensial dalam Volt, ρ tahanan jenis dalam Ohm meter dan kfaktor geometri elektroda dalam meter.
Maka
k= 2π [( - ) – ( - )]-1 (2.10)
k merupakan faktor koreksi geometri dari konfigurasi elektroda potensial dan
elektroda arus.
Metode geolistrik resistivitas merupakan metode geolistrik yang
mempelajari sifat resistivitas (tahanan jenis) listrik dari lapisan batuan di dalam
bumi. Metode resistivitas umumnya digunakan untuk eksplorasi dangkal, sekitar
300 – 500 m. Pada metode ini arus listrik diinjeksikan ke dalam bumi melalui dua
dapat dihitung variasi harga resistivitas pada lapisan permukaan bumi di bawah
titik ukur (Sounding point).
Terkait dengan sifat resistivitas listrik, lapisan akifer merupakan lapisan
batuan yang memiliki rentang nilai tahanan jenis 1-108 Ωm. Faktor-faktor yang berpengaruh antara lain: komposisi litologi, kondisi batuan, komposisi mineral
yang dikandung, kandungan benda cair. Air alam mengandung zat padat terlarut
yang berasal dari mineral dan garam-garam yang terlarut ketika air mengalir di
bawah atau di permukaan tanah. Apabila air dicemari oleh limbah yang berasal
dari industri pertambangan dan pertanian, kandungan zat padat tersebut akan
meningkat. (Telford,1990)
Konduktivitas atau lebih dikenal dengan sebutan Daya Hantar Listrik
(DHL) adalah suatu besaran yang menunjukkan banyaknya ion-ion terlarut dalam air yang dapat menghantarkan arus listrik sebesar 1μvolt pada bidang lapisan metal seluas 1 cm2. Sifat ini dipengaruhi oleh jumlah kandungan yang disebut sebagai ion bebas.
Metode geolistrik resistivitas didasarkan pada anggapan bahwa bumi
mempunyai sifat homogen isotropis. Pada kenyataannya bumi terdiri dari
lapisan-lapisan bebatuan dengan nilai resistivitas yang berbeda-beda, sehingga potensial
yang terukur dipengaruhi oleh lapisan-lapisan tersebut dan menyebabkan nilai
tahanan jenis yang terukur tergantung pada jarak elektroda. Nilai tahanan jenis
yang terukur bukanlah tahanan jenis yang sebenarnya melainkan tahanan jenis
semu (ρa) yang dipengaruhi dari beberapa factor yang mengakibatkan nilainya
tahanannya bukan tahanan sebenarnya. (Reynold, 1997)
2.9 Resistivitas Semu
Pengukuran resistivitas dilakukan terhadap permukaan bumi yang di
anggap sebagai suatu medium yang homogen isotropis. Pada kenyataannya, bumi
maupun horisontal. Akibatnya objek batuan yang tidak homogen dan beragam
akan memberikan harga resistivitas yang beragam pula. Sehingga resistivitas yang
diukur adalah resistivitas semu. Harga tahanan jenis semu ini tergantung pada
tahanan jenis lapisan–lapisan pembentuk formasi dan konfigurasi elektroda yang
digunakan.
Hasil pengukuran langsung dilapangan inilah yang dinamakan resistivitas
semu(ρα) yang hasilnya merupakan besaran rata-rata dari nilai-nilai resisivitas
medium yang berbeda-beda tersebut. Dari persamaan (2.8), nilai resistivitas
semunya dapat ditentukan sebesar,
=
2 ∆(2.11)
Dari persamaan (2.9) kelompok parameter yang berdimensi jarak dinotasikan
sebagai kyang disebut faktor geometri,
= 1
kmerupakan suatu tetapan, dan nilainya tergantung pada susunan elektroda yang
digunakan dalam pengukuran. Dengan demikian persamaan (2.11) dapat ditulis
menjadi,
ρ = (2.13)
Karena bumi tidak homogen, maka nilai resistivitas tiap lapisannya berbeda-beda.
Resistivitas semu merupakan resistivitas dari suatu medium fiktif yang ekivalen
dengan medium berlapis yang ditinjau. Pada pengukuran geolistrik yang
dilakukan pada medium non homogen (resistivitas bervariasi secara vertical atau
Gambar 2.7 Konsep resistivitas semu pada medium berlapis
Misalnya medium yang ditinjau terdiri dari dua lapisan dengan nilai
resistivitas lapisan pertama adalah 1dan nilai resistivitas lapisan kedua adalah 2 dengan 1 > 2. Arus yang mengalir antara elektroda A dan B akan mempunyai kelengkungan-kelengkungan berbeda tiap lapisan-lapisan. Dalam pengukuran,
medium ini dianggap sebagai medium satu lapis homogen yang memiliki satu
harga resistivitas, yaitu resistivitas semu α. Konduktansi lapisan fiktif ini sama
dengan jumlah konduktansi masing-masing lapisan. Dengan menggunakan
konfigurasi elektroda tertentu, nilai K dapat ditentukan, beda tegangan dan arus
yang dimasukkan ke dalam tanah dapat diukur, dengan demikian resistivitas semu
dapat dihitung.
Dengan mengubah jarak antar elektroda untuk kepentingan eksplorasi
dapat diperoleh berbagai variasi nilai tahanan jenis terhadap kedalaman. Hasil
pengukuran di lapangan sesudah dihitung nilai tahanan jenisnya merupakan fungsi
dari konfigurasi elektroda dan berkaitan dengan kedalaman penetrasinya. Semakin
panjang rentang antar elektroda, semakin dalam penetrasi arus yang diperoleh
yang ditentukan oleh kuat arus yang dialirkan melalui elektroda arus.
(Santoso,2002).
Beberapa hal yang mempengaruhi nilai resistivitas semu adalah sebagai
1. Ukuran butir penyusun batuan, semakin kecil besar butir maka kelolosan
arus akan semakin baik, sehingga mereduksi nilai tahanan jenis.
2. Komposisi mineral dari batuan, semakin meningkat kandungan mineral clay
akan mengakibatkan menurunnya nilai resisivitas.
3. Kandungan air, air tanah atau air permukaan merupakan media yang
mereduksi nilai tahanan jenis.
4. Kelarutan garam dalam air di dalam batuan akan mengakibatkan
meningkatnya kandungan ion dalam air sehingga berfungsi sebagai
konduktor.
5. Kepadatan, semakin padat batuan akan meningkatkan nilai resistivitas.
2.10 Jenis – Jenis Konfigurasi Metode Geolistrik Resistivitas
Berdasarkan letak elektroda potensial dan elektroda arusnya, pada
konfigurasi metode resistivitas tahanan jenis dikenal beberapa jenis konfigurasi
diantaranya : konfigurasi Wenner, konfigurasi Wenner-Sclumberger, konfigurasi
dipole-dipole, konfigurasipole-poledan lain-lain
2.10.1 Konfigurasi Wenner
Konfigurasi Wenner merupakan salah satu konfigurasi yang sering digunakan
dalam eksplorasi geolistrik dengan susunan jarak spasi sama panjang dimana (r1 =
r4 = a dan r2 = r3 = 2a). Jarak antara elektroda arus (C1dan C2) adalah tiga kali jarak elektroda potensial.
Untuk susunan elektroda Wenner merupakan susunan elektroda yang
frelatif kurang fleksibel karena setiap pemindahan elektoda arus AB, elektroda
potensial MN juga harus dipindahkan. Pada pengukuran lapangan, elektroda arus
dan lektroda potensial terletak pada satu garis lurus. Elektroda arus AB berjarak
tiga kali elektroda potensial MN, untuk kemudian pengukuruan dilakukan, dan
dengan elektroda MN juga harus dipindahkan hingga jarak ABN tiga kali MN
terpenuhi. Demikian dilakukan hingga target kedalaman yang hendak diukur
terpenuhi.
Keuntungan dan keterbatasan metode Wenner yaitu sensitif terhadap
perubahan lateral setempat, jarak elektroda arus dan potensial relatif. Dalam
menggunakan metode ini lebih membutuhkan tenaga dan waktu yang lebih
banyak. Pola susunan Wenner dapat dilihat pada Gambar 2.8.
Gambar 2.8 Elektroda arus dan potensial pada konfigurasi Wenner
2.10.2 Konfigurasi Wenner – Schlumberger
Metoda ini dimaksudkan sebagai acuan dan pegangan dalam pengukuran
resistivitas perlapisan batu atau tanah dibawah permukaan tanah dengan susunan
elektroda Wenner – Schumberger untuk eksplorasi awal air tanah dengan
mempelajari geologi bawah permukaan dan menduga air tanah berdasarkan nilai
reistivitasnya.
Susunan elektroda Schlumberger merupakan susunan elektroda yang
paling fleksibel digunakan dan banyak diterapkan dilapangan karena mudah dan
cepat serta memberikan hasil yang baik. Pada pengukuran lapangan, elektroda ar
us dan elektroda potensial terletak pada satu garis lurus. Elektoda arus atau AB
dan elektroda potensial atau MN ditempatkan pada jarak tertentu, untuk kemudian
pengukuran dilakukan dan didapatkan harga tahanan jenis semu (ρa) untuk jarak
lebih lebar atau menjauhi
dilakukan kembali. Pola sususnan Sclumberger dapat dilihat pada Gambar 2.8.
Keuntungan dan keterbatasan pola bentangan Schlumberger adalah :
Pengukuran kurang
perubahan vertikal sehingga dianjurkan untuk
Pada akuisi data
dipindahkan hingga mengurangi tenaga dan waktu kerja.
Gambar 2.9 Pengaturan elektroda konfigurasi Wenner
Keterangan gambar :
r1 = na
r2 = na + a
r3 = na + a
r4 = na
maka diperoleh nilai dari faktor geometri ya
k= 2π
Dengan memasukkan
konfigurasi Wenner –
k = π n (n + 1) a dengan :
menjauhi titik O sedangkan elektroda MN tetap dan
lakukan kembali. Pola sususnan Sclumberger dapat dilihat pada Gambar 2.8.
Keuntungan dan keterbatasan pola bentangan Schlumberger adalah :
Pengukuran kurang sensitif terhadap perubahan lateral namun
perubahan vertikal sehingga dianjurkan untuk penyelidikan dalam.
akuisi data lapangan, elektroda – elektroda tidak
dipindahkan hingga mengurangi tenaga dan waktu kerja.
Gambar 2.9 Pengaturan elektroda konfigurasi Wenner – Schlumberger
Keterangan gambar :
maka diperoleh nilai dari faktor geometri yaitu :
π [( - ) – ( - )]-1
memasukkan nilai dari r1, r2,r3 dan r4 maka diperoleh faktor
– Schlumberger yaitu :
π n (n + 1) a
tetap dan pengukuran
lakukan kembali. Pola sususnan Sclumberger dapat dilihat pada Gambar 2.8.
Keuntungan dan keterbatasan pola bentangan Schlumberger adalah :
lateral namun baik untuk
penyelidikan dalam.
tidak terlalu sering
Schlumberger
(2.14)
diperoleh faktor geometri
n = jumlah spasi ke – n (1, 2,3, 4....dst)
a = jarak elektroda
2.10.3 Konfigurasi Dipole-Dipole
Untuk susunan elektroda dipole-dipole jarang digunakan karena sulitnya
penerapan dilapangan. Pola ini biasanya diterapkan secara baku untuk pengukuran
geofisika polarisasi imbas. Pada pengukuran lapangan, elektroda arus terletak
salaing berdekatan dan sama halnya untuk elektroda potensial yang juga
berdekatan. Benytangan elektoda arus AB berjarak sama dengan bentangan
elektroda potensial MN.
Sedangkan jarak AB terhadap MN tertentu dan merupakan kelipatan
bilangan n jarak AB atau MN. Setelah pengukuran, pemindahan elektroda
dilakukan untuk memperbesar jarak AB terhadap MN sedangkan jarak antar
elektroda tetap hingga yang berubah adalah nilai n nya. Demikian terus dilakukan
hingga target kedalam yang hendak diukur tertenuhi, pola susunan konfigurasi
dipole-dipole dapat dilihat pada Gambar 2.9.
Gambar 2.10 Konfigurasi Dipole-Dipole (Loke, 2000)
Keuntungan dan keterbatasan metode dipole-dipole yaitu kurang sensitif
digunakan untuk target yang berlapis, membutuhkan waktu yang lama dalam
menyurvei. Nilai sensitivitas terbesar pada konfigurasi ini terletak antara
