ANALISIS PEMETAAN ZONASI RESAPAN AIR UNTUK KAWASAN PERLINDUNGAN SUMBERDAYA AIR TANAH (GROUNDWATER)
PDAM TIRTANADI SIBOLANGIT KABUPATEN DELI SERDANG PROPINSI SUMATERA UTARA
TESIS
Oleh
M. KHAIRUL RIZAL 077004013/PSL
SEKOLAH PASCASARJANA UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
ANALISIS PEMETAAN ZONASI RESAPAN AIR UNTUK KAWASAN PERLINDUNGAN SUMBERDAYA AIR TANAH (GROUNDWATER)
PDAM TIRTANADI SIBOLANGIT KABUPATEN DELI SERDANG PROPINSI SUMATERA UTARA
TESIS
Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat untuk Memperoleh Gelar Magister Sains dalam Program Studi Pengelolaan Sumberdaya Alam dan Lingkungan
pada Sekolah Pascasarjana Universitas Sumatera Utara
Oleh
M. KHAIRUL RIZAL 077004013/PSL
SEKOLAH PASCASARJANA UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
Judul Tesis : ANALISIS PEMETAAN ZONASI RESAPAN AIR UNTUK KAWASAN PERLINDUNGAN SUMBERDAYA AIR TANAH (GROUND WATER) PDAM TIRTANADI
SIBOLANGIT KABUPATEN DELI SERDANG
PROPINSI SUMATERA UTARA Nama Mahasiswa : M. Khairul Rizal
Nomor Pokok : 077004013
Program Studi : Pengelolaan Sumberdaya Alam dan Lingkungan
Menyetujui : Komisi Pembimbing
(Prof. Ir. Zulkifli Nasution, M.Sc., Ph.D.) Ketua
(Prof. Dr. Alvi Syahrin, SH., M.S.) (Prof. Dr. Retno Widhiastuti, M.S.) Anggota Anggota
Ketua Program Studi Direktur
(Prof. Dr. Alvi Syahrin, S.H., M.S.) (Prof. Dr. Ir. T. Chairun Nisa B, M.Sc.)
Telah diuji pada
Tanggal 29 Agustus 2009
PANITIA PENGUJI TESIS
Ketua : Prof. Ir. Zulkifli Nasution, M.Sc., Ph.D. Anggota : 1. Prof. Dr. Alvi Syahrin, SH., M.S.
2. Prof. Dr. Retno Widhiastuti, M.S. 3. Ir. Guslim, M.S.
PERNYATAAN
ANALISIS PEMETAAN ZONASI RESAPAN AIR UNTUK KAWASAN
PERLINDUNGAN SUMBERDAYA AIR TANAH (GROUNDWATER)
PDAM TIRTANADI SIBOLANGIT KABUPATEN DELI SERDANG PROPINSI SUMATERA UTARA
TESIS
Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam tesis ini tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu perguruan tinggi, dan sepanjang pengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka.
Medan, 29 Agustus 2009
ABSTRAK
Negeri yang berlimpah kekayaan alam, keanekaragaman hayati yang tinggi baik flora maupun fauna dan juga diberkahi banyak mata air baik bersumber dari air tanah dan air tanah dangkal, tidak serta merta membuat Indonesia terbebas dari masalah lingkungan. Berada dalam kondisi yang nyaman seperti ini, membuat masyarakat kurang peduli terhadap masalah lingkungan terutama isu kerusakan daerah tangkapan air. Hal ini terlihat dari tingginya tingkat pemakaian serta pemanfaatan air tanah. PDAM (Perusahaan Daerah Air Minum) Tirtanadi adalah salah satu perusahaan daerah yang memanfaatkan air tanah pada daerah
resapan air Sibolangit lebih dari 24 titik pengambilan air (bron) dalam
waktu 24 jam, sedangkan PT. Aqua Danone juga berada di hulu (Selatan) dari titik pengambilan PDAM Tirtanadi. Masalah ini menjadi penting bila daerah resapan air tanah kawasan ini terganggu akibat dari ekplorasi air tanah, perencanaan dan penataan ruang yang tidak ramah lingkungan yang berakibat kepada kekurangan air tanah, maka sekitar 4,2 juta jiwa akan kekurangan air minum tiap tahun.
Penelitian ini dilakukan untuk menganalisis zonasi resapan air tanah untuk kawasan perlindungan sumberdaya air tanah di Kawasan Sibolangit. Penelitian ini menggunakan metode deskriptif untuk memperoleh data-data secara faktual di lapangan. Populasi dan teknik pengambilan sampel menggunakan metoda purposive sampling dimana lokasi sampel dipilih di daerah-daerah yang berpeluang memberi kontribusi terhadap resapan air tanah di lokasi penelitian. Sebagai bahan pertimbangan dalam penentuan jumlah dan sebaran pengambilan sampel dengan melihat keseragaman Peta Geologi, Jenis Tanah, Topografi, Hidrogeologi, Sistem Lahan dan Tutupan Lahan skala 1:50.000. Pengambilan sampel sebanyak 10 titik lokasi.
Analisis zonasi resapan air tanah memakai Sistem Informasi Geografis dengan metoda tumpang susun (over lays) menggunakan data-data dan peta-peta antara lain Peta Topografi, Geologi, Hidrogeologi, Sistem Lahan, Landsat dan Jenis Tanah sehingga terbentuk Zonasi Daerah Resapan Air.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa faktor-faktor Topografi, Geologi dan Hidrogeologi sangat berpengaruh terhadap penentuan zona resapan air pada daerah penelitian, sedangkan faktor-faktor infiltrasi,
perkolasi, permeabilitas, kerapatan lindak (bulk density), curah hujan,
tutupan lahan dan pengelolaan lahan memberi kontribusi terhadap kuantitas daerah resapan air pada daerah penelitian. Faktor infiltrasi
dengan nilai antara 9,93 – 14,16 cm/jam menunjukkan infiltrasi baik.
Perkolasi dengan nilai antara 2,35 – 3,43 cm/jam setelah pengamatan 1
jam di lapangan dengan beberapa kedalaman tanah menunjukkan
hasil uji laboratorium menunjukkan permeabilitas sedang sampai baik.
Kerapatan lindak (bulk density) dengan nilai antara 0,37 – 0,82 gr/cm3
hasil uji laboratorium menunjukkan kerapatan lindak sedang sampai baik.
Curah hujan antara 1.857 – 4.243,5 mm/tahun berdasarkan data yang
diperoleh dari lapangan menunjukkan kuantitas curah hujan yang tinggi.
Tutupan lahan dan pengelolaan lahan berdasarkan analisis peta landsat
masih baik.
ABSTRACT
This Country has many natural resources, high variety of flora and fauna also benediction much good wellsprings stem from groundwater to skin-deep groundwater, not at moment's notice make Indonesian are free from environment problems. Stay in balmy condition like this, make society less care to environment problem especially the capture issues of water catchments area. It is seen from high of usage level and groundwater utilization. PDAM (Local Government Water Supply Enterprise) Tirtanadi is one of local company that exploit groundwater at area of groundwater diffusion in Sibolangit. More than 24 dot of water intakes (bron) during 24 hour, whereas Aqua Danone Co. Ltd., also exists in part of pate upstream (South) from intake dot PDAM Tirtanadi. This Problem becomes important if the area groundwater diffusion is bothered effect of groundwater exploration, planning and spatial planning inhospitable environment that cause to groundwater insuffiency. Then around 4,2 million souls of drinking water of insuffiency every year.
This Research is conducted to zonation analysis of groundwater diffusion for area of groundwater resources protection in Sibolangit area. It uses
“descriptive method” for getting the datas in factual at the site. Population and intake technique sampel use “purposive sampling method” where location sampel are selected in area that give contribution to groundwater diffusion in research location. Upon which consideration in amount determination and disseminate intake sampel by see uniformity Geologi Map, Soil Type, Topografi, Hidrogeologi, Land System, and Land Cover scale 1:50.000. Intake sampel 10 location dots.
Zonation Analysis of groundwater diffusion wears Geographical Information System with “over lays method” use datas and maps like Map of Topografi, Geology, Hidrogeologi, Land System, Landsat and Soil Type until formed zonation of water diffusion area.
Research result indicates that factors Topografi, Geology and Hidrogeologi has an effect to determination of water diffusion zone at research area, whereas factors infiltrate, perkolasi, permeability, bulk density, precipitation, land cover and land management give contribution to amount of water diffusion area at research place. Factor infiltrate by value between 9,93 – 14,16 cm/hour shows infiltrate good. Perkolasi by value between 2,35 –
3,43 cm/hour after perception 1 hour at the site with some ground deepnesses show good perkolasi. Permeability by value between 0,35 – 20,54 cm/hour of laboratory test result shows permeability till good. Bulk density by value between 0,37 – 0,82 gr/cm3
UCAPAN TERIMA KASIH
Segala puji dan syukur saya ucapkan keharibaan Allah SWT, atas limpahan berkat dan rahmatNya serta karunianya sehingga penulis mampu menyelesaikan tesis ini. Tesis berjudul ”Analisis Pemetaan Zonasi Resapan Air Untuk Kawasan Perlindungan Sumberdaya Air Tanah (Groundwater) PDAM Tirtanadi Sibolangit Kabupaten Deli Serdang Propinsi Sumatera Utara” adalah wujud persembahan
penulis atas proses belajar yang dijalani selama di Pascasarjana USU.
Pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada:
1. Ibu Prof. Dr. Ir. T. Chairun Nisa B., M.Sc. selaku Direktur Sekolah Pascasarjana yang telah memberikan kesempatan kepada penulis untuk menimba ilmu di Sekolah Magister Pengelolaan Sumberdaya Alam dan Lingkungan pada Sekolah Pascasarjana Universitas Sumatera Utara.
2. Bapak Prof. Ir. Zulkifli Nasution, M.Sc., Ph.D. selaku pembimbing utama, Bapak Prof. Dr. Alvi Syahrin, SH., M.S. dan Ibu Prof. Dr. Retno Widhiastuti, M.S. selaku pembimbing pendamping yang telah memberikan segala arahan dan bimbingan mulai dari pelaksanaan penelitian hingga selesainya tesis ini.
3. Bapak Ir. Guslim, M.S. dan Bapak Ir. Terunajaya, M.Sc. selaku dosen penguji dengan masukan serta pemikiran yang kritis dan berguna bagi penyempurnaan tesis ini sehingga menjadi lebih baik.
4. Bapak Ir. Mukhlis, M.Si. selaku kepala dan Bapak Rudi selaku Asisten Laboratorium Riset dan Teknologi Fakultas Pertanian Universitas Sumatera Utara atas fasilitas laboratorium selama analisis sampel.
6. Dr. drh. Muhammad Hambal, M.Sc. yang telah memberikan rekomendasi kepada penulis untuk dapat melanjutkan pendidikan di Sekolah Pascasarjana Universitas Sumatera Utara serta Bertha Ulina Nababan yang telah memberikan semangat kepada penulis.
7. Kurniawan Tarigan dan Muhammad Taufiq Purba (masyarakat Desa Doulu) dan Pasti Ginting dan Sekuta Perdamenta Sembiring (masyarakat Desa Sibolangit) yang telah bersedia membantu penulis di lapangan untuk pengambilan sampel tanah.
8. Seluruh rekan-rekan dan staff Pengelolaan Sumberdaya Alam dan Lingkungan Sekolah Pascasarjana Universitas Sumatera Utara yang telah menjadi teman diskusi, memberikan bantuan, dukungan tenaga dan pemikiran baik dari awal pengajuan proposal, kolokium, seminar dan hasil penelitian sampai penyelesaian tesis.
9. Semua pihak yang tidak mungkin disebutkan satu persatu yang telah membantu proses penyelesaian tesis ini serta memberikan dukungan kepada penulis.
Pada kesempatan yang istimewa ini penulis juga mengucapkan syukur tak terhingga atas keberadaan Ibunda Ernita dan Ayahanda M. Ali Amin, serta teristimewa kepada Istriku tercinta Tengku Afriyenni, S.E.Ak yang telah memberikan dukungan yang tidak ternilai harganya yang terus-menerus menyemangati, mendo’akan, memberikan perhatian serta nasehat yang berguna kepada penulis.
KATA PENGANTAR
Sembah sujud, puji dan syukur saya ucapkan keharibaan Allah SWT, atas limpahan berkat dan rahmatNya serta karuniaNya sehingga tesis yang berjudul ”Analisis Pemetaan Zonasi Resapan Air Untuk Kawasan Perlindungan Sumberdaya
Air Tanah (Groundwater) PDAM Tirtanadi Sibolangit Kabupaten Deli Serdang Propinsi Sumatera Utara” dapat selesai dengan sempurna.
Analisis pemetaan zonasi resapan air yang kurang tepat akan mempengaruhi sistem pengelolaan daerah resapan air tanah yang pada akhirnya juga mempengaruhi tingkat kuantitas dan kualitas resapan air ke akuifer tanah. Indonesia pada umumnya dan Sumatera Utara khususnya kurang memperhatikan daerah-daerah resapan air, sehingga masalah kekurangan air bersih terus meningkat dan seiring dengan itu kualitas air tanah juga menurun, para ahli memperhitungkan pada tahun 2020 Sumatera Utara khususnya Kota Medan akan mengalami krisis air bersih apabila daerah-daerah resapan air tidak dikelola dengan baik yang ramah lingkungan.
Dalam penelitian ini diamati selain faktor geologi, hidrogeologi dan topografi daerah resapan air juga diamati pada faktor-faktor laju infiltrasi, laju perkolasi, permeabilitas, kerapatan lindak (bulk density), curah hujan, tutupan lahan dan pengelolaan lahan yang merupakan faktor yang mempengaruhi tingkat resapan air ke dalam tanah.
Kiranya hasil penelitian ini dapat bermanfaat bagi penulis khususnya, memberi kontribusi kepada PDAM Tirtanadi Sibolangit dan kepada para pihak yang berkepentingan pada umumnya.
Medan, 29 Agustus 2009
RIWAYAT HIDUP
M. KHAIRUL RIZAL, lahir di Medan pada 11 Oktober 1971, merupakan anak pertama dari tiga bersaudara, putra dari Bapak M. Ali Amin dan Ibu Ernita,
Penulis menyelesaikan pendidikan pada Sekolah Dasar tahun 1984 di SD Negeri I Matangglumpang Dua, Sekolah Menengah Tingkat Pertama pada tahun 1987 di SMP Negeri 1 Matangglumpang Dua, Sekolah Menengah Tingkat Atas pada tahun 1990 di SMA Negeri 1 Bireuen dan Meraih Gelar Sarjana Strata 1 pada tahun 1996 di Jurusan Ilmu Tanah Fakultas Pertanian Universitas Syiah Kuala.
5.4. Zonasi Daerah Resapan Air Berdasarkan Rencana Tata Ruang
Kabupaten Deli Serdang... 84
VI. KESIMPULAN DAN SARAN ... 85
6.1. Kesimpulan... 85
6.2. Saran ... 87
DAFTAR TABEL
DAFTAR GAMBAR
Nomor Judul Halaman
1. Bagan alir kerangka konseptual dalam penentuan zonasi
resapan air... 8
2. Objek material hidrologi... 11
3. Gerakan air tanah dan jenis lapisannya. ... 14
4. Macam bukit karst... 16
5. Air tanah yang berasal dari infiltrasi... 23
6. Teknik tumpang susun (over lay) untuk menghasilkan Peta Zonasi Resapan Air pada lokasi penelitian ... 31
7. Intensitas curah hujan yang berpengaruh terhadap laju infiltrasi ... 33
8. Peta Rencana Tata Ruang Kabupaten Deli Serdang ... 57
9. Grafik curah hujan tahunan di stasiun Tongkoh dan Pancur Batu dari Januari 1999 sampai Mei 2009 ... 76
DAFTAR LAMPIRAN
Nomor Judul Halaman
1. Peta Kontur Kawasan Zonasi Resapan Air
PDAM Tirtanadi Sibolangit ... 93 2. Peta Geologi Kawasan Zonasi Resapan Air
PDAM Tirtanadi Sibolangit ... 94 3. Peta Hidrogeologi Kawasan Zonasi Resapan Air
PDAM Tirtanadi Sibolangit ... 95 4. Peta Sistem Lahan Kawasan Zonasi Resapan Air
PDAM Tirtanadi Sibolangit ... 96 5. Peta Landsat Kawasan Zonasi Resapan Air
PDAM Tirtanadi Sibolangit ... 97 6. Peta Tutupan Lahan Kawasan Zonasi Resapan Air
PDAM Tirtanadi Sibolangit ... 98 7. Peta Jenis Tanah Kawasan Zonasi Resapan Air
PDAM Tirtanadi Sibolangit ... 99 8. Peta DEM Zonasi dan Rekomendasi Sumur Resapan
I. PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Air adalah asal muasal dari segala macam bentuk kehidupan di planet bumi ini. Dari air bermula kehidupan dan karena air peradaban tumbuh dan berkembang. Logika sederhananya, tanpa air peradaban akan surut dan bahkan kehidupan akan musnah karena planet bumi akan menjadi sebuah bola batu dan pasir raksasa yang luar biasa panas, masif, dan mengambang di alam raya menuju kemusnahan. Air menopang kehidupan manusia, termasuk kehidupan dan kesinambungan rantai pangan mahluk hidup di bumi. Karena itulah Perserikatan Bangsa Bangsa (PBB) mendeklarasikan bahwa air merupakan hak azasi manusia; artinya, setiap manusia di muka bumi ini mempunyai hak dasar yang sama terhadap pemakaian air.
Pemanfaatan air terutama air tanah yang terus meningkat dapat menimbulkan dampak negatif terhadap air tanah itu sendiri maupun lingkungan di sekitarnya, diantaranya berkurangnya kuantitas dan kualitas air tanah, penyusupan air laut dan amblesan tanah. Menurunnya kuantitas dan kualitas air tanah tersebut akan memberikan dampak sosial, ekonomi, dan lingkungan hidup.
Namun, inilah yang saat ini menjadi pokok masalah kita, umat manusia. Air secara sangat cepat menjadi sumberdaya yang makin langka dan tidak ada sumber penggantinya. Walaupun sekitar 70 persen permukaan bumi ditempati oleh air, namun 97 persen darinya adalah air asin dan tidak dapat langsung dikonsumsi manusia. Dari jumlah yang sedikit yang mungkin dapat dimanfaatkan tersebut, manusia masih menghadapi permasalahan yang amat mendasar. Pertama, adanya variasi musim dan ketimpangan spasial ketersediaan air. Pada musim hujan, beberapa bagian dunia mengalami kelimpahan air yang luar biasa besar dibandingkan dengan bagian lain sehingga berakibat terjadinya banjir dan kerusakan lain yang ditimbulkannya.
Penggunaan air tanah sebagai sarana kehidupan semakin meningkat di daerah Propinsi Sumatera Utara, baik untuk kebutuhan domestik maupun untuk industri. Peningkatan pemanfaatan air ini dapat kita jumpai pada daerah-daerah yang padat penduduk, daerah pemukiman baru dan daerah-daerah industri.
sebagai daerah resapan air untuk keberlangsungan sumber air tanah pada masa yang akan datang.
Kabupaten Deli Serdang khususnya kawasan Kecamatan Sibolangit berdasarkan Rancangan Undang-Undang Tata Ruang Propinsi Sumatera Utara, Peraturan Pemerintah No. 47 Tahun 1997 tentang Kehutanan, Peraturan Daerah Propinsi Sumatera Utara No. 7 Tahun 2003, Undang-Undang No. 7 Tahun 2004 tentang Sumberdaya Air dan Undang-Undang No. 26 Tahun 2007 dapat menetapkan kawasan Sibolangit sebagai kawasan yang harus dilindungi dan akan diprioritaskan untuk kawasan resapan air tanah dalam perencanaan yang berkelanjutan dimana pemanfaatan air tanah sangat tinggi di kawasan hilir (bagian utara) dari wilayah ini yaitu Kota Medan.
Kota Medan merupakan daerah di Propinsi Sumatera Utara yang paling tinggi tingkat penggunaan air tanah terutama untuk kebutuhan air minum dan industri karena jumlah populasi penduduknya dan pertumbuhan industri yang besar maka untuk memenuhi kebutuhan air tersebut Kota Medan memerlukan sumberdaya air yang besar untuk keperluan domestik dan industri tersebut.
manusia, agar tidak terjadi penurunan kuantitas air tanah dengan membuat batasan-batasan zonasi pemanfaatan lahan.
1.2. Perumusan Masalah
Permasalahan dalam penelitian ini adalah :
1. Apakah pola sebaran kontur kawasan Sibolangit dapat menjadi acuan terhadap pemetaan zonasi resapan air untuk kawasan lindung sumberdaya air tanah PDAM Tirtanadi.
2. Apakah jenis batuan dapat menjadi acuan terhadap pemetaan zonasi resapan air untuk kawasan lindung sumberdaya air tanah PDAM Tirtanadi.
3. Apakah sebaran vegetasi (tutupan lahan) dapat menjadi acuan terhadap pemetaan zonasi resapan air untuk kawasan lindung sumberdaya air tanah PDAM Tirtanadi.
1.3. Tujuan Penelitian
Adapun tujuan dari penelitian ini adalah :
1. Untuk mengetahui pengaruh pola sebaran kontur kawasan Sibolangit terhadap zonasi resapan air untuk kawasan lindung sumberdaya air tanah PDAM Tirtanadi. 2. Untuk mengetahui pengaruh jenis batuan terhadap zonasi resapan air untuk
kawasan lindung sumberdaya air tanah PDAM Tirtanadi.
1.4. Hipotesis Penelitian
Berdasarkan permasalahan dalam penulisan ini maka dapat dirumuskan hipotesis penelitian sebagai berikut :
1. Adanya pola sebaran kontur kawasan Sibolangit dapat menjadi acuan terhadap pemetaan zonasi resapan air untuk kawasan lindung sumberdaya air tanah PDAM Tirtanadi.
2. Adanya jenis batuan dapat menjadi acuan terhadap pemetaan zonasi resapan air untuk kawasan lindung sumberdaya air tanah PDAM Tirtanadi.
3. Adanya sebaran vegetasi (tutupan lahan) dapat menjadi acuan terhadap pemetaan zonasi resapan air untuk kawasan lindung sumberdaya air tanah PDAM Tirtanadi.
1.5. Manfaat Penelitian
Hasil penelitian ini nantinya diharapkan dapat digunakan sebagai :
1. Dasar pertimbangan bagi Perusahaan Daerah Air Minum (PDAM) dalam melakukan perencanaan perlindungan kawasan resapan air dan mempertahankan kuantitas sumberdaya air tanah (mata air) di instalasi PDAM Tirtanadi Sibolangit. 2. Dasar pertimbangan Pemerintah Daerah Kabupaten Deli Serdang dan Kotamadya
Medan untuk pengembangan wilayah yang berkaitan dengan masalah penyediaan air minum.
3. Dasar pertimbangan PDAM Tirtanadi Sibolangit dalam melaksanakan program Jasa Lingkungan (Payment Environmental Services) dan CSR (Corporate Sosial
1.6. Kerangka Konseptual
Tahapan proses teknis analisis zonasi perlindungan mata air I. Identifikasi umum peta kawasan perlindungan mata air
I.1. Peta topografi; I.2. Peta geologi; I.3. Peta hydrogeologi; I.4. Data hydrologi; dan
I.5. Peta geologi tata lingkungan (untuk kontrol).
Target hasil analisis adalah Peta umum potensi sumberdaya air. II. Menentukan kawasan umum mata air
II.1. Peta umum potensi sumberdaya air;
II.2. Data survey lapangan lokasi mata air-mata air; Target hasil analisis adalah Peta umum kawasan mata air. III. Menentukan pilihan tingkat prioritas mata air
III.1. Peta umum kawasan mata air;
III.2. Data historikal mata air (data fluktuasi debit); III.3. Data peruntukan sumberdaya mata air; III.4. Status kepemilikan mata air;
III.5. Kondisi eksisting tutupan lahan; dan III.6. Rencana Tata Ruang Wilayah (RTRW).
IV. Deliniasi kawasan mata air prioritas IV.1. Peta topografi (RBI);
a. Kontur (pola); dan b. Kelas lereng; IV.2. Peta geologi (lokal);
a. Jenis batuan;
b. Sifat porisitas dan permeabilitas; c. Aliran air tanah;
Target hasil analisis adalah Peta zonasi perlindungan mata air. V. Rekomendasi perlindungan dan perbaikan mata air
V.1. Peta zonasi perlindungan mata air V.2. Rekomendasi jenis kegiatan
Target hasil analisis adalah rekomendasi jenis kegiatan perlindungan dan
perbaikan kawasan resapan zona perlindungan mata air.
Gambar 1. Bagan alir kerangka konseptual dalam penentuan zonasi resapan air
II. TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Landasan Teori
Zonasi dalam konsep perlindungan mata air adalah bertujuan untuk menentukan batas-batas alami dari suatu kawasan daerah resapan (recharge area) dari mata air atau air tanah dimana semua aktifitas dan peruntukan lahan didalamnya akan memberikan pengaruh secara langsung maupun tidak langsung terhadap sumberdaya mata air atau air tanah tersebut baik secara kuantitas maupun kualitasnya.
Menurut Herlambang (1996) air tanah adalah air yang bergerak di dalam tanah yang terdapat di dalam ruang antar butir-butir tanah yang meresap ke dalam tanah dan bergabung membentuk lapisan tanah yang disebut akuifer. Lapisan yang mudah dilalui oleh air tanah disebut lapisan permeable, seperti lapisan yang terdapat pada pasir atau kerikil, sedangkan lapisan yang sulit dilalui air tanah disebut lapisan impermeable, seperti lapisan lempung atau geluh.
Air tanah adalah semua air yang terdapat di bawah permukaan tanah pada lajur/zona jenuh air (zone of saturation). Air tanah terbentuk berasal dari air hujan dan air permukaan, yang meresap (infiltrate) mula-mula ke zona tak jenuh (zone of
aeration) dan kemudian meresap makin dalam (percolate) hingga mencapai zona
Air tanah dan air permukaan saling berkaitan dan berinteraksi. Setiap aksi (pemompaan, pencemaran dan perlakuan lainnya) terhadap air tanah akan memberikan reaksi terhadap air permukaan, demikian sebaliknya.
2.2. Kondisi Air Tanah
Sumber: Sunarto (1997)
Gambar 2. Objek material hidrologi
klasik dan bahan butiran lainnya. Kapasitas penyimpanan/cadangan air suatu bahan ditujukan oleh porositas yang merupakan nisbah volume rongga dengan volume total batuan (Seyhan, 1993).
Menurut Todd (1980), permeabilitas merupakan suatu ukuran kemudahan aliran melalui suatu media porous. Perkiraan rata-rata porositas dan permeabilitas berbagai tipe batuan dapat dilihat pada Tabel 1.
Tabel 1. Porositas dan Permeabilitas Beberapa Tipe Batuan
Tipe Batuan Porositas (%) Permeabilitas (m/hari)
Lempung 45 0,0004
Jumlah air tanah yang dapat diperoleh di suatu daerah tergantung pada sifat-sifat akuifer yang ada di daerah tersebut serta pada luas cakupan dan frekwensi imbuhan. Kapasitas suatu formasi untuk menampung air diukur dengan porositas, yaitu perbandingan antara volume pori-pori terhadap volume total formasi tersebut (Todd, 1980).
Dapat menjadi catatan bahwa bahan dengan porositas yang tinggi belum tentu merupakan akuifer yang baik. Sedimen-sedimen Sungai Missisippi sering mempunyai porositas 80 sampai 90 persen tetapi permeabilitasnya sedemikian rendah sehingga hanya sedikit air yang dapat dijumpai dalam sumur-sumur (Bowless, 1986).
2.3. Kondisi Air Tanah Dataran Alluvial
Sumber: Bouwer (1978) dalam Handoyo (2008)
Gambar 3. Gerakan air tanah dan jenis lapisannya
Daerah pantai terdapat cukup luas di pantai timur Pulau Sumatera, Pulau Jawa bagian Utara dan Selatan, Pulau Kalimantan dan Irian Jaya bagian Selatan. Air tanah daerah dataran pantai selalu terdapat dalam sedimen kuarter dan resen yang batuannya terdiri dari pasir, kerikil, dan berinteraksi dengan lapisan lempung. Kondisi air tanah pada lapisan tersebut semuanya dalam keadaan tertekan, mempunyai potensi yang umumnya besar, namun masih bergantung pada luas dan penyebaran lapisan batuan dan selalu mendapat ancaman intrusi air laut, apabila pengambilan air tanah berlebihan.
kondisi air tanah tertekan, cekungan air tanah antar gunung mempunyai potensi yang cukup besar.
Beberapa bentuk lahan asal fluvial menurut Handoyo (2008) adalah sebagai berikut:
1. Kipas Alluvial (Alluvial fan) 2. Crevasse-Splays
3. Tanggul Alam (Natural lever) 4. Poin Bar
5. Dataran Banjir
6. Cekungan Fluvial (Flood plain) 7. Teras Alluvial
8. Delta
2.4. Kondisi Air Tanah Daerah Karst 2.4.1. Morfologi Bukit Karst
Bukit karst merupakan karakteristik dari karst di daerah tropis, yang terbentuk akibat dari perkembangan dolin atau lembah (Aref, et al, 1987; Ahnert dan William, 1997). Secara singkat dapat dirangkum bahwa karst berkembang dimulai dari pelarutan yang terkonsentrasi pada satu titik atau sepanjang kelurusan-kelurusan kekar atau sesar membentuk cekungan-cekungan tertutup atau lembah-lembah kering. Cekungan-cekungan dan lembah-lembah tersebut terus berkembang dan melebar, bergabung satu dengan lainnya meninggalkan bukit-bukit karst dengan bentuk yang bervariasi. Variasi bentuk bukit sisa karst utama yang telah dikenal adalah bentuk kerucut (kegelkarst) dan menara (trumkarst, mogote). Karst dengan bentuk bukit sisa kerucut ditemukan antara lain di Gunung Sewu-Jawa (Lehmann, 1936; Haryono, 2001), Cape dan Transvaal Afrika Selatan (Marker,1989). Bentuk bukit sisa menara di antaranya ditemukan di Maros Propinsi Sulawesi Selatan (McDonald, 1976; Sunarto, 1997), Mulu - Sarawak (McDonal, et al, 1985), Guilin - Cina (Sweeting, 1990). Perbedaan antara bukit sisa bentuk kerucut dan menara ditunjukkan pada Gambar 4.
Sumber: Haryono (2001)
Terbentuknya bukit kerucut atau menara mensyaratkan lapisan batu gamping yang tebal dengan sistem kekar yang berkembang baik (White, 1988) dengan proses karstifikasi yang terus-menerus dalam waktu yang lama (Ahnert dan Williams, 1997) dan curah hujan yang besar (Verstappen, 1960). Karst menara merupakan perkembangan dari karst kerucut, yaitu disebabkan oleh perkembangan cekungan-cekungan atau lembah-lembah yang terus berkembang melebar setelah perkembangan lembah mendekati atau mencapai base level erosi.
Karst menara dicirikan oleh bukit-bukit sisa yang tersebar di dataran hasil pelarutan. Beberapa buku (Sweeting, 1972; Trudgill, 1985; White, 1988) menjelaskan bahwa bukit karst menara harus terjal (70°-90°), sementara buku lain
(Ford dan William, 1989) tidak mensyaratkan kemiringan lereng yang terjal, hal terpenting dalam pengertian karst menara adalah adanya dataran hasil pelarutan dengan bukit-bukit sisa yang terpencar.
2.4.2. Hidrologis Bukit Karst 2.4.2.1. Porositas
Kedua jenis bukit karst yang telah diuraikan di atas, walaupun berbeda bentuk mempunyai kesamaan dalam hal proses yang bekerja, yaitu proses pelarutan. Pelarutan menghasilkan rongga-rongga yang saling berhubungan (protocave) membentuk porositas sekunder. Pelarutan terbesar terjadi di permukaan yang berangsur-angsur menurun semakin ke dalam, disebabkan oleh daya larut air yang semakin menurun dalam perjalanannya ke bawah. Daya larut yang semakin kecil disebabkan oleh bertambahnya konsentrasi karbonat yang terlarut hingga mencapai kejenuhan pada kedalaman 30 hingga 50 meter (Haryono, 2001).
Rongga-rongga pelarutan juga mengikuti daya larut air, semakin ke bawah rongga-rongga semakin berkurang hingga sampai pada batuan gamping yang masif. Rongga-rongga tersebut sebagian terisi oleh tanah. Rongga-rongga pelarutan, pori-pori tanah, dan pori-pori-pori-pori antar butir batuan secara bersama-sama berfungsi sebagai penyimpan air (Haryono, 2001).
2.4.2.2. Kandungan Air dan Konduktivitas Hidraulik dari Endapan Isian
sehingga sebagian besar sungai bawah tanah bersifat perennial (mengalir sepanjang tahun). Hal ini dapat terjadi karena porositas sekunder sebagian besar terisi oleh endapan isian. Di samping hal tersebut, air yang tersimpan di endapan isian tidak bisa teratur dengan cepat ke sistem sungai bawah tanah karena batu gamping yang belum terlarut di bawah mintakat (zona) epikarst bersifat kedap air. Air hanya bisa teratur melewati celah-celah batuan (kekar atau sesar). Dengan demikian rongga-rongga pelarutan dan endapan isian di mintakat dekat permukaan (epikarst) berfungsi sebagai tandon air.
2.4.2.3. Aliran Air dan Respon Mata Air
Air yang tersimpan di bukit karst dikeluarkan perlahan-lahan baik sebagai mata air maupun sungai bawah tanah. Perjalanan air hingga ke sistem sungai bawah tanah atau mata air menurut Gunn (1981) melewati paling tidak enam jalan
yaitu aliran permukaan, troughflow, aliran dekat permukaan (subcutaneous flow), aliran luweng (shaft flow), aliran vados dan rembesan vados (vadose seepage).
2.4.2.4. Jenis Sumber Air Daerah Karst
Menurut Fetter (1988) adapun jenis sumber air daerah karst berdasarkan keberadaannya dibedakan menjadi 2 macam yaitu:
a. Sumber air permukaan, merupakan simpanan air yang berada pada permukaan tanah. Sumber air ini umumnya terdapat di Sinhole, doline, dan uvala.
b. Sumber air bawah tanah, merupakan simpanan air yang terdapat di dalam tanah biasanya di dalam gua-gua atau disebut sungai bawah tanah.
Potensi air permukaan karst dilihat dari segi kuantitasnya sangat dipengaruhi oleh musim, pada musim kemarau jumlah airnya kecil, sedangkan pada musim penghujan jumlah airnya besar. Adapun potensi dari segi kualitas, air permukaan ini mudah terkontaminasi oleh kondisi lingkungan dan cara penggunaanya (Anna, 1988 dalam Handoyo, 2008).
2.5. Sifat-sifat Batuan Terhadap Air Tanah
Akuifer sering pula disebut waduk air atau formasi air. Formasi batuan yang merupakan kebalikan dari akuifer adalah akuifug (Aquifug), seperti misalnya granit. Akuifug merupakan formasi batuan yang tidak dapat menyimpan dan melalukan air (Fetter, 1988).
akuitard adalah formasi batuan dengan susunan sedemikian rupa, sehingga dapat menyimpan air, tetapi hanya dapat melalukannya dalam jumlah terbatas seperti misalnya pada rembesan atau kebocoran.
Ada berbagai formasi geologi yang dapat berfungsi sebagai akuifer. Formasi geologi tersebut adalah endapan aluvial, batu gamping, batuan vulkanik, batu pasir serta batuan beku dan batuan metamorfose (Todd, 1980). Sekitar 90% air tanah terdapat pada endapan aluvial yang merupakan bahan lepas seperti pasir dan kerikil.
Ditinjau dari muka air tanah, akuifer dikelompokkan menjadi akuifer bebas dan akuifer tertekan (Bouwer, 1978). Air tanah yang berasal dari akuifer bebas umumnya ditemukan pada kedalaman yang relatif dangkal, kurang dari 40 meter. Tinggi permukaan air dan kemiringannya bervariasi, sedangkan fluktuasi muka air tanah berhubungan erat dengan volume air dalam akuifer. Kasus khusus dari akuifer bebas adalah adanya akuifer menggantung (perched aquifer), yang terjadi akibat terpisahnya air tanah dari tubuh air tanah utama oleh suatu formasi batuan yang kedap air (Kodoatie, 1996). Lensa-lensa liat pada batuan endapan seringkali membentuk akuifer menggantung.
Disamping kedua jenis akuifer tersebut, ada pula yang disebut akuifer semi tertekan dan akuifer semi tidak tertekan yang merupakan kombinasi dari kedua jenis akuifer tersebut (Krussman dan de Ridder, 1970). Akuifer semi tertekan sering dijumpai di daerah lembah aluvial dan dataran, yang air tanahnya terletak di bawah lapisan yang setengah kedap.
Selanjutnya, air tanah sebagai salah satu komponen dalam siklus hidrologi, akan mengalami perubahan komposisi kimia, baik berupa penambahan maupun pengurangan konsentrasi unsur kimia (Stauffer dan Canfield, 1992). Adapun proses-proses yang dapat mempengaruhi perubahan komposisi kimia tersebut diantaranya adalah hujan, evaporasi dan transpirasi, pelarutan air fosil, pertukaran kation, pelarutan mineral, proses oksidasi-reduksi serta aktivitas manusia. Menurut Wagner,
et al (1992) adanya air tanah asin di daratan merupakan salah satu bentuk pencemaran
2.6. Jenis-jenis Akuifer
Lapisan yang dapat menangkap dan meloloskan air disebut akuifer.
Menurut Krussman dan Ridder (1970) bahwa macam-macam akuifer
sebagai berikut:
2.6.1. Akuifer Bebas (Unconfined Aquifer)
Akuifer bebas adalah lapisan lolos air yang hanya sebagian terisi oleh air dan berada di atas lapisan kedap air. Permukaan tanah pada akuifer ini disebut dengan water table (preatik level), yaitu permukaan air yang mempunyai tekanan hidrostatik sama dengan atmosfer. Air tanah yang berasal dari infiltrasi dapat dilihat pada Gambar 5.
Sumber: Krussman dan Ridder (1970)
Gambar 5. Air tanah yang berasal dari infiltrasi
2.6.2. Akuifer Tertekan (Confined Aquifer)
Akuifer tertekan adalah akuifer yang seluruh jumlah air yang dibatasi oleh lapisan kedap air, baik yang di atas maupun di bawah, serta mempunyai tekanan jenuh lebih besar dari pada tekanan atmosfer.
2.6.3. Akuifer Semi Tertekan (Semi Confined Aquifer)
Akuifer semi tertekan adalah akuifer yang seluruhnya jenuh air, dimana bagian atasnya dibatasi oleh lapisan semi lolos air dibagian bawahnya merupakan lapisan kedap air.
2.6.4. Akuifer Semi Bebas (Semi Unconfined Aquifer)
Akuifer semi bebas adalah akuifer yang bagian bawahnya yang 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.
Todd (1980) menyatakan tidak semua formasi litologi dan kondisi geomorfologi merupakan akuifer yang baik. Berdasarkan pengamatan lapangan, akuifer dijumpai pada bentuk lahan sebagai berikut:
b. Lembah yang terkubur (burried valley) atau lembah yang ditinggalkan
(abandoned valley), tersusun oleh materi lepas-lepas yang berupa pasir halus
sampai kasar.
c. Dataran (plain), ialah bentuk lahan berstruktur datar dan tersusun atas bahan aluvium yang berasal dari berbagai bahan induk sehingga merupakan akuifer yang baik.
d. Lembah antar pegunungan (intermontane valley), yaitu lembah yang berada diantara dua pegunungan, materialnya berasal dari hasil erosi dan gerak massa batuan dari pegunungan di sekitarnya.
e. Batu gamping (limestone), air tanah terperangkap dalam retakan-retakan atau diaklas-diaklas. Porositas batu gamping ini bersifat sekunder.
Batuan vulkanik, terutama yang bersifat basal. Sewaktu aliran basal ini mengalir, ia mengeluarkan gas-gas. Bekas-bekas gas keluar itulah yang merupakan lubang atau pori-pori dapat terisi air (Todd, 1980).
2.7. Perencanaan Penataan Ruang
produksi, lahan pertanian dan perkebunan, lokasi perkembangan jalan raya, dan lokasi perkembangan pemukiman (CIFOR, Agustus 2002, No. 5).
Menurut Peraturan Pemerintah No. 47 Tahun 1997 yang menetapkan jenis dan kriteria penetapan kawasan lindung termasuk didalamnya kawasan resapan air, dapat dilihat pada Tabel 2.
Tabel 2. Jenis dan Kriteria Penetapan Kawasan Lindung (Peraturan Pemerinta No. 47 Tahun 1997)
Jenis Kawasan Lindung Kriteria Penetapan
Kawasan Hutan Lindung (HL) Faktor lereng, jenis tanah, intensitas curah hujan, lereng lebih dari 40% dan ketinggian di atas 2.000 m
Kawasan bergambut Tebal gambut lebih dari 3 m, terletak di hulu atau rawa
Kawasan resapan air Hujan tinggi, tanah mudah diresapi air, bentuk yang memudahkan peresapan air banyak Sempadan sungai 5 m sebelah luar tanggul sungai, bila tidak ada
tanggul ditetapkan pejabat yang berwenang Sempadan pantai 100 m dari titik pasang tertinggi sepanjang
pantai
Kawasan sekitar danau/waduk 50 - 100 m dari tepi danau waktu pasang Kawasan sekitar mata air 200 m sekeliling mata air
Kawasan terbuka hijau kota/hutan kota
Kawasan Suaka Alam (KSA) Ditunjuk karena alasan keanekaragaman jenis Taman Nasional (TN) Ditetapkan luas yang cukup untuk menjamin
kelangsungan proses ekologis secara alami, ada sumberdaya alam khas, alam asli dan
mendukung upaya pelestarian sumberdaya alam Taman Hutan Raya (Tahura),
Taman Wisata Alam (TWA)
Ada ciri khas, indah, cukup luas, daya tarik khusus, lingkungan luar mendukung Cagar Budaya Bernilai budaya tinggi, situs purbakala
Kawasan rawan bencana Sering dan berpotensi mengalami bencana alam Taman Buru (TB), cagar biosfir,
menurun dan kebutuhan air yang semakin meningkat, sumberdaya air wajib dikelola dengan memperhatikan fungsi sosial, lingkungan hidup dan ekonomi secara selaras dan pengelolaan sumberdaya air perlu diarahkan untuk mewujudkan sinergi dan keterpaduan yang harmonis antar wilayah, antar sektor dan antar generasi.
III. METODE PENELITIAN
3.1. Tempat dan Waktu Penelitian
Penelitian ini dilaksanakan pada daerah kawasan sumber air tanah (ground water) PDAM Tirtanadi Sibolangit Kabupaten Deli Serdang Propinsi Sumatera Utara yang lokasinya berjarak 30 - 65 km dari Kota Medan. Waktu penelitian dilakukan mulai bulan Februari sampai April tahun 2009.
Adapun pemilihan lokasi ini berdasarkan atas pertimbangan bahwa kawasan ini merupakan daerah resapan air untuk mata air-mata air yang dimanfaatkan PDAM Tirtanadi Sibolangit dimana pada kawasan ini memiliki sumur-sumur pengambilan mata air sebanyak 24 titik (bron).
3.2. Bahan dan Alat-alat Penelitian
Alat yang dipergunakan selama penelitian lapangan adalah : GPS (Global
Positioning System), peta lokasi penelitian dari Peta Rupa Bumi Indonesia 1998
3.3. Populasi dan Teknik Pengambilan Sampel
Penelitian ini mengambil populasi pada kawasan resapan air PDAM Tirtanadi Sibolangit yaitu pada kawasan yang berada di bagian hulu (atas) dari titik pengambilan sumber air PDAM Tirtanadi Sibolangit dengan mengikuti pola sebaran kontur.
Penentuan lokasi pengambilan sampel dilakukan dengan metoda Purposive Sampling (Nasir, 1988). Sesuai keperluan penelitian lokasi sampel dipilih di daerah-daerah yang berpeluang memberi kontribusi terhadap resapan air dan sebagai bahan pertimbangan dalam penentuan jumlah dan sebarannya adalah dengan melihat keseragaman Peta Geologi, Peta Jenis Tanah, Peta Kontur, Peta Hidrogeologi, Peta Sistem Lahan dan Peta Tutupan Lahan yang berskala 1:50.000. Jumlah sampel sebanyak 10 titik dengan disebar pada keseragaman formasi geologi, keseragaman jenis tanah, formasi kontur, formasi hidrologi, keseragaman sistem lahan dan keseragaman tutupan lahan.
3.4. Teknik Pengumpulan Data
didapat dari hasil uji analisis laboratorium yang mencakup parameter tingkat permeabilitas (permebility) dan kerapatan lindak (bulk density).
Data sekunder meliputi analisa terhadap peta-peta yang terdiri dari : Peta Topografi, Peta Geologi, Peta Hidrogeologi, Peta Sistem Lahan, Peta Jenis Tanah, Peta Penggunaan Lahan dan Peta Landsat dengan menggunakan metode penomoran analisis GIS (Geographical Information System), sedangkan data curah hujan (precipitation) untuk memperkuat analisis tangkapan air dan resapan air di kawasan penelitian.
3.5. Teknik Analisis Data
Gambar 6. Teknik tumpang susun (over lay) untuk menghasilkan Peta Zonasi Resapan Air pada lokasi penelitian
Analisis peta-peta yang memiliki skala peta yang berbeda dapat diproyeksikan ke skala lebih besar dengan menambah informasi dalam peta tersebut. Selanjutnya peta dikonversi dan dikoreksi dengan menggunakan skala yang lebih besar (skala 1:25.000) serta memasukkan data-data primer dari hasil survey lapangan (groundtruth) dimana skala peta-peta yang lebih kecil (1:250.000) dapat ditambah informasinya.
3.6. Metodologi Penelitian
Penelitian dilakukan dengan metoda deskriptif. Secara harafiah dimaksudkan untuk membuat gambaran mengenai situasi, kondisi, atau kejadian, sehingga lebih mengarah menghimpun data dasar. Metoda ini secara lebih umum sering disebut sebagai metoda survei. Penelitian dilakukan untuk memperoleh fakta dari gejala-gejala yang ada secara faktual (Nasir, 1988).
Peta Geologi
Peta Sistem Lahan
Peta Fungsi Hutan
Peta Landsat
Kajian dalam penelitian ini memberi gambaran mengenai situasi yang berkaitan dengan bentang alam (land scape) berdasarkan peta topografi wilayah untuk menentukan batas-batas alami dari suatu kawasan daerah resapan (recharge
area), sebaran batuan berdasarkan peta geologi dan sebaran vegetasi (tutupan lahan)
berdasarkan peta landsat yang diperkirakan dapat memberi kontribusi atau pengaruh terhadap resapan air tanah.
Penentuan besaran resapan air tanah juga dapat ditentukan berdasarkan faktor-faktor infiltrasi (infiltration), perkolasi (percolation), permeabilitas (permeability), kerapatan lindak (bulk density), curah hujan (precipitation), tutupan lahan dan pengelolaan lahan (land cover and land use). Lokasi titik-titik pengukuran dipetakan dengan menggunakan alat GPS untuk diplot pada peta dasar yang dikutip dari Peta Rupa Bumi Indonesia (1998) lembar Sibolangit skala 1:50.000.
3.6.1. Faktor Infiltrasi (Infiltration)
Infiltasi adalah pergerakan air dari atas permukaan tanah ke dalam permukaan air tanah (water table) yang disebabkan oleh gaya gravitasi dan kapilaritas, air yang menginfiltrasi itu mula-mula diserap untuk meningkatkan kelembaban tanah, dan selebihnya akan turun ke dalam tanah melalui proses perkolasi mengalir kesamping (secara harizontal).
Faktor-faktor yang mempengaruhi infiltrasi pada suatu bentang alam adalah : 1. Dalamnya genangan air di atas permukaan tanah
3. Tebal lapisan yang jenuh 4. Pemapatan oleh curah hujan
5. Penyumbatan oleh bahan-bahan halus 6. Pemapatan oleh manusia dan hewan 7. Tumbuh-tumbuhan
Laju infiltrasi (f) ≤ kapasitas infiltrasi (fp). Hal ini dipengaruhi oleh intensitas curah hujan. Jika intensitas hujan < kapasitas infiltrasi maka laju infiltrasi akan < kapasitas infiltrasi, dan jika intensitas curah hujan > maka laju infiltrasi akan = kapasitas infiltrasi, dapat dilihat laju infiltrasi pada Gambar 7.
Gambar 7. Intensitas curah hujan yang berpengaruh terhadap laju infiltrasi (Horton, 1935)
Nilai laju infiltrasi pada beberapa jenis tanah dapat dilihat pada Tabel 3. Tabel 3. Nilai Laju Infiltrasi Beberapa Jenis Tanah
Jenis Tanah Laju Infiltrasi (mm/menit)
Tanah ringan (sandy soils) 0,02
Tanah sedang (loam clay, loam silt) 0,05
Tanah berat (clays, clay loam) 0,21
Laju infiltrasi ini dapat di ukur dengan metoda Horton (1935) dengan persamaan;
fp = fc + (f0 – fc) e(-kt)
Dimana; fp = Kapasitas infiltrasi pada waktu t fc = Laju infiltrasi pada saat konstan f0 = Laju infiltrasi awal
k = Konstanta (0,0697) t = Waktu
Koreksi terhadap pengaruh evaporasi (penguapan) dilakukan pengukuran penguapan dengan panci evaporasi. Prosedur pengukuran adalah dengan menuangkan 1.000 cc air bersih (sama dengan air yang digunakan dalam infiltrometer) dengan cara mengucurkan air ke dalam panci seperti mengucurkan dalam infiltrometer. Didiamkan selama satu jam, kemudian volume air sisa diukur kembali. Persentase penguapan adalah volume air yang menguap dalam panci dibagi dengan volume air yang dituangkan (1.000 cc) dikalikan 100%. Dengan asumsi penguapan yang terjadi di dalam infiltrometer sama dengan penguapan yang terjadi pada panci penguapan, maka volume air yang meresap dalam infiltrometer dikoreksi dengan persentase penguapan dari panci evaporasi. Laju infiltrasi (Linf) adalah volume air yang dituangkan dikalikan faktor evaporasi dibagi waktu yang dibutuhkan untuk peresapan. Linf diplot ke dalam grafik terhadap waktu (T). Harga konstan dari Linf yang didapat dari grafik merupakan kapasitas infiltrasi (Cinf) (Suharta, et al, 2008).
Laju infiltrasi (Linf) adalah volume air yang yang dituangkan dikurangi faktor (koreksi) evaporasi dibagi dengan luas silinder kecil dari infiltrometer dan waktu yang dibutuhkan untuk peresapan, dihitung dengan persamaan sebagai berikut (Sosrodarsono dan Takeda, 1985):
(1 – E0) V0 Linf = (Ainf x T)
Dimana ; Linf = Laju infiltrasi,
V0 = volume air yang dituangkan ke silinder kecil infiltrometer, Ainf = luas silinder kecil infiltrometer,
T = waktu peresapan.
Menurut Sosrodarsono dan Takeda (1985), pada saat yang bersamaan dengan pengukuran infiltrasi juga dilakukan pengukuran terhadap evaporasi. Koreksi terhadap volume air dalam infiltrometer yang disebabkan oleh evaporasi, dilakukan pengukuran penguapan dengan panci evaporasi. Persentase penguapan adalah volume air yang menguap dalam panci evaporasi dibagi dengan volume air yang dituangkan (1.000 cc) dan waktu untuk penguapan kali 100% dihitung dengan persamaan :
(V0 – Vi)
E0 = x 100% (V0 x t)
Dimana ; E0 = Koreksi evaporasi (%/jam), V0 = volume awal air dituangkan (ml), Vi = volume akhir air setelah satu jam (ml), t = selang waktu pengukuran (jam).
3.6.2. Faktor Perkolasi (Percolation)
Perkolasi (percolation) adalah pergerakan air ke bawah dari profil tanah, melalui lapisan air tanah (groundwater) dan masuk ke lapisan akuifer. Jika kapasitas
perkolasi kapasitas infiltrasi maka lapisan di bawah lapisan permukaan tidak akan
jenuh air dan laju infiltrasi ditentukan oleh infiltrasi dan jika kapasitas perkolasi kapasitas infiltrasi maka lapisan bawah akan jenuh air dan laju infiltrasi ditentukan oleh laju perkolasi.
Dasar perhitungan besarnya resapan air ke dalam tanah ditentukan oleh angka perkolasi dengan menggunakan alat uji perkolasi. Waktu perkolasi adalah waktu dalam satuan menit yang diperlukan oleh air untuk turun sedalam 2,54 cm (1 inchi). Satuan waktu perkolasi dinyatakan dalam menit (inchi), hubungan waktu perkolasi dengan luas tanah absorbsi dinyatakan dengan dalil ”makin lama waktu perkolasi makin luas tanah absorbsi yang diperlukan” (Hardjowigeno, 1995).
dengan cara mengalirkan air ke dalam silinder tersebut dari suatu bejana yang diketahui volumenya. Dilakukan pencatatan terhadap waktu yang diperlukan untuk meresapkan sejumlah volume tertentu dari air yang dituangkan ke dalam silinder. Pengukuran dilakukan terhadap penurunan air pada silinder yang lebih kecil, air pada silinder yang besar berfungsi sebagai penyangga untuk menurunkan efek batas yang timbul oleh adanya silinder (Suharta, et al, 2008).
Menurut Sosrodarsono dan Takeda (1985), laju perkolasi (Lp) adalah volume air yang yang dituangkan dikurangi faktor (koreksi) evaporasi dibagi dengan luas silinder kecil dari infiltrometer dan waktu yang dibutuhkan untuk peresapan, dihitung dengan persamaan sebagai berikut :
(1 – E0) V0 Lp = (Ainf x T)
Dimana ; Lp = Laju perkolasi,
E0 = faktor (koreksi) evaporasi,
V0 = volume air yang dituangkan ke silinder kecil infiltrometer, Ainf = luas silinder kecil infiltrometer,
T = waktu peresapan.
Untuk perkolasi, bagian permukaan tanah digali sampai sekitar 40 – 100 cm yang dimaksud untuk menghilangkan pengaruh kepadatan dan penyumbatan pori-pori tanah oleh lumpur yang dapat mengurangi kapasitas perkolasi.
(V0 – Vi)
E0 = x 100% (V0 x t)
Dimana ; E0 = Koreksi evaporasi (%/jam), V0 = volume awal air dituangkan (ml), Vi = volume akhir air setelah satu jam (ml), t = selang waktu pengukuran (jam).
Untuk penelitian ini, persamaan yang dipakai adalah persamaan di atas, dimana pengambilan sampel dan pengamatan langsung di lapangan.
3.6.3. Faktor Permeabilitas (Permeability)
Permeabilitas adalah kemampuan butiran tanah untuk meloloskan air. Kuantitas aliran air yang melewati batuan kedap mungkin begitu kecil untuk dilewati aliran air tersebut karena evaporasi mencegah akumulasi air di atas permukaan yang terbuka. Di lain pihak, lapisan berisi butiran kecil dalam satu dinding lembah dapat mengalirkan air tanah dengan cepat untuk menciptakan mata air (air terjun kecil) (Sosrodarsono dan Takeda, 1985).
Untuk aliran air satu dimensi pada lapisan tanah jenuh sempurna digunakan humus empiris Darcy :
q = Aki atau,
Dimana ; q = volume aliran air per satuan waktu A = luas penampang tanah yang dilewati air k = koefisien permeabilitas
I = gradien hidrolik
V = kecepatan aliran (discharge velocity)
satuan koefisien permeabilitas sama dengan satuan kecepatan, yaitu m/detik.
Koefisien permeabilitas terutama tergantung pada ukuran rata-rata pori yang dipengaruhi oleh distribusi ukuran partikel, bentuk partikel dan struktur tanah. Koefisien permeabilitas juga bervariasi tergantung pada suhu (viskositas air juga tergantung pada suhu) (Sosrodarsono dan Takeda, 1985). Kalau harga k diambil 100% pada suhu 20°C, maka nilainya pada 10°C dan 0°C berturut-turut adalah 77% dan 56%. Menurut Sosrodarsono dan Takeda (1985), koefisien permeabilitas dapat juga dinyatakan dengan rumus :
Yw k = = K n
Dimana ; Yw = berat isi air, n = viskositas air,
3.6.4. Faktor Kerapatan Lindak (Bulk Density)
Bulk density menunjukkan perbandingan antara berat tanah kering dengan
volume tanah termasuk volume pori-pori tanah. Bulk density dapat diukur dengan persamaan;
Bulk density merupakan petunjuk kepadatan tanah. Makin padat suatu tanah
makin tinggi bulk density, yang berarti makin sulit meneruskan air atau ditembus akar tanaman. Pada umumnya bulk density berkisar antara 1,1 – 1,6 gr/cc. Beberapa jenis tanah mempunyai bulk density kurang dari 0,90 gr/cc (misalnya tanah Andosol), bahkan ada yang kurang dari 0.10 gr/cc (misalnya tanah gambut).
Tanah mineral mempunyai particle density = 2,65 gr/cm3. Dengan mengetahui besarnya bulk density dan particle density maka dapat dihitung banyaknya (%) pori-pori total tanah sebagai berikut :
Pori-pori tanah dapat menentukan besar kecilnya porositas tanah. Pori-pori tanah adalah bagian yang tidak terisi bahan padat tanah (terisi oleh udara dan air). Pori-pori tanah dapat dibedakan menjadi pori-pori kasar (macro pore) dan pori-pori halus (micro pore). Pori-pori kasar berisi udara atau air atau air gravitasi (air yang mudah hilang karena gaya gravitasi), sedang pori-pori halus berisi air kapiler atau udara. Tanah-tanah pasir mempunyai pori-pori kasar lebih banyak dari pada tanah liat. Tanah dengan banyak pori-pori kasar sulit menahan air sehingga tanaman mudah kekeringan. Tanah-tanah liat mempunyai pori-pori total (jumlah pori-pori makro + mikro), lebih tinggi daripada tanah pasir (Hardjowigeno, 1995).
Porositas tanah dipengaruhi oleh kandungan bahan organik, struktur tanah dan tekstur tanah. Porositas tanah tinggi kalau bahan organik tinggi. Tanah-tanah dengan struktur granuler atau remah, mempunyai porositas yang lebih tinggi daripada tanah-tanah dengan struktur massive (pejal). Tanah dengan tekstur pasir banyak mempunyai pori-pori makro sehingga sulit menahan air.
3.6.5. Faktor Curah Hujan (Precipitation)
3.6.6. Faktor Tutupan Lahan dan Pengelolaan Lahan
Faktor tutupan lahan dan pengelolaan lahan dapat dihitung berdasarkan peta tutupan lahan yang ada atau bisa diturunkan dari interpretasi citra satelit dengan metode tumpang susun (over lay) dari data citra satelit. Berdasarkan klasifikasi tutupan yang sudah diterapkan di Indonesia pada skala 1:50.000 maka nilai faktor tutupan lahan dan pengelolaan lahan dimodifikasi seperti dalam Tabel 4.
Tabel 4. Faktor Tutupan dan Pengelolaan Lahan
IV. GAMBARAN UMUM LOKASI PENELITIAN
4.1. Keadaan Wilayah
Lokasi penelitian berada pada bagian hulu dari DAS Deli, secara astronomis
terletak pada 03°13'55,89" - 03°20'22,45" LU dan 98°30'59,06" - 98°35'25,47" BT dengan topografi termasuk datar sampai bergunung dan sedikit curam di daerah batuan, dengan ketinggian 325 m dpl – 1.850 m dpl. Di tinjau dari letak geografis dan batas ekosistem DAS antara lain sebelah Utara berbatasan dengan laut (Selat Malaka), sebelah Selatan dengan DAS Wampu, sebelah Timur dengan DAS Percut dan sebelah Barat berbatasan dengan DAS Belawan, dan secara administrasi pemerintahan termasuk dalam Pemerintahan Kecamatan Berastagi dan Kecamatan Merdeka Kabupaten Karo dan Kecamatan Sibolangit Kabupaten Deli Serdang.
Ibukota Kecamatan Sibolangit terletak di Desa Bandar Baru yang berjarak 76 km dari Ibukota Kabupaten Deli Serdang (Lubuk Pakam) dan 56 km dari Ibukota Propinsi Sumatera Utara (Kota Medan). Jarak ibukota kecamatan dengan ibukota kabupaten dapat ditempuh dalam waktu 2 jam dan jarak ibukota kecamatan dengan ibukota propinsi dapat ditempuh dalam waktu 1,5 jam menggunakan kendaraan bermotor.
Kecamatan Sibolangit terbagi dalam 30 desa. Wilayah keseluruhan seluas 179,96 ha berupa daerah yang berbukit-bukit dengan wilayah datar sampai berombak 20%, berombak sampai berbukit 55% dan wilayah berbukit sampai bergunung 25%. Luas wilayah ini terdiri dari 35,99 ha sawah dan 98,98 ha areal lahan kering.
sebagai cabang Kebun Raya Bogor, CA Sibolangit ini ditetapkan sebagai KSA CA Sibolangit melalui surat ZB.No.37/PK pada 10 Maret 1938 dengan luas 95,15 Ha.
Di hulu DAS Deli ini, pemukiman dan lahan usaha tani penduduk juga dijumpai pada KPA Tahura Bukit Barisan. Penduduk mulai menempati wilayah ini mulai tahun 1938 akibat dari kekalahan pada masa perang dengan Belanda. Penduduk yang menempati kawasan ini adalah veteran perang kemerdekaan dari kabupaten sekitar kawasan ini.
4.2. Iklim
Daerah bagian hulu DAS Deli ini dicakup oleh kawasan dengan curah hujan yang tinggi pada kisaran 3.000 mm/tahun sampai lebih dari 4.000 mm/tahun yang dilingkupi oleh struktur tata guna lahan hutan primer, kebun campuran, sawah dan permukiman.
Curah hujan pada bagian tengah DAS Deli ini pada kisaran 3.000 – 4.500 mm/tahun dan dilingkup oleh struktur tata guna lahan yang terdiri dari tegalan, kebun campuran, hutan belukar, sawah, permukiman dan jalan raya.
Faktor iklim yang sangat besar pengaruhnya terhadap besaran air resapan adalah curah hujan. Air resapan semakin besar bila intensitas dan lama hujan tinggi dan faktor pengendali resapan air lainnya tetap. Di Daerah Resapan Air dijumpai ada 2 stasiun iklim, yaitu di Tongkoh dan Pancur Batu.
4.4. Deskripsi Tanah di Daerah Resapan Air
Jenis tanah di daerah resapan air yang menjadi kajian dalam studi ini berdasarkan taksonomi tanah pusat Penelitian Tanah Bogor (1983) di kelompokkan menjadi 6 (enam) golongan yang dapat dilihat pada Tabel 5 yaitu :
Tabel 5. Jenis Tanah di Daerah Resapan Air
Taksonomi Tanah (PPT 1983) Taksonomi Tanah (USDA, 1975)
Litosol, Regosol, Podsolik Entisol
Litosol, Regosol Entisol
Andosol Coklat Inceptisol
Podsolik Coklat Kekuningan Alfisol Sumber : Puslittanag, 1983
Tabel 6. Deskripsi Jenis Tanah pada Daerah Resapan Air
Tekstur Geluh Lempung pasiran Geluh Lempungan Lempung Kedalaman Tanah (Cm) < 30 30-60
60-90
Litologi (batuan dasar) Lava, Piroklastik Piroklastik (pasir dan debu gunung api)
Struktur patahan tersebut terkonsentrasi pada bahagian tengah DRA dan antara satu DAS dengan DAS yang lainnya memiliki intensitas ataupun tingkat kerapatan yang hampir sama terkecuali pada DAS Belawan yang lebih rendah intensitas patahannya.
Struktur rekahan dan retakan terutama dijumpai pada daerah Sibolangit di daerah sumber air PDAM Tirtanadi di kawasan Lau Kaban, Lau Bengklewang dan Lau Rumah Sumbul. Kehadiran atau terdapatnya struktur patahan dan struktur retakan pada batuan di satu sisi memperkaya sifat atau kemampuan meresapkan air ke dalam batuan, tetapi pada sisi lain menempatkan daerah yang dilalui jalur patahan pada kondisi yang tidak stabil. Selain struktur patahan yang lurus dan memanjang di DRA terdapat pula struktur patahan yang melingkar yang terdapat pada daerah puncak Gunung Sibayak.
Struktur geologi baik berupa patahan maupun rekahan terbentuk sebelum maupun sesudah kehadiran Gunung Sibayak. Struktur patahan yang terbentuk sebelum kehadiran Gunung Sibayak berkaitan dengan keterdapatan batuan-batuan pra-kwarter yaitu : serpih dan batu pasir dari Formasi Kuala (MTk), batu pasir dan konglomerat Formasi Bruksah (Tob), batu lumpur Formasi Bampo, batu gamping Formasi Belumai (Tmpb). (Tlb), batu lumpur dan batu pasir Formasi Baong (Tmb).
Batuan lainnya yang berumur kwarter yang merupakan produk dari evolusi gugus gunung api Gunung Sibayak tertata secara struktural mengikuti pola topografi dan bentang alam bentukan aktivitas gunung api tiper “strato volcano”.
4.4.1. Struktur Geologi dan Hidrogeologi Daerah Resapan Air Sibolangit
Sungai Deli yang di hulu bercabang 2 (dua) yaitu Sungai Betimus dan Sungai Petani berhulu pada lingkungan Gunung Sibayak (2.212 m). Sungai Deli melintasi berbagai jenis batuan. Dibahagian hulu DAS Deli batuannya adalah gabungan batuan piroklastik, lava andesit dan dasit (Qvbj), tufa yang bergabung dengan lava andesit, dasit dan mikrodiorit dari Satuan Singkut (Qvbs) dan tufa batu apung dari Satuan Mentar (QTvm). Dibahagian tengah DAS Deli ditempati oleh tufa batu apung Satuan Mentar, tufa Toba dan tufa dari Satuan Singkut dan di bahagian hilir ditempati oleh tufa Toba dan endapan kerikil, pasir, lempung dari Formasi Medan (Qpme). Endapan sungai mengisi sepanjang alur Sungai Deli dari hulu ke hilir. Karakteristik fisik dari setiap unit batuan diperkirakan sebagai berikut :
batu apung dari Satuan Mentar (QTvm), berwarna abu-abu cerah, berbutir halus– kasar dengan kandungan fragmen-fragmen batu apung dengan prosentase bervariasi dari 10% - 80%, rapuh, porositas dan permeabilitas sangat baik. Singkapan tufa batu apung dari Satuan Singkut di DAS Deli bahagian hulu ini dapat di cermati di daerah Bekukul, Tianglayar, dan Rimomungkur.
Tufa Toba menempati kawasan bahagian tengah hingga kawasan bahagian hilir dari DAS Deli, mulai dari Namorambe hingga ke Deli Tua terutama pada belahan bahagian timur Sungai Deli. Tufa Toba pada DAS Deli ini berwarna abu-abu, abu-abu kecoklatan dan kemerah-merahan, berbutir halus-kasar, memiliki porositas dan permeabilitas sedang-baik.
Tabel 7. Jenis Batuan yang Terdapat di Areal Penelitian dari yang Tertua ke yang Termuda
Jenis batuan dan assosiasi (simbol) Formasi/Satuan Umur (tahun)
Piroklastik batu apung (Qtvm) Mentar Pleistosen (2,5jt)
Tufa (Qvt) Toba Pleistosen (2,0jt)
Andesit, dasit, mikrodiorit, tufa (Qvbs) Singkut Plestosen (2,0jt) Breksi aliran (Qvbj) Binjai Plestosen (2,0jt) Andesit, dasit piroklastik (Qvba) Sibayak Plestosen (2,0jt) Krikil, pasir, lanau (Qpme) Medan Holosen (5000)
Endapan sungai (Qh) Resen (Sekarang)
Sumber : Pusat Penelitian Geologi Tata Lingkungan, 1990
4.5. Deskripsi Akuifer
Pada posisi topografis dan stratigrafis, di bawah akuifer dari Satuan Sibayak (Qvba) tersebut terletak akuifer intergranular dari breksi aliran Satuan Binjai (Qvbj) dan tufa Satuan Singkut (Qvbs). Breksi aliran dari Satuan Binjai (Qvbj) merupakan aliran lahar yang padat dan kompak dengan permeabilitas yang rendah. Akuifer intergranular yang diberntuk oleh breksi aliran ini memiliki potensi penyimpanan (cadangan) air yang rendah <5 l/d. Selanjutnya pada posisi stratigrafis dan topografi dibawah breksi aliran Satuan Binjai (Qvbj) terletak tufa dari Satuan Singkut (Qvbs).
Derajat kesarangan, kelulusan dan keterusan air dari tufa (Qvbs) ini adalah sedang sampai baik, hambatan permeabilitas pada arah vertikal dan lateral pada tubuh akuifer terdapat pada sisipan tufa berbutir halus sampai sangat halus. Tebal tubuh akuifer mencapai lebih dari 100m dengan kapasitas produksi dapat mencapai 10 l/d pada akuifer intergranular. Kapasitas produksi akuifer intergranular dari tufa (Qvbs) ini meningkat secara drastis pada daerah dimana struktur rekahan berkembang intensif seperti di daerah sumber mata air Lau Kaban, Lau Bengklewang, Lau Rumah Sumbul dengan produksi 200 l/d pada masing-masing sumber mata air atau total 600 l/d dari ketiga sumber mata air tersebut dan pada mata air di desa Tambunen debit mata air sekitar 100 l/d. Akuifer lainnya pada bagian hulu DAS Deli ini adalah tufa batu apung dari Satuan Mentar (QTvm) yang menyebar di kawasan Sembahe dan sekitarnya, dicirikan oleh warna abu-abu cerah, berbutir halus hingga kasar, umumnya di dominasi oleh butiran yang kasar, dengan kandungan fragmen batu apung yang melimpah dengan derajat kesarangan, derajat kelulusan dan keterusan air yang tinggi.
Ruang bahagian tengah DAS Deli pada rentang jarak antara Sembahe ke Namorambe di tempati oleh akuifer dimana air di dalam batuan mengalir selain melalui ruang antar butiran penyusun batuan juga pada ruang antar rekahan. Akuifer tersebut dibangun oleh tufa batu apung dari Satuan Mentar (QTvm) sebagaimana dapat dicermati di daerah Sembahe, Bintang Meriah, Sugau, Durinpitu, Tianglayar, Rimomungkur, Bekukul dan Sukamulia, dicirikan oleh warna abu-abu cerah, abu-abu kekuningan, matrik tufa berukuran sedang-kasar, terpilah sedang sampai baik mengandung fragmen-fragmen batu apung antara 20% sampai 80% berukuran 1 cm sampai 3 cm, beberapa di antaranya mencapai 10 cm tertanam dengan kemas terbuka. Kesarangan, kelulusan dan keterusan dari tufa batu apung (QTvm) pada bagian tengah DAS Deli ini adalah baik sampai sangat baik. Pengaruh struktur patahan yang intensif di bahagian tengah DAS Deli ini meningkatkan karakteristik hidrogeologis dari tubuh akuifer dalam meresapkan, menyimpan dan meluahkan air. Tebal satuan tufa batu apung (QTvm) di bahagian tengah ini mencapai 100 m.
