STUDI INTRUSI AIR LAUT DENGAN MENGGUNAKAN
METODE RESISTIVITAS KONFIGURASI DIPOLE - DIPOLE
DI KAWASAN DESA LUBUK SABAN KECAMATAN PANTAI
CERMIN
SKRIPSI
CRISTI
080801026
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
STUDI INTRUSI AIR LAUT DENGAN MENGGUNAKAN METODE RESISTIVITAS KONFIGURASI DIPOLE-DIPOLE DI KAWASAN DESA
LUBUK SABAN KECAMATAN PANTAI CERMIN
SKRIPSI
Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar Sarjana Sains
CRISTI 080801026
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
PERSETUJUAN
Judul : Studi Intrusi Air Laut Dengan Menggunakan metode Resistivitas Konfigurasi Dipole-Dipole Di Kawasan Desa Lubuk Saban Kecamatan Pantai cermin.
Kategori : Skripsi
Nama : Cristi
Nim : 080801026
Program Studi : Sarjana (S1) Fisika Departemen : Fisika
Fakultas : Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara
Disetujui di Medan, Mei 2013
Komisi Pembimbing :
Pembimbing 2, Pembimbing 1,
Dr. Mester Sitepu,M.Sc Dr. Kerista Sebayang,M.S.
NIP.195503161982031002 NIP.195806231986011001
Disetujui oleh,
Departemen Fisika FMIPA USU
Ketua,
Dr. Marhaposan Situmorang
PERNYATAAN
STUDI INTRUSI AIR LAUT DENGAN MENGGUNAKAN METODE RESISTIVITAS KONFIGURASI DIPOLE-DIPOLE DI KAWASAN DESA
LUBUK SABAN 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, 1 Mei 2013
CRISTI
PENGHARGAAN
Alhamdulillah, puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT yang Maha Pemurah dan Maha Penyayang, karena berkat rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Skripsi yang berjudul : “Studi Intrusi Air Laut Dengan Menggunakan Metode Resistivitas Konfigurasi Dipole-Dipole di kawasan Desa Lubuk Saban Kecamatan Pantai Cermin”.
Terima kasih penulis sampaikan kepada Dr. Kerista Sebayang, M.S dan Dr. Mester Sitepu,M.Sc selaku dosen pembimbing I dan II yang selalu bersedia meluangkan waktu dan pikirannya untuk membimbing penulis. Dr. Susilawati, M.Si, Drs Rahmadsyah, Drs Juniar yang telah banyak membantu selama pengambilan data. Seluruh Dosen dan Staf pengajar FMIPA USU dan seluruh teman-teman angkatan 2008 yang selalu memberikan motivasi dan nasehat untuk penulis
STUDI INTRUSI AIR LAUT DENGAN MENGGUNAKAN METODE RESISTIVITAS KONFIGURASI DIPOLE-DIPOLE DI KAWASAN DESA
LUBUK SABAN KECAMATAN PANTAI CERMIN
ABSTRAK
Air tanah merupakan sumber daya air yang paling baik untuk air bersih dan air minum. Kebutuhan air tanah selalu meningkat sesuai dengan pertambahan penduduk. Peningkatan pengambilan air tanah pada kawasan pantai memacu terjadinya intrusi air laut, atau masuknya air laut ke air tawar.. Penelitian dilakukan di kawasan desa Lubuk Saban Kecamatan Pantai Cermin. Penelitian ini bertujuan melihat struktur bawah permukaan daerah yang diduga mengalami intrusi air laut berdasarkan nilai jenis batuan bawah permukaan. Untuk mendapatkan nilai tahanan jenis ini digunakan metode geolistrik tahanan jenis konfigurasi Dipole-Dipole dengan 32 elektroda dan jarak antar elektroda 5 cm. Penelitian ini dilakukan pada 3 lintasan dengan panjang masing-masing lintasan 155 meter, nilai tahanan jenis semu yang diperoleh selanjutnya diolah dengan menggunakan Softwere Res2Dinv ver 3.3g for Win/Me sebagai nilai tahanan jenis yang sebenarnya. Hasil inversi terhadap resistivitas semu diinterpretasikan sebagai struktur bawah permukaan yang dapat dikaitkan dengan daerah yang mengandung intrusi air laut. Dari hasil pengolahan dan interpretasi data diperoleh kedalaman maksimal 31,2 m yang terdiri dari lapisan akuifer endapan lumpur (alluvial) dengan volume air tawar yang sedikit bercampur pasir (sandstone), kerikil (grafel) dan batuan pasir berlumpung. Ditemukan intrusi air laut pada ketiga lintasan pengukuran dengan volume air laut yang berbeda. Pada lintasan pertama terjadi intrusi air laut yang cukup besar dengan nilai resistivitas 1,08 – 4,12 Ωm, pada lintasan kedua hanya sedikit terjadi intrusi laut dengan nilai resistivitas 4,54 Ωm hal ini terjadi karena jarak pengukuran yang semakin jauh dari garis pantai, pada lintasan ketiga terjadi intrusi air laut yang sangat besar dan hampir terjadi pada seluruh betangan dengan nilai resistivits 0,512 –3,74 Ωm hal ini dikarenakan letak pengukuran yang dekat dengan garis pantai (44m) dan lokasi penelitian yang dulunya adalah tambak.
STUDY SEA WATER INTRUSION WITH DIPOLE-DIPOLE RESISTIVITY CONFIGURATION AT LUBUK SABAN VILLAGE
PANTAI CERMIN DISTRICT
ABSTRACT
Groundwater is the best water resources for clean water and drinking water. The need of groundwater always increases along with population growth. The increasing adoption of groundwater in coastal area spurs the occurrence of intrusion, or the inclusion of sea water into fresh water. The study was conducted in the village of Lubuk Saban, in the district of Pantai Cermin. This study examines the structure of the local subsurface seawater intrusion allegedly suffered by the value of subsurface rock types. To obtain resistivity value is used electrical resistivity or geoelectric resistivity method Dipole-Dipole configuration with 32 electrodes and the distance between the electrodes 5 cm. The research was conducted on 3 tracks with each track length of 155 meters, apparent resistivity values were then processed using Res2Dinv Software ver 3.3g for Win / Me as actual resistivity value. The apparent resistivity inversion results are interpreted as subsurface structures that may be associated with areas containing sea water intrusion. From the processing and interpretation of the data obtained maximum depth of 31.2 m which consists of layers of silt aquifer (alluvial) with a little volume of fresh water mixed with sand (sandstone), gravel (gravel) and rocks sand. Found of seawater intrusion in the third trajectory measurements with different volumes of sea water. At the first pass seawater intrusion occurred fairly large with resistivity values from 1.08 to 4.12 Ωm, the second track just a little intrusion of sea with Ωm resistivity value of 4.54 this happens because the farther the distance measurement from the shoreline, the third track intrusion of sea water a very large and occur in almost all bars with resistivity values from 0.512 to 3.74 Ωm this is due to the location of measurement that is close to the shoreline (44m) and the research that was once the location of the pond.
DAFTAR ISI
Halaman
Persetujuan ii
Pernyataan iii
Penghargaan iv
Abstrak v Abstract vi
Daftar Isi vii
Daftar Tabel ix
Daftar Gambar x
Daftar Lampiran xii
BAB 1 Pendahuluan 1.1 Latar Belakang 1
1.2 Rumusan Masalah 3
1.3 Batasan Masalah 3
1.4 Tujuan Penelitian 4
1.5 Manfaat Penelitian 4
1.6 Sistematika Penulisan 5
BAB II Tinjauan Pustaka 2.1 Air 6
2.2 Air Tanah 6
2.2.1 Pembagian Air Tanah 11
2.2.2 Kondisi Air Tanah 11
2.2.3 Aliran Air Tanah 12
2.3 Akuifer 14
2.4 Air Laut 15
2.5 Interaksi Air tanah dengan Air Laut 16
2.6 Intrusi Air Laut 17
2.7 Metode Geolistrik 22
2.7.1 Metode Geolistrik Tahanan Jenis 23
2.7.2 Resistivitas Semu 28
2.7.3 Jenis-Jenis Konfigurasi Metode Geolistrik Resistivitas 29
2.7.3.1 Konfigurasi Schlumberger 31
2.7.3.2 Konfigurasi Wenner 31
2.7.3.3 Konfiguras Pole-Pole 32
2.7.3.4 Konfigurasi Wenner-Sclumberger 33
2.7.3.4 Konfigurasi Dipole-Dipole 34
2.7.4 Konsep Resistivitas Batuan 36
2.7.4.1 Pengaruh Keadaaan Struktur Tanah 38
2.7.4.2 Pengaruh Unsur Kimia 38
2.7.4.3 Pengaruh Iklim 38
2.7.4.4 Pengaruh Temperatur Tanah 39
2.8 Softwere Res2Dinv 39
BAB III Metodelogi Penelitian
3.1 Tempat dan Waktu Penelitian 41
3.2 Alat-Alat Penelitian 42
3.3. Prosedur Pengambilan Data 42
3.3.1 Konfigurasi Elektroda 43
3.3.2 Pengolahan Data 45
3.3.3 Interpretasi Data 48
BAB IV Hasil Dan Pembahasan
4.1 Akuisisi Data Geolistrik 50
4.2 Analisis Data Dan Pembahasan
4.2.1 Analisis Lintasan I 54
4.2.2 Analisis Lintasan II 57
4.2.3 Analisis Lintasan III 60
4.3 Hasil Interpretasi dengan Softwere Res2Dinv 62
4.3.1 Lintasan I 62
4.3.2 Lintasan II 63
4.3.3 Lintasan III 63
4.4 Intrusi 64
4.5 Hubungan Air Tanah dan Air Laut 67
Bab V Kesimpulan Dan Saran
5.1 Kesimpulan 70
5.2 Saran 71
Daftar pustaka 72
Lampiran
Lampiran A
Lampiran B
Lampiran C
DAFTAR TABEL
Nomor Judul Halaman
Tabel
2.1 Macam-macam Batuan berdasarkan kerapatannya 9
2.2 Porositas dan Permeabilitas tipe Batuan 14
4.1 Letak Koordinat Lokasi Penelitian 51
4.2 Nilai Resistivitas Batuan 53
4.3 Analisis Kondisi Bawah Permukaan Lintasan I 55
4.4 Analisis Kondisi Bawah Permukaan Pada Lintasan 2 58
4.5 Analisis Kondisi Bawah Permukaan Lintasan 3 61
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1 Posisi relatif pada air bawah permukaan 7
Gambar 2.2 Intrusi air Laut terjadi karena kesetimbangan terganggu 17
akibat pengambilan air
Gambar 2.3 Hubungan air asin dengan air tanah tawar pada akuifer 19
Gambar 2.4 Penerobosan air asin pada air terkekang 20
Gambar 2.5 Kawat yang dialiri arus 24
Gambar 2.6 Arah arus listrik dan garis equipotensial untuk sumber arus
berada di dalam bumi 25
Gambar 2.7 Arah arus listrik dan garis equipotensial untuk sumber arus
berada di permukaan bumi 26
Gambar 2.8 Arah arus listrik dan garis equipotensial untuk dua sumber
arus berada di permukaan bumi 26
Gambar 2.9 Skema penempatan elektroda 27
Gambar 2.10 Konsep resistivitas semu pada medium berlapis 29
Gambar 2.11 Elektroda arus dan potensial konfigurasi Schlumberger 31 Gambar 2.12 Elektroda arus dan potensial pada konfigurasi Wenner 32
Gambar 2.13 Konfigurasi Pole-Pole 33
Gambar 2.14 Pengaturan elektroda konfigurasi Wenner – Schlumberger
dengan faktor geometri (k) 34
Gambar 2.15 Konfigurasi Dipole-Dipole 34
Gambar 3.1 Peta Kabupaten Serdang Bedagai yang menunjukan
Desa Lubuk Saban 40
Gambar 3.2 Foto dari udara yang menunjukan desa Lubuk Saban 41
Gambar 3.4 Maping Konfigurasi elektroda dipole-dipole 43
Gambar 3.5 Plot Point Konfigurasi Dipole-dipole 44
Gambar 3.6 Tampilan awal program Res2dinv 47
Gambar 3.7 Diagram Alir Penelitian 49
Gambar 4.1 Titik Lokasi Penelitian 51
Gambar 4.2 Penampang melintang reistivitas lapisan bawah permukaan bumi dengan konfigurasi Dipole-dipole Lintasan 1 54
Gambar 4.3 Penampang melintang reistivitas lapisan bawah permukaan bumi dengan konfigurasi Dipole-dipole Lintasan II 57
DAFTAR LAMPIRAN
Nomor Judul Halaman
Tabel
A Form Akusisi Datan Lintasan I, II, dan III 74
B Perhitungan Nilai Resistivitas Semu 101
C Format Data dalam Notepad 103
D Gambar Proses Pengambilan data dan Alat 107
STUDI INTRUSI AIR LAUT DENGAN MENGGUNAKAN METODE RESISTIVITAS KONFIGURASI DIPOLE-DIPOLE DI KAWASAN DESA
LUBUK SABAN KECAMATAN PANTAI CERMIN
ABSTRAK
Air tanah merupakan sumber daya air yang paling baik untuk air bersih dan air minum. Kebutuhan air tanah selalu meningkat sesuai dengan pertambahan penduduk. Peningkatan pengambilan air tanah pada kawasan pantai memacu terjadinya intrusi air laut, atau masuknya air laut ke air tawar.. Penelitian dilakukan di kawasan desa Lubuk Saban Kecamatan Pantai Cermin. Penelitian ini bertujuan melihat struktur bawah permukaan daerah yang diduga mengalami intrusi air laut berdasarkan nilai jenis batuan bawah permukaan. Untuk mendapatkan nilai tahanan jenis ini digunakan metode geolistrik tahanan jenis konfigurasi Dipole-Dipole dengan 32 elektroda dan jarak antar elektroda 5 cm. Penelitian ini dilakukan pada 3 lintasan dengan panjang masing-masing lintasan 155 meter, nilai tahanan jenis semu yang diperoleh selanjutnya diolah dengan menggunakan Softwere Res2Dinv ver 3.3g for Win/Me sebagai nilai tahanan jenis yang sebenarnya. Hasil inversi terhadap resistivitas semu diinterpretasikan sebagai struktur bawah permukaan yang dapat dikaitkan dengan daerah yang mengandung intrusi air laut. Dari hasil pengolahan dan interpretasi data diperoleh kedalaman maksimal 31,2 m yang terdiri dari lapisan akuifer endapan lumpur (alluvial) dengan volume air tawar yang sedikit bercampur pasir (sandstone), kerikil (grafel) dan batuan pasir berlumpung. Ditemukan intrusi air laut pada ketiga lintasan pengukuran dengan volume air laut yang berbeda. Pada lintasan pertama terjadi intrusi air laut yang cukup besar dengan nilai resistivitas 1,08 – 4,12 Ωm, pada lintasan kedua hanya sedikit terjadi intrusi laut dengan nilai resistivitas 4,54 Ωm hal ini terjadi karena jarak pengukuran yang semakin jauh dari garis pantai, pada lintasan ketiga terjadi intrusi air laut yang sangat besar dan hampir terjadi pada seluruh betangan dengan nilai resistivits 0,512 –3,74 Ωm hal ini dikarenakan letak pengukuran yang dekat dengan garis pantai (44m) dan lokasi penelitian yang dulunya adalah tambak.
STUDY SEA WATER INTRUSION WITH DIPOLE-DIPOLE RESISTIVITY CONFIGURATION AT LUBUK SABAN VILLAGE
PANTAI CERMIN DISTRICT
ABSTRACT
Groundwater is the best water resources for clean water and drinking water. The need of groundwater always increases along with population growth. The increasing adoption of groundwater in coastal area spurs the occurrence of intrusion, or the inclusion of sea water into fresh water. The study was conducted in the village of Lubuk Saban, in the district of Pantai Cermin. This study examines the structure of the local subsurface seawater intrusion allegedly suffered by the value of subsurface rock types. To obtain resistivity value is used electrical resistivity or geoelectric resistivity method Dipole-Dipole configuration with 32 electrodes and the distance between the electrodes 5 cm. The research was conducted on 3 tracks with each track length of 155 meters, apparent resistivity values were then processed using Res2Dinv Software ver 3.3g for Win / Me as actual resistivity value. The apparent resistivity inversion results are interpreted as subsurface structures that may be associated with areas containing sea water intrusion. From the processing and interpretation of the data obtained maximum depth of 31.2 m which consists of layers of silt aquifer (alluvial) with a little volume of fresh water mixed with sand (sandstone), gravel (gravel) and rocks sand. Found of seawater intrusion in the third trajectory measurements with different volumes of sea water. At the first pass seawater intrusion occurred fairly large with resistivity values from 1.08 to 4.12 Ωm, the second track just a little intrusion of sea with Ωm resistivity value of 4.54 this happens because the farther the distance measurement from the shoreline, the third track intrusion of sea water a very large and occur in almost all bars with resistivity values from 0.512 to 3.74 Ωm this is due to the location of measurement that is close to the shoreline (44m) and the research that was once the location of the pond.
BAB I
PENDAHULUAN
1.1Latar Belakang
Air merupakan salah satu kebutuhan utama bagi manusia. Manfaat air sangat luas bagi kehidupan manusia, misalnya untuk memenuhi kebutuhan rumah tangga, irigasi, industri, dan lain-lain. Pemenuhan air tersebut biasanya berasal dari air tanah (ground water) dan penyediaan dari perusahaan air minum. Ada dua sumber air yang tersedia untuk memenuhi kebutuhan manusia, yaitu air permukaan (surface water) dan air tanah (ground water) (Sulityanto,2002).
Secara global apabila dilihat dari volume yang dimilikinya, air tanah memiliki kualitas yang paling baik dibandingkan dengan air permukaan. Air tanah adalah air yang menempati rongga-rongga pada lapisan geologi, dalam keadaan jenuh dan dengan jumlah yang cukup (identik dengan akuifer) ( Bisri,2008).
Kawasan pesisir di desa ini secara topografi merupakan daratan rendah dan dilihat secara morfologi berupa daratan pantai. Secara geologi, batuan penyusun daratan umumnya berupa endapan aluvial yang terdiri dari lempung, pasir dan kerikil hasil pengangkutan dan erosi batuan bagian hulu sungai. Umumnya batuan di dataran bersifat kurang kompak, sehingga potensi air tanahnya cukup baik. Akuifer di daerah pantai yang baik umumnya berupa akuifer tertekan, tetapi akuifer bebas pun dapat menjadi sumber air tanah yang baik terutama pada daerah-daerah pematang pantai.
Permasalahan pokok pada kawasan pesisir adalah keragaman sistem akuifer, posisi dan penyebaran penyusupan atau intrusi air laut baik secara alami maupun buatan yang diakibatkan adanya pengambilan air tanah untuk kebutuhan domestik, nelayan, dan industri. Oleh karena itu, kondisi hidrogeologi di kawasan ini perlu diketahui dengan baik, terutama perbandingan antara kondisi alami dan kondisi setelah ada pengaruh eksploitasi.
Metode geolistrik tahanan jenis (Resistivity) terutama konfigurasi Dipole-Dipole adalah salah satu metode geofisika yang bisa digunakan untuk memetakan resistivitas bawah permukaan. Hal ini dimungkinkan karena lapisan tanah dan batuan yang terisi air sangat mudah mengalirkan arus listrik atau bersifat konduktif. Lapisan tanah konduktif seperti ini biasanya memiliki harga resisitivitas tertentu (nilai resisitivitasnya rendah). Dengan menampilkan penampang resisitivitas bawah permukaan hasil pengukuran dengan menggunakan metode geolistrik konfiigurasi Dipole-Dipole maka dapat diprediksikan lapisan-lapisan yang terintrusi air laut. Keunggulan dari konfigurasi Dipole-Dipole ini adalah bahwa metode ini tidak memerlukan tingkat kesensitifan alat pengukur beda potensial atau voltmeter yang tinggi (Milsom,2003).
Metode Resistivitas Konfigurasi Dipole-dipole di Kawasan Desa Lubuk Saban Kecamatan Pantai Cermin.
1.2Perumusan Masalah
Berdasarkan uraian diatas pokok permasalahan yang ditemukan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut :
1. Bagaimanakah citra bawah permukaan berdasarkan nilai tahanan jenis untuk setiap lapisan bawah permukaan di desa Pantai Cermin Kiri di Kecamatan Pantai Cermin?
2. Berapa jarak daerah rawan intrusi air laut daerah penelitian?
3. Faktor-faktor apa saja yang mempengaruhi terjadinya intrusi air laut di daerah penelitian?
4. Berapa batas kedalaman antara air tawar dengan air asin berdasarkan prinsip Dipole – Dipole?
1.3Batasan Masalah
Adapun batasan masalah dalam penelitian ini adalah :
1. Menjelaskan bagaimana terjadinya intrusi air laut terhadap air bawah tanah.
2. Menerangkan suatu gambaran atau pencitraan bawah permukaan secara 2 dimensi mengenai nilai tahanan jenis batuan dengan menggunakan prinsip Dipole-Dipole.
3. Penelitian merupakan penelitian langsung yang dilaksanakan desa Lubuk Saban Kecamatan Pantai Cermin.
1.4Tujuan Penelitian
1. Untuk memperoleh citra bawah permukaan berdasarkan nilai tahanan jenis untuk setiap lapisan bawah permukaan.
2. Untuk menentukan jarak daerah rawan intrusi air laut daerah penelitian.
3. Untuk mengetahui faktor – faktor apa saja yang memepengaruhi terjadinya intrusi air laut.
4. untuk menentukan batas kedalaman antara air tawar dengan air asin berdasarkan prinsip Dipole-Dipole
1.5Manfaat Peneltian
1. Sebagai sumbangan pikiran dan bahan masukan bagi masyarakat di kawasan Desa Lubuk Saban Kecamatan Pantai Cermin tentang intrusi air laut daerah tersebut.
2. Sebagai informasi kepada instansi yang terkait terutama dinas kesehatan dalam pemakaian air sumur bor dan penyediaan sarana air bersih untuk kebutuhan penduduk Desa Lubuk Saban di Kecamatan Pantai Cermin.
1.6. Sistematika Penulisan
Urutan penulisan dalam skripsi ini dipaparkan sebagai berikut:
BAB I Pendahuluan
Bab ini mencakup latar belakang, rumusan masalah, batasan masalah, tujuan penelitian, tempat penelitian dan sistematika penelitian.
BAB II Tinjauan Pustaka
Bab ini merupakan landasan teori yang menjadi acuan untuk proses pengambilan data, analisa data dan pembahasan.
BAB III Metode Penelitian
Bab ini membahas tentang peralatan, bahan, diagram alir, dan prosedur kerja.
BAB IV Hasil Pembahasan
Bab ini merupakan pengolahan analisa data yang berisi tentang pengolahan data hasil pengamatan dan analisa data penelitian.
BAB V Kesimpulan dan Saran
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Air
Sumber daya air merupakan bagian dari sumber daya alam yang mempunyai sifat yang sangat berbeda dengan sumber daya alam lainnya. Air adalah sumber daya yang terbaharui, bersifat dinamis dan mengikuti siklus hidrologi yang secara alamiah berpindah-pindah serta mengalami perubahan bentuk dan sifat.
Air terbagi atas dua bagian, yaitu air permukaan dan air bawah permukaan (air tanah). Air permukaan adalah air yang bergerak diatas permukaan tanah dekat dengan aliran utama di sungai, danau, atau rawa air tawar. Air permukaan baik yang tergenang (danau, waduk, rawa) maupun mengalir, dan sebagian air bawah permukaan terkumpul dan mengalir membentuk sungai dan berakhir ke laut (Soemarto, 1987). Sedangkan air tanah adalah air yang bergerak dalam tanah (batuan) yang terdapat di dalam ruang-ruang antara pori-pori batuan retakan-retakan batuan.
2.2 Air Tanah
Pada dasarnya, air tanah dapat berasal dari air hujan (presipitasi), baik melalui proses infiltrasi secara langsung ataupun secara tak langsung dalam air sungai, danau, rawa, dan genangan air lainnya. Air hujan yang meresap kedalam tanah menjadi bagian dari air tanah, perlahan-lahan mengalir ke laut, atau mengalir langsung dalam tanah atau di permukaan dan bergabung dengan aliran sungai. Banyaknya air yang meresap ke tanah bergantung pada waktu, kondisi material permukaaan tanah dan jenis serta banyaknya vegetasi dan curah hujan. Meskipun curah hujan cukup besar tetapi lerengnya curam, ditutup material impermeabel, persentase air mengalir di permukaan lebih banyak daripada meresap ke bawah. Sedangkan pada curah hujan sedang, pada lereng landau 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. Sebagian menguap lagi ke atmosfir dan sisanya merupakan cadangan bagi tumbuhan selama belum ada hujan. Air yang tidak tertahan dekat permukaan menerobos ke bawah sampai zona dimana seluruh ruang terbuka pada sedimen atau batuan terisi air (jenuh air). Air dalam zona saturasi (zone of saturation) ini dinamakan air tanah (ground water). Batas atas zona ini disebut muka air tanah (water table). Lapisan tanah, sedimen atau batuan diatasnya yang tidak jenuh air disebut zona aerasi (zone of aeration). Dan daerah dimana air tanah keluar sampai discharge area, seperti terlihat pada Gambar 2.1.
Muka air tanah umumya tidak horizontal, tetapi lebih kurang mengikuti permukaan topografi diatasnya. Apabila tidak ada hujan maka muka air di bawah bukit akan menurun perlahan-lahan sampai sejajar dengan lembah. Namun hal ini tidak terjadi, karena air hujan akan mengisi (recharge) lagi. Daerah dimana air hujan meresap ke bawah (precipitation) sampai zona saturasi dinamakan rembesan (recharge area).
Air tanah berasal dari bermacam sumber. Air tanah yang berasal dari peresapan air permukaan disebut air meteorik (meteoric water). Selain berasal dari air permukaan, air tanah berasal dari air yang terjebak dalam pembentukan batuan sedimen. Air tanah jenis ini disebut air konat (connate water).
Air tanah ditemukan pada formasi geologi permeabel (tembus air) yang dikenal dengan akuifer (disebut juga reservoir air tanah, formasi pengikat, dasar-dasar yang tembus air) yang merupakan formasi pengikat air yang memungkinkan jumlah air yang cukup besar untuk bergerak melaluinya pada kondisi lapangan biasa. Air tanah juga ditemukan akiklud (atau dasar semi permeabel) yaitu suatu formasi yang berisi air tetapi tidak dapat memindahkannya dengan cukup cepat untuk melengkapi persediaan yang berarti pada sumur atau mata air. Deposit glasial pasir dan kerikil, kipas alluvial dataran banjir dan deposit delta pasir semuanya merupakan sumber air yang sangat baik.
Berdasarkan material penyusunnya, maka terdapatnya air tanah dapat dibedakan menjadi 2, yaitu :
a. Material lepas (unconsolidated materials) b. Material kompak (consolidated materials)
Kira-kira 90% air tanah terdapat pada material lepas misalnya pasir, kerikil, campuran pasir dan kerikil, dan sebagainya.
batuan sedimen klasik dan batuan bahan butiran lainnya. Macam-macam batuan berdasarkan tipe kerapatannya dapat dilihat pada Tabel 2.1
Tabel 2.1. Macam-macam batuan tipe kerapatannya (densitas)
Tipe
Kompak Lepas Karbonat Kompak Lepas
Berdasarkan daerah pembentukannya terdapat air tanah pada material lepas dapat dibedakan menjadi 4 wilayah, yaitu :
a. Daerah aliran air (water course)
Daerah aliran ini terdiri dari alluvial yang terletak di kanan kiri sungai yang mengalir. Potensi air tanah cukup besar apabila muka air sungainya lebih tinggi dari muka air tanah. Faktor ini menyebabkan daerah ini sangat potensial sebab materialnya lepas dan air sungai mensuplai air tanah.
b. Daerah lembah mati
Potensial air tanah di daerah ini cukup besar akan suplai air yang diterima tidak sebesar daerah aliran air.
c. Daerah daratan
Daerah ini adalah dataran yang luas dengan endapan yang belum mengeras misalnya pasir dan kerikil.
d. Daerah lembah antar gunung
Lembah yang dikelilingi oleh pegunungan biasanya terdiri dari material lepas yang jumlahnya sangat besar, material ini berasal dari pegunungan sekitarnya. Materialnya berupa pasir dan kerikil dan sifatnya akan menerima air di pengisian di atasnya.
- Endapan alluvial : merupakan endapan hasil rombakan dari batuan yang telah ada. Air tanah pada endapan ini mengisi ruang antar butir. Endapan ini tersebar di daerah dataran.
- Endapan Vulkanik muda : merupakan endapan hasil kegiatan gunung api, yang terdiri dari batuan-batuan lepas maupun padu. Air tanah pada endapan ini menempati baik ruang antar butir pada material lepas maupun mengisi rekah-rekah atau rongga batuan padu. Endapan ini tersebar disekitar wilayah gunung api.
- Batu gamping : merupakan endapan laut yang mengandung karbonat, yang karena proses geologis diangkat ke permukaan. Air tanah disini mengisi terbatas pada rekahan rongga, maupun saluran pelarutan. Endapan ini tersebar di tempat-tempat yang dahulu berwujud lautan karena proses geologis, fisik dan kimia. Di beberapa daerah sebaran endapan batuan ini membentuk suatu morfologi khas, yang disebut karst.
2.2.1 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 mempunyai kualitas yang cukup baik namun kuantitasnya kurang mencukupi karena tergantung musim.
2. Air tanah dalam
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 musim dan kualitasnya sama dengan keadaan air dalam (Sutrisno, 1987).
2.2.2 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 terlihat dalam bentuk penurunan permukaan air tanah dan tekanan air ini akan mengakibatkan penurunan intensitas pemompaan, jika penurunan ini melampaui suatu batas 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 agar besarnya pemompaan itu sesuai dengan pengisian kembali (Sasrodarsono dan Takeda,1993).
2.2.3 Aliran air tanah
2.2.4 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. Kapasitas penyimpanan atau cadangan air suatu bahan ditunjukkan dengan porositas yang merupakan nisbah volume rongga.
Porositas merupakan angka tak berdimensi biasanya diwujudkan dalam bentuk %. Umumnya untuk tanah normal mempunyai porositas berkisar antara 25% sampai 75 % sedangkan untuk batuan yang terkonsolidasi (consolidated rock) berkisar antara 0 sampai 10 %. Material dengan diameter kecil mempunyai porositas besar, hal ini dapat dilihat dari diameter butiran material.
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. 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. Perkiraan rata-rata porositas dan permeabilitas berbagai tipe batuan dapat dilihat pada Tabel 2.2.
Tabel 2.2. Porositas dan Permeabilitas beberapa tipe batuan
Tipe Batuan Porositas (%) Permeabilitas (m/hari)
Lempung
Sumber : Linsley dan Franzini, 1990
2.3 Akuifer
Berdasarkan kemampuan meluluskan air dari bahan pembatasnya, akuifer dapat dibedakan menjadi :
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.
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 keduduka air tanah. Jenis dan umur batuan juga berpengaruh terhadap daya hantar listrik, dan dapat menentukan kualitas air tanah.
dibawahnya, yaitu lapisan yang impremeabel dengan konduktivitas hidrolik sangat kecil sehingga tidak memungkinkan air melewatinya.
2.4 Air laut
Air laut adalah air dari laut atau samudera.air laut memiliki kadar garam rata-rata 3,5%. Artinya dalam 1 liter (1000 mL) air laut terdapat 35 gram garam (terutama, namun tidak seluruhnya, garam dapur/NaCl). Air laut memiliki kadar garam karena bumi dipenuhi dengan garam mineral yang terdapat di dalam batu-batuan dan tanah. Contohnya natrium, kalium, kalsium, dan lain-lain. Apabila air sungai mengalir ke lautan, air tersebut membawa garam. Ombak laut yang memukul pantai juga dapat menghasilkan garam yang terdapat batu-batuan. Lama-kelamaan air laut menjadi asin karena banyak mengandung garam (www.wikipedia.com).
2.5 Interaksi Air tanah dengan Air Laut
Terjadinya suatu kegaraman (salinitas) pada air tanah maupun air permukaan merupakan suatu fenomena alam untuk daerah yang terletak berbatasan dengan pantai. Hal ini dapat terjadi karena adanya proses pasang surut dari air laut serta berat jenis kandungan air laut yang lebih besar dari pada air tawar sehingga mampu mendesak air tawar. Semakin tinggi fluktuasi pasang surut dan semakin landai daerah daratan kegaraman air ke daerah daratan pantai maka akan semakin jauh pengaruh kegaraman air ke arah daratan sehingga zona transisi air laut dan air tawar juga semakin luas.
Air tanah dan air laut adalah dua fluida yang dapat bercampur, sehingga pada kontak keduanya terbentuk zona transisi, densitas air bervariasi dari air laut ke air tanah menurut variasi kedalaman dan jarak titik amat ke garis pantai. Di alam lebar zona dispersi lebih kecil daripada tebal akuifer, sehingga banyak ahli hidrogeologi mengasumsikan kontak tersebut sebagai bidang tegas (Bear, 1979).
Pada kondisi alam tidak terganggu, kedudukan bidang interface tidak berubah. Elevasi dan kemiringan bidang interface dibentuk oleh tinggi potensial dan gradien hidrolika air tanah. Pemompaan air tanah akan mengakibatkan penurunan tinggi potensial dan gradien hidrolika air tanah, sehingga bidang interface mengalami gangguan kesetimbangan dan akan bergerak ke kondisi kesetimbangan baru, begitu ada pengambilan air tanah dan sumur pengeboran maka terjadi gangguan kesetimbangan, air laut akan mendesak lebih ke hulu seperti ditunjukan dalam Gambar 2.2. dimana intrusi air laut terjadi karena kesetimbangannya terganggu.
Gambar 2.2 Kondisi dimana Intrusi Air Laut terjadi karena kesetimbangan terganggu akibat pengambilan air (Todd,1974)
2.6 Intrusi Air Laut
tidak tertutup vegetasi perlindung, maka air asin dari laut meresap ke dalam akuifer atau disebut intrusi air laut (Sunaryo,2007).
Pada kondisi di mana pengambilan air tanah ke permukaan (sumur bor misalnya) keseimbangan antara air laut dan air tawar akan terganggu dalam arti intrusi air laut akan terjadi tergantung dari berapa besar air tanah diambil. Pengambilan air tanah melebihi kapasitas infiltrasi menyebabkan terjadi penurunan piezometric head air tawar. karena penurunan piezometric head sehingga terjadi proses intrusi air laut akibat dari pengambilan air tanah melalui sumur pemompaan. Pengambilan air tawar dari sumur pemompaan menyebabkan air laut akan mendesak air tawar lebih ke hulu.
Aliran air tanah sangat mempengaruhi kondisi daerah pantai, karena aliran ini menjaga keseimbangan antara air laut dan air tanah. Pengambilan air tanah (terutama dengan sumur baik dangkal maupun dalam) secara tidak teratur akan meyebabkan jumlah air bersih yang mengalir ke laut (salinitas rendah) akan berkurang, sehingga keseimbangan antara air laut dan air tawar terganggu. Hasilnya adalah bahwa intrusi air laut akan lebih berkembang ke hilir. Masyarakat yang tinggal di pantai baru akan menyadari ketika penggunaan air bersih (dari sumur) yang tadinya merupakan air tawar menjadi air asin.
Sebagai akibat dari proses kegaraman atau meningkatnya kandungan konsentrasi chlor pada lapisan air tanah, maka hal ini tidak saja menyebabkan berkurangnya sumber air minum yang berasal dari air tanah tetapi juga dapat menyebabkan kerusakan pada bangunan terutama yang menyerang beton dan sistim tulangan didalamnya. Kerusakan tersebut berarti akan mengurangi umur kekuatan struktur bangunan dari perhitungan semula (Adi, 1997).
dan kerikil jalanan. Pembuatan tambak udang dan ikan yang memberikan peluang besar masuknya air laut jatuh ke daratan. (Soemarto, 1987)
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 kelaut sehingga terjadi keseimbangan antara air laut dan air tanah, sehingga tidak terjadi intrusi air laut.
Intrusi air laut terjadi bila keseimbangan air laut dan air tanah terganggu. Aktivitas yang menyebabkan air laut diantaranya pemompaan yang berlebihan, karakteristik pantai dan batuan penyusunan, kekuatan air tanah ke laut, serta fluktuasi air tanah ke daerah pantai. Proses intrusi makin panjang bila dilakukan pengambilan air tanah dalam jumlah berlebihan. Bila intrusi sudah masuk pada sumur, maka sumur akan menjadi asin sehingga tidak dapat lagi dipakai untuk keperluan sehari-hari (sasrodarsono dan takeda, 1993).
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.
A B
Muka tanah
Air asin
hs
rf H
hs
Gambar 2.3 Hubungan air asin dengan air tanah tawar pada akuifer bebas di daerah pantai pantai
Tekanan hidrostatik di titik A=B
PA = PB
�s.g.hs = �f.g.hf
(2.1)
(2.2)
Keterangan:
�s : kerapatan (berat jenis) air laut = 1,025 gr/cm3
�f : kerapatan (berat jenis) air bawah tanah tawar = 1 gr/cm3
g : percepatan gravitasi
hs : kedalaman muka air laut dari titik A
Persamaan tersebut hanya berlaku :
1. Muka air bawah tanah (bidang pisometrik) berada di atas muka air laut 2. Muka air bawah tanah (bidang pisometrik) miring kea rah laut
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 2.4 (sasrodarsono dan takeda, 1993).
Gambar 2.4. Penerobosan air asin pada air terkekang( Sasrodarsono dan Takeda, 1993)
Jika tekanan air tanah pada mulut akuifer di laut menjadi lebih rendah dari tekanan air laut mulailah penerobosan air asin. Mengingat kecepatan sirkulasi air tanah terkekang dilapisan yang dalam itu rendah, maka kecepatan penerobosan air asin juga rendah. Akan tetapi pengaruhnya terhadap penduduk besar sekali.
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)
Pantai berpasir memiliki tekstur pasir yang sifatnya lebih porus. Pengendalian intrusi air laut lebih mudah dilakukan sebab metode pengendalian memungkinkan untuk dilakukan. Pantai berterumbu karang atau mangrove akan sulit mengalami intrusi air laut sebab mangrove dapat mengurangi intrusi air laut. Kawasan pantai memiliki fungsi sebagai sistem penyangga kehidupan. Kawasan pantai sebagai daerah pengontrol siklus air dan proses intrusi air laut, memiliki vegetasi yang keberadaannya akan menjaga ketersediaan cadangan air permukaan yang mampu menghambat terjadinya intrusi air laut ke arah daratan (Setyawan,2000).
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. Intrusi air laut merupakan bentuk degradasi sumber daya air terutama oleh aktivitas manusia pada kawasan 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
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 airtanah rendah maka air laut akan mudah untuk menekan air tanah dan mengisi cekungan/rongga air tanah. Apabila fluktuasinya tetap maka secara alami akan membentuk interface yang 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 sebab beberapa metode sulit dilakukan pada pantai berbatu. Metode yang mungkin dilakukan hanya injection well pada pesisir yang letaknya agak jauh dari pantai, dan tentunya materialnya berupa pasiran ( Setyawan,2000).
2.7 Metode Geolistrik
Metode geolistrik merupakan metode yang menggunakan prinsip aliran arus listrik dalam menyelidiki struktur bawah permukaan bumi. Aliran arus listrik dalam mengalir di dalam tanah melalui batuan-batuan dan sangat dipengaruhi oleh adanya air tanah dan garam yang tergantung di dalam serta hadirnya mineral logam maupun panas yang tinggi. Oleh karena itu, metode geolistrik dapat digunakan pada penyelidikan hidrogeologi seperti penentuan akuifer dan adanya kontaminasi, penyelidikan mineral, survei arkeologi dan deteksi hotrocks pada penyelidikan panas bumi. Berdasarkan asal sumber arus listrik yang digunakan, metode resistivitas dapat dikelompokan ke dalam dua kelompok yaitu (Santoso,2002):
Metode ini menggunakan arus listrik alami yang terjadi di dalam tanah (batuan) yang timbul akibat adanya aktivitas elektrokimia dan elektromekanik dalam materi-materi penyusun batuan. Metode yang termasuk dalam kelompok ini diantaranya Potensial Diri/Self Potensial (SP) dan Magneto Teluric (MT).
2. Metode aktif
Yaitu bila arus listrik yang diinjeksikan (dialirkan) didalam batuan, kemudian efek potensial yang ditimbulkan arus buatan tersebut diukur di permukaaan. Metode yang termasuk kedalam kelompok ini diantaranya metode resistivity dan induced Polarization (IP).
2.7.1 Metoda Geolistrik Tahanan Jenis
Pada metode geolistrik resistivitas, digunakan arus listrik yang diinjeksikan kedalam bumi melalui dua elektroda arus C1 dan C2. Beda potensial yang timbul
sebagai injeksi arus diukur melalui dua elektroda potensial P1 dan P2. Dari hasil
pengukuran arus dan beda potensial untuk setiap jarak elektroda tertentu maka dapat kita tentukan variasi harga resistivitas masing-masing lapisan dibawah titik ukur (titik sounding) atau sering disebut datum. Umumnya, metode Geolistrik ini hanya baik untuk eksplorasi yang sifatnya dangkal, sekitar 100m (Telford,1990). Jika kedalaman lapisan lebih dari harga tersebut, informasi yang diperoleh kurang akurat, hal ini disebabkan melemahnya arus listrik untuk jarak bentangan yang semakin besar. Karena itu, metode ini jarang digunakan untuk eksplorasi dalam, sebagai contoh eksplorasi minyak.
Resistivitas merupakan hasil pengukuran geolistrik, jika bumi bersifat homogen isotropis maka resistivitas terukur merupakan resistivitas sebenarnya. Berdasarkan keadaan dilapangan, bumi tidak bersifat homogen, maka harga resistivitas ini merupakan harga rata-rata resistivitas formasi yang dilalui arus listrik atau disebut resistivitas semu.
Resistivitas adalah karakteristik bahan yang menunjukan kemampuan bahan tersebut untuk menghantarkan arus listrik. Resistivitas mempunyai pengertian yang berbeda dengan resistansi (hambatan), dimana resistansi tidak hanya tergantung pada bahan tetapi juga tergantung pada faktor geometri atau bentuk bahan tersebut. Sedangkan resistivitas tidak bergantung pada faktor geometri.
Prinsip metode geolistrik secara sederhana dapat dianalogikan dengan rangkaian listrik. Jika arus dari suatu sumber dialirkan pada sebuah beban listrik (misalnya kawat seperti terlihat pada Gambar 2.5) maka besar resistansi R dapat diperkirakan berdasarkan besarnya potensial sumber dan besarnya arus yang mengalir. Dalam hal ini nilai resistivitas tidak dapat digunakan untuk memperkirakan jenis material karena masih bergantung pada ukuran atau geometrinya. Untuk itu digunakan besaran resistivitas yang merupakan resistansi yang telah dinormalisasi terhadap geometri.
Pengukuran geolistrik secara teknis dilakukan dengan mengalirkan arus ke dalam tanah melalui dua elektroda (C1 dan C2) dan responya (beda potensial)
diukur melalui 2 elektroda yang lain (P1 dan P2). Sifat kelistrikan medium bawah
permukaan tersebut dapat diperkirakan berdasarkan konfigurasi elektroda dan respon yang diukur. Seperti terlihat pada Gambar 2.5. terdapat kawat yang dialiri arus.
Jika kita tinjau sebuah konduktor dengan panjang L, luas penampang A dan resistansinya adalah R, maka secara sistematis dapat dirumuskan :
� (2.3)
Keterangan:
R = resistensi (Ω)
� (Ωm) L = panjang kawat konduktor (m)
A = Luas Penampang kawat konduktor (m2)
Menurut hukum ohm resistansi dirumuskan :
(2.4)
Dengan R adalah resistansi (ohm), V adalah beda potensial (volt) dan I adalah kuat arus (Ampere).
Pada metode geolistrik ini, pembahasan mengenai aliran listrik dalam bumi didasarkan pada asumsi bahwa bumi merupakan medium homogen isotropis. Pada kondisi demikian, maka potential listrik disekitar arus listrik yang berada dalam bumi dan dipermukaan bumi adalah sebagai berikut :
Perhatikan gambar arus keluar secara radikal dari titik arus sehingga jumlah arus yang keluar melalui permukaan bola dengan jari-jari r adalah :
�
�
� (2.5)
Namun apabila titik di atas terletak di permukaan bumi, maka arah arus listrik dan garis equipotensialnya dapat dilihat pada Gambar 2.7.
Gambar 2.7 Arah arus listrik dan garis equipotensial untuk sumber arus berada di permukaan bumi
Pada gambar tersebut area sebaran arah arus adalah setengah bola, sehingga permukaan luas = .. Dengan demikian persamaan (2.6) menjadi :
� (2.6)
Gambar 2.8 Arah arus listrik dan garis equipotensial untuk dua sumber arus berada di permukaan bumi
Pengukuran metode geolistrik resistivitas dalam prakteknya dilapangan bertujuan untuk membandingkan potensial di suatu titik tertentu, sehingga diperlukan dua buah elektroda arus di permukaan yang berfungsi untuk memberikan dan merespon arus, baik dari dalam sumber medium atau sebaliknya.
Beda potensial dipermukaan akan dipengaruhi oleh kedua elektroda arus tersebut, seperti pada gambar diatas dalam praktek sebenarnya besar potensial pada suatu titik tidak dapat ditentukan, sumber arus listrik harus dua kutub yaitu kutub positif dan negatif.
Harga potensial yang diukur adalah harga perbedaan potensial antara dua titik penempatan elektroda potensialnya. Jadi apabila ada arus diinjeksikan ke dalam bumi yang homogen isotropis melalui elektroda arus pada titik C1 dan C2
seperti pada Gambar 2.9.
Penentuan faktor geometri (k) dari spasi elektroda pada gambar diatas adalah
Hasil pengukuran langsung dilapangan inilah yang dinamakan resistivitas semu (� ) yang hasilnya merupakan besaran rata-rata dari nilai-nilai resisivitas medium yang berbeda-beda tersebut. Dari persamaan (2.6), nilai resistivitas semunya dapat ditentukan sebesar,
Dari persamaan (2.7) kelompok parameter yang berdimensi jarak dinotasikan sebagai K yang disebut faktor geometri,
K merupakan suatu tetapan, dan nilainya tergantung pada susunan elektroda yang digunakan dalam pengukuran. Dengan demikian persamaan 26 dapat ditulis menjadi,
� (2.12)
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 horizontal), resistivitas semu akan memberikan gambaran kualitatif distribusi resistivitas bawah permukaan. Seperti terlihat pada Gambar 2.10. resistivitas semu pada medium berlapis.
Gambar 2.10. Konsep resistivitas semu pada medium berlapis
Misalnya medium yang ditinjau terdiri dari dua lapisan dengan nilai resistivitas lapisan pertama adalah � dan 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 � . 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).
2.7.3 Jenis- Jenis Konfigurasi metode geolistrik resistivitas
Metoda geolistrik terdiri dari beberapa konfigurasi, misalnya yang ke 4 buah elektrodanya terletak dalam satu garis lurus dengan posisi elektroda AB dan MN yang simetris terhadap titik pusat pada kedua sisi yaitu konfigurasi Wenner dan Schlumberger. Setiap konfigurasi mempunyai metoda perhitungan tersendiri untuk mengetahui nilai ketebalan dan tahanan jenis batuan di bawah permukaan. Metoda geolistrik konfigurasi Schlumberger merupakan metoda favorit yang banyak digunakan untuk mengetahui karakteristik lapisan batuan bawah permukaan dengan biaya survei yang relatif murah.
„Spontaneous Potential’ yaitu tegangan listrik alami yang umumnya terdapat pada lapisan batuan disebabkan oleh adanya larutan penghantar yang secara kimiawi menimbulkan perbedaan tegangan pada mineral-mineral dari lapisan batuan yang berbeda juga akan menyebabkan ketidak-homogenan lapisan batuan. Perbedaan tegangan listrik ini umumnya relatif kecil, tetapi bila digunakan konfigurasi Schlumberger dengan jarak elektroda AB yang panjang dan jarak MN yang relatif pendek, maka ada kemungkinan tegangan listrik alami tersebut ikut menyumbang pada hasil pengukuran tegangan listrik pada elektroda MN, sehingga data yang terukur menjadi kurang benar.
Untuk mengatasi adanya tegangan listrik alami ini hendaknya sebelum dilakukan pengaliran arus listrik, multimeter diset pada tegangan listrik alami tersebut dan kedudukan awal dari multimeter dibuat menjadi nol. Dengan demikian alat ukur multimeter akan menunjukkan tegangan listrik yang benar-benar diakibatkan oleh pengiriman arus pada elektroda AB. Multimeter yang mempunyai fasilitas seperti ini hanya terdapat pada multimeter dengan akurasi tinggi (http://ezraroelistoa.wordpress.com/2013/03/13/metode geolistrik).
Berdasarkan letak eletroda potensial dan elektroda arusnya, pada konfigurasi metode resistivitas tahanan jenis dikenal beberapa jenis konfigurasi diantaranya : konfigurasi Sclumberger, Konfigurasi Wenner, Konfigurasi Pole-Pole, Konfigurasi Wenner-Schlumberger, Konfigurasi Dipole-Dipole dan lain-lain.
2.7.3.1Konfigurasi Schlumberger
juga dalam pembacaan tegangan pada elektroda MN adalah lebih kecil terutama ketika jarak AB yang relatif jauh, sehingga diperlukan alat ukur multimeter yang mempunyai karakteristik “high impedence” dengan akurasi tinggi yaitu yang bisa mendisplay tegangan minimal 4 digit atau 2 digit dibelakang koma, atau dengan cara lain, diperlukan peralatan pengirim arus yang mempunyai tegangan DC yang sangat tinggi. Seperti Gambar 2.11
Gambar 2.11 Elektroda arus dan Potensial Konfigurasi Schlumberger
2.7.3.1Konfigurasi Wenner
Konfigurasi Wenner dikembangkan oleh Wenner di Amerika yang ke-empat buah elektroda-nya terletak dalam satu garis dan simetris titik tengah. Jarak MN pada konfigurasi wenner selalu sepertiga (1/3) dari jarak AB. Bila jarak AB diperlebar, maka jarak MN juga harus diubah sehingga jarak MN tetap sepertiga jarak AB.
Keunggulan dari konfigurasi Wenner ini adalah ketelitian pembacaan tegangan pada elektroda MN lebih baik dengan angka yang relative besar karena elektroda MN yang relatif dekat elektroda AB. Disini bisa digunakan alat ukur multimeter dengan impedansi yang relative lebih kecil.
menghilangkan factor non homogenitas batuan, sehingga hasil perhitungan menjadi kurang akurat.
Gambar 2.12 Konfigurasi Wenner
2.7.3.1Konfigurasi Pole-Pole
Konfigurasi Pole-Pole jarang digunakan dalam survei geolistrik untuk prosedur sounding. Konfigurasi ini bertujuan mencatat gradien potensial atau intensitas medan listrik dengan menggunakan pasangan elektroda detektor (potensial) yang berjarak relatif dekat dibanding dengan jarak elektroda arus. Elektroda detektor diletakkan pada bagian tengah dari susunan tersebut (Marino, 1984). Dalam susunan ini empat elektroda terletak dalam suatu garis lurus. Susunan elektroda untuk konfigurasi Pole-Pole ditunjukkan dalam Gambar 2.13 Di mana C1=P1= na/2; sedangkan C2=P2= ∞:
Gambar 2.13 Konfigurasi pole-pole
Konfigurasi pole-pole mempunyai faktor geometri K = 2 π
sangat dapat menurunkan kualitas pengukuran. Dengan demikian konfigurasi ini digunakan dalam survei yang relatif kecil elektroda jarak (kurang dari 10 meter) digunakan. Hal ini populer di beberapa aplikasi seperti survei arkeologi di mana jarak elektroda kecil yang digunakan. Ini juga telah digunakan untuk 3-D survei (Li dan Oldenburg 1992). konfigurasi ini memiliki cakupan terluas horisontal dan kedalaman terdalam penyelidikan. Namun, memiliki resolusi yang paling rendah, yang tercermin oleh jarak yang relatif besar antara kontur di plot fungsi sensitivitas (Loke,1999).
2.7.3.2Konfigurasi Wenner – Schlumberger
Metode 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.
Konfigurasi Wenner-Schlumberger adalah konfigurasi dengan sistem aturan spasi yang konstan dengan catatan faktor “n” untuk konfigurasi ini adalah perbandingan jarak antara elektroda C1-P1 (atau C2-P2) dengan spasi
antara P1-P2 seperti pada Gambar 2.13. Jika jarak antar elektroda potensial (P1
dan P2) adalah a maka jarak antar elektroda arus (C1 dan C2) adalah 2na + a.
Proses penentuan resistivitas menggunakan 4 buah elektroda yang diletakkan dalam sebuah garis lurus. Seperti terlihat pada Gambar 2.14
2.7.3.1Konfigurasi Dipole-Dipole
Konfigurasi yang dipakai dalam penelitian ini adalah konfigurasi dipole-dipole. Konfigurasi dipole-dipole memiliki keunggulan untuk mendeteksi adanya besarnya tahanan jenis (resistivitas) bawah permukaan tanah, seperti terlihat pada Gambar 2.15
Gambar 2.15 Konfigurasi Dipole-Dipole (Loke, 2000)
Pada konfigurasi dipole-dipole, pengukuran biasanya dimulai dengan spasi “a” antara elektroda C2 – C1 ( dan juga pada P1 – P2 ).
Sedangkan jarak antara elektroda C2– C1 dan P1 – P2sebesar “na” dengan
“n” dimulai dari 1 dan maksimal bernilai 6. Jika “n” lebih besar dari 6 maka pengukuran nilai potensial tidak akurat lagi karena nilai potensialnya sangat rendah. Untuk meningkatkan kedalam investigasi, maka spasi antara elektroda C2 – C1 (dan juga pada P1 – P2) dinaikkan menjadi “2a”
dan seterusnya. Dalam sistem dipole-dipole, intensitas medan listrik berkurang dengan cepat sesuai dengan seperjarak pangkat tiga, sehingga pelaksanaan pengukuran medan listrik menjadi sulit pada jarak pengukuran yang cukup jauh. Masalah ini dapat diatasi dengan memperbesar arus atau panjang dipole tersebut.
P2 elektroda tersebut diperbesar gradual (“a” tetap, “n” berubah secara
gradual), mulai dari harga n kecil, untuk suatu titik sounding.
Nilai sensitivitas terbesar pada konfigurasi ini terletak antara elektroda C2- C1, serta antara elektroda P1-P2. Ini berarti bahwa
konfigurasi ini adalah yang paling sensitif terhadap perubahan resistivitas antara elektroda di setiap pasangan dipol. Perhatikan bahwa sensitivitas pola kontur hampir vertikal. Dengan demikian array dipole-dipole sangat sensitif terhadap horisontal perubahan resistivitas, tapi relatif tidak sensitif terhadap perubahan vertikal dalam tahanan. Ini berarti bahwa itu baik dalam memetakan struktur vertikal, seperti tanggul dan gigi berlubang, tetapi relatif miskin dalam pemetaan struktur horisontal seperti kusen atau lapisan sedimen. Kedalaman rata-rata penyidikan konfigurasi ini juga tergantung pada faktor "n", serta "na" faktor. Secara umum, konfigurasi ini memiliki kedalaman yang dangkal jika dibandingkan dengan konfigurasi Wenner.
Namun, untuk 2-D survei, konfigurasi ini memiliki cakupan data yang lebih baik horisontal daripada Wenner. Salah satu kelemahan yang mungkin dari array ini adalah kekuatan sinyal yang sangat kecil untuk besar nilai dari faktor "n". Tegangan berbanding terbalik dengan pangkat tiga faktor "n". Ini berarti bahwa untuk arus yang sama, tegangan diukur dengan meteran resistivitas turun oleh sekitar 200 kali ketika "n" meningkat dari 1 sampai 6. Salah satu metode untuk mengatasi masalah ini adalah untuk meningkatkan "sebuah" jarak antara C1-C2 (dan P1-P2) dipol
pasangan untuk mengurangi penurunan potensi ketika panjang keseluruhan konfigurasi meningkat untuk meningkatkan kedalaman penyelidikan (Loke, 2000).
dan tanah dalam survei. Dengan peralatan lapangan yang tepat dan survei teknik, metode ini telah berhasil digunakan di banyak bidang untuk mendeteksi struktur seperti rongga di mana resolusi horizontal baik dari konfigurasi ini adalah keuntungan besar.
Untuk konfigurasi dipole-dipole, daerah dengan nilai-nilai sensitivitas yang tinggi terkonsentrasi di bawah sepasang elektroda C1-C2
dan bawah pasangan elektroda P1-P2. Akibatnya, konfigurasi dipole-dipole
yang memberikan informasi minimal tentang resistivitas di wilayah sekitar merencanakan titik, dan distribusi titik data tidak mencerminkan daerah bawah permukaan dipetakan oleh tahanan jenis semu pengukuran. Catatan bahwa jika datum titik diplot pada titik potong dari dua sudut 45° garis yang ditarik dari pusat-pusat dari dua dipol, akan berada pada kedalaman dari 2.0 unit (dibandingkan dengan 0,96 unit diberikan dengan kedalaman rata-rata metode penyelidikan) dimana nilai-nilai sensitivitas hampir nol.
2.7.4 Konsep Resistivitas 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).
Secara umum, berdasarkan harga resistivitas listriknya, batuan dan mineral dapat dikelompokkan menjadi tiga yaitu :
1. Kondukror baik : 10−8 < ρ <1Ωm
2. Konduktor pertengahan : 1 < ρ < 107Ωm 3. isolator : ρ > 107Ωm
Kebanyakan mineral membentuk batuan penghantar listrik yang tidak baik walaupun beberapa logam asli dan grafit menghantarkan listrik 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.
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, tanah gambut 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.
2.7.4.1Pengaruh Keadaan Struktur Tanah
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.
2.7.4.2Pengaruh 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 periodik, sedikitnya 6 (enam) bulan sekali.
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.
2.7.4.3Pengaruh 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.
2.7.4.4Pengaruh Temperatur Tanah
Temperatur tanah sekitar elektroda pembumian juga berpengaruh pada besarnya tahanan jenis tanah. Hal ini terlihat sekali pengaruhnya pada temperatur 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 rendah sekali. Bila temperatur tanah naik, air akan berubah menjadi fase cair, molekul-molekul dan ion-ion bebas bergerak sehingga daya hantar listrik tanah menjadi besar atau tahanan jenis tanah turun.
2.8Software Res2dinv
Res2Dinv adalah program komputer yang secara outomatis menentukan model resistivitas 2 dimensi (2-D) untuk bawah permukaan dari data hasil survey geolistrik. Program ini dapat digunakan untuk survey menggunakan konfigurasi Wenner, pole-pole, dipole-dipole, pole-dipole, Schlumberger, Wenner-Schlumberger dan array dipole-dipole ekuator. Selain survey normal yang dilakukan dengan elektroda-elektroda di permukan tanah, program ini juga mendukung suvey underwater dan cross-borehole. Pengerjaan dalam inverse modeling pada software Res2Dinv ini pada umumnya hanya dua, yaitu inversi secara otomatis dan menghilangkan efek yang jauh dari datum (titik-titik hasil pengukuran yang tidak sesuai). ( Loke, 1990).
