VARIASI SPASIAL-TEMPORAL HIDROGEOKIMIA DAN SIFAT
ALIRAN UNTUK KARAKTERISASI SISTEM KARST DINAMIS DI
SUNGAI BAWAHTANAH BRIBIN, KAB. GUNUNG KIDUL, DIY
TJAHYO NUGROHO ADJI 05/1729/PS
OUTLINE PRESENTASI
1. Pendahuluan
Latar belakang, masalah, tujuan, review lokasi
2. Hipotesis
3. Metodologi
4. Hasil (secara singkat)
Sifat aliran akuifer karst, hidrogeokimia, agresivitas dan perilaku
SKD
5. Temuan-temuan
6. Kesimpulan
Dimanfaatkannya sumber air Bribin (800–2000 lt/dt) sebagai sumber air utama di Kab. Gunung Kidul-Proyek IWRM Karsruhe-Germany dan adanya pertanyaan tentang keberlangsungan debit alirannya;
Belum adanya kajian tentang sifat dan variasi aliran dari kuifer karst yang bertanggungjawab thd.
fluktuasi debit SBT Bribin;
Belum ada kajian tentang variasi hidrogeokimia
yang secara teori berhubungan langsung dengan sifat dan variasi aliran SBT Bribin;
Minimnya kajian perilaku proses pelarutan pada Karst Dynamic Sytem (KDS) di karst tropis.
1. Bagaimanakah variasi spasial dan temporal sifat aliran SBT Bribin yang tercermin dari pelepasan aliran akuifer karst dan persentase aliran dasar (PAD) di SBT Bribin sepanjang tahun?
2. Bagaimanakah variasi spasial dan temporal kondisi hidrogeokimia di SBT Bribin dan bagaimanakah hubungannya dengan sifat alirannya sepanjang tahun?
3. Bagaimanakah karakteristik SKD di SBT Bribin yang didekati dengan tingkat agresivitas untuk melarutkan batuan gamping dan bagaimanakah hubungannya dengan perilaku parameter SKD sepanjang tahun?
1. Mengetahui variasi spasial dan temporal karakteristik dan persentase aliran dasar (PAD) di SBT Bribin
2. Mengetahui variasi spasial dan temporal kondisi hidrogeokimia di SBT Bribin dan mencari hubungannya dengan sifat alirannya
3. Mengkarakterisasi SKD di SBT Bribin yang didekati dengan paramater tingkat agresivitas air terhadap batuan gamping dan hubungannya dengan kondisi parameter SKD di SBT Bribin sepanjang tahun
1. Persentase Aliran Dasar (PAD) pada musim kemarau semakin besar ke arah hilir, sementara pada saat musim hujan (kejadian banjir), besarnya PAD tergantung dari sifat pelepasan komponen aliran oleh akuifer karst
2. Pada musim kemarau, hubungan PAD dan hidrogeokimia cenderung lebih kuat pada gua di bagian hilir, sementara pada musim penghujan hubungannya bervariasi tergantung dari kejadian banjir melalui pelorongan conduit
3. Pada musim kemarau, agresivitas airtanah karst untuk melarutkan batuan gamping semakin kecil ke arah hilir karena PADnya semakin besar, sementara pada saat musim hujan bervariasi tergantung dari kejadian banjir melalui pelorongan conduit
Karena keunikan sifat akuifer serta komponen alirannya, (ANISOTROPIS) maka penelitian ini tidak menggunakan metode penelitian yang bersifat DEDUKTIF (mengunakan distribusi sifat permukaan untuk mengkarakterisasi kondisi bawah permukaan);
Menggunakan pendekatan INDUKTIF, yaitu dengan sifat penelitian QUASI-EXPERIMENTAL RESEARCH (Dane, 1990), dengan banyak data dari lapangan dan bukan semata-mata CONCEPTUAL RISET (menggabungkan teori-teori untuk menarik kesimpulan);
Cenderung menggunakan sifat penelitian dengan metode survei induktif pada sungai bawah tanah, dengan FIELD-SURVEY RESEARCH, yaitu metode
TIME SERIES DESIGN OF
QUASI-EXPERIMENTAL RESEARCH, karena waktu penelitian 1 tahun
S. P e n t o e n g
SISTEM SBT- DTA BRIBIN
15 km
G. NGRENENG (bocoran)
G. BRIBIN Ke- BARON L. JURANGJERO L. JOMBLANGBANYU G. GILAP L. JOMBLANGAN Sinkhole PENTUNG
= sts. hujan otomatik = water level logger
Kec. Ponjong
HASIL PENELITIAN-1 (FAKTA-FAKTA TERKAIT SIFAT ALIRAN)
• Dari hulu ke hilir sepanjang SBT Bribin dijumpai perbedaan
karakteristik akuifer karst dalam melepaskan komponen alirannya
(diffuse, fissure, conduit) secara spasial dan temporal
• Perbedaan tersebut menyebabkan perbedaan karakteristik
persentase aliran dasar (PAD) secara spasial dan temporal
Rating Curve Gua Gilap y = 7.9129e2.7173x R2 = 0.9676 0 100 200 300 400 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4
tinggi muka air (m)
de bi t ( lt /dt )
Rating Curve Gua Bribin
y = 1204.5x1.0103 R2 = 0.9712 500 1000 1500 2000 0.5 0.8 1.0 1.3 1.5 1.8
tinggi muka air (m)
d e b it (l t/ d t)
Rating Curve Gua Ngreneng
y = 49.164e1.3434x R2 = 0.8766 0 150 300 450 600 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0
tinggi muka air (m)
de bit ( lt /dt )
Stage discharge
rating curve
Gua Gilap 0 100 200 300 400 1/5/06 10/6/06 20/7/06 29/8/06 8/10/06 17/11/06 27/12/06 5/2/07 17/3/07 26/4/07 D e b it (l t/ d t) Gua Bribin 1500 1750 2000 2250 2500 2750 1/5/06 10/6/06 20/7/06 29/8/06 8/10/06 17/11/06 27/12/06 5/2/07 17/3/07 26/4/07 de bi t (l t/ dt) debit minimum 3 lt/dt debit maksimum 380,5 lt/dt 41 kali kejadian banjir
debit minimum 1630 lt/dt
debit maksimum 2520 liter/dt
58 kali kejadian banjir
Gua Ngreneng 0 400 800 1200 1600 2000 1/5/06 10/6/06 20/7/06 29/8/06 8/10/06 17/11/06 27/12/06 5/2/07 17/3/07 26/4/07 d e b it (l t/ d t) debit minimum 60 lt/dt debit maksimum 1905,3 lt/dt 62 kali kejadian banjir
(rerata=52,8) (rerata=4,94) (rerata=0,997) (rerata=0,876) (rerata=0,333) 9 – 240 2,5 – 7,5 0,98 - 0,99 0,74 – 0,97 0,19 – 0,75 Ngreneng (rerata=36,3) (rerata=6,35) (rerata=0,998) (rerata=0,822) (rerata=0,576) 5 – 192 2 – 13 0,98 - 0,99 0,31 – 0,95 0,15 – 0,73 Bribin (rerata=36,7) (rerata=3,03) (rerata=0,994) (rerata=0,767) (rerata=0,463) 6 – 192 1,5 – 5 0,94 - 0,99 0,39 – 0,92 0,14 – 0,88 Gilap Tb (jam) Tp (jam) Kb Ki Kc Nama gua
Kondisi pelepasan air oleh akuifer di Gilap (hulu)
simpanan diffuse lama dilepas oleh akuifer
retakan conduit belum berkembang sebaik G. Bribin
dan Ngreneng > Ngreneng
> Bribin Tb = 36,7
jam
jarak tangkapan hujan paling dekat karena berada di
bagian hulu < Ngreneng
< Bribin Tp = 3,03
jam
simpanan air pada retakan berukuran besar (conduit)
paling lama dilepas oleh akuifer
luasan daerah tangkapannya paling kecil dibanding G.
Bribin dan Ngreneng > Ngreneng
> Bribin Kc = 0,463
simpanan air pada retakan berukuran menengah
(fissure) paling cepat dilepaskan dibanding di G. Bribin dan Ngreneng
< Ngreneng < Bribin Ki = 0,767
akuifer melepaskan aliran diffuse lebih cepat daripada
G. Bribin tapi lebih lambat daripada G. Ngreneng
fungsi retakan kecil (diffuse) masih lebih baik dari G.
Ngreneng > Ngreneng < Bribin Gilap -hulu Kb = 0,996 KARAKTERISTIK PERBANDINGAN SUNGAI BAWAH TANAH PARAMATER HIDROGRAF
komponen aliran conduit dan diffuse sama-sama dominan pada saat banjir
simpanan diffuse lama dilepas oleh akuifer
> Ngreneng < Gilap Tb = 36,3
jam
luas tangkapan hujan paling besar
> Ngreneng > Gilap Tp = 5,5 jam
Walaupun ketika banjir debit aliran besar, karena
dominasi aliran dasar yang stabil, maka nilainya lebih kecil dari dua gua yang lain
< Ngreneng < Gilap Kc = 0,332
simpanan pada retakan fissure relatif paling baik
(hampir sama dengan di Ngreneng < Ngreneng
> Gilap Ki = 0,825
potensi simpanan diffuse paling baik karena paling
lama dilepas oleh akuifer
debit masih besar di musim kemarau
> Ngreneng > Gilap
Bribin – hilir Sungai utama Kb = 0,998
simpanan aliran dasar paling cepat dilepas oleh akuifer
retakan conduit kemungkinan sudah dominan
< Gilap < Bribin Tb = 16,8
jam
Bisa diasumsikan nilainya identik dengan di Bribin,
tetapi ternyata ada pengaruhdari komponen aliran langsung ke mulut gua pada saat kejadian hujan, atau dari sumber lain, sehingga air di gua ini bukan semata-mata dari bocoran Bribin
> Gilap < Bribin Tp = 4,5 jam
mulut gua merupakan point recharge aliran permukaan
saat hujan
merupakan bocoran dari S. Bribin sehingga nilainya
hampir identik < Gilap
> Bribin Kc = 0,333
simpanan pada retakan fissure paling lama dilepas oleh
akuifer > Gilap
> Bribin Ki = 0,877
akuifer melepaskan komponen aliran diffuse paling
cepat dibanding G. Gilap dan Bribin < Gilap
< Bribin
Ngreneng-bocoran Kb = 0,992
Gua Gilap 0 100 200 300 400 1/5/06 15/6/06 30/7/06 13/9/06 28/10/06 12/12/06 26/1/07 12/3/07 26/4/07 d e b it (l t/ d t) Debit total
Aliran dasar (diffuse)
Gua Bribin 1500 1750 2000 2250 2500 2750 1/5/06 31/5/06 30/6/06 30/7/06 29/8/06 28/9/06 28/10/06 27/11/06 27/12/06 26/1/07 25/2/07 27/3/07 26/4/07 d e b it (l t/ d t) Debit total
Aliran dasar (diffuse)
Gua Ngreneng 0 400 800 1200 1600 2000 1/5/06 31/5/06 30/6/06 30/7/06 29/8/06 28/9/06 28/10/06 27/11/06 27/12/06 26/1/07 25/2/07 27/3/07 26/4/07 de bit ( lt /dt ) debit total
aliran dasar (diffuse)
Pemisahan
aliran dasar
dengan model
Persentase Aliran Dasar (PAD) bulanan
75 80 85 90 95 100M ay-06 Jun-06 Jul-06 Aug-06 Sep-06 Oct-06 Nov-06 Dec-06 Jan-07 Feb-07 M ar-07 Apr-07
A lir an das ar ( % ) Ngreneng Bribin Gilap
• Gilap dan Bribin = meningkat perlahan-lahan ke akhir musim kemarau, dan turun berfluktuasi pada musim hujan
• Ngreneng = justru meningkat pada musim hujan (dominasi conduit flow hanya pada saat banjir-sinkhole- dan karena Kc dan Tb kecil )
• Kearah hilir PAD semakin tinggi (Gilap<Bribin), kecuali Ngreneng – karena kondisi geomorfologis-nya
46,47 90,36 65,41 Rerata 73,80 16/4/07 16 76,30 11/4/07 15 62,94 10/4/07 14 70,33 7/4/07 13 97,25 27/4/07 20:00 50,88 23/3/07 12 95,50 7/4/07 22:00 77,20 21/3/07 11 99,05 7/3/07 5:00 72,75 19/3/07 10 89,91 28/2/07 1:30 78,92 14/3/07 9 59,77 20/2/07 20:00 84,51 23/2/07 20:00 78,18 9/3/07 8 40,79 19/2/07 20:30 81,81 22/2/07 21:00 79,91 6/3/07 7 45,68 5/2/07 17:00 92,29 16/2/07 18:00 58,55 26/2/07 6 44,68 22/12/06 20:30 82,69 30/12/06 17:00 51,25 24/2/07 5 43,88 20/12/06 18:30 77,72 29/12/06 0:30 57,25 16/2/07 4 50,85 18/12/06 13:30 86,16 13/12/06 19:30 57,75 31/12/06 3 44,68 15/12/06 18:30 99,02 7/12/06 23:00 55,52 22/12/06 2 41,43 13/12/06 19:30 98,38 6/12/06 22:30 45,08 13/12/06 1 Rasio (%) Waktu banjir Rasio (%) Waktu banjir Rasio (%) Waktu banjir Gua Ngreneng Gua Bribin Gua Gilap No
1. Gua Ngreneng memiliki komposisi aliran dasar yang paling sedikit (46,5 %). Penambahan aliran dasar (diffuse) saat banjir jauh lebih sedikit dibawah penambahan aliran langsung (conduit), karena fungsi morfologinya sbg. Sinkhole. Selain itu komponen air di Ngreneng tidak mungkin hanya datang dari bocoran Bribin, tetapi ada dari tempat lain karena sifat proporsi dan resesinya yang berbeda dengan di Bribin;
2. Gua Bribin memiliki rerata jumlah aliran dasar yang tidak berbeda jauh jika dibandingkan dengan proporsi bulanannya. Hal ini mengindikasikan dominasi aliran dasar di Gua Bribin yang sangat baik, meskipun total aliran conduit di Bribin jumlahnya juga banyak;
3. Gua Gilap memiliki rerata nilai sebesar 65,41%, lebih kecil dibanding rasio bulanannya tetapi lebih signifikan (besar) dibanding di Gua Ngreneng. Pola retakan conduit di G. Gilap belum begitu berkembang jika dibandingkan dengan yang dijumpai di Ngreneng.
HASIL PENELITIAN-2 (FAKTA-FAKTA HIDROGEOKIMIA DAN
HUBUNGANNYA DENGAN SIFAT ALIRAN)
Sepanjang SBT Bribin, terdapat perbedaan kondisi hidrogeokimia
yang terlihat secara
spasial,
dan adanya perbedaan yang berkaitan
dengan perbedaan musim
(temporal
). Selain itu, kondisi dan proses
hidrogeokimia yang bertanggungjawab terhadap kondisi
hidrogeokimia SBT berkorelasi dengan sifat alirannya, terutama
parameter persentase aliran dasar (PAD).
KORELASI PAD - BIKARBONAT SAAT KEMARAU
150 170 190 210 230 250 270 290 310 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 HC O ₃⁻ (p p m )Persentase Aliran Dasar (%) Musim : Kemarau Pentung Gilap Bribin Ngreneng Ngreneng Gilap Bribin Pentung
40 50 60 70 80 90 100 110 120 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Ca ²⁺ (p p m ) PAD (%) Musim : Kemarau Pentung Gilap Bribin Ngreneng Bribin Ngreneng Gilap Pentung
HIDROGEOKIMIA MUSIM KEMARAU
Lokasi berdekatan, time residence aliran dasar lebih lama
Water-rock interaction dengan batuan karbonat dengan time residence lama dan sebagian komponennya berasal dari Gua Bribin
bocoran
G. Ngreneng
Nilai Kb tinggi Water-rock interaction dengan batuan
karbonat dengan time residence lama Hilir
G. Bribin
tengah
Daerah hulu, aliran dasarnya waktunya lebih singkat kontak dengan batuan. Nilai Kb rendah, pasokan fissure cukup besar Water-rock interaction dengan batuan
karbonat dengan time residence cukup singkat
Hulu G. Gilap
hulu
Korelasi dengan bikarbonat tinggi karena terdapat mineral sumber karbonat pada akufer vulkanik (karbonat juga bisa berasal dari non-karst)
Water-rock interaction bukan dengan batuan karbonat Inlet S. Pentung KETERANGAN PROSES HIDROGEOKIMIA POSISI LOKASI
KORELASI PAD - BIKARBONAT SAAT HUJAN
Korelasi menurun drastis,
bahkan Penurunan korelasi karena proses dillution by precipitation seiring
dengan banyaknya pasokan air hujan ke sungai bawah tanah
G. Ngreneng memiliki
korelasi negatif baik untuk kalsium dan bikarbonat (PAD naik saat aliran dasar turun), karena posisinya sebagai sinkhole suatu karst depression yang selalu menerima air hujan
S. Pentung korelasinya
negatif untuk kalsium sementara positif (sangat kecil) pada bikarbonat, hal ini karena menerima air dari akuifer non-karstik
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 HC O ₃⁻ (p pm )
Persentasei Aliran Dasar (%) Musim : Hujan Pentung Gilap Bribin Bribin Pentung Gilap
KORELASI PAD - BIKARBONAT SAAT HUJAN
G. Gilap korelasinya masih
mirip ketika musim
kemarau, dimungkinkan karena (1) posisinya masih agak ke hulu, sehingga proses water-rock
interaction belum sekuat gua-gua di hilir shg. beda conduit dan fissure-diffuse belum setegas gua-gua di hilir
Selain itu pasokan fissure
flow (Ki=0,877) lebih kuat
dibanding gua-gua yang lain, dan pasokan conduit
flow nilai Kc-nya stabil, shg.
korelasinya tidak turun terlalu jauh
Selain itu G. Gilap
mempunyai PAD rerata musim hujan lebih tinggi sekitar 20% dibandingkan G. Ngreneng yang korelasinya negatif 0 20 40 60 80 100 120 140 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Ca ²⁺ ( ppm ) PAD (%) Musim : Hujan Gilap Bribin Ngreneng Bribin Gilap Ngreneng
Morfologi gua sebagai sinkhole sehingga setiap kejadian hujan akan memasok aliran conduit ke sungai bawah tanah
Pasokan conduit yang sering terjadi dan nilai Kc yang kecil, ,sehingga terjadi proses dillution by precipitation yang dominan Hilir
G. Ngreneng
Beda komposisi diffuse flow dan conduit flow yang tegas karena posisinya di hilir Kejadian banjir membawa aliran
conduit ,sehingga terjadi proses dillution by precipitation
Hilir G. Bribin
Gua Gilap posisinya agak ke hulu, beda antara fissure, diffuse dan conduit tidak terlalu tegas, karena singkatnya time of residence dari diffuse flow. Selain itu akuifer G. Gilap lebih lambat melepas conduit
dibanding gua-gua lain. Kuatnya komponen fissure yang
cukup stabil (Ki=cukupan), kenaikan aliran conduit tidak terlalu fluktuatif ketika terjadi banjir, (Kc besar). Proses water-rock interaction paling kuat dibanding gua-gua lain Hulu
G. Gilap
Sifat akuifer non-karst yang membuat ion kalsium dan bikarbonat tidak dominan. Mixing antara proses water-rock
interaction akuifer non karbonat dan aliran langsung dari hujan. Aliran langsung lebih cepat dibanding sungai bawah tanah (Tb=kecil). Inlet hulu S. Pentung KETERANGAN PROSES HIDROGEOKIMIA POSISI LOKASI
(1) Terdapat hubungan yang kuat antara persentase aliran dasar (PAD) atau besar kecilnya diffuse flow dalam air dengan besar kecilnya unsur terlarut dominan dalam air (hidrogeokimia);
(2) Hal ini dapat dilihat dari tingginya nilai korelasi antara DHL dan unsur-unsur terlarut yang mengindikasinya kuatnya proses water-rock interaction;
(3) Tingginya korelasi antara PAD dan unsur-unsur terlarut;
(4) Besar kecilnya nilai korelasi saat musim kemarau juga dipengaruhi oleh posisi spasialnya pada daerah tangkapan hujan S. Bribin, posisinya di hilir, hulu, atau sebagai bocoran, atau bahkan kedudukannya sebagai sungai permukaan atau sungai bawah tanah;
(5) Besar kecilnya variasi nilai konstanta resesi aliran baik itu aliran dasar-diffuse (Kb), aliran antara-fissure (Ki), serta aliran langsung-conduit (Kc), juga berpengaruh;
(1) Proses hidrogeokimia bergeser dari proses water-rock interaction ke arah dilution by precipitation karena besarnya pasokan air hujan maupun hujan yang tertinggal pada sungai bawah tanah;
(2) Ditandai dengan turunnya nilai korelasi antara PAD dan unsur-unsur dominan terlarut serta DHL dan unsur-unsur dominan terlarut;
(3) Hal lain yang berpengaruh terhadap hidrogeokimia sungai bawah tanah saat hujan adalah perbedaan posisi spasial dan karakteristik aliran seperti yang terjadi saat kemarau;
(4) Proses dilution by precipitation ditandai dengan masuknya gas CO2 dalam air yang berpengaruh
terhadap besar kecilnya intensitas pelarutan dalam air.
HIDROGEOKIMIA MUSIM HUJAN
HIDROGEOKIMIA MUSIM KEMARAU
HASIL PENELITIAN-3 (FAKTA-FAKTA AGRESIVITAS DAN PERILAKU SKD)
KEMARAU-DI HULU, agresivitas sebagian besar berada pada kondisi JENUH (SUPERSATURATED) pada air tetesan maupun air SBT, dengan sedikit perbedaan pada
nilai SI kalsit. Ciri-ciri : PH TINGGI, KECILNYA LOG PCO2, dan KALSIUM TERLARUT
TINGGI. SI kalsit yang tinggi berkorelasi kuat dengan (a)minimnya pasokan gas
karbondioksida dari lorong (closed system), karena gas CO2 sudah dimanfaatkan untuk
proses pelarutan, (b) nilai pH dan, (c) kalsium terlarut yang tinggi. Proses dominan adalah WATER-ROCK INTERACTION - PENGENDAPAN MINERAL KALSIT, sehingga ornamen bawah permukaan terbentuk intensif;
KEMARAU-DI HILIR, cenderung AGRESIV (UNDERSATURATED). Berbeda dengan yang ditemukan di HULU, nilai pH tetap rendah sepanjang musim kemarau dengan fluktuasi yang
relatif stabil. Nilai log PCO2 jauh lebih tinggi dari HULU yang mengindikasikan adanya sistem
pelorongan yang TERBUKA (OPEN SYSTEM). Akibatnya, proses yang dominan adalah PELARUTAN MINERAL KALSIT yang dicirikan dengan lebarnya lorong SBT serta minimnya ornamen bawah permukaan karst;
HUJAN-DI HULU & HILIR, dominan proses PENGENCERAN OLEH AIR HUJAN (DILUTION BY PRECIPITATION), maka agresivitas air baik di hulu maupun di hilir mengalami penurunan menuju kondisi TAK JENUH (UNDERSATURATED) yang mengakibatkan dominasi PROSES PELARUTAN DAN PELEBARAN LORONG. Demikian juga yang dialami oleh
paramater-parameter SKD lain berupa: (a) naiknya pasokan gas CO2 dari conduit flow, (b) turunnya pH
dan (c) turunnya kalsium terlarut. Kondisi agresivitas di hilir tetap LEBIH TINGGI
HILIR HULU
Agresif s/d sangat agresiv -0,12 s/d -1,01 Agresiv s/d agak jenuh -0,93 s/d 0,29 Hilir G.Bribin Sangat agresiv -0,96 s/d -0,99 Agresiv s/d agak jenuh -0,22 s/d 0,05 Bocoran-hilir G. Ngreneng Agresif s/d sangat agresiv -0,51 s/d -1,21 Agresiv s/d sangat jenuh -0,15 s/d 1,18 Tengah-hulu G. Gilap Agak jenuh s/d agresiv 0,06 s/d -1,04 Sangat agresiv s/d jenuh -0,43 s/d 0,63 Hulu L. Jomblangan Jenuh s/d agresiv 0,18 s/d -0,61 Hampir jenuh s/d sangat jenuh -0,01 s/d 1,13 Masukan S. Pentung Kriteria Musim hujan Kriteria Musim kemarau Posisi Lokasi
242 – 278 164 – 347 43,3 – 53,1 178 – 265 183 – 248 43,3 – 53,1 HCO3-(mg/lt) 86,13 – 110,3 45,1 – 92,7 14,3 – 18,8 50,56 – 68,08 62,6 – 80,0 14,3 – 18,8 Ca2+(mg/lt) -0,83 – 0,26 -0,52 – 0,29 -1,77 – -2,14 -0,15 – 1,18 0,56 – 1,25 -1,77 – -2,14 SI kalsit -1,53 – -2.13 -1,88 – -2,47 -1,59 – -1,87 -1,71 – -3,09 -3,03 – -3,31 -1,59 – -1,87 Log PCO2 6,96 – 7,39 7,06 – 7,72 6,29 – 6,55 7,06 – 8,42 8,29 – 8,57 6,29 – 6,55 pH SBT Air tetesan Air hujan SBT Air tetesan Air hujan
Daerah Hilir (Gua Bribin) Daerah Hulu (Gua Gilap)
Komponen SKD 149 – 300 148 – 192 43,3 – 53,1 110 – 154 111 – 187 43,3 – 53,1 HCO3-(mg/lt) 67,7 – 134,4 15,6 – 41,3 14,3 – 18,8 31,8 – 42,7 12,0 – 57,5 14,3 – 18,8 Ca2+(mg/lt) -0,12 – -1,79 -0,65 – -0,79 -1,77 – -2,14 -0,51 – -1,31 -0,17 – -1,10 -1,77 – -2,14 SI kalsit -1,19 – -1,79 -1,65 – -1,98 -1,59 – -1,87 -1,47 – -1,95 -1,37 – -2,00 -1,59 – -1,87 Log PCO2 6,46 – 7,03 6,93 – 7,18 6,29 – 6,55 6,52 – 7,12 6,67 – 7,22 6,29 – 6,55 pH SBT Air tetesan Air hujan SBT Air tetesan Air hujan
Daerah Hilir (Gua Bribin) Daerah Hulu (Gua Gilap)
Komponen SKD
Hujan Kemarau
Gua Bribin (hilir), pelepasan komponen aliran diffusenya paling lambat, sehingga PADnya paling stabil pada musim kemarau (hipotesis 1 terbukti). Akuifer yang mengimbuh Gua Bribin adalah tipe diffuse flow karst aquifer;
Ciri-ciri oleh White (1988): tidak begitu terpengaruh oleh aktivitas pelarutan dan memiliki debit aliran yang fluktuasinya tidak terlalu besar;
Teori ini tidak tepat jika diaplikasikan pada saat kejadian banjir (musim hujan), karena respon thd. hujan cepat dan fluktuasi debit besar, mengindikasikan banyak sinkhole yang berhubungan dengan SBT, sehingga lebih mendekati teori oleh Smart dan Hobbes (1996);
TEMUAN
2
Penyelesaian dua kontradiksi teori ini dapat dirujuk pada teori oleh Perrin (2003), dimana saat banjir komponen aliran yang aktif mengimbuh SBT dapat bermacam-macam, termasuk juga yang kemudian disebutkan oleh White (2004);
Temuan:
akuifer yang mengimbuh Gua Bribin bertipe mixed aquifer antara diffuse dan conduit, sesuai penamaan oleh Domenico dan Schwartz (1990) dan Gillieson (1996), dengan ciri-ciri di Gua Bribin: PAD tetap besar sepanjang tahun, banjir puncak yang sangat besar, tetapi mayoritas pelorongan diffuse belum berkembang menjadi conduit.TEMUAN
2
Secara spasial, Gua Gilap dan Gua Ngreneng mempunyai fluktuasi cukup besar antara PAD musim kemarau dan PAD musim hujan
Tipenya akuifernya juga mixed, meskipun dominasi
pelorongan diffuse lebih kecil dari yang dimiliki oleh SBT di Gua Bribin
Akuifer pengimbuh SBT sudah lebih berkembang kearah fissure di Gua Gilap dan conduit di Gua Ngreneng
TEMUAN
2
Merujuk teori: Tiga Sub-Sistem Bertingkat yang Menghasilkan Perbedaan Hidrograf Aliran pada Mataair Karst oleh Smart dan Hobbes (1986)
Gua Bribin yang PADnya paling stabil mempunyai hubungan paling kuat dengan hidrogeokimia saat musim kemarau, proses water-rock interaction dominan; cocok dengan hipotesis 2
Memperkuat argumen yang diungkapkan oeh Raeisi et al. (1993) dan melemahkan hasil berkebalikan yang dipublikasikan oleh Scanlon dan Thraikill (1987);
Memperkuat teori-teori dasar hidrogeokimia karst yang
diungkapkan oleh diantaranya Balakowics (1997), Shuster dan White (1971), dan Atkinson (1977a);
Dari aspek hidrogeokimia membuktikan akuifer yang mengimbuh Gua Bribin saat musim kemarau dikontrol oleh diffuse aquifer (tujuan#1) cocok dengan yang diungkapkan oleh Raeisi dan Karami (1997)
Secara spasial hal ini tidak dialami sepenuhnya oleh Gua Ngreneng maupun Gua Gilap karena hubungan antara PAD dan unsur dominan terlarut lebih lemah dibanding Gua Bribin, karena kurangnya dominasi aliran diffuse.
Pada periode banjir, banyaknya komponen aliran yang mengimbuh Gua Bribin menurunkan hubungan PAD-hidrogeokimia, meskipun penurunannya tidak sedrastis seperti pada Liu et al. (2000a) dan Liu et al. (2004b);
Tingkat water-rock interaction turun, indikasi jenis pelorongan conduit juga berkembang di Gua Bribin, shg. responnya dikontrol oleh beberapa hal spt. dijelaskan oleh Ashton (1966); Atkinson (1977b), Williams (1983), Hess dan White (1988), Ryan dan Meiman (1996), Halihan dan Wicks (1998), dan Brusca et al. (2001);
Secara spasial, penurunan hubungan antara PAD dan unsur dominan terlarut di Gua Gilap dan Gua Ngreneng lebih drastis karena fluktuasi PAD yang lebih tinggi
Kemungkinan inilah yang mungkin dialami pada penelitian yang dilakukan oleh Liu et al. (2004a), Liu et al. (2004b), dan Raeisi dan Karami (1997), water-rock interaction turun drastis saat banjir
Tidak terdapat informasi (data) mengenai besaran PAD pada waktu pengambilan sampel
Temuan metodologis:
faedah --- metode pada penelitian ini yaitu dengan menghubungkan PAD-hidrogeokimia dapat menjelaskan karakteristik imbuhan komponen aliran oleh akuifer karst yang bertanggung jawab terhadap berubahnya kandungan unsur terlarut dan proses2 yang mengontrolnya. Secara teoritis, Gua Bribin (PAD yang besar, stabil dengan kandungan unsur terlarut tinggi), seharusnya mempunyai tingkat agresivitas yang rendah/jenuh thd. mineral kalsit (Appelo dan Postma,1993).
Temuan: sebaliknya, agresivitas air paling tinggi
ditemukan di SBT Bribin, hipotesis #3 tidak terbukti
Faktor: sudah berkembangnya sebagian lorong diffuse
menjadi conduit (mixed aquifer-temuan #1) dan
mekanisme mixing antar komponen aliran
Teori oleh Dreybort dan Gabrovsek (2003), yaitu teori pasokan CO2 dari lorong besar, seolah-olah berlawanan dengan teori jika diffuse dominan, maka air sudah jenuh Atkinson (1977a). Jawabannya sama dengan temuan 1
yaitu akuifer bertipe mixed (Domenico dan
Schwartz,1990), shg. Tersedia lorong berukuran besar, meski jumlahnya tidak dominan.
Akuifer dengan sifat SKD demikian dikenal sebagai sistem akuifer terbuka (open system), selalu ada pasokan gas CO2 Bogli (1960; 1980), Sweeting (1972), Trudgill (1985), Ford dan Williams (1992), dan Jankowski (2001).
Saat hujan, seperti yang dipublikasikan oleh Perrin, et al. (2003) dan Perrin (2003), adanya berbagai komponen aliran yang mengimbuh SBT mendorong mekanisme teoritis yang meningkatkan agresivitas air yaitu proses mixing spt. dikemukakan Bogli (1960), Plummer (1975), Jankowski dan Jacobson (1991), Anthony, et al. (1997) Secara spasial dapat dikatakan bahwa agresivitas air
lebih ditentukan oleh besar kecilnya lorong conduit, dibanding dominan atau tidaknya lorong conduit.
Akuifer yang mengimbuh Gua Bribin bertipe campuran (mixed), yaitu didominasi oleh imbuhan dari retakan diffuse pada musim kemarau, dengan debit andalan yang stabil, sifat imbuhannya dispersed, dengan simpanan air tinggi, sedangkan pada musim hujan imbuhannya merupakan campuran dari komponen diffuse, fissure dan conduit ;
Gua Ngreneng (bocoran), mixed aquifer dengan perkembangan lorong fissure dan conduit yang lebih lanjut daripada Bribin, sifat imbuhannya dominan concentrated dan simpanan diffuse rendah, shg. hingga debit alirannya turun drastis saat musim kemarau;
Gua Gilap mempunyai perkembangan akuifer lebih ke arah dominasi retakan menengah (fissure), imbuhannya campuran antara dispersed dan concentrated, dengan simpanan aliran diffuse di akuifer sedang, sehingga debit alirannya turun drastis hanya pada saat puncak musim kemarau.
Gua Bribin di hilir mempunyai hubungan antara PAD-hidrogeokimia paling kuat karena PADnya yang paling besar, dan karena dominasi komponen aliran diffuse pada musim kemarau sehingga proses water-rock interaction dominan;
Gua-gua lain di SBT Bribin mempunyai dominasi aliran diffuse yang lebih rendah, sehingga hubungan antara PAD-hidrogeokimia juga menjadi lebih lemah;
Pada saat hujan, adanya proses mixing dan pasokan conduit dari air hujan menyebabkan hubungan PAD-hidrogeokimia melemah, meskipun hubungan paling kuat tetap ditemukan di Gua Bribin, shg. yang dominan adalah proses dilution by precipitation;
Secara metodologis, hubungan PAD-hidrogeokimia dapat digunakan sebagai indikator karakteristik komponen aliran di suatu SBT. Jika hubungan PAD-hidrogeokimia kuat, maka aliran yang dominan mengimbuh SBT adalah diffuse, dengan proses hidrogeokimia adalah water-rock interaction, sedangkan jika hubungan PAD-hidrogeokimia lemah, maka diffuse flow menjadi tidak dominan dan proses hidrogeokimia adalah dilution by precipitation dan campuran (mixing)
Gua Bribin (hilir) mempunyai sifat paling agresif dengan ciri-ciri tekanan gas
CO2 yang lebih tinggi sepanjang SBT karena sifat pelorongan conduitnya
yang bersifat terbuka (open system). Hal yang hampir sama dijumpai juga dengan tingkat agresivitas yang sedikit lebih rendah, yaitu di Luweng Jomblangan (morfologi-open=cenote).
Di bagian hulu, meskipun PADnya lebih kecil dengan unsur terlarut lebih
sedikit, tetapi pasokan gas CO2 lebih sedikit karena sifat pelorongannya yang belum begitu berkembang (closed system), sehingga tingkat agresivitas airnya rendah ;
Secara spasial dapat dikatakan bahwa agresivitas air lebih ditentukan oleh
besar kecilnya lorong conduit, dibanding dominan atau tidaknya lorong
conduit;
Kontrol utama yang bertanggung jawab terhadap proses pelarutan batuan
gamping di SBT Bribin cenderung pada sistem pelorongannya yang bersifat
terbuka atau tertutup yang menentukan ketersediaan gas CO2 daripada sifat
pelepasan atau imbuhan komponen aliran karst dari akuifer ke sungai bawah tanah.
Keterbaruan metode
• terdapatnya pemisahan aliran dasar (diffuse flow)
dari total aliran sungai bawah tanah yang kemudian
dihubungkan dengan kondisi hidrogeokimianya
• menghubungkan karakteristik pelepasan komponen
aliran dari akuifer karst dan posisinya pada SBT
Bribin dengan kondisi hidrogeokimia yang
• hubungan antara agresivitas dan parameter SKD
diantaranya yaitu kandungan kalsium,
karbondioksida dalam air dan pH
• membandingkannya pada air hujan, air tetesan dan
air sungai bawah tanah belum dijumpai pada
penelitian sebelumnya
• acuan penelitian hidrogeokimia karst di daerah
tropis lain yang tidak ditemukan pada telaahan
pustaka
Keterbatasan
• jumlah sampel yang diambil, terutama pada saat
kejadian banjir pada beberapa gua tertentu karena
tidak adanya alat pengambilan sampel air secara
otomatis
• diabaikannya kondisi zona epikarst, terutama
pengetahuan mengenai kondisi kandungan CO2
Manfaat praktis
• Tipologi gua dan PAD atau pengaliran debit
andalannya sepanjang tahun, serta proses
pelebaran lorongnya
• Nilai Kb pada SBT dapat digunakan untuk
memprediksi debit
Gua Gilap rendah tertutup Pelarutan-pengendapan lemah naik cepat Gua Ngreneng, Gua Jomblangan agak tinggi terbuka Pelarutan lemah naik drastis sedang Gua Bribin tinggi terbuka Pelarutan agak lemah Cukup stabil lambat Musim hujan Gua Gilap rendah tertutup Pengendapan agak kuat kering cepat Gua Ngreneng, Gua Jomblangan agak tinggi terbuka Pelarutan-pengendapan agak kuat kecil sedang Gua Bribin tinggi terbuka Pelarutan kuat stabil lambat Musim kemarau Lokasi Agresivitas Jenis lorong conduit Proses hidrogeokimia Hubungan PAD dan unsur terlarut Debit andalan PAD Pelepasan aliran diffuse (Kb)
