Aplikasi Jsalop dan Radiasi, J 996
STUDI POTENSI MATA AIR DI CIMELATI DENGAN
METODE HIDROLOGI ISOTOP
Syafalni, Simon Manurung, Mursanto, Djiono, daD Tommy Hutabarat
Pusat Aplikasi Isotop daD Radiasi, BAT AN
ABSTRAK
STUDI POTENSI MATA AIR DI CIMElATI DENGAN METODE HIDROLOGIISOTOP. Studi potensi mata air telah dilakukan dengan metode isotop yang dilengkapi dengan analisis kimia air untuk mendapatkan informasi yang lengkap. Metode isotop dilaksanakan untuk pengukuran debit mata air, asal-usul air, daD perkiraan umur air, sedangkan ana-lisis kimia air dapat menjelaskan kualitas air tersebut. Data yang diperoleh untuk mata air Cimelati menunjukkan debit 122,871 liter/detik, umur air melebihi 87 tahun, berasal dari ketinggian lebih daTi 1200 m, dan mempunyai kualitas yang baik.
ABSTRACT
THE POTENTIAL STUDY OF WATER RESOURCES AT CIMElATI BY ISOTOPES HYDROLOGY
METHOD. The potential study of water resources has been carried out by using isotopes method which is provided by water chemical analysis for getting a complete information. Isotopes method have been used for discharge measurement, origin of water resources, and water age estimation, and water chemical analysis for describing water quality. Data obtained for Ci-melati water resources showed that the discharge is 122,871 litre/second, the water age is more than 87 years, origin of the water is from the altitude of more than 1200 m, and the water quality was good.
PENDAHULUAN
Penelitian potensi suatu mata air dalam hidrologi adalah sesuatu yang penting dilakukan. Hal ini berhubung-an dengberhubung-an kuberhubung-antitas daD kualitas mata air yberhubung-ang diper-gunakan untuk tujuan tertentu seperti keperluan rumah tangga, irigasi, dan sumber air minum.
Sturn potensi mata air dengan metode isotop, pada Laboratorium Hidrologi, Fusat Aplikasi Isotop dan Radia-si, BAT AN dilaksanakan dengan pendekatan metode hidrologi isotop buatan untuk pengukuran debit mala air, daD metode isotop lingkungan (environmental isotopes) baik isotop stabil ISO,dan deuterium, maupun isotop ra-dioaktif tritium. Penggunaan isotop lingkungan bertujuan untuk mengetahui asal-usul dan daerah masukan (recharge area) mala air tersebut (1, 2). Selain analisis di alas, di-lakukan juga analisis hidrokimia daD analisis pestisida. Analisis hidrokimia yang meliputi ion-ion utama dalam air, yaitu Na+,Ca++,Mg++,HCO3-,SO4~dan CI",serta pestisida bertujuan untuk mendapatkan informasi mengenai kuali-tas air tersebut.
Debit mata air diukur dengan menggunakan zat
radioisotop dengan metode
~
to peak, yang merupakansalah satu metode radioisotop untuk mengukur debit air dengan sifat aliran tertentu. Penggunaan radioisotop 82Br dalam senyawa KBr telah digunakan dalam penelitian ini dengan basil yang cukup teliti. Pengukuran silang dengan metode apung-apung dilakukan untuk lebih meyakinkan basil pengukuran dengan metode radioisotop (2).
Dalam aplikasinya yang disesuaikan dengan mak-sod dan tujuan pemanfaatan mata air yang terdapat di desa
Tenjoloyo, Cipeti, Cimelati, Sukabumi, yaitu selain di-gunakan untuk keperluan rumah tangga juga untuk ke-perluan irigasi, maka penelitian mengenai debit, potensi, daD kualitas air tersebut perIu dilakukan.
TEORI
Pengukuran Debit Mata Air
I. Metode Peak to Peak. Metode Peak to Peak dilaksana-kan dengan injeksi sejumlah perunut radioaktif di holu saluran dan diukur atau dipantau di hilir saluran se-hingga didapatkan waktu tempuh perunut. Dengan mengetahui jarak daD waktu tempuh perunut maka didapatkan parameter kecepatan (Jaraklwaktu). Selan-jutnya, diukur penampang saluran, sehingga dari per-samaan debit yang ada, secara matematis didapatkan harga tersebut (2):
Debit = luas penampang x kecepatan (Q=AxV)
di mana:
Q = debit (Cm3/det) A = penampang (m2) v = kecepatan (m/det)
2. Metode Apung-apung. Metode ini dilaksanakan dengan salah satu metode pengukuran debit yang menempat-kan apung-apung pada kedaJaman 0,6 m dari
permu-Apli1cari /sotop dan Radiasi, J 996
kaan dan mengukur kecepatan laju apung-apung dari suatu titik ke titik lainnya pada saluran (5). Perkalian luas penampang dan kecepatannya akan mengbasilkan debitnya.
Stodi Potensi Mata Air. Studi potensi mala air dilakukan dengan beberapa earn pendekatan, yaitu dengan geohidrologi lokasi, debit mala air, analisis tritium, anali-sis 18(),dan deuterium dan analianali-sis kimia air yang mem-berikan data dan infonnasi yang saling melengkapi. 1. Analisis tritium air. Analisis tritium air pada
prinsip-nya digunakan untuk menentukan/mempelajari per-jalanan air yang kurang dari 100 tahun. Hal ini didasar-kan kepada sifat tritium alam yang diproduksi di atmos-fer secara terns MeDeros. Tritium mempunyai waktu paroh 12,43 tahun, sehingga secara umum ana-lisis tri-tium dapat digunakan untuk mengetahui umur air di bawah 87 tahun. Kandungan tritium di alam dinyata-kan dalam TU (Tritium Unit). Analisis tritium dilaku-kan dengan earn memperkaya tritium dari 600 gram sampel air melalui proses elektrolisis menjadi 20 gram. Hasil elektrolisis dicacah dengan pencacah sintilasi cair (LSC) (I).
2. Oksigen-18 dan Deuterium. Oksigen-18 dan deuteri-um dianalisis dengan menggunakan alaI spektrometer massa triple kolektor, model Sira-9, VG-isogas. Ana-lisis 18()dilakukan dengan metode EPS1EIN dan MAY-ED A alas dasar reaksi pertukaran isotop 180 pada kesetimbangan gas CO2-HP dengan earn mereaksikan 2 ml confab air dengan gas CO2di dalam alaI prepara-si confab. isoprep-18. Analiprepara-sis deuterium dilakukan dengan earn mereaksikan 10 contoh air dengan 0,3 gram Zn (BDlI) pada kondisi vakum dan dipanaskan
pada subu 450.C selama 45 meRit. Gas CO2 clan
~
yang dibasilkan dari perlakuan di alas masing-masing dialirkan ke dalam spektrometer massa (3). Infonnasi yang didapatkan dari 180 clan deuterium dilakukan dengan pengujian dengan membandingkan di antara sampel-sampel lokasi penelitian yang dianalisis clan data sam pel air hujan yang sangat berhubungan dengan tempat turunnya hujan yang dipengaruhi oleh ketinggian, temperatur, dan kelembapan udara. 3. Analisis Kimia Air dan Hidrokimia Air. Analisis kimia
air dan hidrokimia air dilakukan dengan menentukan beberapa parameter dan unsur-unsur serta senyawa ter-tentu yang terdapat dalam air. Pengukurannya dilaku-kan sesuai dengan teknik analisis standar dalam ana-lisis kimia air dan hidrokimia air (ASTM standard). Analisis kimia dan hidrokimia air pada prinsipnya da-pat digunakan untuk evaluasi apakah sampel air yang dianalisis layakltidak layak kualitasnya untuk tujuan tertentu yang ditentukan oleh jenis kandungan dan jum-lab zat terlarut dalam air tersebut serta kriteria lainnya.
BAHAN DAN METODE
Peralatan daft Bahan. Peralatan utama yang di-gunakan untuk metode tersebut ialah detektor sintilasi kedap air yang terdiri alas kristaI NaI(Tl) dengan photo-multiplier yang digunakan dengan kabel sepanjang
kira-kira 75 meter ke ratemeter SPP3 clan scaler ECP522
buatan Perancis.
Radioisotop yang digunakan dalam percobaan adalah isotop 82Brdalam senyawa KBr yang diperoleh dari PPTN Bandung, dan larutan utama yang digunakan untuk kalibrasi dan pengukuran disiapkan di lapangan. Kalibra-si detektor dalam bak kalibraKalibra-si menggunakan radioisotop
dengan konsentrasi 10-7J.LCi/ml. .
Metode. Pelaksanaan percobaan adalah sebagai berikut: (a) Tempat injeksi dipilih di tepi sungai dengan mengingat alaI injeksi yang tersedia; dan (b) Pencacahan dilakukan pada tempat pengamatan yang telah ditentukan. Jumlah aktivitas yang diinjeksikan ditetapkan berdasarkan pada besamya perkiraan debit sungai tersebut.
Pengambilan Sampel Air untuk Analisis Labo-ratorium. Sebanyak 10 sampel air dikumpulkan dari be-berapa tempat di lokasi dan di sekitar lokasi penelitian. Analisis isotop alam 18()dan deuterium sampel air dima-sukkan ke dalam vial di bawah permukaan air untuk meng-hindari kODIak dengan udara. Untuk analisis tritium, diperlukan sampel air sebanyak 1 liter, karena sampel air sebanyak itu hams didestilasi clan dielektrolisis untuk memperkaya kandungan tritiumnya, hingga dapat dicacah oleh alaI pencacah sintilasi cair (Liquid Scintillation Counter). Untuk analisis hidrokimia dan pestisida, diam-bil sampel air secara terpisah di dalam botol atau jerigen masing-masing sebanyak 1 liter.
Pengambilan sampel pada beberapa lokasi mala air clan sumur penduduk dimaksudkan untuk mengetahui hubungan mala air dengan air yang diambil tersebut satu sama lain. Apakah terdapat interaksi berbagai jenis air dan kesinambungan perlapisan yang mengandung air (akuifer).
BASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil pengukuran debit dan basil analisis Labo-ratorium Hidrologi, PAIR dapat dilihat pada Tabell-4.
Pengukuran Debit Mata Air (Cl). Pengukuran debit mala air yang dilaksanakan dengan metode hidroiso-top clan konvensional menunjukkan basil masing-masing 122,871 + 8,69 clan 125,13 liter/detik.
Berdasarkan pengukuran secara konvensional, debit mala air yang terbuang ke saluran pembuangan me-lebihi 50% atau + 75,7 liter/detik. Dengan kala lain, debit mala air tersebut dapat dimanfaatkan untuk kebutuhan Iain-nya sampai + 50% dari sumber air tersebut.
Basil Analisis Isotop Lingkungan. Pengukuran 180clan tritium lingkungan (alam) yang dalam hidrologi isotop digunakan untuk mempelajari sistem hidrologi suatu tempat, juga dapat digunakan untuk mengetahui asal-usul air atau sumber air pada suatu daerah. Hasil analisis tri-tium dari Tabel 2 untuk mala air yang dipelajari menun-jukkan nilai yang sama dengan Jatar belakang (0 TU). Ini berarti umur air yang diteliti telah melebihi 87 tahun, se-hingga dapat juga dikatakan bahwa air dari sumber mata air tersebut telah mengalami perjalanan melebihi 87 tahun, clandengan kala lain air ini datang dari tempat yang jaub. Hasil analisis tritium ini diperkuat dengan anali-sis 180 daD deuterium untuk somber air, yaitu masing-172
Aplika.vi lsotop dan Radiasi. 1996
masing -8,25 clan -49,1"/00(Tabel 2). Bila dibandingkan dengan basil analisis isotop lingkungan daTimala air lain-nya (Tabel 2), maka perbedaan basil itu menunjukkan asal-usul air yang berbeda. Karena kandungan isotop air dipe-ngaruhi oleh beberapa faktor, antara lain ketinggian (alti-tude), temperatur, dsb, maka mala air yang dianalisis dengan kandungan -8,25%0 menunjukkan daerah asal dati ketinggian > 1200 meter dati rata-rata muka air laut (0 meter) yang dihubungkan dengan basil penelitian keting-gian dengan kandungan deuterium daerah Kamojang clan Dieng Jawa (4)dengan persamaan 8D
= -1,9.E-2H - 22,1
(r = 0,87). Mata air yang lainnya datang dati ketinggian yang kurang dati 800 meter atau telah tercampur dengan air permukaan di sekitarnya. Dengan demikian, somber air mala air Cipeti ini dapat dikatakan mempunyai kontinuitas clan potensi yang lebih baik dibandingkan dengan somber air yang lain dalam analisis ini.Hasil Analisis Kimia Air daD Hidrokimia. Hasil analisis ini menunjukkan kontinuitas air yang mana secara keseluruhan air tersebut dapat digunakan sebagai baban baku air minum (Tabel 3 clan 4). Data mala air CI diperkuat dengan analisis kandungan NO] clan Fe yang tidak terukur dalam sampel air.
Demikian juga, untuk kandungan pestisida dalam mala air (CI), basil analisisnya menunjukkan pestisida tidak terdeteksi dalam sampel air tersebut.
Bila dibandingkan dengan air yang digunakan di sekitar lokasi, maka mala air tersebut mempunyai kompo-sisi yang hampir bersamaan. Mata air yang diteliti (CI), mempunyai jumlah kandungan zat terlarut (TDS) 71,327 ppm yang menunjukkan nilai yang baik bila digunakan untuk air minum. Hal ini diperkuat oleh nilai pH dati air (CI), yaitu 7,1.
KESIMPULAN
Dari pembahasan di alas dapat disimpulkan be-berapa hal sebagai berikut :
I. Debit mala air pada pengukuran tanggal 25 Mei 1994
badap pengaruh musim sehingga alokasi penggunaan-nya dapat direncanakan sesuai dengan tujuan peman-faatan.
2. Mata air mempunyai kontinuitas daD potensi yang baik berdasarkan analisis umur air yang melebihi 87 tabun clan diperkirakan berasal dati ketinggian > 1200 meter (recban~e area).
3. Evaluasi analisis kimia air menunjukkan kualitas yang baik sebagai bahan baku air minum clan diperkuat dengan tidak terdapatnya NO], besi (Fe), clan pestisida dalam somber air ini.
DAFTAR PUSTAKA
1. FRITZ, P., and FONTES, J.Ch., Handbook of Environ-mental Isotope Geochemistry, Elsevier Sci., Amster-dam (1980).
2. RAUDKIVI, AJ., Hydrology, An Advanced Introduc-tion to Hydrological Models Processes and Model-ling, Pergamon Press, New York (1978).
3. lAEA, Stable Isotope Hydrology Deuterium and Oxy-gen in Water cycle (Technical Report Series No. 210), lAEA, Vienna (1980).
4. ABIDIN, Z., WANDOWO, INDROJONO, AUP, daD DmONO," Stable isotope study in geothermal field ofKamojang and Dieng, Java Island", lAEA Sym-posium, lAEA, Vienna (1993).
5. lAEA, Guidebook on Nuclear Techniques in Hydrology (Technical Report Series No. 91), lAEA, Vienna (1983).
Aplikasi lsotop dan Radiasi. 1996
Tabel 1. HasHpengukuran debit mata air Cimelati dengan metode hidroisotop
Tabel 3. Hasil analisis kimia air mata air Cipeti-Cimelati (CI)
--- ---Tabel 2. HasH analisis isotop lingkungan.
--- Tabel 4. HasH analisis hidrokimia. Kode sam pel Oksigen-18
(%0) Deuterium (%0) Keterangan --- - - -- - -- - -- -_. 174 Parameter Hasil!Konsentrasi
---Waktu tempuh Kecepatan Debit Keterangan Warns tak berwama
(detik) (cm!detik) (ltldetik) Turbiditas 2 mg!1
Konduktivitas 170 JlS
5,1667 187,74 133,201 Jarak tempuh = Calcium (Ca) 2,5 mg!1
4,833 200,70 142,40 970 cm Magnesium (Mg) 1,186 mg!1
5,5 176,364 125,130 Luas penampang Sodium (Na) 5,208 mg!1
. Potassium 1,875 mg!1
5,833 166,295 117,986 = 709,5 cm2 pH 7.1
5,1667 187,74 133,201 Debit rata-rata = Karbonat 0
6,1667 157,296 111,601 122,871 + 8,697 Bikarbonat 61,0 mg!1
5,5 176,364 125,130 liter/det Sulfat 1,05 mg!1
Chlorida 0,3834 mg!1
6,1667 157,296 111,60 1 Pengukuran kon
-
Nitrat ttd5,5 176,364 125,130 vensional = Fluorida 0,55 mg/I
5,833 166,295 117,986 125,13 liter/det Silica 24,21 mg!1 5,833 166,295 117,986 Carbon dioxide
-Besi (Fe) ttd 5,833 166,295 117,986 Chlorine 0,49 mg/I 5,833 166,295 117,986 Hydrogen sulfide 0,017 mg!1 Dissolved oxygen 9,2 mg!1Total dissolved solid 74,202 mg!1
Pestisida
-
organo phosfat ttd (tidak terdeteksi)-
organo chlorine ttd-
carbamat ttdKode pH HCO3 CI SO4 Ca Mg Na K
M.a. Cipeti C I -8,25 -49,1 Analisis tri- sampel mg!1 mg!1 mg!1 mg!1mg!1 mg!1 mg!1
M.a. kecil C2 -7,54 -43,2 tium sampel cl
CI Cipeti 7,1 61 0,383 1,05 2,5 1,186 5,2083 1,875
M.a. kecil C3 -7,06 -42,2 = 0 TU (Triti- Ma kolarn 6,67 67,71 1.867 1,25 2,98 1,679 5,7292 1,979
M.a. kecil C4 -6,99 -41,6 urn Unit) renang
M.a. habib C5 -7,82 -48.3 Ma besar 6,92 73,2 0,720 0,95 2,98 L571 5,9375 1,979
C7
Sumur pend. C6 -7,49 -46,9 Ma besar 7,09 66,5 0,658 0,95 2,79 1,393 5,4167 1,875
M.a. besar C7 -7,54 -44,6 C7b
M.a. besar C8 -7,29 -42,8 C3 Cirnela 6,06 29,28 1,705 2.15 2,02 1,218 3,7755 0,975
ti
LIDO -6,56 -41,0 Ma Besar 6,79 91,5 0,720 1,95 3,46 2,375 7,5000 1,875
Aplikasi /sotop don Radiasi. J 996
ROSALINA
Q=AXV
v = kecepatan air.
A = penampang saluran air.
1. Untuk menghitung debit mala air, bagaimana menen-tukan penampang saluran airlkecepatan air karena air itu merembes dan muneul di permukaan?
2. Sejauh mana ketelitiannya?
SY AF ALNI
1. Menghitung debit mala air dengan mengalirkan air ke suatu saluran dengan menutup aliran ke tempat lain, se-hingga kita dapat menghitung penampang aliran terse-but dan debit diukur dengan mengalikannya dengan penampang A.
2. Untuk ini kita bandingkan dengan metode konvensio-nal (metode apung-apung) daD metode pengeneeran perunut radioisotop merupakan metode standar untuk kalibrasi dalam pengukuran debit.
DISKUSI
MOCH. ROESLAN
Pada anaIisis kimia tereatat hasil, bahwa air di-nyatakan bersih :
1. Kenapa pada air tersebut kadar karbon Nol sedangkan kadar bikarbonat tinggi, jadi ada ion karbonatnya, mo-hoD penjelasan?
2. Kenapa penelitian ini diadakan satu titik saja, Mohon penjelasan?
SY ALF ANI
1..Dinyatakan karbonat Dol, karena tidak terukur dengan metode yang kita gunakan daDjuga karbonat akan ke-lihatan pada pH di alas 8.
2. Hal ini sesuai dengan permintaan dan kita memfokus-kan hanya pada titik yang diteliti yang juga berhubung-an dengberhubung-an biaya berhubung-anaIisis.
