Hidrogeologi Kawasan Gunungapi dan Karst di Indonesia

(1)

Majelis Guru Besar Institut Teknologi Bandung

Pidato Ilmiah Guru Besar Institut Teknologi Bandung Profesor Deny Juanda Puradimaja

Hidrogeologi Kawasan Gunungapi dan Karst di Indonesia

22 Desember 2006 Balai Pertemuan Ilmiah ITB

(2)

KATA PENGANTAR

Puji Syukur ke Hadirat Allah SWT yang telah memberi amanah kepada penulis sebagai Guru Besar Institut Teknologi Bandung dalam bidang ilmu hidrogeologi.

Suatu kehormatan bagi penulis untuk dapat menyampaikan Pidato Ilmiah Guru Besar Institut Teknologi Bandung, sesuai dengan fokus bidang kajian penulis dengan judul:

Hidrogeologi Kawasan Gunungapi dan Karst di Indonesia Buku pidato ilmiah ini berisi tiga bagian. Bagian pertama, berisi uraian singkat mengenai Hidrogeologi Kawasan Gunungapi dan Karst di Indonesia yang dilengkapi contoh hasil penelitian yang telah dilakukan; paradigma baru pengelolaan airtanah; dan rencana kegiatan riset ke depan. Bagian kedua, berisi Rekaman Karya Ilmiah; dan bagian ketiga, berisi biodata.

Semoga acara dan substansi keilmuan yang diuraikan secara singkat ini dapat berkontribusi dalam upaya ITB untuk meningkatkan mutu secara berkelanjutan dan juga bermanfaat bagi komunitas ilmuwan bidang hidrogeologi dan geologi, serta mahasiswa dan masyarakat luas yang membutuhkannya.

Bandung, 22 Desember 2006

Deny Juanda Puradimaja

(3)

Profesor Deny Juanda Puradimaja 22 Desember 2006 Majelis Guru Besar

Institut Teknologi Bandung

DAFTAR ISI

Kata Pengantar

1. Pendahuluan ...1

2. Sekilas tentang Hidrogeologi Kawasan Gunungapi ...7

3. Sekilas tentang Hidrogeologi Kawasan Karst...19

4. Pengelolaan Airtanah berbasis Akifer...28

5. Rencana Pengembangan Riset Bidang Hidrogeologi...36

6. Ucapan Terimakasih ...40

7. Daftar Pustaka...44

Rekaman Karya Ilmiah ...48

Biodata Singkat ...57

(4)

1. PENDAHULUAN

Pemahaman mengenai sistem tata air di alam meliputi tiga sistem hidrologi, yaitu: air di atmosfer, air di permukaan bumi, dan air di bawah permukaan bumi. Khususnya air di bawah permukaan bumi berada pada akifer yang membentuk suatu sistem akifer – akiklud yang disebut cekungan hidrogeologi atau cekungan airtanah (Gambar 1.1). Cekungan hidrogeologi tidak selalu berbentuk cekung tetapi dapat berupa lapisan akifer yang mendatar, miring, terlipat dan atau terpatahkan.

Gambar 1.1 Tiga Sistem Hidrologi (Castany, G., 1982)

Akifer adalah lapisan batuan / tanah yang mampu menyimpan

dan mengalirkan air. Sedangkan akiklud adalah lapisan batuan /

tanah yang kedap air.

(5)

2 Profesor Deny Juanda Puradimaja 22 Desember 2006 Majelis Guru Besar

International Association of Hydrogeologist (IAH) pada situsnya www.iah.org, mendefinisikan hidrogeologi sebagai cabang ilmu geologi yang mempelajari interaksi airtanah dalam sistem geologi. Interaksi tersebut dapat berupa interaksi mekanis, kimia, dan termal antara air dengan padatan berbentuk akifer serta transportasi energi dan unsur kimia dalam aliran air (Domenico dan Schwartz, 1990). Menurut definisi tersebut, observasi dalam hidrogeologi dilakukan terhadap dua bagian yaitu aspek padatan (sifat fisik dan hidrolik batuan penyusun akifer) dan aspek fluida (aliran air dalam akifer).

Di Indonesia, potensi airtanah tersebar pada 224 cekungan

airtanah (groundwater basin), sebagaimana disajikan pada Gambar

1.2 (A), dengan potensi cadangan sebesar 4,7 milyar m

³

/tahun

(Soetrisno, 1993). Air hujan menjadi faktor penting sebagai

imbuhan airtanah. Karakteristik Indonesia yang beriklim tropis

memiliki keadaan musim hujan dan musim kemarau yang telah

diteliti oleh Oldeman dan Frere (1982) sebagaimana pada Gambar

1.2 (B) dan 1.2(C). Suatu cekungan airtanah dicirikan oleh kondisi

geologi dan hidrologi tertentu, membentuk berbagai tipologi

sistem akifer berikut ini (Gambar 1.3.1 – 1.3.6): (1) sistem akifer

endapan gunungapi; (2) sistem akifer batugamping karst; (3)

sistem akifer batuan sedimen terlipat; (4) sistem akifer endapan

(6)

3

aluvial sungai; (5) sistem akifer endapan pantai; (6)

sistem akifer batuan kristalin

. Suatu sistem akifer dapat mempunyai bentuk tubuh air berupa matair yang kehadirannya dikendalikan oleh topografi, jenis litologi, struktur perlapisan, dan struktur patahan sebagaimana klasifikasi penamaan mataair oleh Fetter (1994) (Gambar 1.3.7); dan dapat pula airtanah berada pada akifer bebas atau akifer tertekan.

Dari enam sistem akifer di alam, penulis memilih dua sistem akifer yang menjadi fokus pendalaman keilmuan yaitu sistem akifer endapan gunungapi dan sistem akifer karst sebagaimana disajikan pada Gambar 1.4. Penelitian hidrogeologi pada kedua sistem ini tergolong langka di Indonesia.

Hal yang menarik dari segi potensi airnya, mataair pada sistem

gunungapi memiliki variasi debit mulai beberapa liter hingga

puluhan bahkan ratusan liter per detik. Sementara itu, debit

mataair pada sistem karst umumnya memiliki orde beberapa liter

bahkan lebih kecil. Namun bila berhasil ditemukan sungai bawah

tanah, debitnya dapat mencapai 900 liter per detik seperti di Kali

Bribin, Gunung Kidul, D.I Yogyakarta. Suatu kawasan karst yang

dikenal selalu kesulitan air di musim kemarau.

(7)

Gambar 1.2 Peta sebaran cekungan airtanah sebanyak 224 cekungan di Indonesia (Soetrisno, 1993) (A) dan kondisi musim hujan di bulan Januari (B) dan musim kemarau di bulan Juli (C) (Oldeman dan Fiere, 1982).

(A) (B)

(C)

(8)

Kawasan Imbuhan Airtanah akifer 2

Kawasan Pengambilan Airtanah

(+)

φ _(-)

Kawasan Imbuhan Airtanah akifer 2

Kawasan Pengambilan Airtanah

(+)

φ _(-)

1 2

4

5 6

3

7

Gambar 1.3 Model ideal tipologi sistem akifer di Indonesia (Deny Juanda P., 1993). (1) sistem akifer endapan gunungapi; (2) sistem akifer batugamping karst; (3) sistem akifer batuan sedimen terlipat; (4) sistem akifer endapan aluvial sungai; (5) sistem akifer endapan pantai; (6) sistem akifer batuan kristalin;

(7) Beberapa tipe mataair (Fetter, 1994) yang didasarkan pada kontrol geologi (baik struktur maupun litologi) dan topografi.

(9)

Gambar 1.4 Sebaran hidrogeologi endapan gunungapi (segitiga) dan karst (spot). Sistem akifer endapan gunungapi yang pernah diteliti penulis, antara lain: G. Tangkuban Perahu, G. Manglayang, G. Salak, G. Gede‐Pangrango, G. Galunggung, G. Ciremai, dan G. Merapi; sedangkan untuk kawasan karst antara lain: Padalarang‐Bandung dan Buniayu‐Sukabumi Jawa barat, Gunung Kidul Jawa Tengah, serta Talisayau‐Berau Kalimantan Timur.

(10)

2. SEKILAS TENTANG HIDROGEOLOGI KAWASAN GUNUNGAPI

Salah satu kenampakan morfologi gunungapi strato di Indonesia adalah Gunung Ciremai yang dikenal sebagai kawasan subur dan kaya akan sumber mataair (Gambar 2.1). Gunung tersebut bagian dari 128 gunungapi aktif (atau 13‐17% dari jumlah seluruh gunungapi yang ada di dunia) bertipe strato (Gambar 2.2) Jumlah gunungapi tersebut menghasilkan endapan gunungapi yang melampar pada daerah seluas 33.000 km

²

atau 1/6 luas daratan Indonesia (Deptamben, 1979).

Gambar 2.1 Foto morfologi G. Ciremai dari arah timur yang

menunjukkan bagian puncak, tubuh, dan kaki.

(11)

Gambar 2.2 Sebaran hidrogeologi endapan gunungapi (Direktorat Vulkanologi dan Mitigasi Bencana Geologi, 2004). Sistem akifer endapan gunungapi yang pernah diteliti penulis: G. Tangkuban Perahu, G.

Manglayang, G. Salak, G. Gede‐Pangrango, G. Galunggung, G. Ciremai, dan G. Merapi.

(12)

2.1 Sistem Akifer

Tipologi sistem akifer endapan gunungapi terdiri dari endapan‐

endapan piroklastika yang umumnya berupa pelapukan yang tebalnya lebih dari 1 meter, sangat berpori, dan tidak kompak berselang‐seling dengan lapisan‐lapisan aliran lava yang umumnya kedap air. Susunan perlapisan endapan gunungapi tersebut menyebabkan terakumulasinya airtanah yang cukup besar pada daerah kaki gunungapi ditandai dengan munculnya banyak mata air dengan debit cukup besar akifer yang terdiri dari Umumnya mata air banyak muncul pada morfologi bagian tubuh, baik dikontrol oleh adanya kontak atara lapisan yang berbeda tingkat kelulusannya, ataupun oleh adanya tekuk dan pemotongan lereng (Gambar 2.3).

Gambar 2.3 Tipologi sistem akifer endapan gunungapi (diterjemahkan dari Mandel dan Shiftan, 1981).

(13)

Majelis Guru Besar

10 Profesor Deny Juanda Puradimaja 22 Desember 2006

Penelitian hidrogeologi yang telah dilakukan pada zona mataair di lereng timur G. Ciremai (wilayah Kecamatan Cilimus – Jalaksana, Jawa Barat) berhasil mengidentifikasi tiga jenis batuan penyusun akifer yang dominan pada sistem akifer endapan gunungapi Ciremai, yaitu: akifer breksi piroklastik, lava, dan breksi lahar, baik batuan segarnya maupun tanah pelapukannya (Gambar 2.4). Ketiga jenis akifer tersebut bersifat tak tertekan dan homogen dengan lapisan impermeabel berupa batuan gunungapi tua di bagian bawahnya.

Setiap jenis akifer mempunyai potensi kemunculan mataair yang

bervariasi dengan ringkasan karakter sebagaimana disajikan pada

Tabel 2.1. Mataair pada akifer breksi piroklastik sebanyak 4 buah

mataair dengan debit bervariasi dari 0,1 sampai 10 l/det dengan

total debit 18,2 l/det. Pada akifer lava dijumpai 1 buah mataair

dengan debit 80 l/det, sedangkan pada akifer breksi lahar

dijumpai kemunculan mataair paling tinggi, yaitu 18 buah mataair

dengan total debit sebesar 1062 l/det. Akifer breksi lahar bersifat

sangat produktif. Banyaknya kehadiran mataair pada seluruh

akifer ditunjang dengan nilai permeabilitas (k) rata‐rata tanah

pelapukan yang cukup tinggi, yaitu 1,5 cm/menit. Material

dengan nilai permeabilitas tersebut tergolong ke dalam jenis akifer

(14)

yang baik dan dapat berfungsi sebagai media resapan airtanah (Deny Juanda P., dkk, 2003).

Hasil penelitian lainnya di lereng selatan Gunung Merapi membuktikan bahwa aktivitas Gunungapi Merapi terhadap dataran‐kaki gunungapi telah membentuk sistem akifer yang sangat signifikan, berbentuk kantong‐kantong (paleo channel) (Sri Mulyaningsih, 2006). Sistem akifer endapan gunungapi tidak dapat dilepaskan dari nilai permeabilitas tanah pelapukannya yang cukup besar, yaitu pada kisaran 10

^‐4

– 10

^‐3

cm/detik, ciri akifer produktif.

2.2 Sistem Aliran Airtanah

Salah satu contoh kasus sistem aliran airtanah di kawasan

gunungapi adalah di DAS Sungai Cikapundung. Sungai

Cikapundung mengalir dari utara ke selatan melewati berbagai

batuan penyusun akifer endapan gunungapi Formasi Cibeureum,

Formasi Cikapundung, dan Formasi Kosambi. Ketiga formasi

batuan tersebut mengendalikan terjadinya tiga jenis interaksi

aliran air antara air yang mengalir di sungai dengan airtanah yang

mengalir dalam akifer.Akifer tersebut menghampar pada dasar

sungai dan pada dinding kiri‐kanan bantaran sungai. Fenomena

interaksi tersebut telah diteliti dengan bantuan metoda analisis

aliran (flow net analysis). Hasil studi tersebut sangat menarik dan

(15)

Majelis Guru Besar

berhasil mengkategorikan interaksi hidrodinamika air sungai dengan airtanah dalam akifer (lihat Gambar 2.5 A) ke dalam tiga tipe (Deny Juanda P., R. Fajar Lubis, 2002) sebagai berikut: (1) Tipe Aliran Cikapundung I, dengan karakter aliran air terisolasi, dijumpai pada segmen Maribaya sampai Curug Dago; (2) Tipe Aliran Cikapundung II, mempunyai karakter terjadinya aliran airtanah secara konvergen dari akifer menuju sungai, dijumpai mulai Curug Dago hingga kawasan Viaduct. Pada segmen ini terjadi fenomena discharge/pengurasan airtanah. Pengurasan akifer tersebut terjadi melalui akifer yang tersingkap pada dinding kiri dan kanan bantaran sungai, sepanjang tahun dengan gradien hidrolik aliran airtanah sebesar 27% (dinding kanan) dan 8% (dinding kiri); (3) Tipe Aliran Cikapundung III, mempunyai karakter aliran air dari sungai, secara divergen, menuju akifer, terletak mulai dari kawasan Viaduct ke arah hilir aliran sungai (selatan) hingga bermuara ke Sungai Citarum. Fenomena ini memberi imbuhan (recharge) alamiah yang permanen ke dalam akifer (khususnya akifer bebas). Gradien hidrolik aliran airtanah yang terukur pada zona ini sebesar 2,5% (dinding kanan) dan 4%

(dinding kiri). Segmen ini sangat rentan terhadap terjadinya pencemaran airtanah oleh polutan yang berasal dari air sungai.

Dengan demikian, kualitas air di sepanjang aliran sungai

Cikapundung harus tetap terjaga kebersihannya.

(16)

Studi lain sebagaimana pada Gambar 2.5 (B) adalah relasi hidrodinamika airtanah dan air Sungai Ciliwung (B). Sungai Ciliwung terbagi menjadi tiga zona, yaitu Zona Aliran Efluen (Bogor – Depok), Zona Aliran Campuran (Depok – Jakarta), dan Zona Aliran Inluen (Jakarta – laut) (Deny Juanda P. dan R. Fajar Lubis, 2003). Contoh hasil penelitian lainnya berkaitan dengan distribusi mataair pada sistem akifer gunungapi disajikan pada Gambar 2.6(A) dan 2.6(B). Kemudian pada Gambar 2.7 merupakan contoh aplikasi isotop stabil dalam air yang telah berhasil membuktikan bahwa asal mula air yang keluar pada kompleks mataair (di sebelah utara danau) berasal dari air Danau Aneuk Laot, Sabang DI Aceh.

(17)

Gambar 2.4. Diagram Blok Kondisi Geologi di Lereng Timur Gunung Ciremai (Deny Juanda P. dkk, 2003).

Endapan lahar merupakan akifer yang paling produktif, dicirikan oleh banyaknya pemunculan mataair pada akifer tersebut. Ilustrasi debit mataair pada akifer dapat dilihat pada tabel.

Mata Air (dikenal bernama

Ketinggian (m dpal)

Debit Total (1/detik)

Cibulan 480 400 – 500 Cibulakan 500 250 – 370 Cigorowong 472 250 – 300 Cibolerang 375 160 – 190 Cipanis 475 >1.000 Cijumpu 395 130 – 220 Cisemaya 347 500 – 800 Cibujangga 445 170 Cicerem 350 140 – 290 Citengah 354 130 – 170 Telaga Remis 210 125 – 300

Telaga Nlem 190 160 – 400

Bojong 191 80 - 200

(18)

Tabel 2.1 Ringkasan kondisi hidrogeologi (Deny Juanda P. dkk 2003).

.

(19)

ALIRAN EFLUEN ALIRAN INFLUEN

(Sungai Mengisi Akifer) (Sungai Diisi Akifer)

Pusat Kota Bandung

(Sungai dan Akifer Tidak Berhubungan) ALIRAN TERISOLASI

KETERANGAN Arah Aliran Airtanah

650 Kontur Topografi

Jenis batuan:

Lava Basalt Formasi Cibeureum Jenis batuan:

Perselingan Pasir Lempung Formasi Kosambi

Jenis batuan:

Breksi Gunungapi Formasi Cikapundung

TIPE CIKAPUNDUNG I TIPE CIKAPUNDUNG II

TIPE CIKAPUNDUNG III

1200 1200 1100

1100

1000

900

900 800

800 700

700

0 750 m

Cihampelas Banceuy ITB

Viaduct Lengkong Besar

Bojong Soang Dayeuh Kolot Sungai

Citarum

Curug Dago

Pakar

Maribaya

(A) Sungai Cikapundung U

Tipe Ciliwung II Aliran Campuran Tipe Ciliwung III

Aliran Influen

Tipe Ciliwung I Aliran Efluen

Bogor

Depok Jakarta

(B) Sungai Ciliwung

Soil Soil

Mat.

B T

Lempung pasiran Lempung pasiran Lempung pasiran

Tipe aliran influen

Mat Mat

T B

Breksi Gunungapi sisipan tuf Soil Breksi

Tipe aliran efluen

Soil

B T

Mat.

Soil

Breksi gunungapi Breksi gunungapi

Tipe aliran terisolasi

Aliran Influen

Tipe Ciliwung I Aliran Efluen Tipe Cikapundung III

Aliran Influen

Tipe Cikapundung II Aliran Efluen

Tipe Cikapundung I Aliran Terisolasi

ALIRAN EFLUEN ALIRAN INFLUEN

(Sungai Mengisi Akifer) (Sungai Diisi Akifer)

Pusat Kota Bandung

(Sungai dan Akifer Tidak Berhubungan) ALIRAN TERISOLASI

KETERANGAN Arah Aliran Airtanah

650 Kontur Topografi

Jenis batuan:

Lava Basalt Formasi Cibeureum Jenis batuan:

Perselingan Pasir Lempung Formasi Kosambi

Jenis batuan:

Breksi Gunungapi Formasi Cikapundung

TIPE CIKAPUNDUNG I TIPE CIKAPUNDUNG II

TIPE CIKAPUNDUNG III

1200 1200 1100

1100

1000

900

900 800

800 700

700

0 750 m

Cihampelas Banceuy ITB

Viaduct Lengkong Besar

Bojong Soang Dayeuh Kolot Sungai

Citarum

Curug Dago

Pakar

Maribaya

(A) Sungai Cikapundung U

Aliran Influen

Tipe Ciliwung I Aliran Efluen

Bogor

Depok Jakarta

(B) Sungai Ciliwung

Soil Soil

Mat.

B T

Tipe aliran influen

Mat Mat

T B

Tipe aliran efluen

Soil

B T

Mat.

Soil

Soil Soil

Mat.

B T

Tipe aliran influen

Mat Mat

T B

Tipe aliran efluen

Soil

B T

Mat.

Soil

Aliran Influen

Tipe Ciliwung I Aliran Efluen Tipe Cikapundung III

Aliran Influen

Tipe Cikapundung II Aliran Efluen

Tipe Cikapundung I Aliran Terisolasi

Gambar 2.5. Tipe relasi sungai dan airtanah pada aliran (A) Sungai Cikapundung (Deny Juanda P. dan

Fajar Lubis, 2002) dan (B) Ciliwung (Deny Juanda P. dan D. Erwin Irawan, 2006)

(20)

A1 B

A2

A3

Jambudipa

<Selatan>

Cibabat

<Utara>

Cijanggel 12,7th 50,86 th

27,24 th 50,42 th

14,9 th 15,11 th 43,7 th

Kab. Klaten Kab. Sleman

Kab. Klaten

A1 B

A2

A3

Jambudipa

<Selatan>

Cibabat

<Utara>

Cijanggel 12,7th 50,86 th

27,24 th 50,42 th

14,9 th 15,11 th 43,7 th

Kab. Klaten

Gambar 2.6. Contoh aplikasi sifat fisik‐kimia serta isotop sebagai Teknologi Perunut. (A1) Distribusi mataair di lereng G. Tangkuban Perahu – Burangrang (Marpaung, 2003); (A2) Diagram Piper ion utama untuk mengetahui asal mula airtanah; (A3) Isotop Tritium untuk menentukan elevasi daerah imbuhan mataair (Bambang S. Dan Deny Juanda P., 1998); (B) Distribusi mataair di lereng selatan G. Merapi (Nugroho, Deny Juanda P., 2003).

(21)

Majelis Guru Besar

-75 -65 -55 -45 -35 -25 -15

-12 -11 -10 -9 -8 -7 -6 -5 -4 -3

δ^-18O(‰)

δD(‰)

Contoh Air Danau Contoh Sumur Penduduk Contoh Mataair PDAM Contoh Mataair TNI-AL Contoh Air Hujan

Garis penguapan air permuk aan δD = 5,43 δO18 - 6,23 R² = 0,93 Garis air meteorik

δD = 8,02 δO18 + 14,79 R² = 1

Populasi Mataair PDAM

Populasi Mataair TNI AL SABANG

DAERAH PENELITIAN

Danau Aneuk Laot

-75 -65 -55 -45 -35 -25 -15

-12 -11 -10 -9 -8 -7 -6 -5 -4 -3

δ^-18O(‰)

δD(‰)

Contoh Air Danau Contoh Sumur Penduduk Contoh Mataair PDAM Contoh Mataair TNI-AL Contoh Air Hujan

Garis penguapan air permuk aan δD = 5,43 δO18 - 6,23 R² = 0,93 Garis air meteorik

δD = 8,02 δO18 + 14,79 R² = 1

Populasi Mataair PDAM

Populasi Mataair TNI AL SABANG

DAERAH PENELITIAN

Danau Aneuk Laot

Gambar 2.7 Aplikasi isotop stabil dalam airtanah berupa Deuterium (²H) dan Oksigen‐18 (¹⁸O) untuk mendeteksi asal mula contoh mataair pada akifer sistem gunungapi di sekitar Danau Aneuk Laot P. Sabang, DI Aceh (Deny Juanda P. Dkk, 2004). Penelitian ini merupakan salah satu contoh rekaman penelitian di bidang Teknologi Perunut (Tracer Technology).

(22)

3. SEKILAS TENTANG HIDROGEOLOGI KAWASAN KARST Istilah Karst berasal dari Bahasa Jerman yaitu Kras. Kras adalah suatu kawasan batugamping dengan bentuk bentang alam yang khas di Slovenia yang menyebar hingga ke Italia. Kawasan tersebut kemudian menjadi lokasi tipe (type locality) bentuk bentang alam karst (Milanovic, 1981). Topografi Karst adalah bentuk bentang alam tiga dimensional yang terbentuk akibat proses pelarutan lapisan batuan dasar, khususnya batuan karbonat seperti batugamping kalsit atau dolomit. Bentang alam ini memperlihatkan bentuk permukaan yang khusus dan drainase bawah permukaan (Milanovic, 1981).

Beberapa lokasi di Indonesia yang mempunyai kawasan karst

yang berkembang antara lain: Gunung Kidul di Pulau Jawa, Pulau

Madura, Pulau Bali, Maros di Pulau Sulawesi, bagian Kepala

Burung Pulau Papua, serta pulau‐pulau lainnya di perairan

Indonesia Bagian Timur. Gambar 3.1 memperlihatkan foto bukit

karst yang berbentuk: kerucut, kubah, dan elipsoid di Kawasan

Karang Bolong, Jawa Tengah. Bukit‐bukit tersebut terdistribusi

secara teratur dengan kendali struktur geologi berupa patahan

dan kekar yang tercermin dari garis‐garis kelurusan pada peta

topografi dan foto udara (Budi Brahmantyo dan Deny Juanda P.,

2006; Budi Brahmantyo, dkk, 1998).

(23)

Majelis Guru Besar 20 Profesor Deny Juanda Puradimaja Institut Teknologi Bandung 22 Desember 2006

Gambar 3.1. Foto panoramik bukit‐bukit karst di Pegunungan Karst Karangbolong, Jawa Tengah (Budi Brahmantyo dan Deny Juanda P., 2006).

Level elevasi topografi antara 100 – 200 m merupakan kisaran

elevasi dimana dapat ditemukan gua yang mengandung air

(Gambar 3.2). Hal ini sedikitnya menunjukkan bahwa ketinggian

di atas 100 ‐ 200 m dpl pada pegunungan karst Karangbolong

dapat dianggap sebagai media imbuhan air tanah. Air hujan

yang meresap melalui retakan di permukaan akan mengalir

melalui retakan‐retakan hingga mencapai ketinggian 200 m dan

kemudian terakumulasi pada level elevasi antara 100 – 200 m,

untuk kemudian secara bertingkat‐tingkat dengan kontrol kekar

dan bidang perlapisan, keluar sebagai mata air karst atau

resurgence pada level lebih bawah, atau ketika berakhir pada

kontak dengan batuan dasar impermeabel di bawahnya (Budi

Brahmantyo dan Deny Juanda P., 2006).

(24)

Gambar 3.2 Grafik antara elevasi dan debit mataair di Pegunungan Karst Karangbolong, Jawa Tengah. Aliran airtanah membentuk sungai bawah tanah yang keluar sebagai resurgence (Budi Brahmantyo dan Deny Juanda P., 2006).

3.1 Sistem Akifer

Batugamping yang memiliki sifat porositas dan permeabilitas yang tinggi akifer proses tektonik dan pelarutan merupakan suatu akifer produktif di kawasan karst. Model proses karstifikasi yang dikendalikan oleh rekahan, membentuk jaringan sungai bawah tanah (Gambar 3.3).

Beberapa penelitian yang telah penulis lakukan bersama tim

menghasilkan beberapa keluaran penelitian, yaitu a) perhitungan

luas daerah aliran sungai bawah tanah Kali Bribin berbasis

pendekatan hidrogeologi, dengan jelas menghasilkan batas yang

tidak berimpit dengan batas Daerah Aliran Sungai (DAS) berbasis

topografinya. Luas DAS berdasarkan perhitungan hidrogeologi

(25)

58,06 km

²

, sedangkan luas menurut topografi adalah 129,5 km

²

(Gambar 3.4). Pada daerah yang sama, pendugaan geofisika dengan metoda Bristow di Kali Bribin Gunung Kidul (Gambar 3.5) telah berhasil mendeteksi beberapa rongga yang saling berhubungan pada kedalaman 20‐30 m, sebagai bagian dari sistem jaringan sungai bawah tanah Kali Bribin dengan panjang total adalah 492 m. Gradien sungai rata‐rata adalah 2,19% (Deny Juanda P., 1998).

Gambar 3.3 Skema tipologi sistem akifer karst (Mandel dan Shiftan, 1981)

b) Kajian kondisi aliran airtanah dan rekonstruksi jaringan gua

pada sistim karst yang telah dilakukan di kawasan Buniayu,

Kabupaten Sukabumi Jawa Barat, tepatnya di kawasan Gua

(26)

20 m U

Gua Bribin

DAS bawah permukaan Kali Bribin

DAS topografi Kali Bribin

Cipicung dan Gua Siluman, telah berhasil merekonstruksi gua dan jaringannya dengan menggunakan kombinasi metode geolistrik inversi 2D Wenner‐Schlumberger dan Mise‐a‐la‐masse sebanyak 8 bentangan (Gambar 3.6).

Gambar 3.4 Kesebandingan DAS Bawah tanah Kali Bribin, dan DAS topografinya. (Deny Juanda P., 1998).

Diagram roset (rose diagram) memperlihatkan arah dominan orientasi rekahan yang berbeda‐beda.

(27)

3.2 Sistem Aliran Airtanah

Aliran airtanah dalam sistem akifer karst mengalir pada

jaringan rekahan. Namun pada beberapa observasi di kawasan

Karst Gunung Kidul DI Yogyakarta dan Buniayu Sukabumi

Jawa Barat, aliran airtanah memiliki ciri kombinasi, yaitu

mengalir pada akifer pelapukan batugamping dan pada akifer

rekahan batugamping. Beberapa contoh hasil penelitian yang

telah dilakukan: a) pemanfaatan karakter kandungan kimia air

untuk merekonstruksi asal mula dan pergerakan air sungai

bawah tanah Kali Bribin (Gambar 3.5 C); b) Analisis hidrometri

melalui observasi fluktuasi muka air sungai bawah tanah Kali

Bribin menghasilkan model respon pisometri selama 30 hari

setelah hujan. Hal ini mencerminkan bahwa sistem akifer Kali

Bribin memiliki kombinasi dua zona sistem aliran (Gambar 3.7),

yaitu: 1) Aliran lambat berhubungan dengan pelapukan dan

rekahan intensif. Ketebalan zona ini maksimum 30 m. Aliran

vertikal dan horizontal dominan analog dengan aliran pada

media porous; 2) Aliran cepat yaitu pada aliran saluran terbuka

yang berada di bawah zona aliran lambat dimana Kali Bribin

mengalir. Aliran vertikal dominan pada media kekar (Deny

Juanda P., 1998).

(28)

A B C

D

Rongga

Kali Suci, kedalaman 54 m,

diameter 8 m Hasil plot

resistivitas

Hasil rekonstruksi

rongga

Profil Gua Kali Bribin Stalaktit

Teras sungai Batugamping Fm. Wonosari

Pengukur muka air sungai otomatis Pompa air

DHL HCO₃^-

Mg/Ca

Cl-Na SO4-Ca

Ca²⁺ Mg²⁺ Na⁺ K⁺ Cl^- SO₄^2- HCO₃^- NO₃^-

Jatisari Beji

Sulu Banyuanyar

Gilap Bribin

Danatirta Semuluh

A B C

D

Rongga

Kali Suci, kedalaman 54 m,

diameter 8 m Hasil plot

resistivitas

Hasil rekonstruksi

rongga

Profil Gua Kali Bribin Stalaktit

Teras sungai Batugamping Fm. Wonosari

Pengukur muka air sungai otomatis Pompa air

DHL HCO₃^-

Mg/Ca

Cl-Na SO4-Ca

Ca²⁺ Mg²⁺ Na⁺ K⁺ Cl^- SO₄^2- HCO₃^- NO₃^-

Jatisari Beji

Sulu Banyuanyar

Gilap Bribin

Danatirta Semuluh

Gambar 3.5 Contoh aplikasi metoda geofisika dan kimia air pada sistem akifer karst. Uji coba metoda deteksi rongga gua dengan geofisika konfigurasi Bristow dan validasinya dengan metoda langkah – kompas (A) di Kali Suci Gunung Kidul. Metoda tersebut digunakan untuk mendeteksi rongga Gua Bribin (B); (C) Karakter kimia air sungai bawah tanah Kali Bribin (Deny Juanda P. dan Djoko Santoso, 1994 dan 2005); (D) Karakter kimia air untuk berbagai jenis akifer (Faillat dan Deny Juanda P., 1995).

(29)

A B

Gambar 3.6 Pemetaan alur gua kawasan karst Buniayu Sukabumi dengan hasil pengukuran langkah dan kompas serta pengukuran geolistrik dengan metode inversi 2D (A) Peta alur gua hasil pengukuran langkah dan kompas serta lintasan pengukuran geolistrik, (B) Hasil pengukuran dan interpretasi data resistivitas dengan berbagai dimensi rongga (Deny Juanda P. dkk, 2006).

(30)

(A1). Model Aliran pada Kanal Terbuka H

Waktu

(A2) Model Aliran karst Kali Bribin

Bulan H

100

50 Okt

Nop

Des Feb Apr Jun Agt

Jan Mar Mei Jul Sep

Maksimum 30 meter

Zona II Aliran cepat (Hipotermik) Zona I

Aliran lambat (infiltrasi lambat)

Akifer Fm. Wonosari

Kali Bribin

(B) Zonasi tata aliran airtanah di akifer Fm. Wonosari

(A1). Model Aliran pada Kanal Terbuka H

Waktu

Bulan H

100

50 Okt

Nop

Des Feb Apr Jun Agt

Jan Mar Mei Jul Sep

Bulan H

100

50 Okt

Nop

Des Feb Apr Jun Agt

Jan Mar Mei Jul Sep

Maksimum 30 meter

Zona II Aliran cepat (Hipotermik) Zona I

Aliran lambat (infiltrasi lambat)

Akifer Fm. Wonosari

Kali Bribin

(B) Zonasi tata aliran airtanah di akifer Fm. Wonosari

Gambar 3.7 Komparasi model aliran pada kanal terbuka (A1) dan karst Kali Bribin (A2). Model sistem aliran sungai bawah tanah Kali Bribin (B) yang menunjukkan akifer media pori berupa tanah pelapukan di bagian atas, dan akifer media rekahan berupa batugamping di bagian bawah (Deny Juanda P., 1998).

(31)

4. PENGELOLAAN AIRTANAH BERBASIS AKIFER

Pengelolaan airtanah menjadi penting dalam beberapa tahun terakhir ini sehubungan dengan telah terjadi kesulitan dalam upaya pemenuhan kebutuhan air pada musim kemarau yang melebihi empat bulan per tahun yang diharapkan sebagai alternatif untuk pemenuhan kebutuhan air bagi kebutuhan sehari‐

hari, pertanian dan industri.

Rasio kebutuhan air di setiap provinsi dibandingkan dengan ketersediaan air permukaan khususnya air sungai telah diteliti oleh Dirjen Pengairan (1990) dalam P3WK LP‐ITB (1994). Provinsi yang memiliki kebutuhan air melebihi ketersediaan aliran rata‐

rata (rasio lebih dari 1) adalah Jawa Barat (1,2), Jawa Tengah (1,3), Jawa Timur (1,6), dan Bali (1,3). Keadaan ini menjadi tantangan untuk pemenuhan kebutuhan air yang berasal dari airtanah.

4.1 Paradigma Saat Ini Pengelolaan Airtanah

Sampai saat ini pengelolaan airtanah di Indonesia masih

menggunakan paradigma lama yang bersifat konvensional yaitu

pengelolaan airtanah hanya berdasarkan pengelolaan sumur

produksi (well management) tanpa memperhatikan akifer secara

(32)

rinci. Walaupun demikian, ada indikasi dimulainya pengelolaan airtanah berbasis cekungan tetapi masih bersifat administratif.

Pendekatan konvensional well management ini memiliki banyak kelemahan yang mendasar antara lain: a)tidak mengetahui potensi nyata setiap akifer yang dieksploitasi, b)tidak dapat mengoptimumkan eksploitasi airtanah setiap akifer, c)tidak dapat melakukan pengendalian kualitas airtanah pada sumur produksi, d)tidak dapat mengendalikan perubahan lingkungan bawah permukaan misalnya pencemaran airtanah, amblesan tanah, dan eksploitasi airtanah yang berlebih.

4.2 Paradigma baru: Pengelolaan Airtanah Berbasis Akifer

Berbasis prinsip‐prinsip perencanaan eksplorasi yang dikemukakan oleh Mandel dan Shiftan (1981), rujukan environmental management of groundwater basins oleh Shibasaki T.

(1995), IAH (1997) dan diperkaya dengan pengalaman kepakaran

yang penulis praktekan, maka penulis merumuskan paradigma

baru pengelolaan airtanah berbasis akifer (aquifer‐based

management) yaitu bahwa pengelolaan airtanah harus spesifik

berbasis akifer dan pengelolaan lingkungannya. Lingkungan yang

dimaksud adalah kawasan imbuhan (recharge area) dan kawasan

keluaran (discharge area). Dengan demikian pengelolaan, proteksi,

(33)

konservasi dan pengendalian airtanah dapat dilakukan secara sistemik, spesifik pada sistem akifer tertentu, terukur serta sesuai fungsi kebutuhan dan waktu dengan prinsip nir aliran permukaan buatan atau mempertahankan besaran infiltrasi / imbuhan alami (Gambar 4.1).

Gambar 4.1. Perubahan tata air akibat perubahan tata guna lahan.

Perlu mempertahankan besaran imbuhan alami (nir aliran permukaan buatan)

Selanjutnya, Implementasi paradigma baru memerlukan kepatuhan terhadap urutan lima tahap kegiatan yang harus dilaksanakan secara berkesinambungan, yaitu: (1) Tahap Eksplorasi meliputi kegiatan identifikasi akifer untuk mengetahui jenis dan sistem akifer beserta parameter hidrolik akifer, potensi

DRO

LAPISAN IMPERMEABEL (k ≤ 10^-5cm/detik) BF1

P Etp1 Etp2 Etp Etp

DRO1

I1

Ev Ev1

P P

Ev DRO

At I

LAPISAN AKIFER (k ≥ 10^-6cm/detik) Zona jenuh

DRO2

BF2 I2

Perubahan: Ev1 < Ev2, Etp1 < Etp2, DRO1 < DRO2, BF1 < BF2, I1 < I2

UPAYA MEMPERTAHANKAN KONDISI SIKLUS HIDROLOGI MEMERLUKAN TEKNOLOGI BANGUNAN RESAPAN AIR LAPISAN IMPERMEABEL (k ≤ 10^-5 cm/detik)

Etp2 Etp Etp

Ev

P P

Ev

DRO DRO

At I

LAPISAN AKIFER (k ≥ 10^-6cm/detik) Zona jenuh

BF2 I2

ILUSTRASI: DEI ‘02

P Etp¹

DRO2

KONDISI ALAMI

KONDISI TERUBAH

(34)

dan sifat tata aliran airtanah; (2) Tahap Investigasi meliputi kegiatan evaluasi potensi nyata airtanah yang dapat diekploitasi dari setiap akifer dalam suatu sistim cekungan hidrogeologi, kerentanan terhadap polusi, disain dan material konstruksi sumur bor/bangunan air yang dibutuhkan, debit rekomendasi yang diijinkan dan kendalanya, siklus periode pengambilan airtanah setiap hari, jenis pompa dan sistim pengendalian yang diperlukan, atau jenis penurapan air bila berupa mata air, serta mampu mengkaji tata aliran air pada suatu akifer, seperti dijelaskan pada Gambar 4.2.

Gambar 4.2. Identifikasi tata aliran air pada suatu akifer (Mandel dan Shiftan, 1981)

(35)

(3) Tahap Konservasi Upaya konservasi memiliki tujuan untuk mempertahankan besaran dan kualitas imbuhan ke setiap akifer yang diambil airnya melalui rekayasa teknis atau kombinasi dengan rekayasa vegetatif. Pada tahapan ini fokus perhatian kepada kawasan imbuhan (recharge area) airtanah dan pengendalian bagi kawasan pengambilan (discharge area) sesuai sifat imbuhan tata airnya. Dengan demikian meresapkan air harus kedalam akifer yang dituju. Metoda simulasi aliran airtanah sangat membantu pada tahap ini.

(4) Tahap Optimasi meliputi kegiatan evaluasi besaran debit eksploitasi yang direkomendasikan dan dampak terhadap sumur bor yang ada disekitarnya baik terhadap sumur eksploitasi yang telah ada maupun sumur eksploitasi yang diperkirakan akan ada di masa mendatang. (5) Tahap Eksploitasi meliputi kegiatan eksploitasi airtanah dengan menggunakan teknologi yang tepat, sesuai rencana kebutuhan, dan distribusi airtanah mengacu kepada hasil tahap investigasi, tahap perancangan konservasi dan tahap optimasi. Keutuhan lima tahapan berikut urutannya sebagaimana disajikan di atas belum pernah dilakukan di Indonesia.

(36)

Oleh karenanya, eksploitasi airtanah di Indonesia banyak mengundang permasalahan dan bahkan menjadi polemik bertahun‐tahun yang tidak kunjung selesai seperti kasus “status quo Kawasan Bandung Utara (KBU)”,demikian juga kasus “status quo Kawasan Bogor Puncak Cianjur (Bopuncur)”, yang keduanya berupa sistem hidrogeologi gunungapi. Berdasarkan paradigma baru tersebut maka alur penelitian hidrogeologi disajikan pada Gambar 4.3.

Gambar 4.4 merupakan contoh selanjutnya mengenai visualisasi pengelolaan airtanah berbasis akifer yang batas‐batasnya tidak ada hubungannya dengan batas administrasi, melainkan sangat dikendalikan oleh kondisi dan penyebaran litologi/tanah, geometri dan sifat akifer, serta struktur geologi.

Untuk pengendalian eksploitasi airtanah pada sumur produksi, telah dimulai pengembangan sistem Hydro‐GIS (Hydrogeology‐

Geographic indormation System) yang bertujuan untuk:

memantau muka airtanah secara real time dengan bantuan

teknologi seluler GSM (Global Satelite Mobile Communication)

sebagaimana hasilnya diperlihatkan pada Gambar 4.5. Sistem ini

telah diinstalasi di Kab. Tangerang dan Kota Semarang.

(37)

Gambar 4.3 Alur penelitian hidrogeologi pada tahap eksplorasi dan investigasi.

•KAJIAN POTENSI AIR

•RANCANGAN EKSPLOITASI

•ANALISIS DEBIT EKSPLOITASI

TAHAP EKSPORASI TAHAP INVESTIGASI

(38)

3 0 3 6 U Network of 11 observation wells with GWLR

A. Telemetry System

MELALUI INTERNET Dinas LH

Sumur pantau 1 Sumur

pantau 2 Sumur pantau 3

PARA USER UMUM MELALUI SMS

PARA USER EKSEKUTIF Executiv

e user via

SMS

via internet

Common user Hy-GIS DATA

CENTER

GWLR

#1 GWLR

#2 GWLR

#3 B. Data Transmission

highest water level

recommended water level

lowest water level

A

B

Workstation Laptop

Jaringan sumur pantau

(11 buah) Pengguna

Khusus

Via SMS

Via Internet

Pengguna umum PUSAT

DATA

Muka airtanah tertinggi

Muka airtanah yg direkomendasikan

Muka airtanah terendah

3 0 3 6 U Network of 11 observation wells with GWLR

A. Telemetry System

MELALUI INTERNET Dinas LH

Sumur pantau 1 Sumur

pantau 2 Sumur pantau 3

PARA USER UMUM MELALUI SMS

PARA USER EKSEKUTIF Executiv

e user via

SMS

via internet

Common user Hy-GIS DATA

CENTER

GWLR

#1 GWLR

#2 GWLR

#3 B. Data Transmission

highest water level

recommended water level

lowest water level

A

B

Workstation Laptop

Jaringan sumur pantau

(11 buah) Pengguna

Khusus

Via SMS

Via Internet

Pengguna umum PUSAT

DATA

Muka airtanah tertinggi

Muka airtanah yg direkomendasikan

Muka airtanah terendah Akifer 1

Laut Lap. Impermeabel Akifer 1

Misal: Daerah Administrasi 2 Misal: Daerah

Administrasi 1

Akifer 2

Lap. Impermeabel Akifer 3

Misal: Daerah Administrasi 3

Lap. Impermeabel Akifer 2

Akifer 4 Akifer 3

Akifer 3

•Cekungan air permukaan untuk air sungai dan air danau

•Cekungan bawah permukaan untuk airtanah

•Batas cekungan airtanah tidak berhubungan dengan batas administratif

•Akifer 1 mempunyai sistem imbuhan lokal

•Akifer 2 mempunyai sistem imbuhan menengah

•Akifer 3 mempunyai sistem imbuhan regional

Gambar 4.4 Suatu sketsa sistem hidrogeologi. Batas cekungan airtanah yang tidak berhubungan dengan batas administrasi, serta mempunyai sistem imbuhan (recharge) dan keluaran (discharge).

Gambar 4.5 (A) Sistem pemantauan dan pengendalian airtanah Hydro‐GIS (B) hasil pengukuran fluktuasi muka airtanah secara real time (Deny Juanda P., dkk 2004).

(39)

5. RENCANA PENGEMBANGAN RISET BIDANG HIDROGEOLOGI

5.1.Tren Riset Hidrogeologi di Dunia

International Association of hydrogeologist dalam Hydrogeology Journal edisi Maret 2005, volume 13 nomor 1 oleh Voss, mempublikasikan secara khusus mengenai masa depan riset bidang hidrogeologi di dunia. Berbagai riset masa depan bidang hidrogeologi tersebut penulis lengkapi dengan tema‐tema riset hidrogeologi yang dicari melalui daftar pustaka online mengenai riset hidrogeologi pada akifer media porous dan media rekahan yang juga dilengkapi dengan perkembangan riset sebagaimana dipublikasikan oleh Flores dkk (2006). Tren dunia riset hidrogeologi saat ini sangat pesat dan beragam yang disistematikan pada Gambar 5.1.