Risa/ah Pertemuan Ilmiah Penelilian dan Pengembangan Aplikasi lsotop dan RadiaSl; 2fXJ 1
PENYELmIKAN TINGKA T KEBOCORAN BENDUNGAN JA TILUHUR
DENGAN PENDEKATAN ISOTOP ALAM DAN HmRO-KIMIA Paston Sidauruk, Indrojono, Djiono, Eva Rista Ristin, Satrio dan Alip
Puslitbang Teknologi Isotop dan Radiasi, BATAN, Jakarta
ABSTRAK
PENYELIDIKAN TINGKAT KEBOCORAN BENDUNGAN JATll..UHUR DENGAN
PENDEKATAN ISOTOP ALAM DAN mDRO-KIMIA. Tingkat kebocoran bendungan Jatiluhur telah diselidiki melalui penyelidikan asal usul berbagai sumber air yang terdapat di sekitar bendungan. Penentuan asal usul air ini dilakukan dengan pendekatan kandungan isotop alarn dan hidro-kimia dari contoh air yang dikumpulk811 dari berbagai sumber di sekitar bendungan Jatiluhur. Pekerjaan ill meliputi pengarnbilan dan analisis sampel daTi berbagai sumber air yang ditemukan di sekitar bendungan seperti air waduk, air keluaran, mata air, air pompa penduduk setempat, air hujan, dan air dalarn lubang piezometer dan air pantau. Untuk tujuan penelitian ini, masing-masing sampel air yang dikumpulkan telah dianalisis kandungan isotop alarn dan hidro-kimianya. Dari interpretasi komposisi data isotop alarn khususnya 180 dan 2H maupun hidro-kimia dari berbagai sumber air keluaran di sekitar bendungan yang menunjukkan karakteristik yang berbeda dengan air waduk, hal ini berarti bahwa sebagian besar air yang berada dalarn berbagai sumber air di sekitar bendungan pada umumnya tidak menunjukkan hubungan langsung dengan air waduk.
ABSTRACT
INVESTIGATION OF LEAKAGE CONDITION OF JATILUHUR DAM USING NATURAL ISOTOPES AND HYDRO-CHEMISTRY APROACHES. The leakage condition of Jatiluhur Dam has been studied through tlle investigatiion of tlle origin of various water discharges around the dam. The origin of tllese discharges is interpreted from tlle stable isotopes and hydro-chemistry composition of collected samples from various sources around the Jatiluhur dam. Field work for field parameters measurement and water samples collection, labomtory work for stable isotopes and \\'ater chemistry analysis, interpretation are the main part of this work. Water samples are collected from various sources such as from dam reservoir, discharges, springs, local groundwater extraction point, precipitation, and observation wells in tlle vicinity. The work has been succesfu1ly identity tlle relationship of those various sources relative to tlle reservoir water. The Stable isotopes and water chemistry contents of most of collected samples that shows a significant different characteristic willi tlle reservoir water suggests that most of tlle discharges founds in tlle vicinity of tlle dam has no a direct relationship to reservoir water.
PENDAHULUAN Untuk mengidentifikasi kebocoran tersebut telah
dilakukan penyelidikan hubungan air waduk dengan berbagai sumber air yang terdapat di sekitamya. Penyelidikan ini dilakukan menggunakan pendekatan analisis dan interpretasi kandungan isotop stabil180 dan
2H maupun hidro-kimia sanipel air yang dikumpulkan daTi sekitar bendungan. Penelitian ini adalah merupakan kerjasama antara Departemen Pekerjaan Umum, Direktorat Jenderal Pengairan, Bagian Proyek Bimbingan Teknis Keamanan dengan Pusat Penelitian dan Pengembangan Teknologi Isotop dan Radiasi, BAT AN.
Bendungan Jatiluhur yang merupakan proyek pengembangan daernh pengairan sungai CitaTUm, terletak kirn-kirn 130 km tenggara Jakarta. Bendungan yang merupakan jenis tanah dan barn urugan (earth and rockfill type) mempunyai panjang 1200 m pada puncak dan tinggi 105 m, dengan kapasitas simpan 9.100.000 m3. Bendungan ini merupakan salah satu bendungan terbesar di Indonesia. Dilihat dari fungsinya, bendungan ini merupakan bendungan serbaguna seperti untuk penyediaan air minum, irigasi, pembangkit listrik dan untuk pengendalian banjir. Karena fungsi bendungan yang serbaguna dan sangat strategis, maka keamanan bendungan perlu diupayakan seoptirnal mungkin. Salah
satu masalah yang dihadapi oleh pengelola bendungan ini adalall adanya air keluaran (discharges) yang terdapat di sekitar bendungan yang belum jelas asal-usulnya seperti illata air di sekitar menara dan tubuh bendungan. Dikhawatirkan air keluaran tersebut berhubungan langsung dengan air waduk yaitu merupakan rembesan atau kebocoran air waduk, untuk itu perlu dilakukan penyelidikan asal-usul air keluaran tersebut.
METODE PENELITIAN DAN ANALISIS
Pengambilan Contoh. Contoh-contoh air secukupnya dikumpulkan dari setiap air keluaran, air waduk, air hujan dan illata air/ sumur penduduk yang berada di sekitar waduk.
Lokasi pengambilan contoh air ditampilkan dalam Gambar 1 dengan identitas contoh pada Tabel 1. Untuk mengamati perubahan komposisi isotop stabil 180 dan 2H maupun kandungan hidro-kimia dari sumber
Risalah Pertemuan Ilmiah Penelilian dan Pengembangan Aplikasi IsOIOp dan Radias4 200 i
~~
~ /-:71 _::~"~ ="J/\
'. .~
"-..;-;. -JT-'Sl'\~ "1~
~
C~.16 h~3~1~~,~
~I '~1
~~~
~
'"
.
1:-'1$-
.WIT~.TAT~'"
'"
~Gambar 1. Lokasi pengambilan contoh air yang ada di sekitar bendungan Jatiluhur
Tabell. Penjelasan kode contoh air sebagai fungsi waktu maka pengambilan contoh air
dilakukan 4 kali dengan selang waktu pengambilan rata-rata adalah satu bulan. Khusus untuk contoh air untuk analisis isotop stabil digunakan kontainer khusus untuk mencegah penguapan.
Contoh-contoh air yang telah dikumpulkan dibawa ke laboratorium Hidrologi dan Kimia, Pusat Penelitian dan Pengembangan Teknologi Isotop dan Radiasi, BAT AN untuk analisis komposisi isotop stabil 180 dan 2H maupun kandungan hidrokimianya.
Metode Analisis
Analisis 180 daD 2H. Kelimpahan relatif molekul-molekul H2 180 (80) dan HDI60 (D atau 2H) dalarn contoh air diukur relatif terhadap suatu air standar intemasional, SMOW (Standard Mean Ocean Water). Pengukuran kelimpahan relatif tersebut dilakukan dengan alat spektrometer massa dengan persiapan berikut :
.untuk pengukuran 180, contoh air direaksikan dengan gas CO2 standar. Contoh air dan gas CO2 standar
dikocok selarna 8 jam sampai mencapai
kesetimbangan dalam reaksi di bawah ini :
H2 180 (cair) + Cl6O2 (gaS) -+ H;160 (cair) + CI802 (gas)
selanjutnya gas CO2 yang diperoleh akan dimasukkan ke dalarn alat spektrometer massa.
Risa/ah Peltemuan //miah Penelitian dan Pengembangan ,4,o/ikasi /sotop dan RadiaSl; 2(x)1
.untuk pengukuran Deuteriwn, sebanyak 9,45 gr Zn dimasukkan ke dalam tabung reaksi khusus bersama-sarna dengan contoh air yang akan dianalisis sebanyak 10 ~l kernudian divakun1kan, dengan terlebih dahulu dibekukan dengan N2 cair sampai tekanan rnencapai :!: 10-2 lObar. Tabung reaksi tersebut kernudian dilnasukkan ke dalam blok pernanas pada ternperatur 520°C, dimana akan berlangsung reaksi sebagai berikut :
KandlUlgan ion-ion Inineral dinyatakan dalam satuan ppm (part per million atau mgr/l) atau dapat juga dinyatakan dalam bentuk satuan epm (equivalent per million atau grek/l). Untuk interpretasi data basil analisis lUlSur yang dinyatakan dalam satuan epm ditabulasikan dalam bentuk diagram Trilinier Piper [5J. Dalam diagram trilinier Piper, kandlUlgan atau konsentrasi kation dan anion dinyatakan dalam prosentasi dari seluruh kation atau anion dalam milliequivalent/l (meq/l). Untuk memudahkan analisis hidro-kimia melalui diagram trilinier Piper, para peneliti biasanya menggolongkan air menjadi beberapa golongan berdasarkan komposisi kation-anion contoh tersebut. Salah satu cara tersebut diadopsi dalam makalah ini, bagian berbentuk empat persegi panjang dari diagram trilinier Piper dibagi menjadi empat daerah yang mewakili: daerah bikarbonat-karbonat dan
Sodium-Potassum; daerah bikarbonat-karbonat dan calsium-magnesium (daerah ini biasa juga dikenal sebagai daerah freshwater); daerah sulfat-klor dan calsium-magnesium; dan daerah sulfat-klor dan sodium-potassum (daerah ini adalah daerah air taut) [5J. Zn (padat) + H2O (cair) ~ ZnO (padat) + H2 (gas)
selanjutnya gas H2 yang diperoleh dari reaksi di atas diukur dengan alat spektrometer massa.
BASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil analisis kelimpahan relatif oksigen-18 (Bo-1s) dan deuterium (~) ditabuiasikan pacta Tabel 2 sedangkan diagram Trilinier Piper dari harga rata-rata analisis kation dan anion sampel air pacta waduk ini dapat dilihat dalam Gambar 2. Dari diagram trilinier ini dapat dilihat bahwa kandungan hidro-kimia dari sampel air yang dikumpulkan dari sekitar bendungan menyebar pacta daerah yang cukup luas. Hal ini menunjukkan Analisis hidro-Kimia. Analisis hidro-kimia
dilakukan untuk membantu mengungkapkan asal-usul air dari sampel air yang dikumpulkan dari sekitar waduk. Unsur-unsur kimia yang dianalisis adalah garam-~minernl yang larot dalam air seperti Na+, K+, Ca +, Mi+, 804=, CI- dan ion HC03-[1]. Analisis hidro-kimia ini dilakukan dengan perlakuan berikut : a) Analisis HC03 dilakukan dengan metode volumetri
menggunakan indikator metil orange dengan asam sulfat sebagai penitrasi.
b) Analisis kation Ca2+, Mg2+, Na+, K+, Fe2+ dilakukan dengan spektrometer serapan atom (AA8).
c) Analisis anion CI-, 8042-, C03- dilakukan dengan menggunakan alat spektrometer UV -Visible, dimana terlebih dahulu ion-ion (sampel) ditambahkan HCI 10 % kemudian direaksikan dengan larutan BaCl2 yang sudah distabilkan dengan tween 20, sedangkan ion CI- (sampel) dibuat dalam bentuk kompleks merkuri triosionat.
Gambar 2. Diagram Triliner Piper sampel air pada bendungan Jatiluhur
-27
Risalah Pertemuan IImiah Penelitian dan Pengembangan Aplikasi Isotop dan RadiaSl; ZOO t
Untuk membantu pembahasan kelimpahan relatif isotop alam dari contoh air yang dikumpulkan, maka notasi dan rumus berikut ini diberikari.
1. Kelimpahan relatif deuteriwn ditulis dengan 8v dengan rwnus [3, 4] :
~conlDh)
~. tan dar) 6D=[
2. Kelimpahan relatif oksigen-18 ditulis dan 80-18 dengan mmus [3, 4] :
= ( Ro -J8(contoh) -1 ) x 1000 %0 00-18 RO-J8(slandar)
bahwa sumber air tersebut telah berinteraksi dengan formasi batuan atau tanah yang berbeda dengan lama interaksi yang mungkin juga berbeda. Disarnping itu, sebaran yang cukup luas dari kation dan anion seperti terlibat dalarn Gambar 2 dapat juga terjadi karena percobaan yang dilakukan sebelumnya yang melibatkan beberapa sumur pantau membuat pola kation dan anion sumur keluaran atau sumur pantau berbeda dari pola kation dan anion air tanah dan air waduk. Hal ini juga diperkuat daIi basil observasi penulis yang menemukan bahwa confab air yang diarnbil dari OW-O7 mempunyai WarDa hijau pekat. yang merupakan sisa dari zat
fluoresence pada percobaan beberapa tahun
sebelumnya. Dari basil analisis dan interpretasi data hidro-kimia bendungan Jatiluhur, untuk sementara dapat disimpulkan bahwa pergerakan air tanah ditubuh bendungan berjalan sangat larnbat.
Salah satu indikator penting lainnya yang dapat digunakan untuk menjejak asal-usul air adalah kandungan hidro-kimia yang sangat konservatif yaitu ion CI-. Dari basil analisis kandungan CI- dari seluruh confab air yang dikurnpuIkan seperti dapat dilibat dalam Gambar 3 maka sumber air keluaran dengan kode sampel JT -01 air di RD dalam terowongan PL T A dan JT -02 mempunyai indikasi kuat berasal dari air reservoir bendungan. Hal ini dapat dilihat dari kandungan Cl- dari kedua sumber air yang harnpir sarna yaitu kira-kira 8 ppm. Namun basil ini hanya bersifat indikator awal yang hams dibuktikan dengan indikator lainnya seperti akan dibahas dalarn analisis komposisi isotop stabil dibawah ini. Kesarnaan kandungan CI- ini bolah saja bersifat kebetulan yang diakibatkan proses percarnpuran dan penguapan yang terjadi.
Dimana :
t5o = Kelimpahan deuterium <>'0-18 = Kelimpahan oksigen-18 nH 2180 nH 216 0 nHD160 nH ]160 J 00-18 =
°D;:
Para ahli telah membuktikan bahwa hubungan antara kelimpahan deuterium (~) dan oksigen-18 (80-18) suatu contoh air mengikuti hubungan linier dengan persamaan [3, 4] :
~ = 8 Do-18 + d
Grafik Konsentrasi Ion CI dalam Contoh Air
E
D-E:: U .'-U) .s c Q) U)~
~
~ -, f') 0 t::; it) 9I-,
!Qt'-como.-.,.0 0 !:;. ..:. .'! ..:. ..:. ..:. .-,-, -,-,-, Kode Contoh Air~
..,~
-.
~ ~ -, M~
-,
..,~ -. U1 ~~
'"") CD~
Gambar 3. Konsentrasi ion CI- pada contoh air yang diselidiki
28 10.' 18. 16.'14. 12.'10. 8. I.). 4. 2. A.. O. 00000000000000 ~j)UJ00gg00
Risalah Peltemuan Ilmiah Penelilian dan Pengembangan Aplikasi lsalop dan Radias~ 200 1
dimana d tergantung dari faktor geografis suatu daerah. Sedangkan untuk suatu contoh air yang telah mengalami penguapan seperti halnya air waduk harga slope mempunyai harga < 8. Sebagai contoh untuk air hujan yang diperoleh dari 91 stasiun bumi seluruh dunia diperoleh hubungan berikut [4] :
Persamaan di alas selanjutnya disebut dengan Global Meteoric Water Line (MWL). Untuk Indonesia para peneliti BAT AN melalui beberapa stasiun penadah hujan di beberapa tempat di Indonesia diperoleh hubungan ~ vs 80-18 sebagai berikut [2] :
~ = 8 00-18 + 14 «5D = 8 80.18 + 10
Gambar 4. Garis meterorik lokal, penguapan (waduk) daD percampuran
Risalah Peltemuan //miah Penelitian dan Pengembangan Aplikasi lsotop dan RadiaSl; 200 1
Di atas telah disinggung bahwa air yang mengaiami penguapan seperti halnya air waduk akan mempunyai slope lebih kecil dari 8. Untuk lebih jelasnya slope garis penguapan ini tergantung dari beberapa parameter diantaranya; suhu, kelembapan, dan kecepatan angin. Sidaumk, P. [6] mendapatkan garis penguapan untuk suhu rata-rata 30°C dan kelembapan
relatif 57 % sebagai berikut : ~ = 4.54 t5Q-18 -10.17. Sedangkan untuk suatu sumber air yang berasal dari percampuran antara air hujan (garis meteorik) dengan air waduk (garis penguapan) maka ~ dan t5Q-18 akan berada diantara garis meteoric dan garis penguapan
tersebut (untuk lebih jelasnya lillat Gambar 4); Fenomena ini dipergunakan menentukan asal-usul suatu air keluaran pada waduk.
Gambar memperlihatkan bahwa air bocoran pacta RD da1am terowongan (JT-Ol) adalah merupakan bocoran yang berasal dari air waduk. Hal ini juga telah dibahas di atas yaitu kesamaan kandungan CI- antara sumber ini dengan air waduk adalah juga suatu indikasi bahwa air sampel JT -01 berasal langsung dari air waduk. Kandungan hidro-kimia yang tidak sarna antara kedua sumber boleh saja diakibatkan oleh pertukaran ion yang terjadi dengan formasi tanah liat yang dilewati oleh air tersebut. Melihat debit bocoran ini relatif sangat kecil (Q -0,2 It/miD) maka sesungguhnya tidak terdapat masalah rembesan/bocoran yang cukup berarti pacta waduk Jatiluhur ini. Dua buah air keluaran yang mempunyai debit yang relatif besar yaitu JT -02 (air diacceunsure Q -150 l/menit) dan JT -03 (air di Tabel 2. Hasil analisis contoh ~~~~an Jatiluhur
Hasil analisis Isotop alam (%0) I Tgl"
I
sampling (1999)-~:!=-Hasil analisis kimia (ppm) Kode Contoh No. CI-7.47 8.51 8.32 8.35 8.37 8.37 1.76 2.66 3.19 0 1.06
m
8.51. Na 60.07 36.45 13.32 11.51 49.71 44.54 41.43 34.45 15.02 10.45~
14.19 9.98 16.8 9.39 14.45 17.00 41.27 40.39 47.91 51.40 Ca 18.23 20.52 18.23 16.78 81.60 78.36 76.39 72.35 1736 7.01 17.88 17.36 5.40 19.79 7.01 19.79~
3.34 2.45 Fe 0.18 0 0.09 0.05 0.14 0.015 0.14 0.03 0.05 0.02~
9.71 9.81 11.02 9.71 8.33 11.43 298.31 282.76 305.18 461.82 429.63 U36 11.03 JT-Ol K 5.03 4.39 2.94 2.7 2.42 4.36 7.69 7.20ill
3.14 2.84 2.94 3.22 3.10 2 ff:o2 5.68 4.44 D -43.10 -41.2 -44.7 -33.9 -40.5 -40.8 -41.3 -39.2 -41.0 -12.8 -33.2 -41.0 -38.0 -37.0 0 -7.01 -6.68 -6.43 -6.49 -6.64 -6.77 -7.22 -6.53 -7.52 -3.26 -5.85 -6.70 -6.30 -5.56 -6.85 -7.22 -6.52 -7.15 -6.11 -5.66 -6.38 -6.34 -6.45 -6.05 -5.24 3 Jf-O3 4 JT-04 25.92 24.82 86.40 91.14 5.37 15.03 4.63 5.33 5.33 4.79 15.03 4.79 4.90 78.68 15.82 57.73 55.94 5 Jf-O5 183.61 150.06 111.33 85.40 87.84 87.84 110.72 119.87 115.90 72.59 276.94 75.25 76.25 75.03 73jI 75.34 80.12 75.34 74.73 146.7 147.3 260.17 318.73 6 JT-O5 7.58 7.98 8.37 9.41 8.37 7.98 3.70 3.68 3.68 2.81 0.012 0.07 0.012 0.009 0.03 0.026 0.038 0.008 0.162 0.013 0.069 9.86~
10.69 10.69 11.14 13.47 100.2 99.66 296.55 335.05 22.2 34.9 -40.4 -41.9 i -45.9 Ijil4U
-40.3 -39.71 -49.3 -43.5 I -33.314I5 -29.71 43:-8 -44.3I ~ -45.4I ~ -39.01-:j8T -51.8 -41.2 7 JT-O6 8 JT -06 9 If -07 3.14 2.00 2.88 12.75 13.06 4.51 3.24 10 JT-O7 15-04 29-04 17-05 15-04 29-04 17-05 15-04 29-04 17-05 15-04 29-04 17-05 15-04 29-04 17-05 15-04 29-04 17-05 15-04 29-04 17-05 15-04 29-04 17-05 15.04 29.04 17.05 15-04 29-04 15-04 29-04 29-04 17-05 29-04 29-04 17.05 17-05 17.05~
17.05 17-05~
Mei Juni 17.78 -6.35 -6.73 -7.22 -6.94 -6.77 -6.29 -6.43 -8.19 -8.65! -6.95r-:-;;:w
I -6.41 II -7.03 I -7.03 I-:f66"-1
-6.31 -6.13 ! II JT-O8 46.64 44.79 100.7 137.5 12 JT-O9 13 14 IT-IO IT-II , 186.66 I 9.58 I 12.57 I 2.28 '50.37 I 59.18 I 0.01 -743.3 -18.76 -46.76 -82.29 -41.13 56.40 0.169 15 16 17 18 19 20 II-I2 II-I3 Jr-I4 II-I5 JT-I6 CH-II I 869.25 I 4.50 I 59.65 I 13.90 I 229.2 I 77.09 I 0.240 I 305.18 I -37.4 445.3 I 2.61 I 183.6 13.10 1~f2-1 12.76 I 0.066 f 96.44 1-:'f§:8 I 187.58 I 3.29 I 27.02 I 2.56 m¥r-2T:2IITo661 132.55 1-=3il _1~~§,-~51 14.06 J_22:~_)_J_Q)8 I 53.13 ",_24.55 I 0.353 I 28.54 I -44.2 \ 137.25 I 6.43 , 16.02 I 1.11 I 59.38 116.92 I 0.166 I JOO.5 -44.2 -46.6 -34.4 -32.4 30Risalah Pettemuan Ilmiah Penelilian don Pengembangan AplikaSl" Isolop don RadiaSl; 2(X) 1
Buchon Q -300 l/mnt) tidak mempunyai indikasi berasal dari air waduk. Air pada JT -02 dan JT-O3 kemungkinan mernpakan mala air yang berasal dari reservoir terkekang (countiner aquifer) dibawah tubuh waduk atau mala air dari air tanah setempat.
DAFTAR PUSTAKA
KESIMPULAN
Karateristik komposisi isotop alam khususnya 180 dan 2H maupun hidro-kimia dari berbagai sumber air keluaran disekitar bendungan yang relatif berbeda dengan air waduk, menunjukan tidak adanya hubungan langsung antara air keluaran tersebut dengan air waduk. Hal ini juga berarti bahwa pada umumnya air keluaran tersebut bukan merupakan bocoranlrembesan yang berasal dari waduk. Walaupun air keluaran Jr-Ol (air dari RD dalam terowongan) mempunyai indikasi kuat berasal dari air waduk namun air keluaran ini untuk sementara tidak menjadi ancaman bagi keselamatan bendungan karena debit airnya yang relatif sangat kecil.
1. TODD,DK., Groundwater Hydrology. John and Sons, New York (1980).
2. BAFI-BATAN, Studi rembesan waduk Bening-Nganjuk, Jawa Timur. Final Report, Jakarta (1984).
3. DROST, W., MOSER, H., Leakage from lakes and reservoirs, Guide Book on Nuclear Tech. in Hydrology: Technical Report Series .2]., IAEA, Vienna (1983).
4. HOEFS J., Stable isotop geochemistry Spring verlag, Berlin -Heidelberg-New York (1990). 5. STIFF, H.A., JR., The Interpretations of Chemical
Water Analyses by Means of Patterns. J. of Petroleum Technology, Atlantic refining Co.Dallas Texas (1951).
6. SffiAURUK, P., Pengaruh proses fenguapan terhadap perbandingan D/H dan 180/60 dalam air :Skripsi sarjana, Fakultas MIPA-UNAS, Jakarta (1987)
DISKUSI
PASTON SIDAURUK WISNU HENDROMAR TONO
Kita tidak melakukan uji geofisika atau analisis strength dan vibrasi. Penentuan hubungan antara air keluaran dengan air waduk hanya dilakukan dengan isotop almn dan hidro kimia.
Apakah juga dilakukan pembenaran adanya kebocoran pada JT 1 dengan lapisan batuan pada konstruksi bendlUlgan (gambar lapangan konstruksi dapat dilihat pada ruang pamer di Jatiluhur) sehingga dengan dianalisis lapisan tersebut dengan teori strength and vibration atau yang lain geofisika dan dengan pasti Anda dapat menentukan bahwa titik yang bocor tersebut memplUlyai hublUlgan dengan air danau Jatiluhur.
