PENCITRAAN KONDUKTIVITAS BAWAH-PERMUKAAN
DAN APLIKASINYA UNTUK IDENTIFIKASI
PENYEBARAN KONTAMINAN CAIR
Tedi Yudistira dan Hendra Grandis
Program Studi Geofisika, Departemen Geofisika dan Meteorologi Fakultas Ilmu Kebumian dan Teknologi Mineral – ITB
Jl. Ganesha 10 Bandung – 40132
e-mail : tedi@geoph.itb.ac.id, grandis@geoph.itb.ac.id
Abstrak
Makalah ini membahas studi penyebaran kontaminan cair dalam tanah berdasarkan citra konduktivitas bawah-permukaan 2-D yang diperoleh dari survey geolistrik. Pengukuran dilakukan pada bekas lokasi penimbunan akhir sampah Pasir Impun Bandung. Secara kualitatif (dari pseudosection) maupun kuantitatif (dari model hasil inversi) diperoleh gambaran penyebaran rembesan (leachate) yang berpotensi menimbulkan pencemaran air-tanah di sekitar lokasi tersebut.
Abstract
The paper describes a study on contaminant fluid dispersion in the ground based on 2-D subsurface conductivity image obtained from a geoelectrical survey. The survey was conducted at a former domestic waste disposal at Pasir Impun Bandung. The results qualitatively (from pseudosection) and quantitavely (from inverse model) show distribution of conductive leachate which is potential to groundwater contamination at the surrounding area.
1. Pendahuluan
Metoda geolistrik dapat dimanfaatkan untuk studi masalah lingkungan, yaitu untuk mendeteksi kontras resistivitas medium akibat penyebaran kontaminan yang umumnya diasosiasikan sebagai fluida konduktif (Reynolds, 1998). Beberapa studi telah dilakukan diantaranya untuk identifikasi intrusi air laut (Nassir dkk., 2000), kebocoran limbah hasil aktivitas industri (Van dkk., 1991) atau pertambangan (Yuval & Oldenburg, 1996). Perkembangan perangkat pengukuran geolistrik (Griffiths dkk., 1990) memungkinkan perolehan data dengan cepat pada suatu lintasan untuk keperluan identifikasi penyebaran fluida konduktif (Park, 1998).
Efektivitas metoda geolistrik pada studi penyebaran kontaminan ditentukan terutama oleh kemampuan untuk memperoleh citra atau model resistivitas bawah-permukaan secara relatif akurat melalui pemodelan inversi. Makalah ini membahas penerapan metoda inversi data geolistrik yang dapat menghasilkan model resistivitas bawah-permukaan 2-D. Inversi pada data sintetik dan data dari model analog memberikan hasil yang cukup memuaskan
(Grandis & Yudistira, 2000; 2002). Inversi data hasil pengukuran di tempat pembuangan akhir (TPA) sampah Pasir Impun Bandung menghasilkan model resistivitas bawah-permukaan yang memberikan gambaran disitribusi rembesan (leachate) konduktif. Rembesan tersebut berpotensi minimbulkan pencemaran air-tanah di sekitar lokasi TPA.
2. Metoda Geolistrik
Pengukuran geolistrik dilakukan dengan menginjeksikan arus listrik ke dalam bumi melalui elektroda arus (C1 C2) dan mengukur respons formasi batuan bawah-permukaan pada elektroda potensial (P1 P2). Jarak antar elektroda menentukan kedalaman penyelidikan. Pada teknik pencitraan (imaging) 2-D pengukuran dilakukan dengan memvariasikan jarak tersebut dan menggeser posisi keseluruhan konfigurasi elektroda pada suatu lintasan untuk memperoleh informasi mengenai distribusi resistivitas baik secara vertikal maupun lateral.
Resistivitas semu (ρa dalam Ohm.m)
Ampere) dan beda potensial (∆V dalam Volt) (dalam meter) yang dinyatakan oleh :
1
Data resistivitas semu di-plot dan dikontur pada penampang 2-D (pseudosection) dengan posisi horisontal dan vertikal tiap data disesuaikan dengan posisi titik pengukuran dan jarak elektroda (lihat Gambar 1 untuk konfigurasi Wenner). Skala vertikal pseudosection adalah dalam kelipatan spasi elektroda (n-spacing) dimana semakin besar n secara relatif menggambarkan kedalaman yang makin besar. Skala tersebut dapat pula dinyatakan dalam pseudo-depth atau kedalaman efektif dari konfigurasi dan jarak antar elektroda yang digunakan (Barker, 1989).
Pemodelan inversi data geolistrik 2-D dilakukan dengan software RES2DINV yang dikembangkan oleh Loke & Barker (1996). Pada prinsipnya metoda inversi non-linier didasasarkan pada linierisasi fungsi forward modeling di sekitar model tertentu. Gradien fungsi digunakan untuk memperkirakan modifikasi model secara iteratif hingga diperoleh model optimum. Model pada iterasi ke n+1 diperoleh dari persamaan :
(
[ ( )])
komponen turunan parsial orde pertama dari fungsi forward modeling f(m) terhadap setiap parameter model m, Cd = [σi2] adalah matriks
diagonal dengan elemen diagonal varians data. Kesesuaian antara data dan respons model digunakan sebagai kriteria model atau solusi inversi. Kendala tambahan untuk memperoleh kestabilan iterasi adalah kehalusan (smoothness) model. Persamaan (2) menjadi :
×
dua parameter model yang saling berdekatan. Lagrange multiplier (λ) dipilih untuk menentukan tingkat kehalusan (smoothness) model (Uchida, 1993; Loke & Barker, 1996).
3. Data Lapangan
Pengukuran pada model analog dilakukan untuk mengkaji efektivitas beberapa konfigurasi elektroda yang populer (Wenner, Schlumberger, dipole-dipole serta pole-pole) dalam identifikasi penyebaran polutan. Alat ukur yang digunakan adalah resistivity-meter merk OYO model McOHM-21 yang dilengkapi dengan scanner yang dapat diprogram untuk pengiriman arus dan pengukuran potensial pada elektroda-elektroda tertentu secara otomatis. Pengukuran dilakukan pada lintasan sepanjang 20 meter dengan 21 elektroda yang dipasang tiap 1 meter.
Simulasi penyebaran kontaminan cair dalam tanah dilakukan dengan infiltrasi larutan garam (NaCl) di tengah lintasan (sekitar 4000 liter dengan konsentrasi 10 gram/liter). Pengukuran dilakukan sebelum dan sesudah infiltrasi fluida konduktif serta pada selang waktu 24 jam, 48 jam, 72 jam dan 120 jam setelah infiltrasi. Data dengan konfigurasi Wenner dan Schlumberger dianggap dapat merepresentasikan distribusi fluida konduktif terhadap ruang dan waktu (Grandis & Yudistira, 2000; 2002).
Pengukuran data lapangan dilakukan di bekas tempat pembuangan akhir (TPA) sampah Pasir Impun di Desa Karang Pamulang Kecamatan Cicadas, Kotamadya Bandung (Gambar 2). TPA Pasir Impun mulai beroperasi tahun 1987 dan ditutup pada akhir tahun 1999 karena tidak mampu lagi menampung sampah. Infiltrasi air hujan dan air-tanah serta kontak dengan material timbunan sampah dapat menimbulkan rembesan (leachate) yang dapat menyebabkan pencemaran air-tanah. Tanah dan air-tanah yang telah tercemar akan mempunyai sifat lebih konduktif karena kandungan total dissolved solid (TDS) yang tinggi.
Gambar 1. Konfigurasi elektroda Wenner dan plot data pada pseudosection.
0 200 400 600
0
2
0
0
4
0
0
6
0
0 0 200 400 600
0
2
0
0
4
0
0
6
0
0
100 m
N
batas TPA lintasan-1
lintasan-2
kolam leachate
Pada penelitian ini pengukuran geolistrik dilakukan dengan konfigurasi Wenner dan Schlumberger pada dua lintasan (Lintasan-1 dan Lintasan-2) masing-masing dengan 32 elektroda yang dipasang tiap 5 meter (Gambar 2).
4. Hasil dan Pembahasan
Kontur resistivitas semu dan model resistivitas 2-D hasil inversi yang diperoleh dengan menggunakan konfigurasi elektroda Wenner dan Schlumberger pada Lintasan-1 dan Lintasan-2 menunjukkan pola yang hampir sama. Hasil pengukuran mapping menggunakan konfigurasi Wenner lebih menggambarkan struktur horisontal (layering), sementara konfigurasi Schlumberger lebih sensitif terhadap struktur vertikal (Grandis & Yudistira, 2002). Distribusi rembesan diperkirakan mengikuti pola akifer air-tanah dan topografi sehingga cenderung mengikuti perlapisan horisontal. Oleh karena itu pembahasan lebih difokuskan pada hasil pemodelan 2-D dari data dengan konfigurasi Wenner.
Pada Lintasan-1 terdapat lapisan konduktif (resistivitas kurang dari 10 Ohm.m) secara hampir homogen sepanjang lintasan pada kedalaman antara 5 sampai 15 meter yang diperkirakan berasosiasi dengan leachate. Zona konduktif di dekat permukaan di ujung timur laut lintasan (nomor elektroda besar) diduga merupakan akibat timbunan sampah yang relatif masih baru (Gambar 3). Lapisan konduktif tersebut secara lateral bersesuaian dengan zona konduktif yang diperoleh dari survey VLF-EM, yaitu memanjang searah dengan punggungan timbunan sampah. Batuan dasar dengan harga resistivitas yang tidak terlalu besar (sekitar 30 Ohm.m) pada kedalaman 20 sampai 25 meter dibentuk oleh batuan breksi volkanik, dengan komposisi didominasi oleh batupasir tufaan, kerikil tufaan dengan sisipan batulempung tufaan (Sumargana dkk., 2002).
Pada Lintasan-2 terdapat zona konduktif yang relatif lebih tidak beraturan dan tidak membentuk suatu lapisan yang homogen (Gambar 4). Hal ini kemungkinan disebabkan oleh proses leaching yang belum berlangsung lama mengingat timbunan sampah di sebelah timur relatif lebih baru. Lintasan-2 terletak di sebelah timur dan lebih rendah sekitar 5 meter dari Lintasan-1 sehingga bagian dasar lapisan konduktif yang berasosiasi dengan leachate terlihat lebih dangkal (kedalaman antara 10 sampai 20 meter).
Hasil survey VLF-EM yang memperlihatkan kontur resistivitas semu rendah yang membuka
ke arah tenggara menunjukkan bahwa aliran plume kontaminan ini bergerak ke arah tenggara mengikuti pola aliran air-tanah bebas dan pola topografinya. Analisa air dari beberapa sumur penduduk di sebelah tenggara lokasi TPA menunjukkan indikasi adanya pencemaran (TDS, kandungan Mn dan Fe tinggi) meskipun dengan kadar yang semakin berkurang ke arah tenggara atau makin jauh dari lokasi TPA (Bungkang, 2000).
5. Kesimpulan
Pemodelan inversi data geolistrik 2-D dapat dengan cepat merekonstruksi citra resistivitas bawah-permukaan berdasarkan data yang diukur di permukaan. Hal tersebut memungkinkan aplikasi teknik geolistrik dan metoda pemodelannya pada studi masalah lingkungan yang umumnya berupa kegiatan pemantauan atau monitoring. Perolehan citra resistivitas dapat dilakukan secara real time.
Pada studi yang dilakukan di bekas TPA sampah Pasir Impun, anomali konduktif yang diperoleh menunjukkan adanya akumulasi leachate yang dapat mencemari air-tanah di sekitar daerah tersebut, terutama ke arah selatan dan tenggara. Oleh karena itu diperlukan usaha penanganan atau remediasi. Di samping itu perlu dilakukan pemantauan kualitas air-tanah dan air sumur penduduk untuk mendeteksi adanya pencemaran dan merekomendasikan peruntukan air sesuai dengan kualitasnya.
Studi penyebaran kontaminan dalam tanah / air-tanah perlu dilakukan secara terpadu sehingga citra distribusi resistivitas yang diperoleh dari metoda geolistrik dapat dikorelasikan dengan sifat fisika dan kimia material secara lebih spesifik. Hal ini dapat dilakukan melalui pengukuran konduktivitas secara in-situ terhadap sampel yang diperoleh dari lubang bor, pengukuran log resistivitas dan analisis sifat fisika dan kimia air-tanah. Survey geolistrik membantu penentuan titik pengambilan sampel atau titik pemboran secara lebih efisien.
Aplikasi metoda geolistrik beserta perangkat lunak pemodelannya dapat diperluas, misalnya untuk studi kebocoran tempat penampungan limbah dari aktivitas penambangan yang sering disebut sebagai tailing pond, intrusi air laut di akifer daerah pantai dan sebagainya.
Daftar Pustaka
Bungkang, Y., 2000, penentuan tahanan jenis tanah dengan metoda geolistrik tahanan jenis konfigurasi wenner di TPA Pasir Impun Kotamadya Bandung, Thesis Magister, Dept. Fisika – ITB.
Grandis, H., Yudistira, T., 2000, Studi pendahuluan identifikasi penyebaran polutan bawah-permukaan menggunakan metoda geolistrik, Geofisika Dekat Permukaan ( Near-surface Geophysics), M. Untung (editor), HAGI, 81 - 91.
Grandis, H., Yudistira, T., 2002, Pencitraan konduktivitas bawah-permukaan dan aplikasinya untuk identifikasi penyebaran polutan, Laporan Penelitian Hibah Bersaing IX, Direktorat Jenderal Pendidikan Tinggi.
Griffiths, D.H., Turnbull, J., Olayinka, A.I., 1990, Two-dimensional resistivity mapping with a computer controlled array, First Break,
8, 121 - 129.
Loke, M.H., Barker, R.D., 1996, Rapid least-squares inversion of apparent resistivity pseudosection by a quasi-Newton method, Geophysical Prospecting, 44, 131 - 152.
Nassir, S.S.A., Loke, M.H., Lee, C.Y., Nawawi, M.N.M., 2000, Salt-water intrusion mapping
by geoelectrical imaging surveys, Geophysical Prospecting, 48, 647 - 661.
Park, S.K., 1998, Fluid migration in the vadose zone from 3-D inversion of resistivity monitoring data, Geophysics, 63, 41 - 51.
Reynolds, J.M., 1998, An introduction to applied and environmental geophysics, John Wiley & Sons, New York.
Sumargana, L., Sulistijo, B., Kristianto, A., 2002, Penggunaan metoda Very Low Frequency (VLF) untuk pemetaan penyebaran kontaminan di TPA Pasir Impun Kodya Bandung, Prosiding PIT HAGI 27.
Uchida, T., 1993, Smooth 2-D inversion of magnetotelluric data based on statistical criterion ABIC, Journal of Geomagnetism & Geoelectricity, 45, 841 - 858.
Van, G.P., Park, S.K., Hamilton, P., 1991, Monitoring leaks from storage ponds using resistivity methods, Geophysics, 56, 1267 - 1270.
Gambar 3.
Data konfigurasi Wenner (jarak antar elektroda 5 meter) Lintasan-1 dan model resistivitas hasil inversi.
