PEMODELAN DISTRIBUSI INTRUSI AIR LAUT DENGAN METODE GEOLISTRIK
DI DAERAH LEMPUING DAN BERKAS KOTA BENGKULU
Arif Ismul Hadi, Refrizon dan Halauddin
Jurusan Fisika, FMIPA Universitas Bengkulu
Jl. Raya Kandang Limun Bengkulu, Indonesia
E-mail: arifismulhadi@plasa.com, Telp. (0736) 21170 ext. 234
Diterima 21 Agustus 2006, perbaikan 23 Januari 2007, disetujui untuk diterbitkan 6 Pebruari 2007
ABSTRACT
The purpose of this research is to estimate the subsurface geology structure associated with the distribution of sea water intrusion and the modeling of its structure based on the rock resistivity value. The Data acquisition was obtained by the use of the Naniura Resisitivitymeter NRD22S model. The data were processed by entering the values of electric current, voltage and geometry factor. This data were subsequently put in to Res2DINV inversion program. The results show that the intrusion at the Lempuing layer occurred at the stretching distance of 37.5 50 m within 6.4 m depth and ρ= 0.168 -0.736 Ωm. The intrusion at the Berkas layer occurred at 7.5 - 80 m with 12.4 m depth; with the shallowest at the stretch of 80 - 92.5 m with 6.4 m depth and ρ = 0.00959 - 0.553 Ωm. Generally, the composition of the rock consisted of alluvium and sandstone sediments with ρ = 14.1 - 61.6 Ωm and ρ = 1.54 - 6.73 Ωm in Lempuing area and sandstone sediment with ρ = 1.25 - 6.3 Ωm in Berkas area. The intrusion occurred due to the decrease of fresh water flow to the ocean because of an excessive fresh water pump or the reduce of fresh water supply into aquifer.
Keywords: sea water intrusion, geoelectric method, resistivity value
1. PENDAHULUAN
Masalah lingkungan hidup merupakan masalah global. Pelestarian lingkungan hidup, termasuk pelestarian sumber air semakin terasa mendesak untuk ditangani secara holistik, sistematik, dan berencana. Seiring dengan perkembangan kota dan pertumbuhan penduduk, maka salah satu dampaknya adalah meningkatnya kebutuhan air dan lahan, baik kualitatif maupun kuantitatif. Terdapat kecenderungan bahwa semakin berlimpah ketersediaan air, maka makin tinggi tingkat kesejahteraan masyarakat, dengan demikian kebutuhan air perkapita juga akan meningkat, karena air tidak hanya digunakan untuk keperluan rumah tangga saja tetapi juga untuk keperluan industri, rekreasi, dan lain-lain1).
Kota Bengkulu berada sepanjang garis pantai berhadapan langsung dengan Samudera Hindia. Perkembangan perkotaan yang diiringi dengan perkembangan penduduk akan diikuti oleh meningkatnya kebutuhan air untuk berbagai keperluan dan aktivitas, yang berakibat timbulnya masalah penyediaan air secara umum, karena wilayah tersebut tidak selalu mampu mendukung kebutuhan air. Segala upaya untuk mencukupi kebutuhan air akan dilakukan walaupun harus menggunakan sauatu cara yang dapat mengganggu kelestarian sumber daya air, terutama wilayah tepi pantai. Pengambilan air secara berlebihan dari sumber air terutama air tanah di daerah tepi pantai, akan mengakibatkan intrusi air laut, walaupun hal
tersebut juga dapat disebabkan oleh faktor-faktor yang lain2).
Komposisi air tanah dapat diselidiki dengan membuat lubang bor sampai mencapai dasar kedap air dan memasang sumur-sumur pengamatan untuk mengambil contoh-contoh air. Namun demikian, hal ini akan membutuhkan biaya yang cukup mahal dan merusak lingkungan hidup. Cara yang paling murah, tidak merusak lingkungan hidup, dan handal untuk memodelkan sebaran intrusi air laut bawah permukaan dapat dilakukan dengan penyelidikan geofisika yang salah satunya dengan menggunakan metode geolistrik.
Apabila ditinjau sebuah rangkaian sederhana yang terdiri dari sumber arus (batere) yang terhubung seri dengan sebuah tahanan, maka arus yang mengalir dalam kawat loop akan terhambat oleh keberadaan hambatan tersebut. Pada ujung-ujung hambatan dapat diukur beda potensialnya. Beda potensial besarnya dirumuskan dalam hubungan empiris oleh G.S. Ohm3)
seperti terdapat pada Persamaan (1) berikut:
R
I
V
=
.
(1)dengan V = beda potensial terukur (V), I = arus yang dilewatkan (A) dan R = hambatan (Ω).
Apabila hambatan tersebut berbentuk balok dengan luas penampang A, panjang l, dan hambatan R, maka dikenal parameter baru yang disebut sebagai hambatan jenis (resistivitas) seperti pada Persamaan (2) 4),
l RA
=
ρ (2)
yang bersatuan ohm-m.
Apabila ditinjau bahwa media yang dipakai adalah medium homogen setengah koordinat (half-space), garis-garis arus akan menjalar radial dan membentuk setengah bola. Apabila jarak titik pengukuran adalah d, maka Persamaan (2) menjadi Persamaan (3):
= = d d d R 1 2 2 2 π ρ π ρ (3)
sehingga beda potensialnya akan memberikan Persamaan (4) : d V V d I R I V = − = = 0 1 2 . π ρ (4)
yang menunjukkan beda potensial di titik 0 dan potensial pada jarak d. Pada kasus 2 (dua) titik arus sebagai source dan sink dan dengan menganggap titik 0 adalah sama, maka diperoleh Persamaan (5):
− = = 2 1 1 1 2 . d d I R I V
π
ρ
, (5)dengan d1 dan d2 adalah jarak dari titik amat ke kedua
elektroda arus yang digunakan. Hukum Ohm merupakan deskripsi empirik dari sifat yang banyak dimiliki material3).
Pendekatan sederhana untuk mendapatkan hambatan jenis setiap batuan di bawah permukaan dilakukan dengan mengasumsikan bahwa bumi merupakan suatu medium yang homogen isotropis yang dikenal dengan istilah resistivitas semu. Resistivitas semu (apparent
resistivity) adalah resistivitas yang terukur di atas
medium berlapis yang mempunyai perbedaan reistivitas dan ketebalan lapisan dianggap homogen isotropis. Resistivitas yang sebenarnya diperoleh dengan cara membuat model dan diturunkan hubungan antara resistivitas semu dan resistivitas sebenarnya (metode inversi)5). Pendekataan umum untuk numerikal inversi
digambarkan dengan model atau titik dengan struktur bumi berlapis. Struktur yang lebih umum dapat dimodelkan dalam struktur 2-D, yang konduktivitas regional bervariasi dalam satu arah (strike direction) dan data diperkirakan memotong strike 6).
Tinjauan konduktivitas listrik dari mineral-mineral secara umum sebagian besar dikarakterisasi oleh resistivitas yang sangat tinggi atau konduktivitas yang rendah. Batuan berpori yang berisi air konduktivitasnya berasal dari konduktivitas elektrolitnya sendiri dan interaksi antara komponen padat dan cair yang dapat mempertinggi konduktivitas listrik.
Prinsip kerja metode geolistrik adalah mengalirkan arus listrik searah atau bolak-balik berfrekuensi rendah ke dalam bumi melalui dua elektroda arus, kemudian mengukur beda potensial yang timbul melalui dua
elektroda potensial, sehingga nilai resistivitasnya dapat dihitung. Berdasarkan Persamaan (5) dan notasi yang disesuaikan, maka akan terpenuhi oleh Persamaan (6) dan (7): − = 2 1 1 1 1 2 d d I VP
π
ρ
, (6) − = 4 3 2 1 1 2 d d I VPπ
ρ
, (7)sedangkan berdasarkan penggabungan Persamaan (6) dan (7), maka beda potensial yang terukur pada kedua titik P1 dan P2 seperti terdapat pada Persamaan (8) :
+ − − = − = 4 3 2 1 2 1 2 1 1 1 1 1 2 d d d d I V V VPP P P
π
ρ
.(8)Nilai resistivitas semu yang terukur di lapangan dapat dihitung dengan membalik Persamaan (8) menjadi Persamaan (9) dan (10)7), 1 4 3 2 1 2 1 1 1 1 1 2 − + − − = d d d d I Vp p
π
ρ
. (9) p I Vp p = 1 2 2π
ρ
, (10)dengan p dikenal sebagai faktor geometri yang nilainya bergantung dari susunan (konfigurasi) elektroda yang digunakan.
Berdasarkan tujuan dalam penelitian ini yaitu untuk mengetahui struktur geologi bawah permukaan yang diasosiasikan dengan sebaran intrusi air laut bawah permukaan secara lateral dengan kedalaman tertentu (profiling), sehingga cara yang paling baik adalah dengan menggunakan konfigurasi Wenner4). Faktor
geometri untuk konfigurasi Wenner adalah sesuai dengan Persamaan (11)7) :
a
a
a
a
a
p
wπ
2
π
1
2
1
2
1
1
2
=
+
−
−
=
(11)Secara teknis, kedalaman rata-rata merupakan setengah jarak bentangan elektroda pada pengukuran bumi homogen isotropis8).
Penelitian ini bertujuan : (1) Mengetahui struktur geologi bawah permukaan yang diasosiasikan dengan sebaran intrusi air laut bawah permukaan sebagai fungsi lateral dan fungsi kedalaman dan (2) Memodelkan sebaran intrusi air laut bawah permukaan tersebut berdasarkan nilai resistivitas batuan. Penelitian ini bermanfaat: (1) Mengetahui seberapa jauh daerah-daerah yang tidak atau telah terintrusi air laut dan faktor penyebabnya dan (2) Memberi masukan kepada Pemerintah Daerah Kota Bengkulu dan Propinsi Bengkulu tentang pola sebaran intrusi air laut bawah permukaan di Kota Bengkulu sebagai acuan kebijakan, khususnya yang berhubungan dengan konservasi lingkungan.
2. METODE PENELITIAN
Akuisisi data di lapangan menggunakan peralatan geolistrik Naniura Resistivitymeter model NRD22S. Alat ini digunakan untuk mengukur resistivitas medium bawah permukaan yang dapat diasosiasikan dengan sebaran intrusi air laut bawah permukaan. Pengumpulan data di lapangan dengan cara profiling, sehingga konfigurasi yang paling baik adalah dengan menggunakan konfigurasi Wenner 4). Pengolahan data
dilakukan dengan memasukkan nilai arus, tegangan dan faktor geometri, sehingga akan diperoleh resistivitas semu hasil pengukuran. Data ini kemudian dimasukkan ke dalam program inversi Res2DINV. Adapun input pada program tersebut adalah: spasi elektroda terkecil, tipe konfigurasi, jumlah data pengukuran, tipe x-location titik datum, flag for I.P. data (dalam satu kolom), serta titik datum, spasi elektroda, jumlah x-location titik datum, dan nilai apparent resistivity (dalam empat kolom) dan diakhiri penutup program. Program inversi ini akan menentukan nilai resistivitas sebenarnya dalam model
blok resistivitas sebenarnya (true resistivity) bawah permukaan5) yang selanjutnya siap untuk diinterpretasi.
Nilai optimal dalam pemodelan inversi dicapai apabila
error yang dihasilkan dalam model tersebut kecil
(minimal) dengan melakukan iterasi program.
Analisis dan interpretasi data didasarkan pada nilai resistivitas batuan bawah permukaan. Resistivitas merupakan parameter penting untuk mengkarakterisasi keadaan fisis bawah permukaan. Parameter tersebut bergantung pada litologi, sesar, terobosan magma, porositas, suhu, tekanan dan fluida yang mengisi batuan9). Parameter-parameter tersebut dapat
menaikkan dan menurunkan resistivitas batuan.
3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Data yang telah diolah dengan menggunakan software
Res2DINV, diperoleh RMS error 34,8%. Keadaan ini
cukup baik untuk dapat menafsirkan secara kualitatif. Perbandingan kontur resistivitas semu data lapangan
Gambar 1. Perbandingan kontur resistivitas semu data lapangan (a), model (b) dan penampang 2-D resistivitas sebenarnya (c) pada lintasan Lempuing.
Gambar 2. Perbandingan kontur resistivitas semu data lapangan (a), model (b) dan penampang 2-D resistivitas sebenarnya (c) pada lintasan Berkas.
6.30 3.8 9.3
(a)
(b)
(c)
(m) 61.6 3.8 9.3(a)
(b)
(c)
(m)dan model, penampang 2-D resistivitas sebenarnya dan kedalaman penetrasi yang akan diinterpretasi dapat dilihat pada Gambar 1 dan 2 di atas.
Berdasarkan kontur penampang 2-D resistivitas sebenarnya, maka pola sebaran resistivitas tiap lintasan adalah sebagai berikut:
1. Lintasan Lempuing
Pada lintasan ini nilai resistivitas sebenarnya yang tampak pada Gambar 1 adalah ρ = 0,168 Ωm sampai dengan 61,6 Ωm.
2. Lintasan Berkas
Pada lintasan ini nilai resistivitas sebenarnya yang tampak pada Gambar 2 adalah ρ = 0,00959 Ωm sampai dengan 6,3 Ωm.
Kedalaman penetrasi untuk masing-masing lintasan yang dapat dicapai adalah 12,4 m.
Sebaran resistivitas bawah permukaan sebagai fungsi lateral maupun kedalaman dapat dilihat dengan model 2-D menggunakan software Res2DINV. Interpretasi didasarkan pada kontras resistivitas batuannya. Resistivitas merupakan parameter penting untuk mengkarakterisasikan keadaan fisis bawah permukaan. Parameter tersebut bergantung pada litologi, sesar, terobosan magma, porositas, magma, suhu, tekanan dan fluida yang mengisi pori batuan9).
Parameter-parameter tersebut dapat menaikkan atau menurunkan resistivitas batuan.
Hasil-hasil di atas menunjukkan bahwa nilai resistivitas yang rendah (low resistivity) pada daerah pantai berkaitan dengan kandungan garam5). Untuk air asin
(garam), ρ = 0,05 - 0,2 Ωm, Air laut, ρ = 0,2 Ωm dan air payau, ρ = 0,3 - 1 Ωm atau secara umum disebut saline
water10). Pada lintasan Lempuing (300 m dari bibir
pantai) intrusi air laut terjadi pada jarak bentangan 37,5 - 50 m mulai kedalaman 6,4 m dengan ρ = 0,168 - 0,736
Ωm (biru tua - biru muda). Nilai resistivitas yang kecil di permukaan seperti pada bentangan 7,5 - 12,5 m diduga merupakan rembesan dari air sungai karena pada lintasan ini berdekatan dengan aliran air sungai, yang mana perngaruhnya akan memperkecil nilai resistivitas batuan. Batuan sandstone dengan nilai resistivitas 1,54-6,73 Ωm diduga berada di permukaan mulai jarak bentangan 7,5 - 47,5 m, kemudian muncul kembali pada bentangan 57,5 - 92,5 m (hijau muda-kuning kecoklatan) dan batuan lain yang menyusunnya adalah
alluvium dengan nilai resistivitas 14,1 - 61,6 Ωm muncul di permukaan mulai jarak bentangan 47,5 - 57,5 m, sedangkan yang lainnya secara umum berada di bawah permukaan (coklat - merah tua).
Pada lintasan Berkas (300 m dari bibir pantai), intrusi air laut mulai tampak pada kedalaman 12,4 m mulai jarak bentangan 7,5 - 80 m dan yang paling dangkal terjadi pada kedalaman 6,4 m pada jarak bentangan 80 - 92,5 m (biru tua - kuning) dengan ρ = 0,00959 - 0,553 Ωm. Batuan yang menyusunnya sampai dengan di
permukaan merupakan sandstone dengan nilai resistivitas 1,25 - 6,30 Ωm (coklat - merah tua). Nilai resistivitas yang muncul di permukaan diduga akibat berdekatan dengan genangan air.
Secara umum batuan yang menyusun di daerah Lempuing terdiri dari batuan sedimen alluvium dengan nilai ρ = 14,1 - 61,6 Ωm dan batuan sedimen sandstone dengan nilai ρ = 1,5 - 8,68 Ωm.Menurut Telford et al.7)
batuan sandstone mempunyai nilai resistivitas
1 - 6,4×108 Ωm dan alluvium 10-800 Ωm. Hal ini sesuai
dengan dengan peta geologi yang ada di daerah tersebut11). Adapun batuan yang menyusun di daerah
Berkas merupakan batuan sandstone dengan nilai ρ = 1,08 - 4,10 Ωm. Daerah yang paling konduktif berturut-turut adalah daerah Berkas (0,00959 Ωm) dan Lempuing (0,168 Ωm) yang berkaitan dengan kandungan garam/salinitas di daerah penelitian, dimana semakin konduktif berarti salinitasnya semakin tinggi.
Pada daerah pesisir air tawar seringkali berada di atas air asin. Ketebalan lapisan air tawar di atas air asin bergantung pada beberapa faktor, misalnya banyaknya curah hujan dan besarnya aliran air tanah menuju ke laut. Bila dilakukan pemompaan air tawar, maka posisi bidang kontak antara air asin dan ait tawar di bawah pompa akan bergeser ke atas mendekati ujung pipa hisap pompa. Pergeseran bidang kontak ini disebabkan oleh menurunnya permukaan atau tekanan air akibat
drawdown12). Berdasarkan analisis ini, intrusi air laut
yang terjadi di daerah penelitian ini dapat disebabkan oleh berkurangnya aliran air tawar yang menuju ke laut, misalnya karena pemompaan air tawar yang berlebihan atau karena menurunnya suplai air tawar ke dalam akifer oleh sebab-sebab lain.
KESIMPULAN
1. Untuk lintasan Lempuing intrusi air laut terjadi pada jarak bentangan 37,5 - 50 m mulai kedalaman 6,4 m dengan ρ = 0,168 - 0,736 Ωm (biru tua - biru muda).
2. Untuk lintasan Berkas intrusi air laut mulai tampak pada kedalaman 12,4 m mulai jarak bentangan `7,5 - 80 m dan yang paling dangkal terjadi pada kedalaman 6,4 m pada jarak bentangan 80 - 92,5 m dengan ρ = 0,00959 - 0,553 Ωm (biru tua-kuning).
3. Secara umum batuan yang menyusun di daerah Lempuing terdiri batuan sedimen alluvium dengan nilai ρ = 14,1- 61,6 Ωm dan batuan sedimen
sandstone dengan nilai ρ = 1,54 - 6,73 Ωm, sedangkan batuan yang menyusun di daerah Berkas merupakan batuan sandstone dengan nilai
ρ = 1,25 - 6,3 Ωm
4. Intrusi air laut yang terjadi di daerah penelitian ini disebabkan oleh berkurangnya aliran air tawar yang menuju ke laut karena pemompaan air tawar
yang berlebihan atau karena menurunnya suplai air tawar ke dalam akifer oleh sebab-sebab lain.
UCAPAN TERIMA KASIH
Pada kesempatan ini penulis ucapkan banyak terima kasih kepada DP3M, Dirjen Dikti atas dana yang diberikan untuk penelitian ini dan mahasiswa Fisika FMIPA Unib (Nopiyanti dan Sopan Indragandi) yang terlibat dalam pengambilan data di lapangan.
DAFTAR PUSTAKA
1. Sriharto, Br. 1991. Dasar Hidrologi Perkotaan. Kursus Singkat Hidrologi Perkotaan I. Pusat Antar Universitas Ilmu Teknik. UGM. Yogyakarta.
2. Sumarsono, Mujiharjo, S., Yuwana, Sulistyo, B., Iman, P.S., Zuki, M., Susanti, L., Hasanuddin dan Nesbah. 1993. Intrusi Air laut dan Pengaruhnya terhadap Sumber Air di Wilayah Kotamadia Bengkulu dan Sekitarnya. Ditjen Dikti (Unpublished).
3. Tippler, P.A. 1996. Fisika untuk Sains dan Teknik.
Jilid 2. Edisi Ketiga. Erlangga. Jakarta.
4. Sharma, P.V. 1997. Environmental and Engineering Geophysics. Cambridge University
Press. United Kingdom.
5. Loke, M.H. 2000. Electrical Imaging Surveys for
Environmental and Engineering Studies: A Practical Guide to 2-D and 3-D Surveys.
http://www.geometrics.com.
6. Jupp, D.B.L. and Vozoff, K. 1976. Two-Dimensional Magneto-telluric Inversion. J. Geophysics, 50:
7. Telford, W.M., Geldart, L.P. and Sheriff, R.E. 1998.
Applied Geophysics. Second Edition. Cambridge
University Press. New York.
8. Al Hagrey, S.A. and Michaelsen, J. 1999. Resistivity and Percolation Study of Prefential Flow in Vadose Zone at Bokhorst, Germany. J.
Geophysics. 64(3): 746 – 753.
9. Sutarno, D. 1993. Metoda Magnetotellurik, Teori dan Aplikasinya. J. Kontribusi Fisika,. 4: 333 – 352.
10. Santoso. 2002. Geofisika. Penerbit ITB. Bandung.
11. Hersenanto, C.W., Junaida dan Supartoyo. Tanpa Tahun. Peta Potensi sumber Daya Mineral dan
Energi Propinsi Bengkulu. Dinas ESDM. Bengkulu.
12. Notodarmojo, S. 2005. Pencemaran Tanah dan Air
