LAPORAN AKHIR PENELITIAN HIBAH KOMPTENSI APLIKASI METODE GAYABERAT MIKRO ANTAR WAKTU UNTUK PEMANTAUAN INTRUSI AIR LAUT DI KAWASAN SEMARANG UTARA

Transkripsi

1

2 LAPORAN AKHIR PENELITIAN HIBAH KOMPTENSI APLIKASI METODE GAYABERAT MIKRO ANTAR WAKTU UNTUK PEMANTAUAN INTRUSI AIR LAUT DI KAWASAN SEMARANG UTARA tahun ketiga dari rencana tiga tahun Ketua/ Anggota Tim Dr. Supriyadi, M.Si/ Dr. Khumeadi, M.Si/ Dibiayai oleh: Daftar Isian Pelaksanaan Anggaran (DIPA) Universitas Negeri Semarang Nomor: DIPA /2014, Tanggal 5 Desember 2013 dan Revisinya Sesuai dengan Surat Perjanjian Pelaksanaan Penelitian dan Pengabdian Kepada Masyarakat Universitas Negeri Semarang Tahun Anggaran 2014 Nomor: /UN37/PPK.3.1/2014, Tanggal 13 Mei 2014 UNIVERSITAS NEGERI SEMARANG OKTOBER 2014

3 ii

4 RINGKASAN Penelitian ini dilatarbelakangi oleh kenyataan bahwa intrusi air laut yang terjadi di beberapa wilayah kota Semarang ternyata sudah meresep ke sumur gali yang dimanfaatkan oleh masyarakat untuk keperluan sehari hari, seperti mencuci, mandi dan sebagainya. Sebagaimana penelitian yang telah dilakukan oleh Hendrayana (2002), diketahui bahwa daerah utara Semarang, intrusi air laut semakin meningkat sejak beberapa tahun terakhir, terutama pada daerah pemukiman pusat perkotaan, dan di beberapa wilayah industri di bagian utara, misalnya daerah sekitar Muara Kali Garang, Tanah Mas, Pengapon, dan Simpang Lima. Data intrusi air laut tersebut berdasarkan hasil pemantauan dari beberapa sumur gali penduduk dan kualitas sumur bor di beberapa tempat. Secara umum tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui wilayah utara kota Semarang yang diperkirakan sudah terintusi air laut dengan menggunakan metode Gayaberat mikro antar waktu. Metode ini diawali dengan (a) pemodelan respon anomali gayaberat akibat intrusi air laut, (b) melakukan pengukuran gayaberat dua kali dalam setahun di titik yang sama. Pengukuran gayaberat dilakukan secara berulang setiap tahun pada bulan Mei dan Oktober di 120 titik yang tersebar merata di kawasan utara kota Semarang. Peralatan utama yang digunakan adalah gravimeter Scintrex Autograv CG-3 dan GPS, ( c) pengolahan data dengan menggunakan perangkat lunak yang sudah ada seperti MS. Excell, Grav2D, Grav3D, Sufer 8,0 dan (d ) interpretasi secara kualitatif dan kuatitatif hasil pengolahan data. Selain itu untuk keperluan interpretasi dilakukan pula pengukuran geolistrik di lokasi yang teridentifikasi mengalami intrusi air laut. Hasil pemodelan intrusi air laut dengan menggunakan parameter kedalaman akuifer dan lithologi untuka kawasan utara kota Semarang dengan perangkat lunak Grav3D menujukkan bahwa intrusi air laut memberikan respon anomali gaya berat mikro antar waktu sebesar 0,12 s.d 0,18 miligal, kontras densitas 0,15 s.d 0,30 gr/cm 3 pada kedalaman 30 m s.d 100 m. Berdasarkan penelitian gayaberat mikro antar waktu periode 2012, 2013 dan 2014 dapat disimpulkan bahwa gayaberat mikro antar waktu dapat menghasilkan perubahan gayaberat dan perubahan kontras densitas yang nilainya positif (+) dan atau negatif ( -). Nilai positif (+) apabila adanya penambahan fluida atau intrusi air laut, nilai negatif ( -) apabila adanya pengurangan fluida. Hasil dari pemodelan kedepan (forward modeling) menunjukkan perubahan nilai gayaberat akibat intrusi air laut sebesar 0,13 mgal sampai 0,18 mgal dan perubahan kontras densitas sebesar 0,15 g/cm 3 sampai 0,3 g/cm 3 akibat adanya intrusi air laut. Korelasi dari hasil pemodelan kedepan dengan data hasil pengukuran, didapatkan daerah yang telah mengalami penambahan intrusi air laut adalah daerah Pelabuhan Tanjung Mas, daerah SPBE Bandarharjo, Kuningan, Pasar Boom Lama dan daerah Johar dengan nilai perubahan gayaberat antara 0,12 mgal sampai 0,18 mgal dan perubahan kontras densitasnya sebesar 0,15 g/cm 3 sampai 0,28 g/cm 3. Daerah yang mengalami pengurangan fluida adalah Puri Anjasmoro, Kenconowungu dan Puspowarno dengan nilai perubahan gayaberat antara -0,06 mgal sampai - 0,18 mgal. Hasil pengukuran geolistrik menunjukkan bahwa daerah yang mengalami intrusi air laut sebagai berikut: kedalaman 0-5 meter (Widoharjo dan sekitarnya), kedalaman 6-10 meter (Widoharjo dan sekitarnya, perumahan Tlogosari dan sekitarnya), kedalaman meter (Widoharjo dan sekitarnya), kedalaman meter (tidak terjadi intrusi air laut), kedalaman meter (Widoharjo dan sekitarnya), dan kedalaman meter. Selain itu jika dilihat hasil pengukuran di beberapa tempat di Kaligawae, Kemijen, Kenconowungu, Purwogondo dan Tawang) yang meperlihatkan bahwa pada tempat-tempat tersebut telah terjadi intrusi air laut, dimana harga resistivitasnya antara 0,01 s.d 0,33 ohm meter. Jika dibandingkan dengan hasil pengukuran gaya berat maka ada kecenderungan bahwa tempat yang mengalami intrusi air laut pada daerah yang sama. iii

5 PRAKATA Kami panjatkan puji syukur kehadirat Allat SWT atas selesainya laporan kegiatan penelitian Hibah Strategis Nasional yang berjudul Aplikasi metode Gayaberat mikro antar waktu untuk pemantauan intrusi air laut di kawasan Semarang utara. Keseluruhan kegiatan penelitian ini dapat berlangsung sebagaimana mestinya atas dukungan berbagai pihak yang tidak dapat disebutkan satu per satu. Ucapan terima kasih kami sampaikan kepada : 1. Direktur Penelitian dan Pengabdian Kepada Masyarakat Ditjen Dikti yang memberi kesempatan untuk melakukan penelitian melalui Hibah Kompetensi 2. Rektor Universitas Negeri Semarang yang telah memfasilitasi pelaksanaan penelitian ini. 3. Ketua Lembaga Penelitian Universitas Negeri Semarang yang telah membantu secara kelembagaan untuk perijinan ke Pemerintah Kota Semarang. 4. Kepala Sub Bagian Gravity Badan Mateorologi Klimatologi Geofisika (BKMG) Jakarta yang telah membantu fasilitas alat Gravimeter Scintrex Autograv CG Prof. Dr. Totok Sumaryanto, M.Pd Prof. Dr. Jazuli, M.Pd, dan Dr. Sucihatiningsih Dian Wisika Prajanti M.Si yang telah mengevaluasi hasil kegiatan penelitian ini. 6. Mahasiswa program studi Fisika angkatan 2010/2011, 2011/2012, dan 2012/2013 yang telah membantu kegiatan pengukuran gayaberat. Hasil kegiatan pengabdian ini jauh dari sempurna, untuk itu kami tim peneliti mengaharapkan saran dan masukan. Semoga laporan kegiatan pengabdian kepada masyarakat ini bermanfaat. Amiin. Tim Peneliti iv

6 DAFTAR ISI HALAMAN PENGESAHAN RINGKASAN... PRAKATA... DAFTAR ISI... DAFTAR TABEL... DAFTAR GAMBAR... DAFTAR LAMPIRAN.. Halaman ii iii iv v vi vii x BAB 1 PENDAHULUAN Latar Belakang Rumusan Masalah... 3 BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA Terminologi Intrusi Air Laut Kajian tentang Penelitian Intrusi Air Laut di Semarang Kajian Metode Gaya Berat Mikro untuk Eksplorasi dan pemantauan Persamaan Matematik untuk Anomali Gaya Berat Mikro antar Waktu Gradien Vertikal Gaya Berat Mikro antar Waktu Pemisahan Anomali Regional dan Residual Data Gaya Berat Mikro antar Waktu BAB 3 TUJUAN DAN MANFAAT PENELITIAN Tujuan Manfaat BAB 4 METODE PENELITIAN Tahapan Kegiatan Pengolahan Data Analisis dan interpretasi BAB 5 HASIL DAN PEMBAHASAN Pemodelan Respon Anomali Gaya Berat Mikro akibat Penurunan Muka Air Tanah Pemodelan Respon Gaya Berat Mikro akibat Perubahan Topografi Model Respon Anomali Gaya Berat Mikro antar Waktu akibat Amblesan dan Perubahan Kedalaman Muka Air Tanah di Semarang v

7 5.4a Model Respon Anomali Gradien Vertikal Gaya Berat Mikro antar Waktu akibat Pengurangan Air Tanah b Model Respon Anomali Gradien Vertikal Gaya Berat Mikro antar Waktu akibat Pengisian Kembali Air Tanah Respon Anomali Gaya Berat Mikro antar Waktu akibat Intrusi Air Laut Pemodelan Intrusi Air Laut Berdasarkan Data Hidrogeologi Anomali Gaya Berat Mikro antar Waktu Anomali Gaya Berat Mikro antar Waktu 2012 akibat Perubahan Kedalaman Muka Air Tanah (Penurunan Muka Air Tanah dan Intrusi Air Laut) Anomali Gradien Vertikal Gaya Berat Mikro antar Waktu Distribusi Curah Hujan Periode Januari-Juli Pasang Surut Air Laut Membangun Filter Berdasarkan Model Lapangan ( Model Based Uji Coba MBF (Model Based Filter) Uji FFT 2D Anomali Gaya Berat Mikro antar Waktu Anomali Gradien Vertkal Gaya Berat Mikro antar Waktu Anomali Gaya Berat Mikro antar Waktu 2013 akibat Intrusi Air Laut Curah Hujan periode Mei-Oktober Anomali Gaya Berat Mikro antar Waktu Anomali Gradien Veritikal Gaya Berat Mikro antar Waktu Anomali Gaya Berat Mikro antar Waktu 2014 akibat Intrusi Air Laut Data Curah Hujan Pasang surut Januari Juli Penelitian Geolistrik 77 BAB 6 KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Saran 94 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN vi

8 DAFTAR TABEL Halaman Tabel 4.1 Data pengukuran dan perhitungan gayaberat observasi Tabel 5.1 Respon gaya berat akibat perubahan kedalaman muka air tanah dengan perhitungan pendekatan slab Bouguer tak hingga dan terbatas Tabel 5.2 Perhitungan koreksi medan dengan radius dalam tetap dan radius luar berubah Tabel 5.3 Perhitungan koreksi medan dengan radius dalam berubah dan radius luar tetap Tabel 5.4 Karakteristik anomali gaya berat mikro antar waktu, gradien vertikal dan gradien vertikal antar waktu Tabel 5.5 Anomali gaya berat berdasarkan model intrusi dengan kedalaman berbeda Tabel 5.6 Anomali gaya berat berdasarkan model intrusi dengan rapat massa berbeda Tabel 5.7 Dimensi input amblesan untuk model 3D Tabel 5.8 Perbandingan respon anomali gaya berat akibat amblesan yang dihitung dengan program 3D dan dihitung secara teori 57 Tabel 5.9 Dimensi model penurunan muka air tanah Tabel 5.10 Anomali gaya berat akibat penurunan muka air tanah 59 Tabel 5.11 Anomali gaya berat akibat penurunan muka air tanah dengan variasi dimensi X, Y dan kedalaman Tabel 5.12 Anomali gaya berat akibat amblesan dan penurunan muka air tanah vii

9 DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1 Sketsa posisi air tnah tawar dan air asin pada akuifer bebas di daerah pantai... 5 Gambar 2.2 (a) Skema model pengukuran gayaberat untuk menentukan gradien vertikal dan (b) pengukuran gradien vertikal gayaberat Gambar 4.1 GPS (Global Position System) Gambar 4.2 Distribusi titik ukur gayaberat di daerah penelitian Gambar 4.3 Gravimeter Scintrex Autograv CG Gambar 4.4 Posisi gravimeter tiap kali pengukuran di posisi yang telah ditentukan Gambar 4.5 Contoh loop satu kali pengukuran yang dinyatakan dengan garis hijau Gambar 5.1 Hubungan antara respon gaya berat mikro dengan penurunan muka air tanah.. 21 Gambar 5.2 Sistem koordinat silinder lempeng Bouguer untuk menghitung koreksi medan ( Telford dkk., 1990 ) Gambar 5.3 Model perubahan topografi pada saat (t o ) sebelum dan (t 1 ) setelah terjadi amblesan (z), r 1 dan r 2 berturut turut adalah radius dalam dan radius luar Gambar 5.4 Koreksi medan akibat perubahan elevasi titik amat dengan radius dalam tetap dan radius luar berubah Gambar 5.5 Koreksi medan akibat perubahan elevasi titik amat dengan radius dalam berubah dan radius luar tetap Gambar 5.6 Peta jenis tanah di wilayah kota Semarang Gambar 5.7 Model amblesan dan penurunan muka air tanah, (a) posisi amblesan dan akuifer simetri, (b) ujung akuifer berada di tengah amblesan dan (c) ujung akuifer sejajar dengan ujung amblesan viii

10 Gambar 5.8 Model amblesan dan penurunan muka air tanah dengan dimensi amblesan lebih besar dibandingkan dimensi penurunan muka air tanah Gambar 5.9 Model amblesan dan kenaikan muka air tanah dengan dimensi keduanya sama besar Gambar 5.10 Model amblesan dan penurunan muka air tanah yang berbentuk kerucut Gambar 5.11 Respon gradien vertikal gaya berat mikro antar waktu akibat pengurangan air tanah (penurunan kedalaman muka airtanah) Gambar 5.12 Respon gradien vertikal gaya berat mikro antar waktu akibat adanya pengisian kembali air tanah Gambar 5.13 Respon gaya berat akibat amblesan dengan kedalaman masing-masing pada kedalam 10 m (a), 20 m (b), 30 m (c), dan 40 (m) Gambar 5.14 Respon gaya berat akibat intrusi air laut dengan rapat massa ( ) masing masing (a) 1,025 gr/cm 3, (b) 1,026 gr/cm 3, (c) 1,027 gr/cm 3, dan (d) 1,028 gr/cm Gambar 5.15 Penampang melintang sistem aquifer di kota Semarang arah Utara-Selatan (Marsudi, 1996) Gambar 5.16 Mesh yang digunakan dalam pemodelan.. 37 Gambar 5.17 Model awal sebelum terjadi intrusi air laut Gambar 5.18 Model setelah terjadi intrusi air laut.. 38 Gambar 5.19 Model awal dan peta kontur sebelum terjadi intrusi air laut. 39 Gambar 5.20 Model dan peta kontur setelah terjadi intrusi Gambar 5.21 Peta kontur perubahan gaya berat akibat intrusi air laut berdasarkan model. 40 Gambar 5.22 Nilai perubahan kontras densitas akibat intrusi air laut berdasarkan model Gambar 5.23 Penampang kedalaman perubahan kontras densitas akibat intrusi air laut berdasarkan model ix

11 Gambar 5.24 Penampang perubahan kontras densitas akibat intrusi air laut pada sumbu Y berdasarkan model Gambar 5.22 Distribusi curah hujan periode Januari-Juli 2012 di Semarang Gambar 5.23 Data pasang surut air laut periode Januari-Juli Gambar 5.24 Model amblesan (a) 10 cm, (b) 7 cm, (c) 4 cm dan respon anomali gayaberat masing masing model Gambar 5.25 Penampang perubahan kontras densitas akibat intrusi air laut pada sumbu X berdasarkan model Gambar 5.26 (a) Gaya berat mikro Mei 2013, (b) Gaya berat mikro periode Oktober, dan (c) Anomali gaya berat mikro antar waktu Mei Oktober Gambar 5.27 Peta anomali gaya berat mikro antar waktu akibat perubahan rapat massa bawah permukaan yaitu perubahan kedalaman muka air tanah akibat penurunan muka air tanah dan intrusi air laut Gambar 5.28 (a) Gradien vertikal gaya berat periode Mei 2012, (b) Gradien vertikal gaya berat periode Oktober 2012, dan (c) Anomali gradient vertikal gaya berat mikro antar waktu periode Mei-Oktober Gambar 5.29 Distribusi curah hujan periode Januari-Juli 2012 di Semarang Gambar 5.30 Data pasang surut air laut periode Januari-Juli 2012 Gambar 5.31 Tahapan analisa frekuensi dan ampitudo respon anomali gaya berat untuk pembuatan filter yang berlaku untuk data 1D dan 2D Gambar 5.32 Skema pemfilteran dalam kawasan spasial dan frekuensi 52 Gambar 5.33 Pendekatan model 3 dimensi oleh kumpulan prisma sisi tegak (Blakely, 1996) Gambar 5.34 Model amblesan (a) 10 cm, (b) 7 cm, (c) 4 cm dan respon anomali gaya berat masing masing model Gambar 5.35 Model penurunan muka air tanah (a) 0,25 m, (b) 0,50 m, (c) 1,0 m dan respon anomali gaya berat untuk masing masing model x

12 Gambar 5.36 Anomali gaya berat akibat penurunan muka air tanah dengan variasi dimensi X, Y dan kedalaman Gambar 5.37 Respon anomali gaya berat gabungan amblesan dan penurunan muka air tanah (a) amblesan 10 cm penurunan muka air tanah 0,25 m, (b) am blesan 7 cm penurunan muka air tanah 0,5 m Gambar 5.38 Data masukan untuk uji coba FFT 2D menggunakan Matlab 7.0 dengan masukan komponen (a) nol dan (b) satu Gambar 5.39 Hasil FFT 2D untuk semua komponen nol, (a) bagian real, (b) bagian imajiner, (c) amplitudo, dan (d) tampilan 3D amplitudo frekuensi sumbu X frekuensi sumbu Y 62 Gambar 5.40 Hasil FFT 2D untuk semua komponen satu, (a) bagian real, (b) bagian imajiner, (c) amplitudo, dan (d) tampilan 3D amplitudo frekuensi sumbu X frekuensi sumbu Y 63 Gambar 5.41 (a) Gaya berat mikro Mei 2013, (b) Gaya berat mikro periode Oktober 2013, dan (c) Anomali gaya berat mikro antar waktu Mei-Oktober Gambar 5.42 (a) Gradien vertikal gaya berat periode Mei 2013, (b) Gradien vertikal gaya berat periode Oktober 2013, dan (c) Anomali gradient vertikal gaya berat mikro antar waktu periode Mei-Oktober Gambar 5.43 (a) Anomali gaya berat mikro antar waktu Mei-Oktober 2013, (b) anomali gaya berat akibat amblesan, dan (c) anomali akibat perubahan kedalaman muka air tanah (penurunan muka air tanah dan intrusi air laut) Gambar 5.44 Data perubahan curah hujan periode Mei-Oktober Gambar 5.45 (a) Gaya berat mikro Mei 2014, (b) Gaya berat mikro periode Oktober 2014, dan (c) Anomali gaya berat mikro antar waktu Mei-Oktober Gambar 5.46 (a) Gradien vertikal gaya berat periode Mei 2014, (b) Gradien vertikal gaya berat periode Oktober 2014, dan (c) Anomali gradient vertikal gaya berat mikro antar waktu periode Mei-Oktober Gambar 5.47 (a) Anomali gaya berat mikro antar waktu Mei-Oktober 2014, (b) anomali gayaberat akibat amblesan, dan (c) anomali akibat perubahan kedalaman muka air tanah (penurunan muka air tanah dan intrusi air laut) xi

13 Gambar 5.48 Peta kontur curah hujan periode Januari-Juli Gambar 5.49 Grafik pasang surut di Semarang Gambar 5.50 Distribusi titik ukur geolistrik di lokasi penelitian 78 Gambar 5.51 Peta geologi Semarang.. 79 Gambar 5.52 Penampang resistivitas lapisan bawah permukaan 2-D di daerah Johar.. 80 Gambar 5.53 Penampang resistivitas lapisan bawah permukaan 2-D di daerah Balaikota Gambar 5.54 Penampang resistivitas lapisan bawah permukaan 2-D di daerah Kencono Wungu lintasan Gambar 5.55 Penampang resistivitas lapisan bawah permukaan 2-D di daerah Kencono Wungu lintasan Gambar 5.56 Penampang resistivitas lapisan bawah permukaan 2-D di daerah Kencono Wungu lintasan Gambar 5.57 Penampang resistivitas lapisan bawah permukaan 3-D 84 Gambar Gambar Penampang resistivitas lapisan bawah permukaan 2-D di daerah Taman Purwogondo lintasan 1... Penampang resistivitas lapisan bawah permukaan 2-D di daerah Taman Purwogondo lintasan Gambar 5.60 Penampang resistivitas lapisan bawah permukaan 2-D di daerah Taman Purwogondo lintasan Gambar 5.61 Penampang resistivitas lapisan bawah permukaan 3-D 87 Gambar 5.62 Penampang resistivitas lapisan bawah permukaan 2-D di daerah Tawang lintasan Gambar 5.63 Penampang resistivitas lapisan bawah permukaan 2-D di daerah Tawang lintasan Gambar 5.64 Penampang resistivitas lapisan bawah permukaan 2-D di daerah Tawang lintasan Gambar 5.65 Penampang resistivitas lapisan bawah permukaan 3-D 89 Gambar 5.66 Penampang melintang lintasan kelurahan Tanjung Mas 90 xii

14 Gambar 5.67 Penampang melintang lintasan Semarang Indah Panggung Lor 91 Gambar 5.68 Penampang melintang lintasan Tanah Mas SPBE Bandarharjo Gambar 5.69 Penampang resistivitas lapisan tanah di daerah Kaligawe dan Kemijen yang terletak di bagian timur dan utara daerah penelitian. Warna biru menujunkan intrusi air laut 92 Gambar 5.70 Penampang resistivitas lapisan tanah di daerah Kenconowungu, taman Purwogondo, dan Tawang yang masing-masing terletak di bagian barat, tengah dan selatan daerah penelitian. Warna biru menujunkan intrusi air laut 93 xiii

15 DAFTAR LAMPIRAN Halaman Lampiran 1. Surat perjanjian pelaksanaan penugasan penelitian Lampiran 2. Surat perjanjian pelaksanaan penugasan penelitian Lampiran 3. Surat perjanjian pelaksanaan penugasan penelitian Lampiran 4. Alat gravimeter dan alat geolistrik Lampiran 5. Foto kegiatan pengukuran gaya berat Lampiran 6. Foto kegiatan pengukuran geolistrik Lampiran 7. Luaran Penelitian xiv