Bab III Landasan Teori

dokumen-dokumen yang mirip
Identifikasi Keretakan Beton Menggunakan Metode Geolistrik Resistivitas Timotius 1*), Yoga Satria Putra 1), Boni P. Lapanporo 1)

BAB 2 DASAR TEORI. Gambar 2.1 Interaksi antara air tanah dengan struktur geologi

BAB I PENDAHULUAN. makhluk hidup di muka bumi. Makhluk hidup khususnya manusia melakukan

GEOFISIKA EKSPLORASI. [Metode Geolistrik] Anggota kelompok : Maya Vergentina Budi Atmadhi Andi Sutriawan Wiranata

Pendugaan Akuifer serta Pola Alirannya dengan Metode Geolistrik Daerah Pondok Pesantren Gontor 11 Solok Sumatera Barat

Riad Syech, Juandi,M, M.Edizar Jurusan Fisika FMIPA Universitas Riau Kampus Bina Widya Km 12,5 Pekanbaru ABSTRAK

APLIKASI METODE GEOLISTRIK RESISTIVITAS KONFIGURASI SCHLUMBERGER UNTUK IDENTIFIKASI AKUIFER DI KECAMATAN PLUPUH, KABUPATEN SRAGEN

BAB II TEORI DASAR 2.1. Metode Geologi

IDENTIFIKASI AIR TANAH DAN PEMANFAATANYA UNTUK PERTANIAN. Hendri Sosiawan. Identifikasi Air Tanah dan Pemanfaatannya untuk Pertanian

APLIKASI METODE GEOLISTRIK TAHANAN JENIS UNTUK MENENTUKAN ZONA INTRUSI AIR LAUT DI KECAMATAN GENUK SEMARANG

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

BAB III. METODOLOGI PENELITIAN

BAB IV KONDISI HIDROGEOLOGI

BAB I PENDAHULUAN. Universitas Sumatera Utara

ANALISA KONDUKTIVITAS HIDROLIKA PADA SISTIM AKUIFER

Prosiding Seminar Nasional XII Rekayasa Teknologi Industri dan Informasi 2017 Sekolah Tinggi Teknologi Nasional Yogyakarta

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

1. Alur Siklus Geohidrologi. dari struktur bahasa Inggris, maka tulisan hydrogeology dapat diurai menjadi

PEMODELAN INVERSI DATA GEOLISTRIK UNTUK MENENTUKAN STRUKTUR PERLAPISAN BAWAH PERMUKAAN DAERAH PANASBUMI MATALOKO. Abstrak

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Air Tanah. Air Tanah adalah

DAFTAR ISI. BAB II. GEOLOGI REGIONAL...12 II.1. Geomorfologi Regional...12 II.2. Geologi Regional...13 II.3. Hidrogeologi Regional...16.

Identifikasi Sebaran Aquifer Menggunakan Metode Geolistrik Hambatan Jenis Di Desa Bora Kecamatan Sigi Biromari Kabupaten Sigi

Dinas Pertambangan dan Energi Provinsi Sumatera Barat, Jalan Jhoni Anwar No. 85 Lapai, Padang 25142, Telp : (0751)

ANALISIS DATA INVERSI 2-DIMENSI DAN 3-DIMENSI UNTUK KARAKTERISASI NILAI RESISTIVITAS BAWAH PERMUKAAN DI SEKITAR SUMBER AIR PANAS KAMPALA

BAB V INTERPRETASI HASIL PENGUKURAN RESISTIVITAS

PENENTUAN SEBARAN DAN KANDUNGAN UNSUR KIMIA KONTAMINASI LIMBAH CAIR BAWAH PERMUKAAN DI TPA CAHAYA KENCANA, KABUPATEN BANJAR

PENGOLAHAN DATA GEOLISTRIK PADA EKPLORASI SUMBER AIR TANAH DI KECAMATAN KONGBENG KABUPATEN KUTAI TIMUR DENGAN PERANGKAT LUNAK RES2DINV

Pemodelan Inversi Data Geolistrik untuk Menentukan Struktur Perlapisan Bawah Permukaan Daerah Panasbumi Mataloko

Gambar 3.1 Lokasi lintasan pengukuran Sumber: Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia (LIPI)

SURVAI SEBARAN AIR TANAH DENGAN METODE GEOLISTRIK TAHANAN JENIS KONFIGURASI WENNER DI DESA BANJAR SARI, KEC. ENGGANO, KAB.

BAB 4 PENGOLAHAN DAN INTERPRETASI DATA GEOFISIKA

PROFIL RESISTIVITAS 2D PADA GUA BAWAH TANAH DENGAN METODE GEOLISTRIK KONFIGURASI WENNER-SCHLUMBERGER (STUDI KASUS GUA DAGO PAKAR, BANDUNG)

PRISMA FISIKA, Vol. IV, No. 01 (2016), Hal ISSN :

IDENTIFIKASI KEDALAMAN AQUIFER DI KECAMATAN BANGGAE TIMUR DENGAN METODA GEOLISTRIK TAHANAN JENIS

BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar belakang

IV. HASIL DAN PEMBAHASAN

DETEKSI KEBERADAAN AKUIFER AIR TANAH MENGGUNAKAN SOFTWARE IP2Win DAN ROCKWORK 2015

IDENTIFIKASI AIR TANAH DAN PEMANFAATANYA UNTUK PERTANIAN

PENENTUAN TAHANAN JENIS BATUAN ANDESIT MENGGUNAKAN METODE GEOLISTRIK KONFIGURASI SCHLUMBERGER (STUDI KASUS DESA POLOSIRI)

Optimalisasi Desain Parameter Lapangan Untuk Data Resistivitas Pseudo 3D

Pengaruh Kadar Air Tanah Lempung Terhadap Nilai Resistivitas/Tahanan Jenis pada Model Fisik dengan Metode ERT (Electrical Resistivity Tomography)

BAB II DASAR TEORI DAN METODOLOGI PENELITIAN

MENENTUKAN AKUIFER LAPISAN AIR TANAH DENGAN METODE GEOLISTRIK KONFIGURASI SCHLUMBERGER DI PERUMAHAN GRIYO PUSPITO DAN BUMI TAMPAN LESTARI

Identifikasi Pola Persebaran Sumber Lumpur Bawah Tanah Pada Mud Volcano Gunung Anyar Rungkut Surabaya Menggunakan Metode Geolistrik

IDENTIFIKASI INTRUSI AIR LAUT PADA AIR TANAH MENGGUNAKAN METODE RESISTIVITAS 2D STUDI KASUS SURABAYA TIMUR

Bab II Metoda Geolistrik Tahanan Jenis 2D

POTENSI AIRTANAH BERDASARKAN NILAI RESISTIVITAS BATUAN DI KELURAHAN CANGKORAH, KECAMATAN BATUJAJAR, KABUPATEN BANDUNG BARAT

PENGARUH MUKA AIR TANAH TERHADAP KESTABILAN JEMBATAN MENGGUNAKAN METODE ELECTRICAL RESISTIVITY TOMOGRAPHY KONFIGURASI DIPOLE-DIPOLE

Analisa Resistivitas Batuan dengan Menggunakan Parameter Dar Zarrouk dan Konsep Anisotropi

POTENSI AIR TANAH DAERAH KAMPUS UNDIP TEMBALANG. Dian Agus Widiarso, Henarno Pudjihardjo *), Wahyu Prabowo**)

Identifikasi Daya Dukung Batuan untuk Rencana Lokasi Tempat Pembuangan Sampah di Desa Tulaa, Bone Bolango

TINJAUAN PUSTAKA 2.1 SIKLUS HIDROLOGI

IDENTIFIKASI BIDANG GELINCIR DI TEMPAT WISATA BANTIR SUMOWONO SEBAGAI UPAYA MITIGASI BENCANA LONGSOR

PENENTUAN KEDALAMAN AKUIFER BEBAS DENGAN MENGGUNAKAN METODE GEOLISTRIK KONFIGURASI SCHLUMBERGER

PENENTUAN ZONA PENGENDAPAN TIMAH PLASER DAERAH LAUT LUBUK BUNDAR DENGAN MARINE RESISTIVITY Muhammad Irpan Kusuma 1), Muhammad Hamzah 2), Makhrani 2)

ANALISIS DATA GEOLISTRIK UNTUK IDENTIFIKASI PENYEBARAN AKUIFER DAERAH ABEPURA, JAYAPURA

e-issn : Jurnal Pemikiran Penelitian Pendidikan dan Sains Didaktika

ρ i = f(z i ) (1) V r = ρ ii 2π ρ a = K V AB 2

II. TINJAUAN PUSTAKA. Daerah penelitian termasuk dalam lembar Kotaagung yang terletak di ujung

APLIKASI METODE GEOLISTRIK RESISTIVITY UNTUK PENDUGAAN SEBARAN INTRUSI AIR LAUT DI KELURAHAN KLEGO KOTA PEKALONGAN

JURNAL SAINS DAN SENI ITS Vol. 6, No.2, (2017) ( X Print) B-29

Jurnal Einstein 4 (3) (2016): Jurnal Einstein. Available online

PEMODELAN AKUIFER AIR TANAH UNTUK MASYARAKAT PESISIR LINGKUNGAN BAHER KABUPATEN BANGKA SELATAN. Mardiah 1, Franto 2

Cyclus hydrogeology

Cristi * ), Kerista Sebayang * ), Mester Sitepu ** ) Departemen Fisika, Fakultas MIPA, Universitas Sumatera Utara, MEDAN

BAB I PENDAHULUAN. 1.1 Latar Belakang

BAB IV PENGOLAHAN DAN INTERPRETASI DATA GEOFISIKA

Bayu Suhartanto, Andy Pramana,Wardoyo, M. Firman, Sumarno Jurusan Fisika Fakultas MIPA Universitas Bengkulu, Bengkulu

Analisis Aliran Rembesan (Seepage) Menggunakan Pemodelan 3D Metode Resistivitas Konfigurasi Wenner

BAB III METODE PENELITIAN

, SEMINAR NASIONAL KEBUMIAN KE-10

Bab IV Akuisisi, Pengolahan dan Interpretasi

Metode Geolistrik (Tahanan Jenis)

Rustan Efendi 1, Hartito Panggoe 1, Sandra 1 1 Program Studi Fisika Jurusan Fisika FMIPA, Universitas Tadulako, Palu, Indonesia

PENGUKURAN TAHANAN JENIS (RESISTIVITY) UNTUK PEMETAAN POTENSI AIR TANAH DI RUMAH SAKIT UMUM DAERAH PRAYA. Oleh:

BAB 2 TEORI DASAR 2.1 Metode Geologi

HIDROGEOLOGI DAN HUBUNGANNYA DENGAN TAMBANG

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

BAB III METODE PENELITIAN. Penelitian ini dilaksanakan pada tanggal 5 Mei 2015, mulai dari pukul

Variasi Nilai Gradien Hidrolik dan Pengaruhnya terhadap Perubahan Nilai Tahanan Jenis pada Sistem Akifer Bersudut Berdasarkan Pendekatan Model Fisik

PENGOLAHAN DATA MANUAL DAN SOFTWARE GEOLISTRIK INDUKSI POLARISASI DENGAN MENGGUNAKAN KONFIGURASI DIPOLE-DIPOLE

HIDROSFER I. Tujuan Pembelajaran

PEMANFAATAN METODE GEOLISTRIK RESISTIVITAS UNTUK MENGETAHUI STRUKTUR GEOLOGI SUMBER AIR PANAS DI DAERAH SONGGORITI KOTA BATU

Metode Vertical Electrical Sounding (VES) untuk Menduga Potensi Sumberdaya Air

METODE GEOLISTRIK UNTUK MENGETAHUI POTENSI AIRTANAH DI DAERAH BEJI KABUPATEN PASURUAN - JAWA TIMUR

BAB IV PENGUMPULAN DAN PENGOLAHAN DATA

BAB III METODE PENELITIAN. Dalam penelitian ini, ada beberapa tahapan yang ditempuh dalam

Identifikasi Bidang Patahan Sesar Lembang dengan Metode Electrical Resistivity Tomography untuk Mitigasi Bencana Gempa Bumi dan Longsor

KONSENTRASI AQUIFER DI ATAS TEROWONGAN KARETA API SASAKSAAT PADALARANG KABUPATEN BANDUNG DENGAN METODA GEOLISTRIK

APLIKASI METODE GEOLISTRIK KONFIGURASI POLE-POLE UNTUK MENENTUKAN SEBARAN DAN KEDALAMAN BATUAN SEDIMEN DI DESA WONOSARI KECAMATAN NGALIYAN SEMARANG

senyawa alkali, pembasmi hama, industri kaca, bata silica, bahan tahan api dan penjernihan air. Berdasarkan cara terbentuknya batuan dapat dibedakan

TINJAUAN PUSTAKA. 2.1 Sumber Daya Air

ANALISIS AIR BAWAH TANAH DENGAN METODE GEOLISTRIK

PRISMA FISIKA, Vol. III, No. 2 (2015), Hal ISSN :

Imran Razat 1) Akmam 2) Mahrizal 2)

PENERAPAN FORWARD MODELING 2D UNTUK IDENTIFIKASI MODEL ANOMALI BAWAH PERMUKAAN

INVESTIGASI LAPISAN BEDROCK DENGAN MENGGUNAKAN METODA GEOLISTRIK (Studi Kasus: Gedung Olah Raga Universitas Hasanuddin)

Prosiding Seminar Nasional Teknik Sipil 2016 ISSN: Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta

aptudika.web.ugm.ac.id

Transkripsi:

Bab III Landasan Teori III.1 Metode Resistivitas Metoda resistivitas adalah salah satu metode eksplorasi geofisika yang memanfaatkan sifat resistivitas media untuk mempelajari keadaan bawah permukaan. Prinsip sederhananya, arus dialirkan/diinjeksikan ke dalam bumi melalui sepasang elektroda arus dan responnya diterima berupa beda potensial pada sepasang elektroda potensialnya. Dari respon ini, kemudian dapat dipelajari sifat kelistrikan media di bawah permukaan, sehingga memungkinkan dilakukan interpretasi geologi untuk membuat model geologi bawah permukaan berdasarkan sifat kelistrikan tersebut (Parasnis, 1963). III.1.1 Konsep Dasar Kelistrikan Untuk kasus suatu elektroda arus tunggal di permukaan medium setengah tak berhingga (Gambar III.1), besar potensial V di suatu titik sejauh r dari pusat arus dinyatakan sebagai V = Iρ 2π r (1) dimana I adalah arus listrik yang menembus bola berongga dan ρ adalah resistivitas medium. Gambar III.1. Pola aliran arus listrik yang dipancarkan dan distribusi potensial yang dihasilkan oleh elektroda arus tunggal di permukaan medium setengah tak berhingga (Loke, 2004) 11

Sedangkan untuk kasus arus ganda, Gambar III.2 menunjukkan potensial oleh elektroda arus ganda yang diinjeksikan di atas permukaan medium setengah tak berhingga. Dari Lampiran 3, ditunjukkan beda potensial antara P 1 dan P 2 sebagai V = Iρ 1 1 1 1 2π r1 r2 r3 r4 (2) dimana r 1 dan r 2 berturut-turut adalah jarak suatu titik dari elektroda arus C 1 dan C 2, r 3 dan r 4 berturut-turut adalah jarak suatu titik dari elektroda arus C 3 dan C 4. Persamaan (2) dapat dinyatakan juga dalam bentuk resistivitas dan disederhanakan sebagai ρ = k V I (3) Dengan R = V I, maka persamaan (3) dapat dituliskan sebagai ρ = kr (4) 2π dimana k = 1 1 1 1 r1 r2 r3 r4 susunan keempat elektrodanya. adalah faktor geometri yang bergantung pada Gambar III.2. Pola aliran arus listrik yang dipancarkan dan distribusi potensial yang dihasilkan oleh elektroda arus ganda di permukaan medium setengah tak berhingga (Loke and Barker, 1996) 12

Dalam eksplorasi geolistrik, untuk mengukur resistivitas di lapangan digunakan persamaan (4), yang diturunkan dari arus listrik pada medium homogen setengah tak berhingga. Asumsi bahwa bumi dianggap medium setengah tak berhingga karena jarak elektroda jauh lebih kecil daripada jari-jari bumi. Namun karena sifat bumi yang pada umumnya berlapis (terutama di dekat permukaan), maka asumsi bahwa mediumnya homogen adalah tidak terpenuhi. Sehingga nilai resistivitas ρ yang terhitung dengan persamaan (4) bukan merupakan resistivitas yang sebenarnya, tetapi suatu nilai semu atau apparent resistivity (ρ a ), yang merupakan resistivitas dari medium homogen, yang mana akan memberikan nilai resistansi yang sama untuk susunan elektroda yang sama. Untuk menentukan resistivitas bawah permukaan sebenarnya dari nilai resistivitas semu, maka penentuan dengan menggunakan metode-metode inversi umumnya dilakukan. III.1.2 Konfigurasi Elektroda Schlumberger Untuk konfigurasi Schlumberger (Gambar III.3) dimana r 1 = r 4 = L - b dan r 2 = r 3 = L + b, maka persamaan (2) menjadi atau Iρ a 2 b V = 2 2 π L b 2 2 ( L b ) π Λ V ρ a = (6) 2 b I (5) Gambar III.3. Konfigurasi elektroda Schumberger yang digunakan dalam survei resistivitas (Robinson and Çoruh, 1988) 13

Untuk kasus khusus dari Gambar III.3, jika jarak AM = NB = 2a dan jarak MN = a, atau r 1 = r 4 = na dan r 2 = r 3 = (n+1)a, maka persamaan (5) dan (6) menjadi atau V = Iρ a π 1 n ( n + 1) a Λ V ρ a = n ( n + 1) π a (8) I (7) III.1.3 Teknik Pengukuran III.1.3.1 Resistivity Sounding Resistivity sounding adalah metode pengukuran resistivitas yang bertujuan untuk mendapatkan informasi konduktivitas medium pada arah vertikal (model bumi berlapis). Model pengukuran ini menganggap bahwa medium memiliki sifat homogen secara lateral. Pengukuran resistivity sounding dilakukan dengan pengukuran berulang-ulang menggunakan jarak elektroda kecil sampai besar dengan pusat titik duga yang tetap untuk sekali sounding. Kedalaman penetrasi adalah fungsi dari jarak elektroda (AB/2), yang berarti makin besar jarak elektroda, makin dalam penetrasi yang dihasilkan. III.1.3.2 Resistivity Profiling Resistivity Profiling atau resistivity mapping adalah metode pengukuran yang bertujuan untuk mendapatkan informasi konduktivitas medium dalam arah mendatar (variasi lateral). Pengukuran dilakukan setelah diperoleh informasi umum perlapisan data sounding, kemudian ingin diketahui variasi lateralnya. Tidak seperti data sounding, pengukuran dengan profiling hanya dilakukan untuk lapisan tertentu yang dianggap penting. Hasilnya berupa penampang atau peta beberapa titik (untuk lapisan tertentu) dan kemudian dibuatkan konturnya. Kontur ini menggambarkan anomali/keheterogenan secara lateral pada lapisan tertentu. 14

III.1.3.3 Resistivity Imaging Resistivity imaging merupakan gabungan dari metoda resistivity sounding dan resistivity profiling yang akan menghasilkan penampang resistivitas pada arah lateral maupun vertikal (penampang 2D). III.1.4 Metode Inversi Pada prinsipnya, inversi data resistivitas berfungsi untuk menentukan resistivitas dan ketebalan lapisan-lapisan yang berbeda dari kurva apparent resistivity melalui fungsi kernel, sebagai (Dimri, 1992): ρ a (x) K(λ) (ρ,h) (9) dimana ρ a (x) adalah kurva apparent resistivity yang bertindak sebagai fungsi input, K(λ) adalah fungsi kernel yang dapat ditentukan menggunakan Flathe or Pekeris recursive methods (Lampiran 4, masing-masing, persamaan 4-3 dan 4-4), dan (ρ,h) adalah masing-masing resistivitas dan ketebalan lapisan yang merupakan output dari proses inversi. Proses inversi diawali dari suatu model perkiraan seputar resistivitas dan ketebalan lapisan-lapisan yang berbeda diasumsikan dan model teoritik dihitung. Hasil-hasil perhitungan kemudian dibandingkan dengan data observasi hingga perbedaan antara kedua data tersebut minimum. Pada metode ini, perbandingan dilakukan dalam dua domain, yaitu (1) domain apparent resistivity dan (2) domain transfer resistivitas. Pada pendekatan pertama, nilai apparent resistivity dihitung untuk model perkiraan dan kemudian dibandingkan dengan pengukuran lapangan, dimana kurva-kurva apparent resistivity dihasilkan dengan menggunakan filter linier. Sedangkan pada pendekatan kedua, dihasilkan nilai sampel transformasi resistivitas dari nilai-nilai apparent resistivity dan kemudian dibandingkan dengan nilai-nilai transformasi resistivitas dari parameter-parameter model (lihat Lampiran 4). 15

Gambar III.4 Skema inversi pada resistivity sounding Gambar III.4 menunjukkan skema invesi 1D pada resistivity sounding, menggunakan prinsip-prinsip inversi data resistivitas. Secara umum, inversi 1D dimulai dengan memberikan harga-harga resistivitas dan ketebalan/kedalaman lapisan yang kira-kira sesuai dengan data lapangan sebagai model awal. Dari data model awal ini dilakukan perhitungan untuk memperoleh harga resistivitas semu teoritis yang selanjutnya dicocokkan dengan resistivitas semu hasil pengukuran. Jika kedua resistivitas tersebut masih menunjukkan tingkat kesalahan yang besar, maka dilakukan iterasi dengan mengubah model awalnya. Sedangkan metode inversi 2-D digunakan untuk menghasilkan penampangpenampang bawah permukaan true resistivity secara vertikal maupun lateral (penampang 2D). Inversi 2D cukup panjang dan rumit, sehingga diperlukan bantuan program komputer, dalam hal ini dengan menggunakan program RES2DINV. Formulasi inversi default smoothness-constrained yang digunakan dalam program RES2DINV, diberikan oleh (Loke, 2004): (J T J + λf) q = J T g (10) dimana J adalah matriks Jacobian, λ adalah damping factor, q adalah vektor perubahan parameter model, dan g adalah discrepancy vector; serta F = α x C T x C x + 16

α y C T y C y + α z C T z C z, dimana C x, C y dan C z adalah matriks-matriks smoothing, masing-masing, pada arah x, y dan z; dan α x, α y dan α z adalah pemberat-pemberat relatif yang diberikan pada filter-filter smoothness, masing-masing, pada arah x, y dan z. Persamaan (10) membatasi perubahan pada nilai-nilai resistivitas model, q, untuk smooth, tetapi tidak menjamin perubahannya dalam cara yang smooth. Untuk mengatasi problem di atas, persamaan (10) dapat dimodifikasi untuk meminimalisir variasi-variasi spasial pada parameter-parameter model, menjadi (J T J + λf) q = J T g - λfq (11) dimana q adalah nilai-nilai resistivitas model. Persamaan (11) merupakan persamaan inversi untuk metode smoothness-constrained least squares [Ellis and Oldenburg 1994a (Loke, 2004)]. Metode ini akan cenderung menghasilkan suatu model dengan variasi-variasi nilai resistivitas yang smooth, dimana hanya dapat diterima jika variasi-variasi tersebut dalam cara yang smooth dan gradasional. Namun pada beberapa kasus, geologi bawah permukaan terdiri dari sejumlah region yang secara internal hampir homogen dengan batas-batas yang tajam (sharp boundaries) antara region-region yang berbeda. Untuk kasus semacam ini, persamaan (11) dapat dimodifikasi menjadi (J T J + λf) q = J T R d g - λf R q (12) T T T dengan F R = α x C x R m C x + α y C y R m C y + α z C z R m C z dimana R d dan R m adalah matriks-matriks pemberat. Persamaan (12) merupakan persamaan inversi untuk metode smoothness-constrained optimization atau robust inversion (Loke, 2004). Gambar III.5 menunjukkan contoh model sesar sintetik yang terdiri dari empat blok resistivitas, masing-masing, 10 Ωm, 32 Ωm, 64 Ωm dan 100 Ωm, yang dibuat dengan menggunakan program RES2DMOD. Model sintetik ini kemudian dilakukan inversi dengan menggunakan program RES2DINV. Dari hasil inversi menggunakan software RES2DINV pada Gambar III.5, terlihat bahwa metode robust inversion memberikan hasil yang lebih baik dalam menggambarkan model resistivitas sintetik dibandingkan dengan metode least square inversion. 17

Gambar III.5 Perbandingan hasil inversi imaging 2-D dengan menggunakan konfigurasi Schlumberger, (a) model sesar sintentik dari empat blok resistivitas, (b) metode least-squares inversion, dan (c) metode robust inversion III.1.5 Sifat Kelistrikan Material Bumi Kisaran harga resistivitas dari beberapa batuan umum, tanah dan mineral ditunjukkan pada Tabel III.1. Batuan-batuan beku dan metamorf secara khas memiliki harga-harga resistivitas yang tinggi. Resistivitas pada batuan-batuan ini bergantung pada derajat rekahan dan persentase rekahan yang terisi dengan air tanah. Jenis batuan ini dapat memiliki rentang resistivitas yang besar, dari sekitar 1000 Ωm hingga 10 juta Ωm, tergantung pada apakah ini kering atau basah. Batuan-batuan sedimen, yang mana biasanya lebih porous dan mempunyai kandungan air yang tinggi, umumnya memiliki harga resistivitas yang lebih rendah dibandingkan dengan batuan beku dan metamorf. Harga resistivitas batuan-batuan sedimen berkisar antara 10-10.000 Ωm yang sangat bergantung pada porositas batuan dan salinitas air yang dikandung. 18

Tabel III.1. Kisaran harga resistivitas berbagai batuan, tanah dan mineral (Keller & Frischknecht, 1966; Telford et al., 1990) Batuan-batuan tak terkonsolidasi pada umumnya memiliki harga resistivitas yang lebih rendah dari pada batuan-batuan sedimen, dengan harga resistivitas sekitar 10 Ωm hingga 1.000 Ωm, yang mana tergantung pada porositasnya (diasumsikan seluruh pori tersaturasi). Tanah lempungan pada umumnya memiliki harga resistivitas yang lebih rendah daripada tanah pasiran, tergantung pada faktorfaktor seperti porositas, derajat saturasi air dan konsentrasi garam-garam terlarutnya. Harga resistivitas air tanah bervariasi dari 10 Ωm sampai 100 Ωm, tergantung pada konsentrasi garam-garam terlarutnya. Air laut memiliki resistivitas lebih rendah (sekitar 0,2 Ωm) akibat kandungan garam yang relatif tinggi. Hal ini membuat metode resistivitas menjadi teknik yang ideal untuk memetakan interface antara air tawar dan air asin di daerah pesisir (Loke, 2004). 19

III.2 Hidrogeologi III.2.1 Siklus Hidrologi dan Aliran Air Tanah III.2.1.1 Siklus Hidrologi Air tanah (groundwater) adalah air di bawah permukaan yang termasuk dalam zona jenuh air (saturated zone). Siklus air tanah erat hubungannya dengan siklus air meteorik yang merupakan bagian dari siklus hidrologi (Gambar III.6). http://www.lablink.or.id/env/hidro/air pol.htm Gambar III.6 Gambaran skematik siklus hidrologi Proses-proses utama yang terjadi dalam siklus hidrologi meliputi proses evaporasi, evapotranspirasi dan presipitasi. Proses evaporasi adalah proses penguapan air ke atmosfir dari tubuh-tubuh air yang ada di bumi baik dari laut, sungai, atau danau. Evapotranspirasi adalah gabungan dari proses evaporasi dan proses transpirasi (proses penguapan air yang terkandung dalam tanah yaitu soil moisture dari zona perakaran dan aktivitas vegetasi). Sedangkan presipitasi (hujan) merupakan proses yang mengembalikan air dari atmosfir ke daratan dan lautan. Sebagian air hujan tertampung di danau/rawa, sebagian mengalir ke darat membentuk aliran permukaan dan sebagian lagi terserap (infiltrasi/perkolasi) di daerah imbuhan (recharge zone) untuk menjadi air tanah. 20

III.2.1.2 Prinsip-Prinsip Aliran Air Tanah Secara prinsip, air akan mengalir dari elevasi tinggi menuju ke elevasi rendah, dari tekanan tinggi ke tekanan rendah, dan dari head tinggi ke head rendah. Ketika air bergerak dengan kecepatan v, maka total head dapat didefinisikan dengan menggunakan persamaan Bernoulli, sebagai jumlah dari velocity head, elevation head dan pressure head, yaitu h 2 v = 2 g + z + P ρ g (13) dimana h adalah total head atau hydraulic head (m), v adalah kecepatan aliran fluida (m/s), z adalah elevasi pusat gravitasi fluida di atas elevasi referensi (m), P adalah tekanan fluida (Pa atau N/m 2 ), ρ adalah densitas fluida (kg/m 3 ) dan g adalah percepatan gravitasi bumi (m/s 2 ). Persamaan (13) berlaku untuk aliran tetap dari fluida inkompresibel tanpa gesekan (non-viscous). Karena kecepatan air tanah yang mengalir dalam medium berpori di bawah gradien-gradien hidraulik natural adalah sangat lambat, maka komponen pertama pada ruas kanan persamaan (13) dapat diabaikan, sehingga total head pada persamaan (13) menjadi P h = z + (14) ρ g Selanjutnya, Hukum Darcy merelasikan hubungan antara gradien hidraulik (dh/dl) dengan discharge (Q) sebagai dh Q = KA (15) dl dimana K adalah konduktivitas hidraulik atau disebut juga koefisien permeabilitas dan A adalah luas penampang. Persamaan (15) juga dapat dinyatakan sebagai dh q = K (16) dl dimana q = Q/A adalah specific discharge atau Darcy flux. Berdasarkan persamaan (16) ditunjukkan bahwa laju aliran air tanah dalam akuifer sangat tergantung pada besarnya konduktivitas hidraulik dan gradien hidrauliknya. 21

III.2.2 Akuifer dan Fenomena Intrusi Air Laut III.2.2.1 Akuifer Aquifer adalah suatu formasi geologi yang mempunyai kemampuan untuk menyimpan dan meloloskan air dalam jumlah yang berarti. Secara hidrodinamik, ada tiga tipe aquifer, yaitu: 1. Akuifer tertekan (confined aquifer), yaitu aquifer yang bagian atas dan bawahnya dibatasi oleh lapisan yang relatif impermiabel, yang dapat bersifat aquifug atau aquiclud. Aquifug adalah lapisan impermiabel yang tidak mampu menyimpan dan meneruskan air, misalnya batuan kristalin metamorf kompak. Sedangkan aquiclud adalah lapisan yang mampu menyimpan air, tetapi tidak dapat mengalirkannya dalam jumlah yang berarti, misalnya lempung, lanau, tuff halus. 2. Akuifer bebas (Unconfined aquifer), yaitu aquifer yang bagian atasnya dibatasi oleh lapisan permiabel dan muka air tanah, sedangkan bagian bawahnya dibatasi oleh suatu lapisan impermiabel. 3. Akuifer bocor (Semi confined aquifer), yaitu aquifer yang dibatasi oleh lapisan semipermiabel (aquitard) di bagian atasnya dan lapisan impermiabel di bagian bawahnya. Aquitard adalah lapisan batuan yang sedikit lolos air dan tidak mampu melepaskan air pada arah mendatar, namun mampu melepaskannya kearah vertikal, misalnya lempung pasiran. Gambar III.7 Penampang geologi yang menggambarkan aquifer bebas dan tertekan, sumur artesian serta permukaan piezometrik (Ludman & Nicholas, 1982) 22

Kemampuan suatu batuan untuk mentransmisikan air sangat ditentukan oleh porositas dan permeabilitasnya. Menurut Heath (1983), sistem bukaan (porositas) batuan dapat dibagi menjadi dua jenis yaitu (1) sistem bukaan primer (primary openings) dan (2) sistem bukaan sekunder (secondary openings) (Gambar III.7). Sistem bukaan primer terbentuk bersamaan dengan terbentuknya batuan, sedangkan sistem bukaan sekunder terbentuk setelah terbentuknya batuan, terutama akibat proses deformasi batuan yang menyebabkan terjadinya struktur lipatan dan sesar yang pada akhirnya dapat membentuk rekahan dalam batuan. Gambar III.8 Sistem bukaan (porositas) pada batuan (Heath, 1983) Sedangkan permeabilitas adalah besaran kemampuan batuan untuk meloloskan fluida, mengikuti Hukum Darcy. Batuan yang mempunyai porositas tinggi belum tentu permeabilitasnya juga tinggi. Agar batuan memiliki permeabilitas yang tinggi, maka pori-pori atau rongga antar butirnya harus saling berhubungan. III.2.2.2 Fenomena Intrusi Air Laut di Daerah Pesisir Intrusi air laut merupakan fenomena yang sering terjadi pada akuifer-akuifer pesisir. Secara umum, fenomena ini dapat terjadi ketika muka air tanah pada akuifer air tawar lebih rendah daripada permukaan laut rata-rata, sehingga air laut akan mendesak air tawar kearah darat. Namun, jika muka air tanah masih lebih tinggi daripada permukaan laut rata-rata, maka air tawar akan mendesak air laut. 23

Secara analitik, hubungan keseimbangan air tawar dan air asin pada medium berpori dapat diilustrasikan dengan tabung-u (Gambar III.9), sebagaimana dijelaskan oleh prinsip Ghyben-Herzberg. Gambar III.9 Keseimbangan hidrostatik antara air tawar dan air asin dalam tabung-u berdasarkan prinsip Ghyben-Herzberg (Todd, 1980) Tekanan yang diberikan pada setiap sisi tabung adalah ρ gh = ρ g( H h) (17) s f + Persamaan (17) kemudian dapat dituliskan sebagai ρ f H = h (18) ρ ρ s f Dengan mengasumsikan bahwa akuifer pesisir adalah homogen dan berlaku kesetimbangan hidrostatik, maka hubungan antara air tawar dan air asin berdasarkan prinsip Ghyben-Herzberg dapat dijelaskan seperti Gambar III.10. Jika diambil nilai densitas air tawar, ρ f = 1.000 kg/m 3 dan densitas air asin, ρ s = 1.025 kg/m 3, maka persamaan (18) menjadi H = 40h (19) dimana h adalah ketebalan air tawar di atas permukaan laut dan H adalah ketebalan interface air tawar di bawah permukaan laut. Persamaan (19) mengindikasikan bahwa suatu penurunan kecil pada nilai h akan berpengaruh besar terhadap penurunan nilai H. Berdasarkan prinsip Ghyben-Herzberg pada medium berpori (Gambar III.10), intrusi air laut dapat terjadi ketika posisi permukaan laut lebih tinggi daripada muka air tanah. Hal ini dapat disebabkan oleh beberapa faktor antara lain eksploitasi air tanah yang berlebihan, kurangnya infiltrasi pada zona imbuhan dan 24

Gambar III.10 Hubungan air asin dan air tawar pada akuifer pesisir berdasarkan prinsip Ghyben-Herzberg (Todd, 1980) naiknya permukaan laut akibat efek pasang surut. Ketika intrusi terjadi, dan karena densitas air tawar lebih kecil daripada air asin, maka air asin pada akuifer air laut akan mendesak air tanah pada akuifer air tawar. Zona air tawar dan zona air asin dalam akuifer pesisir dipisahkan oleh suatu zona transisi atau zona difusi yang di dalamnya terjadi percampuran antara air tawar dan air asin (Gambar III.11). Percampuran ini, menurut Barlow (2003) akibat adanya gaya-gaya dinamik yang berkerja pada kedua zona (zona air tawar dan zona air asin). Gambar III.11 Sirkulasi air tanah tawar dan asin di zona transisi pada akuifer pesisir (Barlow, 2003) 25

Secara numerik, fenomena intrusi air laut dapat dijelaskan dengan menggunakan persamaan umum aliran fluida dalam volume kontrol atau Representative Elementary Volume (REV) (Gambar III.12). Dari penurunan rumus pada Lampiran 5, dihasilkan persamaan umum yang dinyatakan sebagai P ρ C ( ρq r ) + ρqs = ρsp + θ (20) t C t dimana adalah operator gradien, ρ adalah densitas fluida, q r adalah vektor specific discharge, ρ adalah densitas air dari sumber yang masuk dan yang keluar, q s adalah laju aliran volumetrik per satuan volume aquifer yang merepresentasikan sumber aliran, θ adalah porositas, P adalah tekanan fluida, C adalah konsentrasi larutan, S P adalah specific storage dalam bentuk tekanan, dan t adalah waktu. Ruas kiri persamaan (20) merupakan jumlah fluks massa yang melewati bidang REV dan laju massa yang masuk atau yang keluar REV. Sedangkan bentuk pertama pada ruas kanan persamaan (20) adalah laju akumulasi massa fluida akibat perubahan tekanan pori fluida, dan bentuk keduanya adalah laju akumulasi massa fluida akibat perubahan konsentrasi larutan. Persamaan (20) adalah bentuk umum dari persamaan diferensial untuk aliran air tanah variably-density dalam medium berpori. Dengan demikian, laju aliran air tanah dengan densitas berubah-ubah dalam suatu medium, dikontrol oleh perubahan pori fluida dan perubahan konsentrasi larutan. Gambar III.12 Konsep dasar aliran massa fluida per satuan volume (Representative Elementary Volume) dalam media berpori (Guo & Langevin, 2002) 26

III.2.3 Dampak Intrusi Air Laut terhadap Kualitas Air Tanah Intrusi air laut yang masuk ke dalam akuifer air tawar, akan berpengaruh pada penurunan kualitas air tanah. Seberapa besar dampak yang ditimbulkan, tergantung pada besarnya konsentrasi garam-garam terlarut yang dikandung. Untuk mengetahui perubahan kualitas air tanah akibat intrusi air laut di daerah pesisir, dapat dilakukan dengan mengukur dan/atau menghitung parameterparameter fisika-kimia dari sampel-sampel air sumur atau mata air, antara lain meliputi : (1) Total Dissolved Solids (TDS), (2) Daya hantar listrik (DHL), (3) ph dan (4) salinitas. 1) Total Dissolved Solids (TDS); adalah jumlah total garam-garam terlarut dalam air, yang biasanya dinyatakan dalam mg/l atau ppm. Klasifikasi air berdasarkan kandungan garam-garam terlarut ditunjukkan pada Tabel III.2. Tabel III.2 Klasifikasi air berdasarkan nilai Total Dissolved Solids (TDS) (Fetter, 1994) Kategori TDS (mg/l) Airtawar 0 1.000 Air Payau 1.000 10.000 Air Saline 10.000 100.000 Brine >100.000 2) Daya hantar listrik (DHL) atau disebut juga electrical conductivity (EC); adalah mengukur kemampuan air untuk menghantarkan arus listrik. DHL bergantung pada banyaknya ion-ion atau partikel-partikel bermuatan dalam air. Secara umum ketika TDS dalam air meningkat, maka nilai DHL juga akan meningkat. DHL biasanya dinyatakan dalam satuan (µs/cm). 3) ph; merepresentasikan derajat keasamanan atau alkalinitas suatu larutan. Nilai ph < 7 berarti larutan bersifat asam, ph = 7 bersifat netral dan ph > 7 bersifat basa (alkalin). Jika terdapat kelebihan ion-ion hidrogen (H + ), maka larutan bersifat asam, dan sebaliknya jika ion-ion hidroksil (OH - ) yang lebih, maka larutan tersebut dikatakan bersifat basa (alkalin). Untuk tujuan air minum, rentang batas ph air yang diizinkan menurut ketentuan WHO (Laluraj et al., 2005) adalah 6,5-8,5. 4) Salinitas; adalah kuantitas total dari garam-garam terlarut dalam suatu tubuh air. Kadar salinitas dinyatakan dalam satuan ( ). 27