PEMODELAN DAMPAK PEMASANGAN INCLINED DRAIN HOLE PADA WALL PIT PT XXX TERHADAP PENURUNAN MUKA AIRTANAH Pascalia Vinca Alvando 1* Achmad Darul 2 Dasapta Erwin Irawan 3 1 Mahasiswi Sarjana Institut Teknologi dan Sains Bandung 2 Staf Pengajar Institut Teknologi dan Sains Bandung 3 Staf Pengajar Institut Teknologi Bandung *corresponding author: ABSTRAK Airtanah merupakan salah satu faktor penting yang berkontribusi terhadap ketidakstabilan lereng, air akan mengisi pori tanah sehingga tekanan air pori meningkat, pada tahun 2009 di Pit E, PT. XXX khususnya low wall pernah terjadi longsor, tujuan penelitian ini untuk mengetahui besar penurunan muka airtanah (drawdown) serta melakukan simulasi dalam waktu 10 tahun kedepan setelah upaya dewatering pada tahun 2016 dengan menggunakan sistem drain hole yang dipasang secara inclined. Model konseptual daerah penelitian dibangun dengan data pengamatan muka airtanah mula-mula, curah hujan, topografi dan properti hidrogeologi, simulasi numerik menggunakan metode beda hingga setelah instalasi incline drain hole (IDH) dilakukan yaitu IDH6, IDH4 dan IDH3, pada akifer terkekang masing-masing kedalaman 50m, 50m dan 80m, pemodelan dikalibrasi dengan pengukuran muka airtanah insitu serta perhitungan metode Theis. Hasil simulasi sesuai kurun waktu yang ditentukan menunjukan terjadi penurunan muka airtanah yang ditandai dengan perubahan head pada IDH6 lifetime enam tahun, pada tahun ke enam muka airtanah -168,9; pada IDH4 tahun ke lima kedudukan muka airtanah -181,6 dan sudah tidak dapat dijangkau incline drain hole dan pada IDH 3 lifetime tujuh tahun pada tahun ke tujuh kedudukan muka airtanah -196,2. Keywords: dewatering, drain hole, akuifer terkekang 1. Pendahuluan Pada tahun 2009 di salah satu pit pertambangan milik PT.XXX khususnya pada low wall, longsor pernah terjadi. Longsor yang terjadi harus cepat ditanggulangi, sehingga kegiatan operasional tambang dapat kembali berjalan normal. Cara penanggulangan yang tepat salah satunya adalah dengan memperhatikan mekanisme terjadinya longsor. Longsor yang terjadi pada tahun 2009 tersebut diakibatkan gaya pendorong yang lebih besar dibandingkan gaya penahan. Gaya pendorong pada kasus ini adalah tekanan air tanah yang disebabkan oleh adanya sistem akuifer terkekang. Sehingga penanggulangan yang tepat yaitu dengan memperbesar gaya penahannya. Gaya penahan diperbesar salah satunya dengan mengendalikan air rembesan untuk meningkatkan kekuatan geser material penyusun lereng (Irwandy, 2016). Pengendalian air rembesan yang dimaksud adalah dengan upaya menurunkan muka airtanah. PT.XXX menggunakan upaya tersebut dengan menggunakan sistem drain hole yang dipasang secara inclined pada kuarter ke-empat di tahun 2016. Drain hole merupakan salah satu upaya dalam menurunkan muka airtanah dengan memanfaatkan gaya gravitasi. Penelitian ini ditujukan untuk mengetahui besar penurunan muka airtanah dalam waktu 10 tahun kedepan. Keperluan untuk mengetahui besar penurunan muka airtanah dilakukan sebagai salah satu cara untuk mengetahui keefektifan dari kegiatan dewatering yang dilakukan.
Efektif yang dimaksud adalah besar kemampuan drain hole untuk mengeluarkan airtanah pada kurun waktu yang telah ditentukan dilihat dari diameter dan panjang drain hole. 2. Metode Penelitian 2.1 Model Konseptual Dalam melakukan simulasi penurunan muka airtanah, data yang dibutuhkan berupa model konseptual yang menggambarkan sistem akuifer pada daerah penelitian. Untuk membangun sistem akuifer, data yang diperlukan berupa hidrostratigrafi dan ketebalannya. Parameter hidrogeologi seperti nilai konduktivitas dan storage ditentukan berdasarkan uji akuifer atau melalui pendekatan teoritis (jika uji akuifer tidak dilakukan). Kemudian, pengumpulan data curah hujan dan evapotranspirasi diperlukan sebagai salah satu sumber recharge pada model. 2.2 Pengamatan Muka Airtanah mula-mula Distribusi muka airtanah mula-mula diperlukan sebagai pre-stress head. Setelah stress diberikan pada model melalui discharge (pada model ini debit yang keluar akibat dewatering berperan sebagai discharge), maka perubahan pada head akan terjadi. Perubahan head inilah yang disebut sebagai penurunan muka airtanah. Atau dengan kata lain, penurunan muka airtanah (drawdown) merupakan respon dari stress yang diberikan pada model. 2.3 Penyelesaian Numerik Finite Difference Method Metode finite difference digunakan untuk mengetahui nilai property (transmissivity dan storage) dari sebuah akuifer melalui setiap poin yang ada di dalam boundary (Anderson, 1992). Untuk mengetahui nilai tersebut, poin-poin diselesaikan dalam grid pattern. Ada 2 macam finite-difference grid yaitu block-centered grid dan mesh-centered grid. Simulasi numerik pada model ini menggunakan block-centered grid untuk mengetahui nilai dari setiap poin dalam boundary. 2.4 Model Kalibrasi Menurut Anderson (1992), suatu model dapat dikatakan akurat jika model tersebut dapat menghasilkan nilai kalibrasi misalnya pada nilai head (simulated heads) yang hampir sama dengan nilai head sesuai dengan pengukuran di lapangan (field measured). Kalibrasi pada model ini dilakukan berdasarkan perhitungan drawdown menurut Theis (1935) dan pengukuran muka airtanah insitu. 3. Data 3.1 Model konseptual Daerah penelitian memiliki sistem akuifer terkekang. Pada Gambar 3.1 dapat dijelaskan bahwa sistem akuifer ini memiliki litologi berupa mudstone dan sandstone. Sandstone sebagai lapisan akuifer berada diantara mudstone yang yang hadir sebagai lapisan akuitar. Parameter hidrogeologi berupa hydraulic conductivity dan storage pada masing-masing layer ditentukan berdasarkan pendekatan teoritis dari Domenico and Schwartz 1990 dan Health 1983. Pada Tabel 3.1 dipaparkan nilai hydraulic conductivity dan storage pada masingmasing layer. Tabel 3.1 Nilai storage pada masing-masing litologi daerah penelitian Litologi K (m/day) Ss Sy Eff.Por Tot.Por
Mudstone 2,592 x 10-5 0,0002377 0,02 0,02 0,5 Sandstone 0,2 0,00001188 0,21 0,21 0,25 Mudstone 2,592 x 10-5 0,0002377 0,02 0,02 0,5 Dalam pembuatan model konseptual ini, dilakukan beberapa batasan dan asumsi, yaitu: 1. Model diasumsikan homogen dan isotropi. 2. Boundary dinyatakan sebagai inactive cells (no-flow boundary). 3. Discharge dinyatakan konstan selama simulasi berlangsung. 4. Dimensi grid pada perangkat lunak Visual Modflow 2011.1 (Trial Version) berukuran 10 m x 10 m, yang menggambarkan luas daerah penelitian pada setiap grid. 5. Nilai konduktivitas hidraulik dan storage diasumsikan mengikuti Domenico and Schwartz 1990 dan Health 1983. 3.2 Drain Hole Pada daerah penelitian, terdapat tiga drain hole yang menjadi objek pengamatan, yaitu IDH 3, IDH 4 dan IDH 6. Drain hole dipasang sampai kedalaman akuifer dengan masingmasing kedalaman 80 m, 50 m dan 50 m, spasi 100 m. Diameter drain hole 0,05 m. Sedangkan untuk nilai conductance 0,3 m/hari. 4. Hasil dan Pembahasan Perhitungan penurunan muka airtanah menurut Theis memiliki rumus sebagai berikut: u= r2 S 4 Tt Dimana: u = konstanta Theis r = jarak pengamatan penurunan muka airtanah (m) S = storativity, dengan nilai 0.0005 untuk akuifer terkekang (tidak berdimensi) T = transmissivity, dengan rumus K x b, K adalah hydraulic conductivity dan b adalah tebal akuifer t = waktu pengamatan penurunan muka airtanah (hari) h₀ h= Q 4 πt W (u) Dimana: h 0 -h = besarnya penurunan muka airtanah (m) Q = debit (m 3 /day) W = well function t(days) h 0-h (m) IDH 3 Z IDH 4 Z IDH 6 Z 365 8.7-132.7 10.0-133.0 5.0-124.0 730 9.4-142.1 11.4-144.4 6.9-130.9 1095 10.5-152.6 11.4-155.8 6.9-137.8
1460 10.5-163.2 12.8-168.6 7.5-145.3 1825 10.7-173.9 13.0-181.6 7.7-153.0 2190 10.9-184.8 15.9-168.9 2555 11.4-196.2 Tabel 4.1 Hasil Perhitungan menurut Theis Equation Perhitungan drawdown menurut Theis menghasilkan penurunan muka airtanah rata-rata dari setiap drain hole adalah 10 meter per tahun. Jika discharge constant, maka akan dapat terlihat batas maksimum penurunan muka airtanah yang dapat dicapai drain hole. Masingmasing drain hole memiliki lifetime yang berbeda. IDH 3 memiliki lifetime hingga 7 tahun kedepan dengan kedudukan muka airtanah maksimum berada pada elevasi -196.2. Sedangkan untuk IDH 4, elevasi muka airtanah berada pada -181.6. Lifetime yang dimiliki IDH 6 adalah 6 tahun, dengan elevasi penurunan muka airtanah maksimum pada -168.9. Gambar 4.1 menunjukan hubungan Antara drawdown terhadap fungsi waktu dalam static steady-state flow selama 10 tahun kedepan. Penurunan muka airtanah diamati dari piezometer 1 dan piezometer 2. Dari gambar tersebut dapat dilihat bahwa penurunan muka airtanah maksimum yaitu 10.5 m 3 /hari pada simulasi hari ke 3650. 5. Kesimpulan Gambar 4.1 Grafik drawdown terhadap waktu selama 3650 hari Simulasi penurunan muka airtanah ini memiliki kesimpulan sebagai berikut: 1. Penirisan tambang yang dilakukan sebagai upaya dalam menurunkan muka airtanah berhasil dilihat dari percobaan pemodelan yang dibuat dengan menggunakan perangkat lunak Visual Modflow 2011.1 (Trial Version). 2. Berdasarkan pemodelan didapatkan besar rata-rata penurunan muka airtanah sebesar 6.6 m 3 /hari dengan penurunan muka airtanah terjadi sebesar 10 m setiap tahunnya. 3. Sehingga jika dikaitkan dengan kemampuan drain hole dalam menurunkan muka airtanah dilihat dari batas maksimum drain hole dapat mengeluarkan airtanah, serta elevasi muka airtanah, IDH 3 akan mampu mengluarkan air hingga 7 tahun kedepan, IDH 4 selama 5 tahun kedepan, sedangkan IDH 6 adalah 6 tahun kedepan.
Acknowledgements Daftar Pustaka Anderson, M. P. and Woessner, W. W., 1992. Applied Ground Water Modeling Simulation of Flow and Advective Transport. Academic Press. INC. Arif, Irwandy., 2016. Geoteknik Tambang: Mewujudkan Produksi Tambang yang Berkelanjutan dengan Menjaga Kestabilan Lereng, Gramedia Pustaka Utama. Cahyadi, T.A., Notosiswoyo, S., Widodo, L.E., Iskandar, I., and Suyono., 2016. Pengaruh Instalasi Drain Hole Terhadap Penurunan Muka Airtanah Pada Media Permeabilitas yang Berbeda (Studi Kasus Model Konseptual) https://www.researchgate.net/publication/310673215_pengaruh_instalasi_dra IN_HOLE_TERHADAP_PENURUNAN_MUKA_AIRTANAH_PADA_MEDIA_PER MEABILITAS_YANG_BERBEDA_STUDI_KASUS_MODEL_KONSEPTUAL_Conc eptual_model_of_groundwater_depressurization_in_different_permeabi. Diunduh pada 14 Desember 2016 Domenico, P.A. and F.W. Schwartz, 1990. Physical and Chemical Hydrogeology, John Wiley & Sons, New York. Fetter, C.W., 2001. Applied Hydrogeology 4 th edition, Upper Saddle River, N.J., Prentice- Hall.