Pentingnya Monitoring Parameter Parameter Hidrograf DalamPengelolaanAirtanahdi DaerahKarst TJAHYO NUGROHO ADJI & AHMAD CAHYADI Kelompok Studi Karst Kelompok Studi Karst Fak. Geografi UGM
LATAR BELAKANG Untuk Mengelola Sumberdaya Air Karst Perlu Pengetahuan Yang Rinci Pada Sifat Sifat & Karakteristiknya Terlebih Lagi Akhir Akhir Ini Banyak Konflik Antara Konservasi & Budidaya Batugamping Hidrologi Diharapkan Bisa Menjadi Solusi
URGENSI Menyimpan 6,1 x 10 7 milyartonkarbon(houghton & Woodwell,1989); 1694 x lebih besar daripada kemampuan lautan; 11 x 10 5 x lebih besar daripada d kemampuan vegetasi; Pembentukan lorong Karst selalu ll butuh serapan CO 2 baik dari udara atau tanah selama 24 jam terus menerus; Karst Indonesia rawan konflik kepentingan ekonomis (industri semen, dll)
PENDAHULUAN Sifat airtanah di daerah karst berbeda dengan akuifer yang dijumpai di akuifer lain karena kontrol perkembangan lorong oleh proses pelarutan yang dominan; NON KARST intergranuler KARST anisotropis
SIFAT PERMEABILITASNYA KARST AWAL KARST BERKEMBANG
LORONG DAN SIFAT ALIRANNYA BERKEMBANG PULA
Aliran Diffuse mengisi SBT secara seragam dan perlahan-lahan melalui retakan berukuran 10-3 - 10 mm sebagai aliran infiltrasi dari zone simpanannya di permukaan bukit karst air tetesan atau rembesan pada ornamen gua debit andalan saat kemarau (satu-satunya) satunya)
Aliran Conduit mengisi SBT dengan cepat berhubungan langsung dengan air permukaan melalui retakan berukuran 10 2-10 4 mm atau lebih dipasok p ketika hujan dan mengakibatkan banjir pada SBT, tidak ada saat kemarau keruh dan bahan pencemar ikut masuk bersama aliran ini
DAN KARST MEMPUNYAI SATU SIFAT ALIRAN LAGI YAITU ALIRAN FISSURE (retakan berukuran 10 10 2 mm) MAKA
Tipe aliran/lorong Diffuse Karakteristik dalam mengimbuh mataair atau SBT Menyebar Respon lambat terhadap hujan Percelahan Respon sedang terhadap hujan Kondisi Daerah Tangkapan Fracture Intergranuler Simpanan airtanah Besar dan sepanjang tahun Fissure Percelahan Fracture Sedang dan Joint perenial musiman Conduit Perpipaan pp (lorong) Banyak Rendah dan hanya Sangat cepat dan sensitif terhadap hujan cekungan dengan sinkhole dan ponor tersedia pada saat musim hujan
SUMBERDAYA AIR KARST TERBAGI MENJADI 3 JENIS: 1. Mataair epikarst 2. Mataair non epikarst 3. Sungai Bawah Tanah
EPIKARST NON EPIKARST SBT KARENAPERBEDAANSIFAT DAN KARAKTERNYA, MAKA KRITERIA KERUSAKAN DAN PENGELOLAANNYA JUGA HARUS DIBEDAKAN
BAGAIMANA MEMBEDAKAN KARAKTERISTIKNYA Dengan melihat data hidrograf alirannya Hidrograf = hubungan antaraaliranvs aliran waktu Aliran dasar Aliran dasar
MENGAPA HIDROGRAF..? Karakteristik hidrograf merupakan cerminan dari kondisi daerah tangkapan permukaannya; Jika kondisi daerah tangkapan berubah, maka bentuk dan karakter hidrograf akan berubahb pula
HIDROGRAF MATAAIR EPIKARST Waktu tunda Q puncak fluktuasi Q minimum i
HIDROGRAF MATAAIR EPIKARST Ciri-ciri: Respon terhadap hujan lambat Fluktuasi rendah Puncak debit terjadi 1 x dalam 1 tahun Aliran dasar stabil sepanjang tahun Selalu jernih sepanjang tahun
Ciri-ciri: HIDROGRAF MATAAIR NON-EPIKARST Respon terhadap hujan terkadang lambat atau cepat Fluktuasi kadang rendah atau tinggi Puncak debit terjadi beberapa kali dalam 1 tahun Aliran dasar terkadang stabil atau berfluktuasi sepanjang tahun Terkadang mengalami kekeruhan saat periode hujan 250 0 200 10 Mataair Petoyan, Gunungkidul d ischarg e ( l/s ec) 150 100 50 20 30 40 50 rain fall (m m ) 0 Aug-13 Sep-13 Oct-13 Nov-13 Dec-13 Jan-14 Feb-14 Mar-14 Apr-14 May-14 60
HIDROGRAF SUNGAI BAWAH TANAH Ciri-ciri: Respon terhadap hujan cepat Fluktuasi tinggi Puncak debit terjadi berulang kali setiap kejadian hujan Aliran dasar berfluktuasi saat periode hujan Selalu mengalami kekeruhan saat periode hujan SBT Bribin, Gunungkidul
1
APA SEBABNYA..? KONDISI DAERAH TANGKAPANNYA Ini yang dikhawatirkan berubah SIMPANAN AIRNYA SIFAT ALIRANNYA
APA YANG TERJADI JIKA DAERAH TANGKAPANNYA RUSAK..? 1. BENTUK HIDROGRAF BERUBAH Q Q Q t t t Q Q t t
2. PARAMETER HIDROGRAF JUGA BERUBAH Debit aliran saat kemarau turun, dan saat hujan naik Respon terhadap hujan menjadi lebih cepat Fluktuasi menjadi lebih besar Puncak debit bertambah banyak pada periode hujan % aliran dasar turun atau bertambah fluktuasinya sepanjang tahun Aliran menjadi keruh atau bertambah keruh saat periode hujan 1400 2016 1200 2017 1000 800 600 400 200 0 Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec
PARAMETER 2 HIDROGRAF UNTUK MERINCI SIFAT AKUIFER KARST
Hidrograf Banjir Seropan Gilap Bribin Ngerong
1. Hidrograf Banjir
2. Konstanta resesi Sifat dan kecepatan dari masingmasing simpanan di akuifer karst untuk melepaskan aliran ke mataair atau SBT
K = konstanta resesi suatu sistem karst Q ( t ) = Debit pada waktu ke t Q(t 0 ) = Debit pada waktu awal segmen resesi Kemudian jika pada skala semi log rumus ini dianggap linier, maka: lnq(t) = k(t t0) + ln Q(t0) Atau k = 1 / t t0 ln (Q(t)/Q(0) Komponen Aliran Permukaan Komponen Aliran Karst Nilai Konstanta Channel flow Conduit 0,0505 0,20 Interflow Fissure 0,50 0,80 Baseflow Diffuse 0,85 0,98
Paramater hidrograf K b = 0,996 K i = 0,767 K c = 0,463 T p = 3,03 jam T b = 36,7 jam SBT Perbandingan Karakteristik Gua Gilap > Ngreneng <Bribin < Ngreneng <Bribin >Ngreneng g >Bribin < Ngreneng <Bribin > Ngreneng >Bribin akuifer melepaskan aliran diffuse lebih cepat daripada GUA Bribin tapi lebih lambat daripada d GUA Ngreneng fungsi retakan kecil (diffuse) masih lebih baik dari GUA Ngreneng simpanan air pada retakan berukuran menengah (fissure) paling cepat dilepaskan dibanding di GUA Bribin dan Ngreneng simpanan air pada retakan berukuran besar (conduit) paling lama dilepas oleh akuifer luasan daerah tangkapannya paling kecil dibanding GUA Bribin dan Ngreneng jarak tangkapan hujan paling dekat karena berada di bagian hulu simpanan diffuse lama dilepas oleh akuifer retakan conduit belum berkembang sebaik GUA Bribin dan Ngreneng g K b = 0,998 K i = 0,825 K c = 0,332 T p = 5,5 jam T b =363jam 36,3 Gua Bribin > Ngreneng > Gilap < Ngreneng > Gilap < Ngreneng < Gilap > Ngreneng > Gilap potensi simpanan diffuse paling baik karena paling lama dilepas oleh akuifer debit masih besar di musim kemarau simpanan pada retakan fissure relatif paling baik (hampir sama dengan di Ngreneng adanya point recharge saat hujan yang mengimbuh langsung ke sungai, sehingga konstanta resesi saluran besar luas tangkapan hujan paling besar > Ngreneng komponen aliran conduit dan diffuse sama-sama dominan pada saat banjir < Gilap simpanan diffuse lama dilepas oleh akuifer
Parameter Hidrograf Banjir Resume Konstanta Resesi Mataair/SBT Kc Ki Kb Tp (Jam) Tb (Jam) SBT Bribin 0.292-0.649 0.667-0.897 0.995-0.999 3.0-9.5 10.0-167.0 Rerata (0.442) Rerata (0.795) Rerata (0.998) Rerata (6.4) Rerata (29.9) SBT Ngreneng 0.305-0.764 0.736-0.964 0.978-0.998 25 2.5-70 7.0 70 7.0-62.0 Rerata (0.581) Rerata (0.795) Rerata (0.991) Rerata (4.2) Rerata (27.2) SBT Gilap 0.335-0.698 0.038-0.894 0.973-0.999 1.0-4.0 7.0-30.0 Rerata (0.524) Rerata (0.682) Rerata (0.991) Rerata (2.4) Rerata (12.89) Mataair Petoyan 0.243-0.643 0.506-0.957 0.993-0.999 25 2.5-25.0 12-86.5 Rerata (0.452) Rerata (0.755) Rerata (0.996) Rerata (6.8) Rerata (30.9) Mataair Ngerong 0.718-0.959 0.957-0.999 0.991-0.999 6.0-11.0 15.3-41.3 Rerata (0.901) Rerata (0.972) Rerata (0.994) Rerata (9.0) Rerata (24.9) Mataair Beton 0.135-0.977 0.882-0.987 0.975-0.998 60 6.0-11.0 15.3-41.3 Rerata (0.729) Rerata (0.945 Rerata (0.989) Rerata (16.5) Rerata (108.1)
3. Aliran Dasar Diffuse flow secara time-series Perbandingan antara aliran diffuse dibagi dengan total aliran secara time series (misal 1 tahun)
No Waktu banjir Debit puncak Prosentase Aliran Dasar Periode (lt/dt) (PAD)- dalam % hujan 1 13/12/06 99,5 45,08 Awal 2 22/12/06 72,7 55,52 Awal 3 31/12/06 254,3 57,75 Awal 4 16/2/07 101,2 57,25 Tengah 5 24/2/07 208,0 51,25 Tengah 6 26/2/07 227,4 58,55 Tengah 7 6/3/07 153,4 79,91 Akhir 8 9/3/07 96,7 78,18 Akhir 9 14/3/07 81,1 78,92 Akhir 10 19/3/07 137,3 72,75 Akhir 11 21/3/07 100,5 77,20 Akhir 12 23/3/07 381,4 50,88 Akhir 13 7/4/07 182,6 70,33 Akhir 14 10/4/07 261,6 62,94 Akhir 15 11/4/07 142,7 76,30 Akhir 16 16/4/07 258,4 73,80 Akhir
4. Respon mataair atau SBT terhadap hujan Korelasi antara recharge yang berupa variable bebas berupa curah rahhujan dengan variabel terpengaruh berupa debit pada mataair atau SBT karst untuk mengetahui perkembangan akuifer karst
CROSS CORRELATION Analisis korelasi dua variabel dilakukan untuk mengetahui hubungan dua variabel, yaitu data curah hujan dan debit aliran Mataair Ngeleng; Tujuan dari korelasi tersebut adalah untuk mengetahui gambaran awal arah korelasi kedua variabel tersebut; Korelasi Silang (Cross-corelation), metode statistik fungsi transfer pada suatu sistem antara variabel x (bebas) dan variabel y (terpengaruh) menggunakan data timeseries (Mulyana, 2004)
Grafik Nilai Korelasi (r xy (k)) Terhadap Time Lag (k)) Cross Correlation (r xy ( 0.35 0.30 0.25 0.20 0.15 0.10 0.05 Bribin Gua Gilap Mataair Petoyan Mataair Ngerong Mataair Beton Gua Ngreneng 0.00 0.05 50 48 46 44 42 40 38 36 34 32 30 28 26 24 22 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 Time Lag (Jam)
Metode Cross Correlation Mataair/SBT Nilai Korelasi Time Lag g( (Jam) (r xy (k)) SBT Bribin 6.5 0.09 SBT Ngreneng 6.5 0.111 SBT Gilap 3 0.132 Mataair Petoyan 25 2.5 0.248 Mataair Ngerong 8 0.313 Mataair Beton 5.5 0.091 Metode Crosscheck Manual Periode Musim Hujan Rerata Mataair/SBT Time Awal Tengah Akhir Lag (Jam) SBT Bribin 18.2 13.0 23.3 17.0 SBT Ngreneng 23.8 23.3 no data 23.6 SBT Gilap 22.2 40.0 25.0 29.1 Mataair Petoyan 3.9 1.1 1.5 2.4 Mataair Ngerong 10.0 8.2 no data 8.4 Mataair Beton 7.3 6.3 2.0 5.2
CROSS CORRELATION Analisis ini MAMPU menambah pemahaman mengenai sistem akuifer karst dengan mengkomparasikan antara input (curah hujan) dan output (debit) untuk mengetahui (time lag) kenaikan debit mataair dari kejadian hujan; Hal ini menunjukan bagaimana kondisi perkembangan sistem akuifer dan juga bagaimana kondisi imbuhan masing-masing obyek kajian; Terdapat 2 kemungkinan dari fenomena ini, (1) respon yang lebih cepat menunjukan sudah lebih berkembangnya sistem akuifer yang ada pada masing-masing lokasi. (2) kondisi imbuhan yang memiliki luasan yang lebih kecil dan juga input masukan ke dalam akuifer yang besar menjadikan time travel yang lebih cepat.
5. Derajat karstifikasi wilayah karst Untuk mengetahui tingkat perkembangan lorong karst di suatu kawasan, pada tahap MUDA, DEWASA, atau TUA
Derajat Karstifikasi (D k ) Rumus MALIK VOJTKOVA (2012)... resesi aliran diffuse (laminer) resesi aliran conduit (turbulen) Beberapa aliran laminar and turbulent bisa Beberapa aliran laminar and turbulent bisa dijumpai pada satu mataair yang mencerminkan jenis perkembangan pelorongan di akuifer karst nya
Kombinasi jenis aliran pada resesi banjir untuk Kombinasi jenis aliran pada resesi banjir untuk penentuan perkembangan karst
Menghitung Derajat Karstifikasi (D k ) Rumus MALIK VOJTKOVA (2012)... resesi aliran diffuse (laminer) resesi aliran conduit (turbulen) Beberapa aliran laminar and turbulent bisa Beberapa aliran laminar and turbulent bisa dijumpai pada satu mataair yang mencerminkan jenis perkembangan pelorongan di akuifer karst nya
Kombinasi jenis aliran pada resesi banjir untuk penentuan Kombinasi jenis aliran pada resesi banjir untuk penentuan perkembangan karst
Jika karst sudah berkembang dewasa-tua (G. Bribin)
Jika karst muda menuju dewasa (G. Ngerong-Tuban)
Jika karst muda (Mataair Petoyan)
Mataair dan SBT Derajat karstifikasi Rumus kurva resesi Mataair Beton 6,6 Qt = 2.384-0.009t + 3.304 (1-005t)+7.216(1-0.0005t) Mataair Petoyan 3,7 Qt = + 0.0340.0703t 0.0350.0159t + 0.0680.0555t SBT Gilap 5,8 Qt = 0.103-0.0256t + 0.183(1-0.145t) SBT Ngreneng 6,0 Qt = 0.191 0.0019t + 0.260(1-0.851t)+ 0.385(1-0.099t) SBT Seropan 5,2 Qt = 0.218 0.0045t + 0.244 0.0186t + 0.424(1-0.0365t) SBT Toto 5,0 Qt = 1.447-0.009t + 1.639(1-0.000019t) SBTBribin 7,7 Qt=1.847-0.0007t + 1.911(1-0007t)+ 1.936(1-0.0028t) SBT Ngerong g 4,8 Qt = 1.447-0.009t + 1.639(1-0.000019t)
Mataair Dk Kondisi dan SBT Beton 6,6 Karstifikasi tingkat dewasa karena pengaruh patahan dan saluran karst terbuka, dengan saluranconduitdan dan non karst yang telah berkembang dan menuju pada perkembangan muka airtanah freatik secara wilayah Petoyan 3,7 Perkembangan jaringan fissure yang belum seragam, mayoritasnya adalah dlh makrofissure terbuka dan minim i adanya saluran karst (conduit). Saat periode banjir ada kemungkinan (langka) terjadi aliran turbulen dalam jangka pendek Gilap 5,8 Mulai adanya karstifikasi dan pelarutan batuan karbonat, dengan pelorongan yang terbentuk mulai bersifat terbuka, berukuran sedang (fissure), baik dialami oleh batuan yang mudah atau sulit larut di zone freatik. Sifat aliran sedikit dipengaruhi oleh saluran terbuka (conduit) yang salingberhubungan Ngreneng 6,0 Mulai adanya karstifikasi dan pelarutan batuan karbonat, dengan pelorongan yang terbentuk mulai bersifat terbuka, berukuran sedang (fissure), baik dialami oleh batuan yang mudah atau sulit larut di zone freatik. Sifat aliran sedikit dipengaruhi oleh saluran terbuka (conduit) yang saling berhubungan
6. Hidrokemograf (hubungan debit vs. Kondisi kimia) Untuk mengetahui variasi hubungan proses kimia yang bertanggungn jawabab terhadap proses pelarutan karst di suatu wilayah dan hubungannya dengan kualitas airnya
Parameter Hidrograf Aliran Hidrograf banjir (Q max, T p, T b ) Hidrograf resesi konstanta resesi (K b, K i, K c ) Pemisahan aliran dasar Hubungan hujan-debit Konstanta resesi ά dan β Hidrokemograf Sifat akuifer karst Besar kecilnya daerah tangkapan, Hubungan aliran mataair atau SBT, Besar kecilnya simpanan air di akuifer karst, Sifat imbuhan dari akuifer ke SBT atau mataair, Kerentanan akuifer terhadap pencemar dari permukaan Sifat akuifer dalam melepaskan aliran diffuse, fissure, conduit, Perkembangan dan dominasi lorong kecil, sedang, besar, Besar kecilnya simpanan air di akuifer karst, Besar kecilnya debit andalan secara timeseries, Prediksi debit andalan pada waktu ke-t, Kerentanan akuifer terhadap pencemar dari permukaan Prosentase aliran dasar, Fluktuasi aliran dasar dan aliran cepat secara time series Cepat lambatnya respon mataair atau SBT terhadap hujan, Sifat daerah tangkapan dalam menahan air sebelam dilepas, Perkembangan dan dominasi jenis lorong di akuifer, Kerentanan akuifer terhadap pencemar dari permukaan Derajat karstifikasi/perkembangan akuifer karst, Dominasi jenis aliran di akuifer karst Lorong yang dominan di akuifer karst, Kerentanan akuifer terhadap pencemar dari permukaan Kualitas air karst, Hubungan antara kandungan kimia dominan dengan debit atau aliran dasar, Agresivitas air karst untuk melarutkan batuan gamping, Proses-proses kimia yang bertanggung jawab terhadap pelebaran lorong di akuifer karst Kerentanan akuifer terhadap pencemar dari permukaan