proposal leaky akuifer
Post on 02-Jan-2016
71 Views
Preview:
DESCRIPTION
TRANSCRIPT
Studi Transfer Antar Akuifer di Cekungan Air Tanah
Bandung
Melalui Fenomena Akuifer leakage
1. Latar Belakang
Pengambilan air tanah pada lapisan akuifer tertekan di Cekungan Air
Tanah Bandung telah menyebabkan penurunan muka air tanah. Pada awalnya
pengeboran sumur dalam pada akuifer tertekan sebelum tahun 1980
menghasilkan sumur artesis di beberapa tempat. Namun akibat eksploitasi air
tanah selama 2 dekade terakhir telah menyebabkan terjadinya penurunan
muka air tanah dengan angka laju penurunan bervariasi di beberapa tempat
antara 0,32 – 15,12 m/tahun (DGTLKP, 2002, dalam Dinas Pertambangan dan
Energi Provinsi Jawa Barat, 2004). Kondisi tersebut semakin parah dengan
kenyataan yang terjadi bahwa sebagian besar pengambilan air tanah dalam
(akuifer tertekan) dilakukan oleh kalangan industri yang rata-rata mengambil
air tanah dengan kuantitas cukup besar.
Selama ini imbuhan air tanah pada akuifer tertekan seringkali hanya
berdasar pada curah hujan yang dianggap sebagai faktor utama dan dominan
sumber imbuhan. Jika anggapan tersebut benar maka jumlah imbuhan yang
masuk ke dalam akuifer tertekan di cekungan bandung tidak bisa
mengimbangi eksploitasi air tanah pada akuifer tersebut. Hal tersebut terjadi
karena imbuhan akuifer terkekang terletak pada ketinggian 1050 – 1300 mdpl
Geyh (1990), jauh dari lokasi pengambilan air tanah oleh industri, dan untuk
sampai lokasi tersebut memerlukan waktu ribuan tahun.
Secara teori proses pengisian kembali akuifer tertekan membutuhkan
waktu yang lama karena umumnya daerah imbuhannya terletak jauh dari
lokasi sumur pengambilan. Kemungkinan adanya lapisan akuitar yang terdapat
diantara akuifer tertekan dan akuifer tidak tertekan memberikan harapan
terjadinya aliran air dari akuifer tidak tertekan ke akuifer tertekan sehingga
mengurangi defisit air yang terjadi pada akuifer tersebut.
Dalam siklus hidrologi, perjalanan aliran air hingga mencapai akuifer
tertekan sangat panjang. Dimulai dari presipitasi ketika mencapai permukaan
tanah sebagian akan meresap ke dalam tanah (infiltrasi) sebagian lainnya
akan menjadi aliran permukaan (run off). Air yang meresap ke dalam tanah
1
tersebut akan mencapai muka airtanah dan akhirnya dapat menambah
cadangan air tanah dan disebut imbuhan. Sebagian air tanah tersebut ada
yang mengalir pada akuifer yang terletak diantara lapisan
impermeabel/semipermeabel. Ketika head dari akuifer tersebut terletak di atas
lapisan impermeabel bagian atas akuifer maka akan terbentuk akuifer
tertekan, Sedangkan air tanah yang terletak dia atas lapisan impermeabel
dengan head yang bebas maka akan terbentuk akuifer tertekan.
Selama ini belum banyak dilakukan studi tentang imbuhan air tanah
pada akuifer tertekan yang disebabkan oleh adanya aliran inter akuifer melalui
fenomena leakage. Untuk itulah kontribusi imbuhan air tanah yang berasal
dari akuifer bebas ke akuifer tertekan perlu diteliti. Kontribusi tersebut dapat
berupa model alirannya serta potensi air tanah akuifer bebas yang menjadi
imbuhan air tanah tertekan.
2. Rumusan masalah
Berdasarkan uraian tersebut di atas, maka dapat ditarik rumusan
masalah krisis air tanah pada akuifer tertekan yang ada di Cekungan Airtanah
Bandung adalah :
Bagaimana kontribusi air tanah pada akuifer bebas terhadap akuifer
tertekan
Berapa besar prosentasi air tanah dari leakage yang menjadi imbuhan
pada akuifer tertekan?
3. Tujuan
Adapun tujuan tulisan ilmiah ini adalah :
Membuktikan adanya aliran air tanah melalui fenomena leakage.
Memodelkan dan menghitung besar potensi air tanah akuifer bebas yang
menjadi imbuhan pada akuifer airtanah tertekan melalui mekanisme
leakage.
4. Lokasi Penelitian
Secara administrasi Cekungan Airtanah Bandung meliputi Kota Bandung,
Kota Cimahi dan Kabupaten Bandung. Secara astronomis posisi tersebut
berada pada 107° 14' 24.4212" – 107° 57' 1.9188" BT dan 6° 45' 34.3908" – 7°
17' 37.3164" LS. Luas Cekungan Bandung hasil perhitungan menggunakan WMS
2
adalah 2,334 Km2, sedangkan berdasarkan hasil perhitungan IWACO & WASECO (1990)
sebesar 1.776 Km2.
Cekungan Bandung dibatasi oleh :
- Sebelah Utara : G. Burangrang,G. Tangkuban Perahu,G.Bukit Tunggul
- Sebelah Timur : G. Manglayang dan G.Mandalawangi
- Sebelah Selatan : G. Malabar, G. Mayang
- Sebelah Barat : G. Halu
3
Sumber :LPPM ITB – Distamben Jabar, 2002.
Gambar 1. Cekungan Airtanah Bandung
4
5
KONDISI AKTUAL CAT BANDUNG
Gambar 2. Peta Zona Konservasi Airtanah Cekungan Bandung (Dinas Pertambangan dan Energi Provinsi Jawa Barat, 2002)
6
5. Ruang Lingkup Penelitian
Penelitian ini merupakan studi kompehensif mengenai permodelan aliran
air tanah melalui fenomena leakage di Cekungan Air Tanah Bandung dan
pengaruhnya sebagai imbuhan air tanah pada akuifer tertekan yang dilakukan
melalui :
Observasi kondisi geologi dan hidrogeologi di lapangan.
Analisis Parameter hidrolik akuifer berdasarlan analisa pumping test pada
akuifer tertekan.
Observasi ketinggian head akuifer tidak tertekan dan akuifer tertekan.
Permodelan aliran air tanah akuifer leaky.
6. Asumsi
Beberapa asumsi yang diajukan dalam penelitian ini adalah :
Adanya eksploitasi air tanah pada akuifer tertekan telah menyebabkan
terjadinya krisis air tanah pada akuifer tersebut
Pada dasar akuifer tertekan dianggap impermeable sehingga tidak ada
aliran air dari akuifer tertekan keluar akuifer melalui dasar akuifer.
Pada masing-masing akuifer sifat fisik dan parameter hidrolik dianggap
homogen.
Kebocoran akuifer akibat konstruksi sumur yang salah atau sebab lainnya
diabaikan.
7. Hipothesa
Beberapa Hipothesa yang ada dalam penelitian ini adalah :
Aliran air tanah alami dari daerah imbuhan hasil presipitasi dikawasan
bandung bagian utara memerlukan waktu yang lama untuk sampai ke
lokasi pengambilan. Hal ini tentu saja tidak sebanding dengan eksploitasi
air tanah tertekan oleh kalangan industry yang berakibat deficit air tanah
pada akuifer tertekan. Masih tersedianya air tanah pada akuifer tertekan
kemungkinan disebabkan karena adanya aliran antar akuifer / leakage
yang terjadi dari akuifer bebas ke akuifer tertekan.
7
Kurva hasil pengeplotan uji pemompaan di lapangan akan memberikan
karakteristik dan parameter hidroliknya akan memperlihatkan tipe akuifer
yang ada (akuifer leaky).
Perbandingan antara hasil pengukuran muka air tanah dangkal (akuifer
bebas) dan muka air tanah dalam (tertekan) akan menunjukkan
kemungkinan arah aliran.
8. Dasar Teori
8.1. Fenomena Leakage dan Leaky akuifer
Asumsi utama dari metode theiss non equilibirium adalah ketika air dipompa keluar
maka akuifer akan terisi kembali. Ada 3 jalan terisinya kembali akuifer tersebut yaitu aliran
dari akuifer itu sendiri, aliran langsung (dari akuifer tak tertekan) melalui lapisan pembatas
yang memiliki permeabilitas kecil dan pelepasan air oleh lapisan pembatas dengan
permeabilitas kecil tersebut. (Dominico dan Scwartz, 1990). Aliran langsung melalui
lapisan pembatas yang memiliki permebilitas kecil tersebut dikenal sebagai fenomena
leakage (bocor) dan lapisan pembatasnya disebut akuitar. Lapisan akuitar merupakan
lapisan yang dapat menyimpan air dan mengalirkan air dalam jumlah terbatas
Akuifer yang ditumpangi (dibatasi) oleh lapisan akuitar disebut akuifer bocor (leaky)
(Mendel dan Shiftan, 1981). Asumsi dalam aliran melalui fenomena leakage ini (Hantush,
1956, dan 1960, Mendel dan Shiftan, 1981, Freeze dan Chery, 1979) adalah :
- Storativitas lapisan akuitar diabaikan
- Muka air tanah pada akuifer bebas dianggap konstan selama
pemompaan
- Aliran air di akuitar bersifat vertikal dan akuifer di bawahnya dianggap
bersifat horisontal.
8
Gambar 3. Aliran pada fenomena Leakage (Jacob, 1946)
8.2. Batasan tentang Imbuhan Air Tanah
Imbuhan airtanah didefinisikan secara umum (Lerner et all, 1990) sebagai aliran air
vertikal yang dominan ke bawah mencapai muka airtanah dan membentuk tambahan
cadangan airtanah. Artinya dari proses infiltrasi baik secara gravitasi maupun
karena adanya tekanan kapiler, air akan mencapai muka airtanah dan
akhirnya dapat menambah jumlah air tanah. Definisi ini menurut Rushton
(1988) dikatagorikan sebagai imbuhan airtanah aktual.
8.3. Imbuhan air tanah karena proses leakage
Rushton (1988) mencatat beberapa faktor yang mempengaruhi imbuhan air-tanah,
yaitu diantaranya adalah : faktor di permukaan tanah, faktor kondisi tanah, Faktor zone
tidak jenuh antara permukaan tanah dan akuifer dangkal, Faktor akuifer:, Faktor sungai-
sungai dan Faktor irigasi. Selain itu Rushton (1988) juga menambahkan adanya aspek
lain berupa Faktor kebocoran pipa air ledeng dan Faktor infiltrasi limbah air domestik. Dari
beberapa faktor ini yang dipandang merupakan sumber bagi imbuhan airtanah adalah:
curah hujan (sumber utama), sungai, irigasi, kebocoran air dari pipa air bersih serta
limbah domestik. Perhitungan imbuhan airtanah yang didasarkan pada neraca air,
seringkali hanya didasarkan pada curah hujan saja sebagai sumbernya dan hal ini
9
dirasakan kurang akurat, karena kontribusi keempat faktor lainnya cukup signifikan,
seperti yang dijelaskan oleh Hall (1984). Faktor akuifer merupakan kemampuan akuifer
untuk menerima air dan variasi akuifer terhadap waktu dan berperanan penting terhadap
aliran interakuifer.
Aliran inter akuifer melalui fenomena leakage terjadi karena adanya beda head
antara akuifer tertekan dan akuifer bebas yang diantara keduanya dibatasi oleh lapisan
semi permeabel (akuitar). Perbedaan head tersebut dapat terjadi akibat gangguan berupa
pemompaan atau sebab lainnya. Bila head akuifer tertekan lebih tinggi maka akan terjadi
aliran leakage dari akuifer tertekan ke akuifer bebas, demikian pula sebaliknya bila head
akuifer tertekan lebih rendah dari akuifer bebas akan terjadi aliran leakage dari akuifer
bebas ke akuifer tertekan.
Akibat pengambilan air tanah yang tidak terkontrol pada akuifer tertekan
menyebabkan head akuifer tertekan menurun, selain itu untuk pengisian kembali
membutuhkan waktu yang lama karena daerah imbuhan akuifer tertekan terletak jauh dari
lokasi pengambilan. Aliran air tanah dari akuifer bebas yang masuk ke akuifer tertekan
melalui lapisan akuitar dapat menjadi imbuhan yang mengisi kekurangan air di akuifer
tertekan.
8.4. Parameter Hidrolik
8.4.1. Koefisien Kelulusan
Koefisien kelulusan (K) adalah kemampuan suatu lapisan tanah atau
batuan untuk melewatkan sejumlah air tanpa mengubah sifat-sifatnya.
Koefisien kelulusan ini sangat dipengaruhi oleh kesarangan (porositas) dan
sifat cairan yang melaluinya. Nilai K dapat ditentukan di laboratorium dengan
permeameter ataupun uji di lapangan dengan slug test dan uji pemompaan.
Pada penelitian ini metode yang akan dipakai adalah uji pemompaan.
Berdasarkan hukum Darcy koefisien kelulusan dinyatakan sebagai :
Dimana :
K = Koefisien kelulusan (LT-1)
Q = Volume air yang mengalir (L3T-1)
dh/dl = Landaian Hidrolik
A = Luas penampang (L2)
10
8.4.2. Transmisivitas dan Koefisien Daya Simpan
Transmisivitas (T) adalah nilai yang menunjukkan banyaknya air yang
dapat mengalir melalui suatu bidang vertikal setebal akuifer serta selebar
satuan panjang atau sesuai persamaan :
Dimana :
T = Transmisivitas (L2T-1)
K = Koefisien kelulusan (LT-1)
b = Tebal akuifer (L)
Sedangkan koefisien daya simpan (S) adalah volume air yang dapat
dilepaskan atau disimpan setiap satuan luas permukaan akuifer dalam setiap
satuan perubahan tinggi (head).
Untuk mendapatkan nilai transmisivitas dan koefisien daya simpan
berdasarkan dari data uji pemompaan dapat dilakukan dengan beberapa
metode. Untuk akuifer tertekan dilakukan dengan metode theis atau Jacob
sedangkan akuifer bocor disini dilakukan dengan metode hantush.
Dimana :
Q = Debit (L3T-1)
T = Transmisivitas (L2T-1)
(h0 – h)
= Penurunan (drowdown) per satu siklus log (L)
W(u,r/B) = Fungsi sumur (dari kurva baku hantush, 1956)
S = Koefisien daya simpan (tidak berdimensi)
t = Waktu pemompaan (T)
r = Jarak radial dari sumur (L)
u = Konstanta (dari kurva baku)
8.4.3. Faktor kebocoran
11
Faktor kebocoran dapat dihitung dengan menggunakan persamaan (Hantush,
1956):
Dengan mensubstitusikan kedua persamaan tersebut diperoleh :
Lc = Koefisien kebocoran
T = Transmisivitas (L2T-1)
K’ = Konduktivitas Hidrolik lapisan akuitar ((L2T-1)
b’ = Tebal lapisan akuitar (L)
B = Konstata dari kurva baku (r/B)
t = Waktu pemompaan (T)
9. Metodologi
9.1. Studi Literatur
Studi literatur meliputi inventarisasi hasil kajian ilmiah peneliti-peneliti
sebelumnya yang menyangkut Cekungan Airtanah Bandung. Kajian tersebut
meliputi kondisi geologi, topografi, morfologi, hidrologi, geohidrologi, dan
eksplorasi airtanah. Hasil dari kajian-kajian tersebut akan dijadikan sebagai
pedoman, sehingga sifatnya nanti akan meneruskan kajian terkait yang sudah
ada.
Berdasar studi dari IWACO & WASECO (1990), airtanah dalam mendapatkan
imbuhan yang terjadi pada lereng-lereng gunung atau pegunungan di sekitar Bandung.
Aliran total ke dalam airtanah CAT Bandung diperkirakan berkisar antara 4 – 5 m3/det.
Jumlah itu diperkirakan secara kasar sebesar 5 – 10 % dari curah hujan tahunan.
Pengujian oleh Geyh (1990) terhadap isotop stabil δ18O dan δ2H serta 44 perconto
air dari sumurbor dan mataair yang tersebar di CAT Bandung mengindikasikan bahwa,
daerah imbuh airtanah CAT Bandung terletak di Utara CAT Bandung pada ketinggian
1050 s.d. 1300 mdpl. Sedangkan berdasar uji isotop 14C dapat diketahui bahwa, airtanah
12
menjadi relatif lebih muda ke arah Barat CAT Bandung. Di bagian Timur umur airtanah
diperkirakan sampai 10.670 tahun.
Berdasar studi kualitas airtanah yang dilakukan oleh Sukrisno dkk (1993) dapat
diketahui bahwa imbuhan airtanah umumnya terjadi di lokasi dengan topografi yang
cukup tinggi. Imbuhan bagi airtanah dalam di CAT Bandung umumnya melalui bocoran
akuifer atau aquifer leakage dari airtanah dangkal dan terjadi di daerah-daerah dengan
topografi yang cukup tinggi.
9.2. Pengukuran data di Lapangan
Direncanakan penelitian akan dilakukan dengan menggunakan pengukuran head
Langsung dan uji pemompaan. Pengukuran head dilakukan terhadap head akuifer
bebas dan akuifer tertekan tujuannya untuk memperkirakan kemungkinan arah aliran
leakage.
Selain pengukuran Head juga akan dilakukan pumping test terhadap sumur bor
dalam yang mengambil air tanah pada akuifer tertekan/leaky. Uji pemompaan ini
dilakukan pada sumur pengamat untuk memperoleh data penurunan head (drawdown)
versus waktu pemompaan.
9.3. Analisis data lapangan
Data-data yang diperoleh dilapangan selanjutnya diplot ke dalam kertas log-log
dan dibuat kurva penurunan head (drawdown) versus waktu pemompaan, Selanjutnya
dilakukan matching antara kurva head versus drawdown dengan kurva baku Hantush.
Keberadaan akuifer leaky akan terlihat dengan kenampakan kurva yang khas.
Selanjutnya parameter hidrolik akan dapat dihitung.
Tabel 1. Contoh data yang diambil dari lapangan (Dawson and Istok, 1991)
13
Gambar 4. Pengeplotan hasil pengukuran di lapangan ke dalam Kurva Baku Hantush (Dawson and Istok, 1991).
9.3. Analisis data dan pembuatan model aliran leakage
Model Aliran leakage pada CAT Bandung dibangun dengan bantuan
perangkat lunak Modflow 3.0 dengan melibatkan parameter hidrolik dan head
sebagai input dikorelasikan dengan data sekunder yang ada (kondisi geologi,
hidrogeologi, dan sebagainya).
14
DATA SEKUNDER
PENGUMPULAN DATA PRIMER
KAJIAN PUSTAKA- PETA GEOLOGI REGIONAL- PETA HIDROGEOLOGI REGIONAL- PETA HIDROGEOLOGI IWACO- DATA PENELITI SEBELUMNYA- DATA LOKASI SUMUR BOR- DATA PENGAMBILAN AIRTANAH- DATA MAT- DATA LOG BOR
PERUMUSAN MASALAH
PENENTUAN PARAMETER
PENGUKURAN MAT- AKUIFER BEBAS- AKUIFER TERTEKAN
UJI PEMOMPAAN- AKUIFER TERTEKAN
Gambar 3. Diagram alur penelitian
10. Indikator Keberhasilan (Target Capaian)
Target yang akan dicapai dari penelitian ini adalah :
Terbukti adanya aliran leakage di Cekungan Air Tanah Bandung Kontribusi aliran leakage terhadap imbuhan air tanah bagi akuifer
tertekan. Pengembangan imbuhan inter akuifer bagi krisis air tanah dalam di
bandung
11. Jadwal Kegiatan
TAHAPAN BULANOKT ’08 NOV ’08 DES’ 08 JAN ’09 FEBR ’09 MART ’09
Penyusunan ProposalStudi literaturPemerolehan data lapanganPemrosesan dataAnalisa dataPenyusunan tulisan
Bimbingan
Daftar Pustaka
15
MODEL ALIRAN LEAKY DALAM SUMUR(SATU TITIK)
ANALISIS
MODEL ALIRAN LEAKY DALAM CAT BANDUNG
PENENTUAN KARAKTERISTIK FISIK / HIDROLIK AKUIFER
KORELASI DAN ANALISA DATA DENGAN PERANGKAT LUNAK MODFLOW 3.0
Dinas Pertambangan dan Energi Provinsi Jawa Barat, 2004, Pemantauan Kondisi Airtanah Cekungan Bandung-Soreang, Bogor dan Bekasi-Kerawang.
De Wiest R.J.M., 1961, On the Theory of Leaky Aquifers, Journal of Geophysical Research, Volume 66, No. 12.
De Wiest R.J.M, 1962, Flow to an Eccentric Well in A Leaky Circular Aquifer With Varied Lateral Replenishment, Journal of Geophysical Research, --.
Geyh, M.A. (1990), Isotopic Hydrological Study in the Bandung Basin – Indonesia, Project Report No. 10, Directorate of Environmental Geology.
Hantush, M.S., and Jacobs, C.E., 1954, Plane Potential Flow of Ground Water With Linear Leakage Transaction, American Geophysical Union, Volume 35, Number 6.
Hantush, M.S., and Jacobs, C.E., 1955, Non-Steady Radial Flow in Infinite Leaky Aquifer Transaction, American Geophysical Union, Volume 36, Number 1.
Hantush, M.S., and Jacobs, C.E., 1955, Non-Steady Green’s Function for an Infinite Strip of Leaky Aquifer, Transaction, American Geophysical Union Volume 36, Number 1.
Hantush, M.S., 1956, Analysis of Data from Pumping Test in Leaky Aquifers, Transaction, American Geophysical Union, Volume 36, Number 1.
Hantush, M.S., 1959, Non Steady Flow to Flowing Wells in Leaky Aquifer, Journal of Geophysical Research, Volume 64, No. 8.
Hantush, M.S., 1959, Modification of the Theory Leaky Aquifers, Journal of Geophysical Research, Volume 65, No. 11.
Hantush, M.S., 1967, Flow to Wells in Aquifer in Aquifers Separated by a Semipervious Layer, Journal of Geophysical Research, Volume 72, No. 6.
Harrera, I., 1970, Theory of Multiple Leaky Aquifers, Water Resources Research, Volume 6, No. 1.
Harrera, I., 1973, Integrodifferential Equations for Systems of Leaky Aquifers and Applications – The Nature of Approximate Theories -, Water Resources Research, Volume 9, No. 4.
IWACO,(1989), Reconaissance of Environmental Aspects Related to Groundwater Resources in West Java, Special Report: West Java provincial Water Sources Master Plan for Water Supply, Directorate General of Human Settlement, Ministry of Public Works.
IWACO & WASECO, (1990), West Java Provincial Water Sources Master Plan for Water Supply – Volume A: Groundwater Resources, Project Report of Cooperative Work between The Government of Indonesia and The Government of Netherlands.
Jacob, C.E, 1946, Radial Flow in a Leaky Artesian Aquifer, Transaction, American Geophysical Union, Volume 27, Number 11.
Lai, R.Y.S., and Su, C.W, 1974, Non Stady Flow to a Large Well in Leaky Aquifer, Journal of Hydrology, No. 22, North-Holland Publishing Company, Amsterdam.
16
Lerner, D.N. & Issar, A.S. & Simmers, I.,(1990), Groundwater Recharge – a Guide to Understanding and Estimating Natural Recharge, International Associatin of Hydrogeologists.
Marino, M.A., and Yeh, W.W.G, 1973, A Discrete Space Continous Time Modeling Approach to Non Steady Flow in a Leaky Aquifer System of Finite Configuration, Journal of Hydrology, No. 20, North-Holland Publishing Company, Amsterdam.
Neuman S.P., and Witherspoon P.A., 1968, Theory of Flow in Aquicludes Adjacent to Slightly Leaky Aquifers, Water Resources Research, Volume 4, No. 1.
Neuman S.P., and Witherspoon P.A., 1969, Applicability of Current Theories of Flow in Leaky Aquifers, Water Resources Research, Volume 5, No. 4.
Rushton, K.R., (1988), Numerical and Conceptual Models for Recharge Estimation in Arid and Semiarid Zones, In: Simmers et all (1990).
Streltsova, T.D., 1973, On the Leakage Assumption Applied to Equations of Groundwater Flow, Journal of Hydrology, No. 20, North-Holland Publishing Company, Amsterdam.
Sukrisno & Wagner, W & Rosadi, D.,(1993), Groundwater Quality and Protection in Selected Parts of the Bandung Basin, Project Report No. 29, Project CTA 108, Cooperative Work between Directorate Environmental Geology and German Environmental Geology Advisory Team for Indonesia.
Worthington, P.F., 1981, Estimation of The Transmissivity of Thin Leaky-Confined Aquifers from Single-Well Pumping Tests, Journal of Hydrology, No. 49, North-Holland Publishing Company, Amsterdam.
17
top related