model hidrogeologi dan pola aliran air t (1)
TRANSCRIPT
-
7/24/2019 Model Hidrogeologi Dan Pola Aliran Air T (1)
1/147
MODEL HIDROGEOLOGI BERDASARKAN ANALISIS
PERUBAHAN SIFAT FISIK - KIMIA AIR TANAH PADA
SISTEM AKIFER ENDAPAN GUNUNGAPI. STUDI KASUS:ZONA MATA AIR GUNUNG CIREMAI, JAWA BARAT
DISERTASI
Karya tulis sebagai salah satu syarat
untuk memperoleh gelar Doktor dari
Institut Teknologi Bandung
Oleh:
D. ERWIN IRAWAN
NIM: 32005002
(Program Studi Teknik Geologi)
-
7/24/2019 Model Hidrogeologi Dan Pola Aliran Air T (1)
2/147
ABSTRAK
MODEL HIDROGEOLOGI BERDASARKAN ANALISIS
PERUBAHAN SIFAT FISIK - KIMIA AIR TANAH PADASISTEM AKIFER ENDAPAN GUNUNGAPI STUDI KASUS:
ZONA MATA AIR GUNUNG CIREMAI, JAWA BARAT
Oleh
D. Erwin IrawanNIM : 320 05 002
Gunung Ciremai (3072 mapl) merupakan gunung api strato yang terletak diKabupaten Kuningan dan Majalengka. Zona mata air terletak di bagian kaki dengan
jumlah total kurang lebih 200 mata air berdebit 10 L/s hingga 800 L/s. Tipe mata airumumnya adalah rekahan pada batuan lahar dan lava, serta tipe depresi yang muncul
pada tanah pelapukan.
Penelitian ini menggunakan observasi mata air dan analisis terhadap 15 sifat fisik dan
kimia air dengan menggunakan analisis korelasi, analisis klaster serta analisiskomponen utama. Tujuannya adalah untuk mengidentifikasi model hidrogeologi yang
terdiri dari sistem akuifer endapan gunung api dan pola aliran air tanah.
Dari hasil analisis sifat fisik dan kimia dengan grafik korelasi dan Diagram Piper
dapat diidentifikasi dua kelompok karakter air tanah, yaitu: air tanah dengan
pengaruh air meteorik dominan dan air tanah dengan pengaruh panas bumi.Pengelompokkan tersebut dicirikan pula oleh perubahan fasies kimia air dari daerah
tinggi ke yang lebih rendah, yakni dari fasies bikarbonat menjadi fasies kalsium
bikarbonat hasil interaksi dengan batuan kaya plagioklas, magnesiumbikarbonatyang mengindikasikan kontak dengan batuan sedimen yang diperkirakan dolomit,
selanjutnya berubah menjadi natriumkaliumklorida hasil interaksi dengan batuan
-
7/24/2019 Model Hidrogeologi Dan Pola Aliran Air T (1)
3/147
tergolong hipertermal dengan kandungan Na-K-Cl dan nilai TDS/DHL yang lebihtinggi dibanding air dalam Klaster 1.
Hasil Analisis Komponen Utama menunjukkan parameter utama dari Kuadran II
dengan ion bersifat seimbang beranggotakan contoh model mata air mesotermal danhipotermal pada elevasi yang tinggi. Parameter utama kemudian berubah menjadi pH,
Mg
2+
, Ca
2+
, HCO3-
pada Kuadran IV atau tetap seimbang pada Kuadran III. Ketigakuadran tersebut dikendalikan oleh waktu perjalanan air tanah dari elevasi tinggi ke
rendah, komposisi akuifer batuan gunung api serta tipe aliran cepat pada mediarekahan. Pergeseran contoh air tanah dari Kuadran II ke Kuadran III dan IV
mengindikasikan adanya interaksi air tanah pada ketiga jenis akuifer piroklastik, lava,
dengan lahar. Untuk model mata air hipertermal pada Kuadran I, komponen utamaberubah menjadi TDS, DHL, Na, K, Cl, dan SO4sebagai hasil interaksi dengan panas
bumi dari aktivitas volkanisme.
Pengamatan suhu air tanah dan suhu udara selama 24 jam dimanfaatkan untuk
mengindikasikan perilaku air tanah di dalam akuifer dengan lebih rinci. Di lokasi
mata air Cibulan, pengukuran mengindikasikan aliran air tanah pada sistem akuifertertutup yang tidak berhubungan dengan udara permukaan tanah. Sementara
pengukuran di Mata air Telaga Remis memperlihatkan pola interaksi air tanah dengan
lingkungan permukaan tanah.
Berdasarkan analisis respon debit mata air terhadap curah hujan pada dua lokasi mataair dihasilkan dua bentuk kurva time series yang memiliki kemiringan gradual dan
tajam. Kurva dengan kemiringan gradual mencerminkan kendali akuifer media pori
yang dominan, sementara kemiringan tajam dikendalikan oleh akuifer media rekahan.Kedua jenis kurva memperlihatkan perkiraan time lag rata-rata dalam kurun waktu 3-
7 bulan. Hasil lainnya adalah perhitungan kawasan imbuhan dengan luas 3725 km2
untuk mata air Cibulan dengan volume imbuhan 8,2x109m
3/tahun, 6188 km
2untuk
mata air Telaga Remis dengan volume imbuhan 14,5x109m
3/tahun.
Kata kunci: endapan gunung api, sifat fisik dan kimia, analisis klaster, analisiskomponen utama
-
7/24/2019 Model Hidrogeologi Dan Pola Aliran Air T (1)
4/147
ABSTRACT
HYDROGEOLOGICAL MODEL BASED ON ANALYSES OF
SHIFTING OF GROUNDWATERS PHYSICAL-CHEMICAL
PROPERTIES IN VOLCANIC AQUIFER SYSTEM. CASE
STUDY: SPRING ZONE OF MT. CIREMAI WEST JAVA
By
D. ERWIN IRAWAN
NIM : 320 05 002
The Mount Ciremai is a 3072 masl situated in the south of Cirebon. It constitutes ofspring zones along its foot slopes with nearly 200 groundwater springs, discharging
10 L/s to 800 L/s of water. The spring zone is fed by volcanic aquifer system, which
lie over clay-sand layers which contains large masses of intercalated evaporites. Dueto these conditions, the hydrochemical composition of the volcanic springs is
relatively variable.
In this study a hydrogeochemical characterization of the aquifer is undertaken to
identify the hydrogeological model, consists of aquifer system and groundwater flowpath pattern, based on 140 samples collected from the volcanic springs. Theidentification was performed by studying hydrographs, the temporal evolution of
physico-chemical parameters, and by means of multivariate statistical analyses with
ifteen (15) hydrochemical parameters were considered (pH, EC., TDS., Twater, Tair,elevation, lithology, aquifer medium, Ca, Mg, Na, K, HCO3, Cl, SO4). Principal
-
7/24/2019 Model Hidrogeologi Dan Pola Aliran Air T (1)
5/147
circulating in the volcanic rock aquifer system. Both springs are hyperthermal, withhigh Na-K-Cl and TDS/DHL contents from volcanic activities.
PCA identifies the balanced parameters on Quadrant II and III which consists of
mesothermal and hypothermal groundwater samples located on higher altitude.Balanced parameters change to dominant pH, Mg, Ca, HCO3 in Quadrant IV. The
three quadrants are controlled by volcanic rock aquifer system with relatively fastcirculation in fractured aquifers. The shifting of groundwater samples from Quadrant
II to Quadrant III and IV indicate the interaction between groundwater in the threeaquifers: pyroclastics, lavas, and lahars. The prevailing balanced parameters alter to
dominant TDS/EC, Na, K, Cl, and SO4 in Quadrant I which contains volcanic
hyperthermal groundwater samples. Along the direction of flow, hydrochemicaltrends are seen as the groundwater type changes from neutral type to Ca-HCO3, Mg-
HCO3; then to Na-K-Cl derived from the mixture between cold waters and thermal
water.
Cibulan spring show different pattern of groundwater and surface temperature graphs.
It indicates closed aquifer system, un-associated with surface environment. Moresimilar curve pattern is shown at Telaga Remis spring. It indicates that the
groundwater flows in open aquifer system, associated with surface environment.
Gradual curve indicates the control of porous aquifer system, while the sharp oneindicates the role of fractured aquifers. The estimated time lag between spring
discharge and precipitation is within 3-7 months period. The calculation of springsrecharge area from the charts are 3725 km
2 with 8.2x10
9 m
3/year of recharge for
Cibulan, 6188 km2with 14.5x10
9m
3/year of recharge for Telaga Remis.
The application of PCA and CA of hydrochemical and hydrodynamic data can be
used to extract the conceptual model of hydrochemical evolution of volcanic waters.
Moreover, the use of both approaches allows better establishment of volcanic aquifer
characterization.
Key word: volcanic aquifer system, physical and chemical properties, cluster
analysis, principal component analysis
-
7/24/2019 Model Hidrogeologi Dan Pola Aliran Air T (1)
6/147
MODEL HIDROGEOLOGI BERDASARKAN ANALISIS
PERUBAHAN SIFAT FISIK - KIMIA AIR TANAH PADA
SISTEM AKIFER ENDAPAN GUNUNGAPI. STUDI KASUS:ZONA MATA AIR GUNUNG CIREMAI, JAWA BARAT
Oleh:
D. ERWIN IRAWAN
NIM: 32005002
Program Studi Teknik Geologi
Institut Teknologi Bandung
Menyetujui
Tim Pembimbing
Tanggal Juni 2009
Ketua
Prof.Dr.Ir. Deny Juanda Puradimaja, DEA
-
7/24/2019 Model Hidrogeologi Dan Pola Aliran Air T (1)
7/147
For those who always stand by me
Family, C.P and A.R.I
-
7/24/2019 Model Hidrogeologi Dan Pola Aliran Air T (1)
8/147
PEDOMAN PENGGUNAAN DISERTASI
Disertasi Doktor yang tidak dipublikasikan terdaftar dan tersedia di Perpustakaan
Institut Teknologi Bandung, dan terbuka untuk umum dengan ketentuan bahwa hak
cipta ada pada pengarang dengan mengikuti aturan HaKI yang berlaku di Institut
Teknologi Bandung. Referensi kepustakaan diperkenankan dicatat, tetapi pengutipan
atau peringkasan hanya dapat dilakukan seizin pengarang dan harus disertai dengan
kebiasaan ilmiah untuk menyebutkan sumbernya.
Memperbanyak atau menerbitkan sebagian atau seluruh disertasi haruslah seizin
Direktur Program Pascasarjana, Institut Teknologi Bandung.
-
7/24/2019 Model Hidrogeologi Dan Pola Aliran Air T (1)
9/147
UCAPAN TERIMAKASIH
Program Penelitian S3 ini mendapatkan bantuan dana dari Institut Teknologi
Bandung melalui Program Vucher ITB, serta dukungan dana penelitian dari Dirjen
Pendidikan Tinggi melalui dana Hibah Pascasarjana tahun 2005 - 2006. Rasa
terimakasih saya sampaikan kepada ketiga institusi tersebut karena telah memberi
kesempatan untuk melanjutkan pendidikan ke jenjang yang lebih tinggi.
Rasa hormat dan terimakasih saya sampaikan untuk tim promotor yang terdiri dari
Prof.Dr.Ir. Deny Juanda Puradimaja, DEA, Prof.Dr.Ir. Sudarto Notosiswoyo, M.Eng,
dan Dr. Prihadi Soemintadiredja untuk arahan dan diskusi yang memperkaya
penelitian ini serta untuk menyempurnakan teks disertasi ini. Selain itu saya juga
menyampaikan penghargaan dan terimakasih untuk Bapak/Ibu Pimpinan FITB: Ir.
Lambok M. Hutasoit, Ph.D, Dr. Rubiyanto Kapid, dan Dr. Nining Sari Ningsih yang
telah menyediakan fasilitas kerja serta ikut memberi semangat kepada saya untuk
terus berupaya lulus tepat waktu dan menulis publikasi dan mengirimkan ke jurnal
internasional. Diskusi dan arahan teknis juga saya dapatkan dari Dr. Lilik Eko
Widodo dari KK Eksplorasi Sumber Daya Bumi, Dr. Satria Bijaksana dari KK Fisika
Kompleks, Dr. Thom Bogaard dari TU Delft, Dr. Asnawir Nasution, dan Dr. Achmad
Djumarma.
Saya mengucapkan terimakasih pula untuk Bapak Ukas dan Bapak Wahyu Hidayat
d i B d K b K i t l h b t di k d t d
-
7/24/2019 Model Hidrogeologi Dan Pola Aliran Air T (1)
10/147
mahasiswa S2 Bapak Taat Setiawan dan Yayan Hendriyan yang telah membantu
dalam visualisasi GIS.
Dengan tulus, saya mengucapkan terimakasih untuk orang-orang terdekat saya,
terutama matahari kecilku Abraary Raditya Irawan serta keluarga besar yang telah
memberikan dukungan moril dan semangat bagi penulis untuk menyelesaikan
penelitian ini.
Bandung, Juni 2009
Penulis
-
7/24/2019 Model Hidrogeologi Dan Pola Aliran Air T (1)
11/147
DAFTAR ISI
ABSTRAK ................................................................................................................... ii
ABSTRACT ................................................................................................................ iv
PEDOMAN PENGGUNAAN DISERTASI .......................................................... viiii
UCAPAN TERIMAKASIH ...................................................................................... ix
DAFTAR ISI .............................................................................................................. xii
DAFTAR GAMBAR ................................................................................................. xv
DAFTAR TABEL .................................................................................................. xixx
DAFTAR SINGKATAN DAN LAMBANG ........................................................... xx
BAB I PENDAHULUAN ............................................................................................ 1
I.1 Distribusi Gunung Api di Indonesia ........................................................................ 1
I.2 Pemilihan Daerah Penelitian .................................................................................... 3I.3 Daerah Penelitian ..................................................................................................... 3
I.4 Permasalahan. .......................................................................................................... 6
I.5 Lingkup Penelitian. .................................................................................................. 7
I.6 Tujuan. ..................................................................................................................... 7
I.7 Hipotesis dan Asumsi .............................................................................................. 8
I.8 Metodologi ............................................................................................................... 8
I.7.1 Kajian Penelitian Sebelumnya ......................................................................... 11
I.7.2 Penelitian Lapangan ........................................................................................ 11
I.7.3 Analisis Kimia Air ........................................................................................... 12
-
7/24/2019 Model Hidrogeologi Dan Pola Aliran Air T (1)
12/147
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA ................................................................................ 15
II.1 Geologi ................................................................................................................. 15
II.2 Hidrogeologi ......................................................................................................... 17
II.3 Analisis Kelurusan Morfologi .............................................................................. 21
II.4 Analisis Sifat Fisik dan Kimia Air Tanah ............................................................ 22
II.4.1 Analisis Grafis ................................................................................................ 22
II.4.2 Analisis Statistik Multivariabel ...................................................................... 22
A. Analisis Komponen Utama (AKU) ................................................................. 23
B. Analisis Klaster ................................................................................................ 24
II.5 Perubahan Sifat Fisik dan Kimia Air Tanah ........................................................ 25
II.6 Analisis Respon Debit Mata Air .......................................................................... 26
II.6.1 Umum ............................................................................................................. 26
II.6.2 Analisis Respon Debit Mata Air .................................................................... 27
II.6.3 Analisis Respon TDS dan Temperatur Air pada Mata Air ............................ 31
BAB 3 HIDROGEOLOGI REGIONAL CIREMAI .............................................. 33
III.1 Sistem Akuifer .................................................................................................... 33
III.1.1 Kelompok Endapan Vulkanik ....................................................................... 33
III.1.2 Kimia Batuan ................................................................................................ 35
III.1.3 Analisis Kelurusan Morfologi ...................................................................... 36
III.1.4 Ketebalan dan Laju Infiltrasi Tanah Pelapukan ............................................ 42
III.2 Curah Hujan (Presipitasi) .................................................................................... 44
III.3 Distribusi dan Geometri Mata Air....................................................................... 48
III.3.1 Mata Air Depresi .......................................................................................... 53
-
7/24/2019 Model Hidrogeologi Dan Pola Aliran Air T (1)
13/147
BAB 4 ANALISIS SIFAT FISIK DAN KIMIA AIR TANAH .............................. 62
IV.1 Sifat Fisik ............................................................................................................ 62
IV.1.1 Temperatur .................................................................................................... 62
IV.1.2 Total Padatan Terlarut (Total Dissolved Solids)........................................... 63
IV.1.3 pH ................................................................................................................. 64
IV.2 Sifat Kimia .......................................................................................................... 65
IV.2.1 Kalsium (Ca2+
) .............................................................................................. 65
IV.2.2 Magnesium (Mg2+) ....................................................................................... 67
IV.2.3 Natrium (Na+) ............................................................................................... 68
IV.2.4 Kalium (K+) .................................................................................................. 69
IV.2.5 Klorida (Cl-) .................................................................................................. 71
IV.2.6 Sulfat (SO42-
) ................................................................................................ 72
IV.2.7 Bikarbonat (HCO3-) ...................................................................................... 73
IV.2.8 Fasies Air Tanah ........................................................................................... 74
IV.3 Analisis Korelasi ................................................................................................. 77
IV.3.1 Temperatur vs Elevasi .................................................................................. 77
IV.3.2 Total Padatan Terlarut (Total Dissolved Solids/TDS) dengan Elemen Utama(Na, K, Cl, SO4) ....................................................................................................... 79
IV.3.3 Klorida (Cl) dengan Sulfat (SO4) ................................................................. 80
IV.3.4 Klorida (Cl) dengan Bikarbonat (HCO3) ...................................................... 80
IV.3.5 Kalium (K) dengan Natrium (Na) ................................................................ 81
IV.3.6 Klorida (Cl) dengan Natrium (Na) ............................................................... 82
IV.4 Analisis Multivariabel ......................................................................................... 84
IV.4.1 Analisis Klaster ............................................................................................. 84
IV.4.2 Analisis Komponen Utama ........................................................................... 87
-
7/24/2019 Model Hidrogeologi Dan Pola Aliran Air T (1)
14/147
V.2 Mata Air Telaga Remis ........................................................................................ 95
V.2.1 Respon Debit Mata Air terhadap Curah Hujan .............................................. 95
V.2.2 Fluktuasi TDS, DHL, dan Temperatur .......................................................... 97
V.3 Pola Tipikal Respon Debit Mata Air .................................................................... 99
BAB 6 KESIMPULAN ........................................................................................... 103
VI.1 Model Hidrogeologi ...................................................................................... 103
VI.2 Hal Baru ......................................................................................................... 106
DAFTAR PUSTAKA .............................................................................................. 108
BIODATA PENULIS .............................................................................................. 116
-
7/24/2019 Model Hidrogeologi Dan Pola Aliran Air T (1)
15/147
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1 Jalur Gunung Api di Indonesia dan Pulau Jawa (Kusumadinata, 1979
op.citPuradimaja, 2006)........................................................................ 2Gambar 2 a) Peta Lokasi G. Ciremai dan Citra Shuttle Radar Topographic
Mission (SRTM)memperlihatkan Morfologi Daerah Kab. Majalengkadan Kab. Kuningan; b) Bentuk Siluet Ciremai yang Memperlihatkan
Bentuk Lereng Utara dan Selatan. ......................................................... 5
Gambar 3 Diagram Alir Penelitian yang Dilaksanakan Pada Perioda 2005-2008 . 9
Gambar 4 Diagram Alir Proses Preparasi Data. ................................................... 10
Gambar 5 Peta geologi gunung api oleh Situmorang (1995) ............................... 19
Gambar 6 Simulasi Aliran Air Tanah di Lereng Timur Gunung Ciremai(IWACO-WASECO, 1989) ................................................................. 20
Gambar 7 Contoh Diagram Piper (1944) untuk menganalisis Fasies Air Tanah . 22
Gambar 8 Model skematik hidrograf mata air di kawasan karst dengan sistem
akuifer media rekahan murni (Kovacs dan Perrochet, 2008) .............. 28
Gambar 9 Beberapa Klaster Hidrograf Mata Air di Kawasan Gunung Api di P.
Jeju di Republik Korea (Kim dkk, 2007). ........................................... 29
Gambar 10 Contoh Analisis Besaran Imbuhan (R) berbasis Hidrograf Debit Mata
Air menurut Pacheo dan Alencoao (2005) .......................................... 31
Gambar 11 Grafik Klasifikasi Batuan Gunung Api (Le Bas and Streckeisen, 1991;
Pusat Survey Geologi, 2007) ............................................................... 35
Gambar 12 Pola Kelurusan yang Teridentifikasi di Daerah Penelitian .................. 37
Gambar 13 Diagram Roset Orientasi Kelurusan serta Jumlahnya. ........................ 38
Gambar 14 Histogram jarak mata air terhadap kelurusan yang terdekat. .............. 39
Gambar 15 Plot antara debit mata air (Q dalam L/d) dengan jaraknya terhadap
k l (d l ) 40
-
7/24/2019 Model Hidrogeologi Dan Pola Aliran Air T (1)
16/147
Gambar 20 Peta Stasiun Penakar Hujan dan Data Pengukuran Rata-Rata Bulananpada Jan Des 2006. Peta memperlihatkan stasiun yang ada (titik
hitam) dan stasiun yang tersedia datanya (lingkaran merah) (BadanMeteorologi dan Geofisika, 2008) ....................................................... 46
Gambar 21 Grafik Rata-Rata Hujan Bulanan dalam mm (2006-2007) (Badan
Meteorologi dan Geofisika, 2008) ....................................................... 47
Gambar 22 Grafik Hujan Tahunan Bulan Januari-Desember 2006 dalam mm
(Badan Meteorologi dan Geofisika, 2008) .......................................... 47
Gambar 23 Grafik Hujan Tahunan Bulan Januari-Juli 2007 dalam mm
(Badan Meteorologi dan Geofisika, 2008) .......................................... 48
Gambar 24 Histogram Pemunculan Mata Air dan Zonasi Debitnya (Irawan dan
Puradimaja, 2006)................................................................................ 49
Gambar 25 Histogram Posisi Elevasi Mata Air ..................................................... 50
Gambar 26 Plot Interval Elevasi Mata Air Berdasarkan Jenis Batuan Penyusun
Akuifernya ........................................................................................... 51
Gambar 27 Perbandingan Jumlah dan Distribusi Mata Air Antara Lereng Barat
(warna hitam) dan Lereng Timur (warna putih) Berdasarkan Elevasi.52
Gambar 28 Penampang Geologi Gunung Ciremai Berarah Utara-Selatan (atas) danBarat-Timur (bawah). .......................................................................... 53
Gambar 29 Skema Interpretasi Mata Air Rekahan: ............................................... 54
Gambar 30 Skema Interpretasi Mata Air Depresi: ................................................. 56
Gambar 31 Histogram Debit Mata Air ................................................................... 56
Gambar 32 Interval Plot Debit Mata Air Berdasarkan Litologi. ............................ 57
Gambar 33 Pola Aliran Air Tanah di Gunung Ciremai (Irawan dan Puradimaja,
2006) .................................................................................................... 60Gambar 34 Pola Aliran Air Tanah pada Contoh Kasus Mata Air Cibulan (Irawan
and Puradimaja, 2006) ......................................................................... 61
Gambar 35 Histogram Temperatur Air Tanah pada Sistem Akuifer Endapan
Gunung Api Lahar (LhB), Piroklastik (PxB), dan Lava (Lv), serta
-
7/24/2019 Model Hidrogeologi Dan Pola Aliran Air T (1)
17/147
Gambar 38 Histogram Konsentrasi Ca2+
dalam meq/L pada Sistem AkuiferEndapan Gunung Api Lahar (LhB), Piroklastik (PxB), dan Lava (Lv),
serta Batuan Sedimen Fm. Kaliwangu (Klw) Sebagai Pembanding. .. 66
Gambar 39 Histogram Komposisi Mg2+
dalam meq/L pada Sistem AkuiferEndapan Gunung Api Lahar (LhB), Piroklastik (PxB), dan Lava (Lv),
serta Batuan Sedimen Fm. Kaliwangu (Klw) Sebagai Pembanding. .. 68
Gambar 40 Histogram Komposisi Na+dalam meq/L pada Sistem Akuifer Endapan
Gunung Api Lahar (LhB), Piroklastik (PxB), dan Lava (Lv), sertaBatuan Sedimen Fm. Kaliwangu (Klw) Sebagai Pembanding. ........... 69
Gambar 41 Histogram Komposisi K+ dalam meq/L pada Sistem Akuifer Fm.
Kaliwangu (Klw), Lahar (LhB), Piroklastik (PxB), dan Lava (lv). .. 71
Gambar 42 Histogram Komposisi Cl- dalam meq/L pada Sistem Akuifer Fm.
Kaliwangu (Klw), Lahar (LhB), Piroklastik (PxB), dan Lava (lv). .. 72
Gambar 43 Histogram Komposisi SO42- dalam meq/L pada Sistem Akuifer Fm.
Kaliwangu (Klw), Lahar (LhB), Piroklastik (PxB), dan Lava (lv). .. 73
Gambar 44 Histogram Komposisi HCO3- dalam meq/L pada Sistem Akuifer
Endapan Gunung Api Lahar (LhB), Piroklastik (PxB), dan Lava (Lv),serta Batuan Sedimen Fm. Kaliwangu (Klw) Sebagai Pembanding. .. 74
Gambar 45 Plot Piper Contoh Air Tanah dan Rekonstruksi Proses Perubahan Sifat
Kimia Airnya ....................................................................................... 76
Gambar 46 Plot Antara Elevasi dengan Temperatur Udara Diandai Titik Hitam,dan Temperatur Air Ditandai Titik Merah. ......................................... 78
Gambar 47 Plot TDS dan Na, K, Cl, SO4pada Sistem Akuifer Endapan Gunung
Api Lahar (LhB), Piroklastik (PxB), dan Lava (Lv), serta Batuan
Sedimen Fm. Kaliwangu (Klw) Sebagai Pembanding. ....................... 79
Gambar 48 Plot Antara Ion Cl dan SO4pada Sistem Akuifer Endapan Gunung ApiLahar (LhB), Piroklastik (PxB), dan Lava (Lv), serta Batuan Sedimen
Fm. Kaliwangu (Klw) Sebagai Pembanding. ...................................... 80
Gambar 49 Plot Antara Konsentrasi Ion Cl dan HCO3 Pada Sistem Akuifer
Endapan Gunung Api Lahar (LhB), Piroklastik (PxB), dan Lava (Lv),serta Batuan Sedimen Fm. Kaliwangu (Klw) Sebagai Pembanding. ..81
-
7/24/2019 Model Hidrogeologi Dan Pola Aliran Air T (1)
18/147
Gambar 54 Plot Komponen Utama antara Komponen 1 dan Komponen 2. .......... 88
Gambar 55 Alur Proses Perubahan Sifat Fisik dan Kimia Air Tanah Secara
Skematik di Gunung Ciremai. Warna merah mengindikasikan
kelompok air tanah hipertermal. .......................................................... 88
Gambar 56 Skema Model Hidrogeologi berdasarkan Sifat Fisik dan Kimia Air .. 89
Gambar 57 Skema Sistem Panas Bumi (Ellis dan Mahon, 1978) .......................... 89Gambar 58 Skema mata air no 26 (Mata Air Cibewok) dan no 226 (Mata Air
Rajawangi). Terjadi interaksi antara air tanah pada kedua jenis akuifer.
............................................................................................................. 90
Gambar 59 Skema mata air no 17 (Mata Air Sangkanurip) dan no 226 (Mata AirCigirang). Terjadi interaksi antara air tanah pada kedua jenis akuifer.
............................................................................................................. 90
Gambar 60 Plot Berurut Waktu Antara Debit Mata Air (sumbu y kanan) danpresipitasi (sumbu y kiri) di Lokasi Mata Air Cibulan ........................ 92
Gambar 61 Plot Semilog Analisis Hidrograf Debit Mata Air Cibulan .................. 93
Gambar 62 Plot Berurut Waktu TDS dan DHL (sumbu y kanan); dan Presipitasi
(sumbu y kiri) di Lokasi Mata Air Cibulan ......................................... 94
Gambar 63 Plot Hasil Pengukuran Suhu Air dan Udara di lokasi Mata Air Cibulan
Selama 24 jam ..................................................................................... 95Gambar 64 Plot Berurut Waktu Antara Debit (sumbu y kanan) dan Curah Hujan
(sumber y kiri) di Lokasi Mata Air Telaga Remis .............................. 96
Gambar 65 Plot Semilog Analisis Hidrograf Debit Mata Air Telaga Remis ......... 97
Gambar 66 Plot Berurut Waktu Antara TDS dan DHL (sumbu y kanan); dan
Curah Hujan (sumbu y kiri) di Lokasi Mata Air Telaga Remis. ......... 98
Gambar 67 Plot Berurut Waktu Hasil Pengukuran Temperatur Air Pada Mata AirDan Temperatur Udara di Mata Air Telaga Remis. ............................ 99
Gambar 68 Usulan Model Umum Hidrograf Mata Air Pada Sistem Akuifer
Gunung Ciremai (a) dan (b) dan Perbandingannya dengan modelUmum Hidrograf Sistem Akuifer Media Rekahan Murni (c) ........... 101
-
7/24/2019 Model Hidrogeologi Dan Pola Aliran Air T (1)
19/147
DAFTAR TABEL
Tabel 1 Rangkuman Kondisi Hidrogeologi Gunung Ciremai (Irawan dan
Puradimaja, 2006) .................................................................................. 34
Tabel 2 Komposisi Kimia Batuan Gunung Api Ciremai Hasil Analisis
Laboratorium (Pusat Survey Geologi, 2007) ......................................... 35
Tabel 3 Nilai Laju Infiltrasi Pada Tanah Pelapukan (cm/menit) ........................ 43
Tabel 4 Data Curah Hujan dari 13 stasiun 2006 dan 2007 dalam mm (BadanMeteorologi dan Geofisika, 2008) ......................................................... 45
Tabel 5 Ringkasan Data Mata Air Hasil Observasi ............................................ 50
Tabel 6 Perbandingan Komposisi Ca pada Batuan dan Air Tanah ..................... 66
Tabel 7 Perbandingan Komposisi Mg pada Batuan dan Air Tanah .................... 67
Tabel 8 Perbandingan komposisi Na pada batuan dan air tanah ........................ 69
Tabel 9 Perbandingan Komposisi K pada Batuan dan Air Tanah ...................... 70
Tabel 10 Koefisien Korelasi Hasil Analisis .......................................................... 77
Tabel 11 Bobot Faktor (factor loading) pada Analisis Komponen Utama ........... 87
Tabel 12 Pengukuran Suhu Air Tanah dan Udara Selama 24 jam di Lokasi Mata
Air Cibulan ............................................................................................ 95
Tabel 13 Pengukuran Suhu Air Tanah Dan Udara Selama 24 jam di Lokasi Mata
Air Telaga Remis ................................................................................... 99
Tabel 14 Rangkuman Hasil Perhitungan Luas Kawasan Imbuhan Mata Air ..... 102
Tabel 15 Resume Analisis Multivariabel ............................................................ 103
-
7/24/2019 Model Hidrogeologi Dan Pola Aliran Air T (1)
20/147
DAFTAR SINGKATAN DAN LAMBANG
Singkatan Nama Pemakaian
pertama kalipada halaman
mapl Meter di atas permukaan laut 3
SRTM Shuttle Radar Topographic Mission 5
Q Debit (dalam satuan L/det) 7
T Temperatur (dalam satuanoC) 7
TDS Total Dissolved Solids (dalam satuan ppm) 7
DHL Daya Hantar Listrik (S/cm) 7
SMEWW Standard Method Evaluation for Water and
Waste Water
12
CA Cluster Analysis 12
PCA Principal Component Analysis 12
AK Analisis Klaster 12
AKU Analisis Komponen Utama 12
U Utara 19
S Selatan 19
B Barat 19
T Timur 19LhB Lahar 35
Lv Lava 35
PxB Piroklastik 35
-
7/24/2019 Model Hidrogeologi Dan Pola Aliran Air T (1)
21/147
Mg Magnesium 17
K Kalium 17
HCO3 Bikarbonat 17
Cl Klorida 17
Qt debit mata air pada waktu t 30
Q0 debit pada to 30
(t2-t1) beda waktu antara Qt dan Qo 30
e basis angka logaritmik 30
koefisien resesi 30
R BesaranRecharge (imbuhan) 31
Rho 57
Ohm 57
-
7/24/2019 Model Hidrogeologi Dan Pola Aliran Air T (1)
22/147
BAB I PENDAHULUAN
I.1 Distribusi Gunung Api di Indonesia
Indonesia merupakan bagian dari jalur gunung api dunia yang memiliki kurang
lebih 128 gunung api (Gambar 1), dan meliputi lahan seluas 33.000 km2
(Kusumadinata, 1979). Jumlah gunung api sebanyak 128 telah direvisi menjadi
129 menurut website Pusat Vulkanologi dan mitigasi bencana alam geologi
(http://portal.vsi.esdm.go.id) sejak meletusnya Gunung Anak Ranakan di Pulau
Flores pada tahun 1990. Sebagian besar diantaranya adalah gunung api berumur
kuarter berbentuk strato. Jumlah yang sangat besar tersebut membuat Indonesia
menjadi salah satu negara penting dalam penelitian kegunungapian di dunia.
Namun demikian masih belum banyak penelitian yang secara spesifik menelaah
kondisi hidrogeologi di kawasan gunung api.
Menurut Kusumadinata (1979) terdapat 73 gunung api Tipe A, 21 diantaranya
(29%) berada di Pulau Jawa dan sisanya tersebar di Pulau Sumatra 12 gunung
(16%), Bali dan NTB sebanyak lima gunung (7%,) NTT sebanyak 13 gunung
(18%), Kepulauan Banda sebanyak tujuh gunung (10%), Sulawesi dan Kepulauan
Sangir sebanyak 11 gunung (15%), Kepulauan Maluku sebanyak empat gunung
(5%). Menurut Situs Pusat Vulkanologi dan Mitigasi Bencana Geologi
(http://portal.vsi.esdm.go.id), tiga tipe gunung api berdasarkan keaktifannya dapat
diterangkan sebagai berikut:
Tipe A: gunung berapi yang pernah mengalami erupsi magmatik
-
7/24/2019 Model Hidrogeologi Dan Pola Aliran Air T (1)
23/147
2
JA WA
10o
Iyang Argapura
Jakarta
Surabaya
Yogyakarta
BALI
LOMBOK SUMBAWA
TamboraRinjani
Agung
BaturIjen
Raung
Sangean apiLamongan
Bromo
Semeru
Arjuno-Welirang
Kelud
Lawu
Wilis
Ciremai
KarahaTalaga Bodas
Slamet
SundoroSumbing
Merbabu
Dieng
Merapi
Butak PetaranganKiaraberes
UngaranBandung
KarangPulasari
Tangkuban Perahu
Patuha
Perbakti
SalakGede
Gagak
Galunggung
Kw. Manuk
Guntur
Papandayan
Kamojang
Wayang Windu
PatuhaPatuhaPatuha
0 100 200300 km
North
105o
110o
115o
100o
105o
110o
115o
100o
5o
10o
5o
SUMATRAPAPUA
JAWA
KALIMANTAN
SULAWESI
N
Gambar 1 Jalur Gunung Api di Indonesia dan Pulau Jawa (Kusumadinata, 1979 op.citPuradimaja, 2006)
750km
-
7/24/2019 Model Hidrogeologi Dan Pola Aliran Air T (1)
24/147
I.2 Pemilihan Daerah Penelitian
Studi komparatif telah dilakukan oleh penulis terhadap sistem akuifer endapan
gunung api di G. Ciremai, G. Tangkubanparahu, G. Gede Pangrango, dan G.
Karang. Beberapa karakter dan catatan penting khususnya di bidang hidrogeologi
pada masing-masing gunung api telah diringkas pada Tabel 1.
Tabel 1 Ringkasan Kondisi Hidrogeologi G. Ciremai, G. Tangkubanparahu, G.
Gede Pangrango, dan G. Karang yang disarikan dari peneliti
sebelumnya. (Situmorang, 1995, Djuri, 1995, Effendi, 1974, IWACO-
WASECO, 1989) dan hasil survei awalParameter yang
dibandingkan
Ciremai Gede Tangkuban-
parahu
Karang
Kemiringan lereng 5 30o 5 20o 5 70o 5 20o
Geologi regional:
Litologi 22 lapisan batuan
gunung api
12 lapisan batuan
gunung api
18 lapisan batuan
gunung api
5 lapisan batuan
gunung api
Struktur Patahan
terpendam
Patahan
terpendam
Patahan
terpendam
Tidak ada patahan
Ketebalan tanahpelapukan
1 10 1 10 1 10 1 5
Sistem Akuifer Tak
Tertekan:Mata Air:
Jumlah yang telahterpetakan
116 32 50 27
Distribusi di bagian
kaki
Dalam 3 zona
elevasi
Di kaki gunung,
tersebar
Di kaki gunung,
tersebar
Di kaki gunung,
tersebar
Tipe mata airdominan
Rekahan Rekahan Rekahan Depresi
Debit (L/det) 1 900 1 400 1 200 1 12
Temperatur (oC) 23 - 63 23 49 23 47 27 41
TDS (ppm) 100 - 3000 100 1500 100 2000 100 600DHL (S/cm) 100 - 2500 100 - 1250 100 1700 100 400
Penelitian sebelumnya Penelitian
magister
Penelitian skala
regional
Penelitian skala
regional
Penelitian skala
regional
-
7/24/2019 Model Hidrogeologi Dan Pola Aliran Air T (1)
25/147
lebih 10 km. Sebagian kawasan Ciremai, seluas 15.000 ha telah dikelola sebagai
kawasan konservasi berupa taman hutan lindung sejak tahun 1994. Peruntukannya
ditetapkan berdasarkan SK.424/Menhut-II/04 tanggal 19 Oktober 2004.
Curah hujan rata-rata adalah 3028 mm/tahun dengan kisaran antara 1507 hingga
4746 mm/tahun (Badan Geofisika dan Meteorologi, 2008). Presipitasi yang sangat
tinggi tersebut berpotensi menjadi imbuhan ke dalam akuifer produktif endapan
gunung api yang kemudian muncul sebagai mata air di bagian kaki gunung. Tabel
2 memperlihatkan contoh kisaran debit pada 13 mata air yang terdapat di Gunung
Ciremai.
-
7/24/2019 Model Hidrogeologi Dan Pola Aliran Air T (1)
26/147
Gambar 2 a) Peta Lokasi G. Ciremai dan Citra Shuttle Radar Topographic
Mission (SRTM)memperlihatkan Morfologi Daerah Kab. Majalengka
G. Ciremai(3072 mdpl)
Kab.
Majalengka
Kab.
Kuningan
Laut
Jawa
U
10 km
Java
CirebonJakarta
Bandung Ciremai
Sumatra Kalimantan
Java sea
Indian ocean
200 km
Utara
-
7/24/2019 Model Hidrogeologi Dan Pola Aliran Air T (1)
27/147
Tabel 2 Contoh Kisaran Debit Mata Air di G. Ciremai (IWACO-WASECO, 1989)No Nama mata air Elevasi
(mapl)Total debit
(L/det)
1 Cibulan 480 400-5002 Cibulakan 500 250-3703 Cigorowong 472 250-3004 Cibolerang 375 160-190
5 Cipaniis 475 > 10006 Cijumpu 395 130-2207 Cisemaya 347 500-8008 Cibujangga 445 1709 Cicerem 350 140-29010 Citengah 354 130-17011 Telaga Remis 210 125-300
12 Telaga Nilem 190 160-40013 Bojong 191 80-200
Akuifer yang produktif di G. Ciremai menjadi sumber air bagi masyarakat Kab.
Kuningan, sebagian Kab. Majalengka, Kab. Cirebon, dan bahkan Kota Cirebon.
Peran G. Ciremai sebagai sumber air yang sangat penting ini, mengharuskan
Pemerintah Kab. Kuningan untuk melakukan pengelolaan dengan baik.
I.4 Permasalahan.
Sebagaimana diketahui, sumber imbuhan utama air tanah adalah air hujan yang
berkisar antara 2000 4000 mm/tahun di Indonesia; namun pada kenyataannya
curah hujan tersebut tidak terdistribusi secara merata (Puradimaja, 2006). Sebagai
contoh, kawasan pantai P. Jawa hanya menerima kurang dari 250 mm/tahun,
sementara kawasan lereng gunung api dan sekitarnya menerima lebih dari 2500
mm/tahun. Presipitasi yang sedemikian besar di kawasan gunung api memberikan
peluang besar terhadap kemunculan mata air-mata air dengan debit besar dan
-
7/24/2019 Model Hidrogeologi Dan Pola Aliran Air T (1)
28/147
dapat dilakukan dengan tepat. Berkaitan dengan hal tersebut, Penulis merumuskan
masalah utama, yaitu bagaimana mengidentifikasi model hidrogeologi berupa
sistem akuifer dan pola aliran air tanah pada sistem akifer batuan gunung api
berdasarkan analisis perubahan sifat fisik dan kimia air tanah.
I.5 Lingkup Penelitian
Lingkup penelitian ini dapat dideskripsikan sebagai berikut. Obyek yang
diobservasi di lapangan adalah zona mata air di lereng Gunung Ciremai yang
berkembang pada sistem akuifer tak tertekan (bebas) pada endapan gunung api.
Observasi lapangan terdiri dari observasi kondisi geologi lapangan, pengukuran
laju infiltrasi akhir di lapangan, pengukuran sifat fisik dan kimia air tanah pada
140 mata air dan pengambilan contohnya, serta pengukuran hidrometri parameter
debit mata air (Q), temperatur air dan udara (T), total padatan terlarut/ total
dissolved solids (TDS), dan daya hantar listrik (DHL). Tahap metoda analisis di
laboratorium/studio terdiri dari analisis kimia komposisi ion utama pada 140
contoh air tanah serta pemanfaatan analisis statistik multi variabel menggunakan
analisis klaster dan analisis komponen utama.
I.6 Tujuan.
Tujuan penelitian ini adalah untuk model hidrogeologi berupa sistem akuifer dan
pola aliran air tanah pada sistem akifer batuan gunung api berdasarkan analisis
perubahan sifat fisik dan kimia air tanah. Untuk mencapai tujuan tersebut
digunakan tiga pendekatan: observasi lapangan, analisis statistik terhadap
-
7/24/2019 Model Hidrogeologi Dan Pola Aliran Air T (1)
29/147
I.7 Hipotesis dan Asumsi
Hipotesis yang diambil dalam tulisan ini adalah bahwa model hidrogeologi berupa
sistem akuifer dan pola aliran air tanah dapat diidentifikasi berdasarkan analisis
perubahan sifat fisik dan kimia air tanah. Latar belakang rasional dari hipotesis di
atas berbasis kepada asumsi-asumsi di bawah ini:
1. Sifat-sifat kimia air tanah merupakan hasil dari interaksi antara air dengan
mineral/batuan serta air dengan udara (Matthess, 1981). Penanda kimiawi
air tanah berkaitan dengan satu atau beberapa reaksi antara air tanah
dengan komposisi akuifer (Thyne dkk, 2004).
2. Reaksi antara air dengan mineral terjadi pada saat air tanah menginfiltrasi
akuifer, mengalir dalam akuifer, kemudian muncul ke permukaan sebagai
mata air, sehingga komposisi kimia air tanah. bersifat dinamis. Perubahan
sifat kimia dinyatakan pula oleh Chebotarev (1955) op.citbuku Physical
and Chemical Hydrogeologyoleh Domenico dkk (1990).
3. Kondisi kimia air tanah merupakan cerminan waktu tinggal (residence
time) air di dalam akuifer. Semakin lama waktu tinggal berarti semakin
lama air tanah bersirkulasi di dalam akuifer, sehingga semakin lama pula
waktu kontak dan interaksi yang terjadi dengan mineral pembentuk
batuan. Interaksi tersebut menyebabkan perubahan dalam sifat fisik dan
kimia air tanah sampai tercapai kesetimbangan (Chebotarev, 1955 op.cit
Domenico dkk, 1990).
I.8 Metodologi
-
7/24/2019 Model Hidrogeologi Dan Pola Aliran Air T (1)
30/147
9
Peta topografi
Citra SRTM
Petageologi
Peta hidrogeologi
Analisis regional
Observasi mata air:Litologi & geometri
Sifat fisikair tanah:
Q, T, TDS, EC, pH
Sifatkimia air tanah:
Ca2+, Na+, Mg2+, K+,HCO3
-, Cl-, SO42-
Analisis:
1.Diagram Piper2.Korelasi3.Komponenutama
4.Klaster5.Hidrograf
Klasifikasi
mata air
Kendaligeologiterhadapmata air
Asal mula mata
air
Sisteminput/
Output airtanah
Model
hidrogeologipola aliran airtanah
Data time series
hidrograf: Q, TDS, EC
Delay time,
sistemakuifer,Kawasanimbuhan
Gambar 3 Diagram Alir Penelitian yang Dilaksanakan Pada Perioda 2005-2008
-
7/24/2019 Model Hidrogeologi Dan Pola Aliran Air T (1)
31/147
Contohair tanah
Analisision utamadi laboratorium
Konsentrasiion utama:Ca2+,Mg2+,Na+,K+,
Cl-,SO42-,HCO3-
Penyaringan data (Ion Charge Balance)( kation - anion) / ( kation + anion) x 100%
Konversimg/L -> meq/L
=m ion/Ar * valensi
5% diterima 5% dikeluarkan
An.korelasi An.StatistikMultivariabel
AnalisiskorelasiR2 0,8
Analisis StatistikMultivariabel
AnalisisKlaster
AnalisisKomponen
Utama
Databasemataair
Variabel
Contoh
Air tanah
Pemilahan contoh air tanah (genesa,sistem hidrogeologi)
-
7/24/2019 Model Hidrogeologi Dan Pola Aliran Air T (1)
32/147
Tabel 3 Jadual pelaksanaan penelitian
I.7.1 Kajian Penelitian Sebelumnya
Pada tahap ini, data sekunder serta informasi yang didapat dari penelitian-
penelitian dan survei sebelumnya dianalisis kembali untuk memperoleh gambaran
J F M A M J J A S O N D J F M A M J J A S O N D J F M A M J J A S O N D J F M A M J J A S O N D
I Tahap Pra Survei (Studio)
1.1 Digitalisasi peta
1.2 Analisis peta:
1.2.1 Peta topografi 1 set
1.2.2 Peta geologi 1 set
1.2.3 Analisis data sekunder 1 set
1.2.4 Analisis citra SRTM 1 set
1.3 Studi literatur 1 set
II Tahap survei
2.1 Observasi mata air 10 0 mata air
2.1.1
Sifat fisik: Q, T, pH, DHL,
TDS 100 sampel
2.1.2 Pengambilan contoh air 100 sampel
2.1.3 Observasi singkapan 100 lokasi
2.1.4 Geometri mata air 10 0 mata air
2.2
Pengujian kimia air (ion
utama): Ca, Na, Mg, K, HCO3,
Cl, SO4100 sampel
2.2.1
Sampel air tanah dari mata
air81 sampel
2.2.2S amp el air ta na h d ari su mu r 1 0 s amp el
2.2.3 Sampel air hujan 4 sampel
2.2.4 Sampel air sungai 5 sampel
2.3
Pengukuran geolistrik (pada
lokasi terpilih) 20 titik
2.3.1 Pengukuran data
2.3.2 Interpretasi data
2.3.3 Rekonstruksi penampang
2.4
Pengujian parameter hidrolik
lapangan (pada lokasi terpilih)5 lokasi
2.4.1 Pemboran dangkal 15 titik
2.4.2
Pengukuran permeabilitas
lapangan25 titik
2.4.3
Uji permeabilitas
laboratorium15 titik
III
Tahap pengolahan data
(Studio)3.1 Pengolahan data mata air
3.1.1
Penyusunan database mata
air
3.1.2 Pengolahan peta
3.1.3 Pembuatan penampang
3.2 Analisis statistik multi variabel
3.2.1 Analisis komponen utama
3.2.2 Analisis klaster
3.3 Pengujian hasil penelitian
3.4 Penyusunan disertasi
3.5 Penyusunan publikasi 7 buah
2007 2008
Jadual kerjaVolume
No Aktivitas Jumlah Satuan 2005 2006
-
7/24/2019 Model Hidrogeologi Dan Pola Aliran Air T (1)
33/147
lebih besar dari 10 L/det diukur menggunakan metoda stream channeling. Untuk
debit mata air kurang dari 1 L/det, pengukuran menggunakan wadah bervolume 1
L dan stopwatch. Pengukuran debit mata air dilakukan dua kali (duplets) untuk
setiap pengamatan.
Sifat fisik-kimia air tanah yang diukur meliputi: temperatur udara (Tu),
temperatur air (Ta), Daya Hantar Listrik (DHL), Total Padatan Terlarut atau Total
Dissolved Solids (TDS), dan pH (tingkat keasaman). Temperatur udara diukur
menggunakan thermometer air raksa standar. Parameter lainnya diukur dengan
alat ukur DHL/TDS meter merk Orion dan pH meter merk Hanna Instrument.
Untuk keperluan analisis kimia, contoh air tanah diambil dengan botol plastik
berukuran 1 L.
I.7.3 Analisis Kimia Air
Uji laboratorium terdiri dari pengukuran kandungan ion utama (Ca2+, Na+, Mg2+,
K+, HCO3-, SO4
2-, dan Cl-) menggunakan Standard Method Evaluation for Water
and Waste Water (SMEWW) oleh The America Public Health Administration
(APHA) tahun 1999. Hasil analisis kimia diverifikasi dengan metoda ion balance
dengan persamaan 1 di bawah ini, sebelum dianalisis dan diinterpretasi lebih
lanjut. Penulis menentapkan batas error balance sebesar 10% (Matthess, 1981).
Air tanah dengan cation/anion balancelebih dari 10 % akan diuji ulang.
[(cations - anions) / (cations + anions)] x 100% Persamaan 1
I.7.4 Interpretasi Hasil Analisis Air
Analisis dan interpretasi dalam penelitian ini memerlukan teknik
kl ifik i h i h b b i if fi ik d ki i U k i
-
7/24/2019 Model Hidrogeologi Dan Pola Aliran Air T (1)
34/147
I.7.5 Penulisan Disertasi
Tahap akhir dari penelitian ini adalah pelaporan dalam bentuk penulisan disertasi.
Dokumen disertasi ini kemudian akan dipertahankan di depan Komisi Program
Pasca Sarjana (KPPS) dalam Sidang Tertutup. Kerangka penulisan disertasi
adalah sebagai berikut:
Bab 1 Pendahuluan
Bab pertama menyajikan distribusi gunung api di Indonesia, bagaimana potensi
air tanahnya, serta pemilihan daerah penelitian. Dalam bab ini juga dijelaskan
mengenai masalah dan tujuan penelitian, deskripsi metodologi yang akan
dilakukan, hipotesis dan asumsi yang digunakan, output penelitian, serta hal baru
yang diharapkan.
Bab 2 Tinjauan Pustaka
Bab tinjauan pustaka menampilkan berbagai dasar teori yang berkaitan dengan
sistem endapan gunung api, pemunculan mata air, sifat fisik dan kimia air tanah,
serta berbagai analisis statistik yang akan digunakan untuk menjawab masalah
yang ada.
Bab 3 Hidrogeologi Regional Ciremai
Pada Bab 3 akan mengulas kondisi geologi dan hidrogeologi regional di kawasan
Gunung Ciremai, berdasarkan hasil penelitian dan survei yang telah dilakukan
sebelumnya.
Bab 4 Analisis Sifat Fisik dan Kimia Air Tanah
-
7/24/2019 Model Hidrogeologi Dan Pola Aliran Air T (1)
35/147
Bab 5 Analisis Respon Debit Mata Air
Analisis lebih jauh dilakukan terhadap data pengukuran berkala (time series)dari
debit mata air, curah hujan, temperatur air dan udara, serta nilai TDS. Analisis
detil ini hanya dilakukan terhadap 3 mata air, yaitu: Cibulan, Telaga Remis, dan
Ciuyah. Ketiga mata air dipilih karena merefleksikan kondisi geologi yang
berbeda, serta pencapaian ke lokasinya yang relatif mudah. Pembahasan
diarahkan untuk memperkirakan waktu tinggal (residencetime) air tanah di dalam
akuifer.
Bab 6 Kesimpulan
Bab ini menyimpulkan hasil penelitian secara komprehensif dan merumuskan
jawaban dari permasalahan yang ada.
I.9 Output Penelitian.
Penelitian ini diharapkan dapat:
Mengidentifikasi model hidrogeologi berupa sistem akuifer endapan
gunung api dan pola aliran air tanahnya.
Menguji kemampuan metoda grafis dan statistik multivariabel AK dan
AKU untuk memisahkan sistem akuifer endapan gunung api dan pola
aliran air tanahnya.
Secara rinci, output penelitian ditampilkan pada tabel berikut ini.
Tabel 4 Output penelitian yang direncanakanHasil Hal baru
-
7/24/2019 Model Hidrogeologi Dan Pola Aliran Air T (1)
36/147
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA
II.1 Geologi
Ciremai dikelompokkan sebagai gunung api Tipe A, yakni gunung api yang masih
aktif sejak 1600. Sejarah mencatat gunung api ini pernah meletus sebanyak lima
kali, yaitu pada tahun 1698, 1772, 1775, 1805, dan 1937. Interval terpendek erupsi
adalah tiga tahun, sedangkan yang terpanjang adalah 112 tahun (Kusumadinata,
1979 dan www.vsi.esdm.go.id). Endapan gunung api kuarter di daerah riset terdiri
dari tiga generasi erupsi:
Generasi pertama adalah gunung api berumur Plistosen, yang merupakan
bagian dari aktivitas vulkanisme Plio-Plistosen (Bemmelen, 1949). Unit
ini terdiri dari lava dan breksi yang diendapkan di atas batuan sedimen
berumur tersier. Sisa-sisanya dapat dilihat saat ini sebagai Gunung Putri,Pasir Bungkirit, Pasir Wangi, Pasir Garunggang (Ciremai selatan).
Generasi kedua adalah G. Gegerhalang yang diduga memiliki elevasi 3500
mapl sebelum runtuh. Endapan gunung apinya dari tua ke muda terdiri dari
Aliran Piroklastik Puncak, Aliran Lava Karangsari, Aliran Piroklastik
Argalingga, Aliran Piroklastik Cibuluh, Aliran Lava Cibuluh, LaharBantaragung, dan Lahar Kuningan. Keberadaan kawah ini dapat dideteksi
dengan adanya morfologi yang tinggi, sebagai sisa dari dinding kawah
lama.
-
7/24/2019 Model Hidrogeologi Dan Pola Aliran Air T (1)
37/147
pengendapan piroklastik adalah gas dan arah jatuhan (angin), yang
distribusi umumnya pada lereng gunung api. Media pengendapan lahar
adalah air yang terdistribusi umumnya pada lereng bawah sampai elevasi
50 mapl (McPhie dkk., 1993).
Marks (1959) telah mendeskripsikan formasi-formasi batuan di Indonesia sebagai
referensi umum. Kondisi geologi regional juga telah dipetakan oleh Kusumadinata
(1977) serta Silitonga dan Masria (1978) pada skala 1:100.000.
Riset-riset lainnya di kawasan Gunung Ciremai dan sekitarnya dapat dijelaskan
sebagai berikut. Kajian aspek geokimia telah dilakukan oleh Badrudin (1988)
sebagai bagian dari pengukuran geokimia dan COSPEC di Gunung Galunggung,
Tangkubanparahu, Tampomas, dan Ciremai. Hasilnya adalah emisi gas SO2pada
kondisi normal rata-rata 15 ton/hari, dengan kisaran 13,55 ton/hari hingga 17,25
ton/hari.
Pengukuran gravity telah dilaksanakan oleh Husein dan Suparan (1990),
mengikuti investigasi magnetik yang telah dilaksanakan oleh Said (1984).
Purbawinata dkk. (1991) mempelajari geokimia batuan Gunung Ciremai yang
menghasilkan komposisi dominan andesit berjenis hipersten aegirin-augit, andesit
aegirin agit antofilit, antofilit augit, dan horblenda. Riset ini juga menghasilkan
batuan kalk alkali.
Pemetaan detail untuk memisahkan batuan gunung api dan distribusinya telah
dilakukan oleh Suradji (1993). Peneliti tersebut mempelajari stratigrafi vulkanik
dan potensi bencananya pada skala 1:50.000. Peta geologi lainnya juga telah
-
7/24/2019 Model Hidrogeologi Dan Pola Aliran Air T (1)
38/147
II.2 Hidrogeologi
Hidrogeologi Gunung Ciremai telah menjadi obyek riset sejak Maier (1861)
sebagai riset pertama yang tercatat. Peneliti ini mempelajari kondisi kimiawi dua
sampel mata air panas di Gunung Ciremai. Selanjutnya Kartokusumo (1983)
mengobservasi beberapa mata air panas Gunung Ciremai dan Tampomas yang
hasilnya berupa komposisi kimia mata air panas disajikan pada Tabel 5.
Temperatur Ciniru adalah 43o
C, dengan pH 7,33. Rasio kimia yang berhasildiukur adalah Cl/SO44.2 dan Cl/B 38.1. Estimasi temperatur reservoirnya adalah
79,7oC (SiO2), 151,3oC (NaK-Ca), dan 200oC (Na/K). Mata air Sangkanurip
memiliki temperatur 49oC dan pH 7,70. Rasio kimia air yang berhasil diukur
adalah Cl/SO4 3,9 dan Cl/B 70,5 dengan estimasi temperatur reservoir adalah
97,7
o
C dengan SiO2, 168,4
o
C dengan NaK-Ca, dan 180
o
C dengan Na/K. Fasies airpanasnya adalah bikarbonat dan klorida sebagai akibat interaksi dengan batuan
sedimen laut di bawahnya.
Tabel 5 Ringkasan hidrokimia air panas di lereng Gunung CiremaiMata air pH Rasio Cl Temperatur reservoir (
oC)
Cl/SO4 Cl/B SiO2 NaK-Ca Na/K
Ciniru 7.33 4.2 38.1 79.7 151.3 200
Sangkanurip 7.7 3.9 70.5 97.7 168.4 180
Riset yang lebih komprehensif telah dilakukan oleh IWACO-WASECO (1990)
Menurut peneliti tersebut sistem akuifer regional di Gunung Ciremai terbagi
menjadi tiga sistem yaitu aluvial, vulkanik kuarter/muda, dan sedimen tersier.
Sistem akuifer aluvial tersebar di bagian dataran rendah di kaki Gunung Ciremai
yang terdiri dari akuifer media pori berupa pasir lepas. Sistem akuifer vulkanik
kuarter memiliki karakter akuifer yang heterogen dengan produktivitas tinggi
-
7/24/2019 Model Hidrogeologi Dan Pola Aliran Air T (1)
39/147
dengan simplifikasi sistem akuifer menjadi dua yakni: sistem endapan gunung api
api produktif dan sistem batuan sedimen tua yang impermeable sebagai batuan
dasar cekungan air tanah. Hasil simulasi berarah SW-NE terdapat konsentrasi
pemunculan mata air yang tinggi pada elevasi 100 sampai 400 mapl, dengan
sistem aliran lokal dan sub regional. Jumlah mata air sedikit pada elevasi lebih
rendah dari 100 mapl. Selanjutnya pemunculan mata air pada elevasi 250-650
mapl, dikendalikan oleh bentuk morfologi tekuk lereng (slope break) pada elevasi
800 mapl. Bentuk tekuk lereng tersebut terbentuk karena ada perubahan dominasi
jenis batuan. Pada elevasi lebih tinggi dari 750 mapl kondisi distribusi batuan
dominan lava kemudian berubah menjadi dominan lahar pada elevasi lebih
rendah dari 750 mapl).
-
7/24/2019 Model Hidrogeologi Dan Pola Aliran Air T (1)
40/147
BT
S
U
N
Breksi
piroklastik
Lava
Breksi lahar
Fm. Halang
Fm. Kaliwangu
U S
10o
15o
30o
42o
35o
10o
Morpholo gy: Gradual slope with angle from 10 to 42
Deposi ts: piroklastik fall at higher than 2500 masl, lava 500 -2500 mas l dan volcanic breccias at 100 - 500 mdpl. The
Volcanic endapans sit on tertiary sediments
ooMorpholo gy: Sharp slope angle from 10 to
35. Occurrence of old crater rim.
Deposits: mainly l ava with pyroclasticfalllayers at the top
o
o
+
+?
+++++
+++++
?
Piroklas tik fallPiroklas tik fall
Lahar
Sequence of lava flow
Sedimentary
rockLava flow
Lava flow
++
+ +
+++
+
48o
Morpholo gy: Gradual angle from 10 to 42with normal fault
Endapans : pyroclastic fall at higher than 2000 masl, lava 1250- 2000 masl danpyroklasticflow at 500- 1250 masl. The
Volc anic deposits sit on tertiary sediments
oo Morphology: Gradual angle from 10 to 42with normal fault
Deposi ts: pyroclastic fall at higher than 2000mdpl, lava 1250- 2000 mdpl dan piroklastik aliranat 750 - 1250 mdpl. The
vul kanikendapans sit on tert iary sedimentary batuans
oopyroclastic fallpyroclastic fall
Lava flow
++++++
+++++
?
PyroclasticfallMorphology: gradual slope with angle f rom10-42o.
Deposits: pyroclastic fall at higher than
2500 masl, lava at 500-2500 masl, and
volcanic breccias at 100-500 masl. The
volcanic deposits sit on tertiary sediments.
Morphology: sharp slope from 10 to 35o,occurrence of older crater rimDeposits: mainly lava with pyroclastic fall
layers at the top
Lava flowLava flow
Tertiarysedimentary
rock
Pyroclastic fallMorpholog y: gradual angle from 10 to 42o
Deposit s: pyroclastic fall at higher than 2000
masl, lava at 1250-2000 masl and pyroclast ic
flo w at 750-1250 masl. The volc anic deposits
sit on tertiary sedimentary rocks.
Morphology: gradual slope 10-42o with normal faultDeposits: pyroclastic fall at higher than 2000 masl,
lava at 1250-2000 masl, and pyroclastic flow at
500-1250 masl. The volcanic deposits sit on
tertiary sediments. Lava flow
-
7/24/2019 Model Hidrogeologi Dan Pola Aliran Air T (1)
41/147
Situasi yang mirip juga terlihat pada penampang berarah barat timur. Gambar 6
memperlihatkan zona mata air pada elevasi 100 mapl sampai 750 mapl. Zona ini
dikendalikan oleh tekuk lereng pada elevasi 750 800 mapl. Aliran air tanahnya
diperkirakan sebagai tipe aliran lokal yang diindikasikan oleh pH normal dan
DHL yang rendah. Namun demikian hasil simulasi oleh IWACO-WASECO
(1989) ini masih perlu dirinci kembali, khususnya pada jenis aliran lokal yang
mengalir hingga kedalaman 400 m di bawah muka tanah setempat. Riset lainnya
juga telah dilakukan oleh Irawan (2001) berupa tesis magister. Peneliti tersebut
dapat mengkarakterisasi sistem akuifer dan pola aliran air tanah pada lingkup
kecil di lereng timur Gunung Ciremai.
-
7/24/2019 Model Hidrogeologi Dan Pola Aliran Air T (1)
42/147
II.3 Analisis Kelurusan Morfologi
Kelurusan (lineament) memiliki banyak definisi. Dari hasil penelusuran literatur
di internet, dapat dikumpulkan tidak kurang dari 20 buah definisi. Beberapa
terminologi yang terkait adalah kelurusan geologi (geologic lineament), kelurusan
tektonik (tectonic lineament), kelurusan foto (photo lineament) atau kelurusan
geofisik (geophysical lineament). Definisi kelurusan yang paling banyak dirujuk
adalah dari Hobbs (1904) op.cit Sander (2007) yaitu kelurusan adalah garis
landsekap (landscape line) yang dapat dikenali secara signifikan yang disebabkan
oleh adanya proses pembentukan kekar dan patahan, yang dapat memperlihatkan
arsitektur batuan dasar.
Lebih jauh lagi, riset oleh Lattman dan Parizek (1964) dikenal sebagai salah satu
peneliti dalam bidang eksplorasi air tanah melalui pemetaan kelurusan (fracture
traces) yang diidentifikasi dalam citra stereo-pairsfoto udara di kawasan batuan
karbonat di Amerika Serikat. Riset tersebut mengemukakan adanya relasi antara
produktivitas sumur dengan jarak ke rekahan/kelurusan terdekat.Menurut penelititersebut, pemetaan bentuk-bentuk kelurusan adalah salah satu kunci untuk
memahami keberadaan air tanah, khususnya pada kawasan batuan beku/gunung
api, metamorf, dan batuan sedimen karbonat.
Di daerah yang didominasi batuan dasar (bed rock) dengan porositas dan
konduktivitas hidrolik rendah, umumnya air tanah terdapat pada zona rekahan
yang hadir sebagai porositas sekunder. Peta topografi, foto udara, dan bermacam
citra satelit dapat digunakan untuk mengidentifikasi dan memetakan kelurusan
-
7/24/2019 Model Hidrogeologi Dan Pola Aliran Air T (1)
43/147
II.4 Analisis Sifat Fisik dan Kimia Air Tanah
II.4.1 Analisis Grafis
Umumnya, metoda grafis didisain untuk dapat memperlihatkan proporsi relatif ion
utama (Hem, 1989); namun demikian, metoda grafis hanya dapat memperlihatkan
parameter secara simultan dalam jumlah terbatas. Diagram Piper (Piper, 1944)
merupakan metoda grafis yang paling sering digunakan (Gambar 7). Diagram
tersebut menayangkan konsentrasi relatif kation dan anion utama pada dua plot
segitiga. Di bagian tengah diantara dua segitiga tersebut, terdapat sebuah plot
segiempat tempat setiap titik data dari dua segitiga sebelumnya diproyeksikan,
sehingga memperlihatkan karakter kimia air tanah (Guller dkk., 2002).
Gambar 7 Contoh Diagram Piper (1944) untuk menganalisis Fasies Air Tanah
-
7/24/2019 Model Hidrogeologi Dan Pola Aliran Air T (1)
44/147
Tujuan saintifik dari aplikasi metoda ini adalah untuk dapat mengidentifikasi
dengan baik proses-proses yang mengendalikan evolusi kimia air tanah di daerahstudi. Metoda statistik yang digunakan terdiri dari Hierarchical Cluster Analysis
(HCA) selanjutnya disebut Analisis Klaster dan Principal Components Analysis
(PCA) selanjutnya disebut Analisis Komponen Utama. Kedua metoda ini
diharapkan dapat menguraikan kendali geologi dan hidrogeologi terhadap evolusi
air tanah.
Melloul dan Collin (1992) telah menggunakan Analisis Komponen Utama untuk
mendukung metoda geokimia klasik dengan Diagram Schoeller atau Piper.
Dengan kedua jenis grafik tersebut, peneliti dapat mengidenfitikasi dengan baik
karakter utama air berdasarkan komposisi kimianya. Peneliti lainnya, Schot dan
van der Wal (1992), mengaplikasikan Analisis Komponen Utama dan Analisis
Klaster untuk menganalisis data hidrokimia guna untuk mengidentifikasi dampak
aktivitas manusia terhadap kualitas air tanah. Metoda statistik multivariabel juga
dapat diaplikasikan untuk melacak sumber unsur kimia air tanah sebagaimana
dilakukan oleh Farnham dkk (2003). Seluruh studi diatas menyatakan bahwa
analisis statistik secara signifikan dapat membantu mengelompokkan air tanah
dan mengidentifikasi mekanisme dominan yang mempengaruhi komposisi kimia
air tanah. Kombinasi interpretasi hidrokimia, pemahaman mengenai kondisi
geologi, dan metoda statistik, dapat membantu dalam menganalisis pola aliran air
tanah pada suatu sistem akuifer (Farnham dkk., 2003; Cloutier dkk., 2008) (Tabel
6).
A. Analisis Komponen Utama (AKU)
A li i K Ut k l h t t k ik kl ifik i d t
-
7/24/2019 Model Hidrogeologi Dan Pola Aliran Air T (1)
45/147
Metode ini sangat bermanfaat untuk mengevaluasi kesamaan dan perbedaan
dalam data. Kemampuan lain dari Analisis Komponen Utama adalahmengidentifikasi pola dalam data (Smith, 2002). Metoda ini akan
memproyeksikan data multidimensi menjadi kumpulan data dengan dimensi lebih
rendah dengan menandai variasi data. Analisis jenis ini juga sering digunakan
sebagai pendukung analisis lainnya, misalnya pemodelan, regresi, dan analisis
klaster.
B. Analisis Klaster
Teknik statistik lain yang digunakan adalahHierarchy Cluster Analysis(HCA)
atau Analisis Klaster. Menurut Smith (2002), ada tiga tahapan dalam analisis ini:
1. Penyaringan terhadap data pengganggu (noise) berupa data berpola acak
(outliers). Data pengganggu dapat berupa kesalahan pengukuran yang
dapat mempengaruhi hasil analisis, sehingga harus dikeluarkan dari
analisis.
2. Pemilihan jenis jarak antara klaster. Kriteria antar klaster dapat berupa
jarak (distance measuring) atau derajat kesamaan (degree of similarity).
3. Pemilihan kriteria peng-klasteran. Jenis-jenis kriteria tersebut adalah
nearest neighbour (data terdekat) dan furthest neighbour (data terjauh).
Kriteria yang pertama menggunakan titik data yang terdekat dengan titik
data yang sedang diukur sebagai referensi. Sebaliknya, kriteria yang keduamenggunakan titik data yang terjauh sebagai referensi.
-
7/24/2019 Model Hidrogeologi Dan Pola Aliran Air T (1)
46/147
Tabel 6 Daftar teknik statistik dan grafis yang umum digunakan untuk
mengklasifikasi sampel air (Guller dkk, 2002).
II.5 Perubahan Sifat Fisik dan Kimia Air TanahDalam studi ini, unsur yang dianalisis adalah kelompok unsur utama (major
element). Pertimbangan penggunaan unsur utama adalah kelompok unsur tersebut
paling banyak dikandung oleh air tanah. Perubahan sifat fisik dan kimia air tanah
secara umum dapat dideteksi dengan perubahan komposisi unsur utama. Analisis
perubahan komposisinya dapat cukup mudah dianalisis dengan menggunakanPiper diagram. Analisis unsur jarang (trace element) dapat dilakukan bila obyek
mata air panas akan dianalisis lebih mendalam. Pertimbangan yang berikutnya
adalah biaya analisis unsur jarang cukup tinggi. Berbagai rujukan mengenai
-
7/24/2019 Model Hidrogeologi Dan Pola Aliran Air T (1)
47/147
kawasan imbuhan kemudian berevolusi menjadi dominan sulfat sejalan dengan
alirannya ke arah kawasan pengurasan. Komposisi akhir dari proses inididominasi oleh klorida sebagai hasil reaksi dengan berbagai jenis mineral dengan
waktu tinggal yang lama.
Pendapat lain dari Uliana dan Sharp (2001) menyatakan, bahwa data hidrokimia
melintasi aliran air tanah menunjukkan peningkatan nilai TDS dan rasio Cl/HCO3
serta penurunan rasio Na/Cl. Pada fasies bikarbonat, air tanah merepresentasikan
air imbuhan yang telah mengalami perubahan karena pelarutan mineral dan
pertukaran kation. Pada zona sulfat dan klorida, fasies hidrokimia air tanah
dikendalikan oleh gas H2S dan HCl, atau mineral yang terbentuk oleh pelarutan
endapan gipsum, anhidrit, halit, serta pertukaran kation.
II.6 Analisis Respon Debit Mata Air
II.6.1 Umum
Observasi mata air adalah sarana untuk mengetahui berbagai proses yang terjadi
di bawah permukaan di suatu wilayah, karena mata air mengintegrasikan sinyal
proses geologi dan hidrologi pada suatu wilayah dan kurun waktu. Dengan
menggunakan pengukuran debit mata air, salah satu hasilnya adalah analisis
respon debit air tanah dalam akuifer (Manga, 1999 dan 2001).
Bentuk hidrograf mata air merefleksikan respon akuifer terhadap imbuhan.
Bentuk dan gradien kurva resesi (recession curve) memberikan informasi yang
berharga mengenai storativitas, geometri akuifer, serta karakter struktur (retakan,
k k ) d i k if k li i l j l i d bi
-
7/24/2019 Model Hidrogeologi Dan Pola Aliran Air T (1)
48/147
dalam membentuk kurva hidrograf. Batuan kedap air yang mengandung sistem
rekahan cenderung menghasilkan bentuk kurva dengan kenaikan dan penurunangaris yang relatif terjal, karena sifat storativitasnya yang rendah. Sifat itu pula
yang menyebabkan bentuk kurva debitnya responsif terhadap kurva presipitasi.
Sebaliknya, cekungan hidrogeologi dengan dominasi batuan permeabel akan
menghasilkan bentuk naik dan turun yang relatif landai dengan respon yang
lambat terhadap bentuk kurva presipitasi/hujan.
II.6.2 Analisis Respon Debit Mata Air
Proses hidrolika dalam akuifer tercermin dari perulangan titik-titik puncak dan
gradien kurva resesi (recession curve) serta seberapa cepat responnya terhadap
kurva curah hujan (presipitasi) (Gambar 8). Rujukan model umum hidrograf mata
air yang berisi anatomi dari suatu kurva serta proses hidrologi yang
direfleksikannya menggunakan model mata air karst, sebagaimana banyak
ditampilkan di beberapa publikasi. Beberapa hal yang menjadi catatan penulis
untuk menggunakan model umum hidrograf mata air karst sebagai pembanding
adalah:
Hidrograf mata air karst mencerminkan sistem akuifer media rekahan.
Mata air Gunung Ciremai juga berkembang pada sistem akuifer media
rekahan pada batuan lava, piroklastik, dan lahar (Irawan dan Puradimaja,
2006).
Perbedaan bentuk kurva yang mungkin terjadi dapat menjelaskan
perbedaan sistem hidrogeologinya.
Penjelasan mengenai anatomi kurva hidrograf mata air pada Gambar 8 untuk
-
7/24/2019 Model Hidrogeologi Dan Pola Aliran Air T (1)
49/147
Titik belok merepresentasikan kapasitas infiltrasi maksimum (Kovacs dan
Perochet, 2008). Kurva penurunan debit (recession atau falling limb) mencerminkan
kondisi debit mata air awal, sebelum hujan dan infiltrasi yang melimpah
terjadi. Kurva penurunan debit (falling limb) ini terdiri dari:
o Segmen curam: penurunan banjir (flood recession)
o Segmen landai: penurunan aliran dasar (baseflow recession).
Gambar 8 Model skematik hidrograf mata air di kawasan karst dengan sistem
akuifer media rekahan murni (Kovacs dan Perrochet, 2008)
Pencarian rujukan mengenai analisis hidrograf mata air di kawasan gunung api
telah dilakukan dengan menggunakan alat pencari (search engine) Google,
Scopus, Blackwell Publishing, ScienceDirect, dan Hydrogeology Journal.
Pencarian tersebut menunjukkan bahwa hanya terdapat beberapa peneliti yang
telah menelaah bentuk kurva hidrograf mata air pada endapan gunung api, yaitu
Kim dkk (2007) dengan studi kasus 23 mata air di Pulau Jeju Korea Selatan
-
7/24/2019 Model Hidrogeologi Dan Pola Aliran Air T (1)
50/147
-
7/24/2019 Model Hidrogeologi Dan Pola Aliran Air T (1)
51/147
Analisis kuantitatif terhadap hidrograf telah dilakukan oleh Maillet (1905) op.cit
Memon (1995), yang berpendapat bahwa debit mata air merupakan fungsi darivolume air dalam akuifer (akuifer storage). Hubungan tersebut diterangkan dalam
bentuk persamaan eksponensial sebagai berikut; bila kurva diplot pada kerja
semilog akan membentuk garis lurus dengan kemiringan lereng sebagaimana
dijelaskan pada persamaan 2 dan Gambar 10.
..Persamaan 2Dengan Qtadalah debit mata air pada waktu t; Qodebit pada to; (t2-t1) adalah beda waktu antara Qtdan Qo; e basis angka logaritmik; dan adalah koefisien resesi.
Nilai mengindikasikan karakter hidrogeologi, khususnya porositas efektif
(effective porosity) dan transmisivitas (transmissivity). Sebagai contoh ilustrasi,
bila terjadi kondisi sebagai berikut:
Nilai yang menunjukkan kemiringan garis resesi besar
Perioda paruh (t0.5) kecil, yaitu waktu yang diperlukan aliran dasar (base
flow) berkurang menjadi separuhnya,
maka kondisi diatas mengindikasikan proses pengurasan yang intensif darivolume simpan (storage) akuifer, baik dalam bentuk rekahan maupun pori matriks
penyusun akuifer. Pada contoh kondisi yang lain, bila:
-
7/24/2019 Model Hidrogeologi Dan Pola Aliran Air T (1)
52/147
Suatu perhitungan besaran imbuhan (R) berbasis kepada hidrograf debit mata air
telah disampaikan oleh Pacheo dan Alencoao (2005) dengan persamaan sebagaiberikut dan ditampilkan dalam bentuk grafik pada Gambar 10. Selanjutnya bila
besaran R dalam dimensi volume (L3) dibagi dengan curah hujan dalam dimensi
panjang (L) maka didapatkan estimasi luas kawasan imbuhan berdimensi luas
(L2).
Persamaan 3
Gambar 10 Contoh Analisis Besaran Imbuhan (R) berbasis Hidrograf Debit Mata
Air menurut Pacheo dan Alencoao (2005)
II.6.3 Analisis Respon TDS dan Temperatur Air pada Mata Air
Respon TDS terhadap waktu terdiri dari tiga fasa (Desmarais dan Rojstaczer,
2002), yaitu: pengenceran (flushing), pelarutan (dilution), dan pemulihan
-
7/24/2019 Model Hidrogeologi Dan Pola Aliran Air T (1)
53/147
Observasi temperatur merupakan salah satu metoda yang tidak memerlukan biaya
tinggi untuk mengesktrak properti air tanah. Kombinasi antara temperatur air dantemperatur udara dapat diinterpretasi untuk mengetahui perilaku air di bawah
permukaan. Salah satu interpretasinya adalah bila bentuk kurva suhu udara dan
suhu air tanah sama, tidak terjadi jeda waktu, maka air tanah diperkirakan berada
pada akuifer tak tertekan yang relatif dangkal. Sementara bila kurva kedua suhu
tersebut menunjukkan jeda waktu, maka diperkirakan air tanah berada padaakuifer yang relatif lebih dalam. Akuifer ini tidak berinteraksi dengan lingkungan
di permukaan, sehingga suhu air tanah di dalamnya relatif lebih dingin dan stabil
dibanding suhu udara.
-
7/24/2019 Model Hidrogeologi Dan Pola Aliran Air T (1)
54/147
BAB 3 HIDROGEOLOGI REGIONAL CIREMAI
III.1 Sistem Akuifer
III.1.1 Kelompok Endapan Vulkanik
Endapan gunung api dapat dikelompokkan ke dalam fasies, yaitu
gabungan/kelompok tipikal batuan yang umumnya muncul pada jarak tertentu
dari puncak gunung api. Salah satu model yang ada adalah Model Fasies Gunung
api Strato Fuego oleh Cas dan Wright (1987), dari G. Fuego di Guatemala. Irawan
dan Puradimaja (2006) telah membagi fasies endapan gunung api Ciremai
berdasarkan peta geologi gunung api oleh Situmorang (1995) serta peta topografiuntuk menentukan batas elevasi suatu fasies. Menurut peneliti tersebut, endapan
gunung api Ciremai terdiri dari tiga fasies (Tabel 1) berikut ini sesuai model
gunung api Fuego oleh Cas dan Wright (1980):
1) Fasies Inti Gunung api (Volcanic core) terletak pada elevasi 3050-3172 mapl,
terdiri dari andesit. Fasies ini bersifat impermeabel, sehingga tidak memiliki
mata air.
2) Fasies Proksimal Gunung Api (Volcanic Proximal Fasies) terdistribusi pada
elevasi 650-3050 mapl, terdiri dari:
2a) Proksimal 1 di elevasi 1250 3050 mapl tersusun oleh aliran dan jatuhan
piroklastik yang impermeabel dengan fragmen andesit dan matriks tuf
2b) Proksimal 2 di elevasi 650 1250 mapl tersusun oleh lava andesit yang
umumnya mengandung rekahan. Pada fasies ini terdapat zona mata air 1
-
7/24/2019 Model Hidrogeologi Dan Pola Aliran Air T (1)
55/147
34
Tabel 1 Rangkuman Kondisi Hidrogeologi Gunung Ciremai (Irawan dan Puradimaja, 2006)Volcanic facies Description Slope Spring Physical and hydraulic
propertiesSymbol Lithology Zone Number Q (L/s)
Volcanic core(3050 mapl-estimated
3100 mapl)
Volcanic neck, consists ofandesites to dacite
- 0 0 Impermeable rock with less,data is available
Proximal facies(650 3050 masl)
Proximal 1 facies(1250 3050 masl)
Proximal 2 facies
(650 1250 masl)
Pyroclastic fall andpyroclastic flow. Consists ofandesite boulder dan tuffmatrices
Lava flow, consists of
andesite to dacite lava
-
1
0
3
0
98
(class 1-3)*
Impermeable rock, highinfiltration rate of soil 1.5cm/min, no other data isavailable
Permeable, secondarypermeability: cooling/sheetingjoint with unsystematic pola,thick residual soil (2-5 m),final infiltrasi rate of 0.5 1.2cm/min
Distal facies(100 650 masl)
Laharic breccias, consists ofandesite to dacite boulder
with tuff and volcanic sandand matrices.
2 18 1063(class 1-3)*
Permeable, secondarypermeability: fractured with
isolated pattern, thick residualsoil (2-5 m), final infiltrationrate of 1.26 2.53 cm/min
* According to Meinzer (1944) op.citTodd, 1984
0 452010o 30
-
7/24/2019 Model Hidrogeologi Dan Pola Aliran Air T (1)
56/147
III.1.2 Kimia Batuan
Sebanyak lima sampel batuan telah dianalisis komposisi kimia batuannya. Hasil
pengujian menunjukkan bahwa sampel terdiri dari tiga jenis batuan meliputi: lahar
(LhB), lava (lv), dan piroklastik (PxB). Hasil analisis tersebut ditampilkan pada
Tabel 2. Selanjutnya persentase berat Na2O dan K2O serta SiO2diplot ke dalam
grafik klasifikasi batuan. Plot kedua data tersebut menghasilkan klasifikasi andesit
dari kelompok kalk alkali (Gambar 11).
Tabel 2 Komposisi Kimia Batuan Gunung Api Ciremai Hasil Analisis
Laboratorium (Pusat Survey Geologi, 2007)Unsur
(% weight)
LhB01 LhB02 Lv01 Lv02 PxB Rata-rata
SiO2 63.9 63.6 63.8 64.3 64 54.0
Al2O3 19.7 19.9 19.3 18.9 20 19.5
Fe2O3 3.9 5 5.1 3.8 4.3 4.4
FeO 4.7 4.6 3.4 4.8 4 4.3
CaO 7.9 6.8 6.9 7.6 6.9 7.2
MgO 3.9 4.2 3.5 3.4 3.6 3.7
Na2O 3.1 3 3 3.7 3.3 3.2
K2O 0.9 1 1.1 1.1 1.4 1.1
PxB
LhB02
Px BLhB02
L h B 0 1
L v 0 1
L v 0 2
PxB
LhB02
Px BLhB02
L h B 0 1
L v 0 1
L v 0 2
Kalk alkali
-
7/24/2019 Model Hidrogeologi Dan Pola Aliran Air T (1)
57/147
III.1.3 Analisis Kelurusan Morfologi
Dalam analisis ini digunakan tiga set data, yakni pola kelurusan yang ditarik dari
citra Shuttle Radar Topography Mission (SRTM), peta topografi skala 1:50.000,
peta lokasi mata air, dan data debit mata air. Perhitungan yang dilakukan adalah
distribusi panjang kelurusan, densitas kelurusan, dan jarak tegak lurus antara titik
mata air dengan kelurusan yang terdekat. Untuk memudahkan analisis digunakan
piranti lunak GIS Arc View version 3.3 dengan modul Linstat. Dua perhitungan
tersebut kemudian dikorelasikan dengan data yang berkait dengan mata air.
Metoda ini pernah dilakukan oleh Galanos dan Rokos (2006) dan Walsh (2008).
Lebih dari 200 kelurusan telah ditarik dan didigitasi pada citra sebagaimana
diperlihatkan pada Gambar 12. Diagram roset (rose diagram) hasil analisis
tersebut ditampilkan pada Gambar 13. Orientasi kelurusan adalah NW SE.
Keduanya menggabungkan kelurusan pada batuan sedimen dan batuan gunung
api. Kelurusan pada batuan gunung api umumnya berpola radial, sedangkan
kelurusan pada batuan sedimen berarah NW SE yang sesuai dengan orientasi
kelurusan konsisten dengan orientasi sumbu lipatan, patahan, dan dengan struktur
regional. Jumlah frekuensi kelurusan pada batuan gunung api rata-rata (ditandai
warna merah) adalah enam kelurusan untuk setiap arah kelurusan. Frekuensi
kelurusan yang berada di batuan sedimen tersebut, di luar lingkaran merah,
umumnya lebih banyak lagi.
-
7/24/2019 Model Hidrogeologi Dan Pola Aliran Air T (1)
58/147
Gambar 12 Pola Kelurusan yang Teridentifikasi di Daerah Penelitian
Kelas debit mata air
25 50 L/d
10 25 L/d
0 10 L/d
-
7/24/2019 Model Hidrogeologi Dan Pola Aliran Air T (1)
59/147
Gambar 13 Diagram Roset Orientasi Kelurusan serta Jumlahnya.
Garis merah menandai kisaran frekuensi kelurusan pada batuan
gunung api
Selanjutnya juga didapatkan bahwa jumlah mata air berkurang secara logaritmik
menjauhi kelurusan. Sebagian besar mata air berada pada jarak 400 m dari
kelurusan (Gambar 14). Dari gambar tersebut dapat dilihat bahwa kelurusan pada
batuan lava umumnya berkorelasi dengan kemunculan mata air di dekatnya, yaitu
pada jarak mendekati 0 m dan 400 800 m. Selanjutnya kelurusan pada lahar
memiliki jarak terdekat dengan mata air berkisar antara 0 m hingga 2800 m , serta
2
2
2
2
4
4
4
4
6
6
6
6
8
8
8
8
10
10
10
10
0
45
90
135
180
225
270
315
-
7/24/2019 Model Hidrogeologi Dan Pola Aliran Air T (1)
60/147
280024002000160012008004000
14
12
10
8
6
4
2
0
DISTLINE
Frequency
414,3 410,7 58
387,3 293,8 45
418,8 347,2 7
Loc Sca le N
Laharic breccia
Lava
Pyroclastic breccia
LITH
Gambar 14 Histogram jarak mata air terhadap kelurusan yang terdekat.
Bila dibandingkan antara debit mata air dengan jaraknya dengan kelurusan,
didapatkan populasi paling tinggi pada jarak 0 1000 m dengan debit berkisar
antara 5 hingga 40 L/d, sebagaimana disampaikan pada Gambar 15. Jumlah mata
air kemudian umumnya mengecil sejalan dengan jarak yang semakin jauh dari
kelurusan. Namun demikian juga terdapat mata air yang memiliki debit 20 30
L/d yang muncul pada jarak 2500 3000 m dari kelurusan.
Selanjutnya analisis densitas kelurusan (lineament density) telah juga dilakukan
dengan output berupa peta densitas kelurusan (Gambar 16). Pada gambar terdapat
F
rekuensi
Jarak mata air terhada kelurusan m
-
7/24/2019 Model Hidrogeologi Dan Pola Aliran Air T (1)
61/147
403020100
3000
2750
2500
2250
2000
1750
1500
1250
1000
750
500400300250
0
Spring discharge Q (L/s)
Distanceformlin
eaments(m
Gambar 15 Plot antara debit mata air (Q dalam L/d) dengan jaraknya terhadap
kelurusan (dalam m).
Observasi dan analisis oleh Irawan dan Puradimaja (2006) menghasilkan
kesimpulan bahwa zona rekahan mengendalikan debit mata air. Terdapat dua jenis
asal mula rekahan, yakni: rekahan pada aliran lava dan rekahan pada lahar. Jenis
yang pertama merupakan kekar pendinginan (cooling joints) pada lava yang
membentuk bukaan sempit pada batuan. Polanya tidak sistematik dengan orientasi
N630E, N900E, dan N1170E. Jenis yang kedua dijumpai pada piroklastik, yang
menyebar mengikuti punggungan batuan tersebut. Pada lokasi Mata air Cibulan,
orientasi rekahannya adalah N930E, sama dengan orientasi punggungan
(Gambar 17).
Jarakmataairdarikelurusandalam(
m)
Debit mata air (Q) dalam (L/d)
-
7/24/2019 Model Hidrogeologi Dan Pola Aliran Air T (1)
62/147
Gambar 16 Peta Densitas Kelurusan dan Plot Mata Air.
Lingkaran dengan garis sambung menunjukkan diduga memiliki
25 50 L/d
10 25 L/d
0 10 L/d
Kelas debit mata air Densitas kelurusan
-
7/24/2019 Model Hidrogeologi Dan Pola Aliran Air T (1)
63/147
Gambar 17 Sketsa Profil Rekahan pada Aliran Lava dan Lahar (Irawan andPuradimaja, 2006).
III.1.4 Ketebalan dan Laju Infiltrasi Tanah Pelapukan
Intensitas proses pelapukan di daerah riset sangat tinggi, dicirikan dengan tanah
pelapukan yang tebalnya dari 2 m hingga mencapai 10 m. Lapisan setebal itu akan
sangat potensial untuk menyimpan dan meresapkan air hujan ke dalam akuifer.
Menurut Chow (1964) dan Miyazaki (1993), uji infiltrasi telah dilakukan untuk
menghitung laju infiltrasi akhir tanah pelapukan. Tanah pelapukan dari lahar
menunjukkan nilai laju infiltrasi akhir 1,26 2,53 cm/menit, dilanjutkan oleh
piroklastik sebesar 1,5 cm/menit, dan aliran lava dengan nilai 0,5 1,2 cm/menit
(Gambar 18). Nilai laju infiltrasi akhir tersebut, menurut Linsley, dkk (1971)
merupakan indikasi bahwa kapasitas tanah pelapukannya memiliki kapasitas yang
cukup untuk peresapan.
Pengukuran tambahan dilakukan pada tahun 2007 menunjukkan nilai laju
infiltrasi akhir tanah pelapukan di daerah riset berkisar antara 0,6 to 2,53
cm/menit dengan rata-rata 1.28 cm/menit (Tabel 3). Berdasarkan Gambar 18,
Impermeablepyroclastic flow
Impermeablepyroclastic flow
-
7/24/2019 Model Hidrogeologi Dan Pola Aliran Air T (1)
64/147
Tabel 3 Nilai Laju Infiltrasi Pada Tanah Pelapukan (cm/menit)
Mata air
Batuanpenyusun
akuiferk
(cm/menit)Elevasi(mapl)
Cicurug I Lava 1,29 573,00
Cicurug II Lava 0,60 573,00
Sindangparna Lava 0,87 577,00
Pereng Cigugur Lava 0,80 667,00
Cigugur Lava 0,90 577,00
Telaga Remis Lava 0,70 310,00
MJ.18 Lava 0,70 508,00
MJ.20 Lava 0,60 650,00
MJ.22 Lava 0,70 517,00
MJ.23 Lava 0,70 486,00
Cipaniis piroklastik 1,55 1165,00
Kebon Balong piroklastik 1,54 466,00
Cibulakan Kadugede piroklastik 1,53 530,00
Ciputri piroklastik 1,50 815,00
Cikupa piroklastik 1,52 770,00
Citiis piroklastik 1,55 629,00
Cisarai piroklastik 1,47 748,00
Panten Kaler piroklastik 1,48 1270,00
MJ.3 piroklastik 1,50 687,00
MJ.4 piroklastik 1,50 797,00
Leles lahar 2,53 135,00
Cibulan Cilimus lahar 1,10 544,00Silinggonom lahar 1,20 568,00
Cipanas Subang lahar 0,90 367,00
Bandarosa lahar 1,70 453,00
PDAM Paniis lahar 1,79 347,00
MJ.1 lahar 1,58 185,00
MJ.2 lahar 1,26 542,00
MJ.6 lahar 1,79 483,00
MJ.8 lahar 1,56 119,00
LhBLahar
-
7/24/2019 Model Hidrogeologi Dan Pola Aliran Air T (1)
65/147
Gambar 19 Plot Laju Infiltrasi Akhir Tanah Pelapukan Terhadap Elevasi.
Grafik memperlihatkan bahwa tidak ada keteraturan antara nilai laju
infiltrasi akhir tanah pelapukan terhadap jenis batuan yang ada.
III.2 Curah Hujan (Presipitasi)
Kabupaten Kuningan memiliki 18 stasiun penakar hujan. Dari jumlah tersebut,
peneliti hanya mendapatkan data hujan dari 11 stasiun sebagai berikut: Ciwaru
(161 mapl), Ciawigebang (222 mapl), Cin