Perhitungan Kapasitas Infiltrasi Daerah Pertambangan Batu Kapur

Kecamatan Rangel, Kabupaten Tuban

Yulia Nur Fajrina, Natassa Adi Putri, M. Shafran Shofyan

Teknik Geofisika

Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya

ABSTRAK

Kapasitas infiltrasi ialah jumlah maksimum air yang dapat meresap di suatu tanah

melalui periode waktu tertentu. Daerah pertambangan khusunya pertambangan

kapur akan mengalami dampak hidrologi di sekitar lingkungannya, salah satunya

ialah berkurangnya kapasitas infiltrasi di wilyah tersebut. Penelitian ini bertujuan

untuk menghitung dan mengetahui kapasitas infiltrasi yang terjadi sekarang di daerah

tambang batu kapur. Untuk melakukan penelitian ini telah dilakukan pengumpulan

data, yakni porositas efektif tanah, konduktivitas hidrolik, daya serap kapiler tanah,

dan waktu yang dijadikan sampel. Selanjutnya dengan analisa perhitungan kapasitas

infiltrasi yang menggunakan model perhitungan Green-Ampt method, maka dapat

dianalisa hubungan antara kapasitas infiltrasi dengan volume terinfitrasi dan analisa

dampak daerah pertambangan kapur. Dari hasil perhitungan, didapatkan kapasitas

infiltrasi daerah pertambangan batu kapur mencapai 7,4 cm/jam saat 1 jam pertama,

kemudian terus menurun seperti saat 2 jam sebesar 2,8 cm/jam, saat 3 jam 1,95

cm/jam, saat 4 jam 1,6 cm/jam, dan saat 5 jam sebesar 1,4 cm/jam. Hasil kajian dan

analisa daerah ini dapat digunakan sebagai referensi studi lanjutan kapasitas infiltrasi

setelah pertambangan kapur tidak lagi beroperasi. Studi yang berkelanjutan ini akan

bermanfaat untuk pengontrolan kondisi hidrogeologi di daerah tersebut dan kapasitas

cadangan air tanah. Daerah kajian penelitian ini ialah daerah Kecamatan Rangel

Kabupaten Tuban.

Kata kunci : kapasitas infiltrasi, volume terinfiltrasi, Green-Ampt method,

pertambangan batu kapur, porositas.

1. Pendahuluan

Kondisi geologi Tuban yang sebagian

wilayahnya terdiri dari wilayah karst atau

tersusun dari batu kapur, membuat wilayah

Tuban sangat berpotensi untuk dijadikan

wilayah pertambangan batu kapur. Salah

satu wilayah potensi pertambangan batu

kapur yang menjadi tempat tinjauan berada

di Kecamatan Rangel. Pemanfaatan batu

kapur dalam skala besar sebagai bahan

tambang dapat menggangu kestabilan

ekosistem di sekitarnya, salah satunya

mengganggu siklus hidrologi. Hal ini

dikarenakan kawasan Karst memiliki

peranan penting dalam pengaturan sistem

hidrologi sebagai daerah resapan air yang

keluar sebagai sumber mata air melalui

rekahan-rekahan batu kapurnya.

Tersedianya air di dalam tanah tidak lepas

dari adanya laju infiltrasi. Infiltrasi

menyebabkan air merembes masuk ke

dalam tanah melalui permukaan tanah

tergantung dari faktor intensitas curah

hujan, karakteristik, dan kondisi tanah.

Penelitian ini dimaksudkan untuk

mengukur kapasitas infiltrasi daerah

potensi pertambangan batu kapur di

Kecamatan , Kabupaten Tuban.

2. Tinjauan Pustaka

Hidrogeologi Wilayah Tuban

Secara geologi Kabupaten Tuban

termasuk dalam cekungan Jawa Timur

utara yang memanjang pada arah barat

timur mulai dari Semarang sampai

Surabaya. Sebagaian besar Kabupaten

Tuban termasuk dalam Zona Rembang

yang didominasi endapan yang umumnya

berupa batuan karbonat dan didominasi

oleh perbukitan kapur. Dari pengamatan

di lapangan menunjukkan lapisan geologi

muda, khususnya Kecamatan Rangel yang

berupa gunung kapur (Limestone).

(Asparini,2006)

Gambar 1 Peta Hidrogeologi Kabupaten Tuban

Kecamatan Rangel merupakan salah

satu kecamatan di wilyah Kabupaten

Tuban. Letak Kecamatan Rangel ini lebih

tepatnya berada di sebelah tenggara

Kabupaten Tuban.

Berdasarkan peta hidrogeologi daerah

Tuban yang menjelaskan keterdapatan air

tanah dan produktivitas akuifer,

Kecamatan Rangel, Kabupaten Tuban

termasuk daerah yang memiliki akuifer

produktif sedang. Karakteristik akuifer

wilayah ini mempunyai aliran tanah

terbatas pada zona celahan, rekahan, dan

saluran patahan. Muka air tanah umumnya

dalam, debit sumur dan mata air beragam

dalam kisaran yang baragam.

Karakteristik Batu Kapur

Karst adalah bentukan bentang alam

pada batuan karbonat yang khas berupa

bukit, lembah, cekungan, dan goa. Karst

terbentuk dari proses alam yang disebut

dengan proses kartisifikasi. Kawasan

karst adalah kawasan batu karbonat,

yakni batu kapur CaCo3 dan dolomite

Ca(MgCo3)2. (Notosiswoyo, 2006) .

Batu kapur atau limestone ini

memiliki nilai specific gravity antara 2,5-

2,73 dan merupakan batuan sedimen

yang sedikit lebih lunak dari batuan

beku. Limestone memiliki porositas

sekitar 0,5 dengan tekstur yang mirip

jenis silty loam. (Wanielista, 1997)

Meskipun memiliki porositas yang

rendah karena tersusun oleh senyawa

karbonat, ketika bereaksi dengan air, batu

kapur ini akan dapat larut dengan air. Air

diatas batuan kapur itu akan diserap dan

dialirkan sehingga membentuk lubang-

lubang air yang kelamaan akan menjadi

sungai di bawah permukaan.

Pertambangan Batu Kapur di

Tuban

Potensi bahan galian tambang batu

kapur (limestone) di Kabupaten Tuban

tersebar di beberapa lokasiantaranya di

Kecamatan Kerek, Merakurak,

Tambakboyo, Palang, Semanding,

Montong, dan Rangel. Deposit potensi

batu kapur di Kabupaten Tuban

diperkirakan sebesar 1.089.531.362

ton, dari potensi tersebut sudah

dieksploitasi sebesar 86.175.962 ton.

Produksi batu kapur sebagian besar

dimanfaatkan oleh PT. Semen Gresik

sebagai bahan baku semen dan

dikirimkan ke beberapa industri besar

sebagai bahan pembuatan cat dan lain-

lain. Selain itu banyak juga perusahaan

tambang swasta yang mengolah batu

kapur ini. (Pemerintah Kabupaten Tuban,

2010)

Samodra (2001) menjelaskan bahwa

dalam konteks yang lebih luas, kawasan

karst merupakan perpaduan antara unsur-

unsur morfologi, kehidupan, energi, air,

gas, tanah, dan batuan yang membentuk

satu kesatuan sistem yang utuh.

Gangguan terhadap salah satu unsur akan

mempengaruhi seluruh sistem.

Dampak-dampak yang timbul dari

kegiatan penambangan digolongkan

menurut UNEP (1999) diacu dalam

BAPEDAL (2001) yang berhubungan

dengan hidrologi, yakni pelumpuran dan

Gambar 2 Peta Administrasi Kabupaten Tuban

perubahan aliran sungai, perubahan air

tanah dan kontaminasi.

Faktor yang Mempengaruhi

Kapasitas Infiltrasi

Perpindahan air dari atas ke dalam

permukaan tanah baik secara vertikal

maupun secara horizontal disebut

infiltrasi. Banyaknya air yang terinfiltrasi

dalam satuan waktu disebut laju infiltrasi.

Besarnya laju infiltrasi f dinyatakan

dalam cm/jam atau mm/hari. Sedangkan

kapasitan infiltrasi ialah laju infiltasi

maksimum. (Suyono, 1999)

Infiltrasi berubah-ubah sesuai

dengan intensitas curah hujan. Akan

tetapi setelah mencapai limitnya,

banyaknya infiltrasi akan berlangsung

terus sesuai dengan kecepatan absorbsi

setiap tanah. Pada tanah yang sama,

kapasitas infiltrasinya berbeda-beda,

tergantung dari kondisi permukaan tanah,

struktur tanah, tumbuh-tumbuhan dan

lain-lain. Di samping intensitas curah

hujan, infiltrasi berubah-ubah karena

dipengaruhi oleh kelembaban tanah dan

udara yang terdapat dalam tanah. (Todd,

1983)

Perhitungan Kapasitas Infiltrasi

Dalam paper ini, perhitungan

kapasitas infiltrasi didasarkan pada model

Green-Ampt. Green and Ampt

mendeskripsikan pendekatan yang

berdasarkan pada fundamental fisik dan

menghasilkan persamaan empirik yang

sama dengan hasil pengukuran lapangan.

Dalam penelitian ini, persamaan empirik

yang didapatkan akan menjelaskan

keadaan wilayah pertambangan batu

kapur.

Berikut gambar yang memperjelas

metode Green-Ampt.

Persamaan Green-Ampt sebagai berikut :

Persamaan 1 KapasitasInfiltrasi Green-

Ampt

Dimana:

F = volume terinfiltrasi (cm)

K = konduktivitas hidraulik jenuh

(cm/hr)

= selisih antara porositas ()dengan

kandungan air awal (i)

= tekanan isap tanah

Diketahui persamaan Fs adalah :

1

s

is

sKi

F

Dengan keterangan :

K = konduktivitas hidraulik jenuh

(cm/hr)

= tekanan isap tanah

i = curah hujan (cm/hr)

1

FKf

Gambar 3 Metode Green-Ampt

setelah diketahui Fs maka dapat dicari

volume air yang terinfiltrasi (F) dengan

persamaan sebagai berikut :

Perhitungan volume terinfiltrasi (F) ini erat

kaitannya dengan kapasitas infiltrasi untuk

mengetahui efek dari infiltrasi sendiri

terhadap tanah. Maksud dari volume

terinfiltrasi ini ialah seberapa dalam

volume air yang bisa terserap sepenuhnya

oleh tanah . Setelah mengetahui besar Fs

dan F maka akan dapat dicari kapasitas

infiltrasi oleh persamaan Green-Ampt.

(Wanielista, 1997)

Model Green-Ampt dapat digunakan

dengan asumsi berikut :

1. Hujan terus-menerus turun dan air

terinfiltrasi dimana wetting front

pada tingkat yang sama dengan

kedalaman yang tersaturasi,

sehingga menghasilkan wetting

front yang jelas.

2. Volume air yang terinfiltrasi

konstan.

3. Daya hisap tanah yang berada

dibawah wetting front konstan.

4. Tidak ada air yang tergenang

sehingga air langsung masuk ke

dalam tanah.

Data-data parameter penunjang seperti

porositas, tekanan hisap, dan lainnya dapat

dilihat dari table Green-Ampt dibawah ini.

Tabel 1 Parameter Penunjang Metode

Green -Ampt. (Wanielista, 1997)

3. Metodologi

Dalam penelitian ini dilakukan

beberapa tahapan metodologi, yakni

pengumpulan data untuk mengetahui

porositas efektif tanah kapur,

konduktivitas hidrolik, daya serap kapiler

tanah, dan waktu yang dijadikan sampel.

Data-data tersebut merupakan kumpulan

data sekunder yang selanjutnya digunakan

untuk menghasilkan data primer pada

Pengumpulan Data

- Porositas efektif tanah - Konduktivitas hidrolik - Daya serap kapiler tanah - Waktu yang dijadikan sampel

Analisa perhitungan kapasitas

infiltrasi Kec. Rangel, Kabupaten

Tuban menggunakan Green-

Ampt Method

Analisa hubungan antara

perhitungan kapasitas infiltrasi dan volume terinfiltrasi Kec. Rangel,

Kabupaten

Analisadampak pertambangan

kapur di Kec. Rangel, Kab. Tuban

terhadap kapasitas infiltrasi.

FsKtF 1ln

analisa perhitungan kapasitas infiltrasi.

Selanjutnya juga dilakukan analisa

hubungan kapasitas infiltrasi dengan

volume yang terinfiltrasi untuk

mengetahui seberapa dalam volume air

yang bisa terserap sepenuhnya oleh tanah.

Dengan data primer yang ada akan

dilakukan analisa dampak pertambangan

batu kapur pada wilayah yang berpotensi

di Kecamatan Rangel, Kabupaten Tuban

terhadap kapasitas infiltrasi

4. Hasil dan Pembahasan

Analisa Perhitungan Kapasitas

Infiltrasi Kec. Rangel, Kab. Tuban

Menggunakan Green-Ampt Method

Data-data sekunder yang sudah

didapat kemudian dihitung untuk

mendapatkan nilai dari volume terinflitrasi

dan kapasitas infiltrasi. Perhitungan ini

menggunakan Metode Green-Ampt dengan

data-data sekunder yang telah diolah

sehingga menghasilkan data-data sebagai

berikut.

Tabel 2 Data untuk Metode Green-Ampt

Parameter Nilai

0.1944

Se 0.6

i 0.3066

I 10.5

Fs 0.283545

Dari hasil perhitungan dengan

menggunakan data-data diatas didapatkan

nilai volume terinfiltrasi (F) dan dapat

dihitung selanjutnya nilai kapasitas

infiltrasi setiap jam dengan pengambilan

sampel waktu selama 5 jam. Nilai

kapasitas infiltrasi tersebut sebagai berikut.

Tabel 3 Nilai kapasitas infiltrasi

No. time (hr) f(cm/hr)

1 1 7.405086

2 2 2.840907

3 3 1.957485

4 4 1.581773

5 5 1.373789

Kapasitas infiltrasi di Kecamatan

Rangel, Kabupaten Tuban saat 1 jam

pertama mencapai 7,4 cm/jam, kemudian

terus menurun seperti saat 2 jam sebesar

2,8 cm/jam, saat 3 jam 1,95 cm/jam, saat 4

jam 1,6 cm/jam, dan saat 5 jam sebesar 1,4

cm/jam.

Analisa Hubungan Antara

Perhitungan Kapasitas Infiltrasi dengan

Volume Terinfiltrasi

Tabel 4 Nilai volume terinfiltrasi (F)

dan kapasitas infiltrasi (f) setiap jam

No.

time

(hr) F (cm) f(cm/hr)

1 1 0.312015 7.405086

2 2 0.962015 2.840907

3 3 1.612015 1.957485

4 4 2.262015 1.581773

5 5 2.912015 1.373789

Dari hasil perhitungan yang

dicantumkan pada tabel di atas dapat

terlihat bahwa nilai kapasitas infiltrasi

akan berbanding terbalik dengan volume

terinfiltrasi setiap jamnya. Berikut

dilampirkan grafik hubungan antara

keduanya.

Grafik 1 Hubungan antara F dan f

Perbedaan keduanya disebabkan

saat awal turun hujan, tanah yang belum

terserap air, kapasitas infiltrasinya besar

dan lama-kelaman kapasitas infiltrasi ini

berkurang karena keadaan tanah yang

makin lama akan tersaturasi atau jenuh

oleh air. Sedangkan untuk volume

terinfiltrasi di wilayah tanah yang

berkomposisi batu kapur ini akan

menyimpan volume terinfiltrasi yang

makin banyak setiap bertambahnya waktu.

Fungsi kapasitas infiltrasi terhadap

waktu yang terus menurun ini dapat dilihat

pada garis grafik berwarna biru dan fungsi

volume terinfiltrasi terhadap waktu yang

terus naik dapat dilihat pada garis grafik

berwarna merah.

Analisa Dampak Pertambangan

Kapur di Kec. Rangel, Kab. Tuban

terhadap Kapasitas Infiltrasi

Wilayah pertambangan batu kapur,

jika ditambang dalam jumlah besar, maka

akan mengakibatkan perubahan tebal

lapisan tanah di tempat tersebut. Saat tebal

lapisan wilayahnya berubah, beberapa

parameter perhitungan kapasitas infiltrasi

seperti porositas, tekanan isap tanah, dan

konduktivitas hidraulik akan mengalami

perubahan juga. Ketika parameter tersebut

berubah maka akan terjadi perubahan

kapasitas infiltrasi tanah wilayah tersebut.

Batu kapur yang memiliki tekstur

silty loam dimana porositasnya sekitar 0,5

memiliki kempampuan menyimpan air

yang cukup banyak karena ketika batu

kapur bereaksi dengan air, batu kapur akan

larut sehingga membentuk suatu cekungan

dibawah permukaan untuk menampung air

tersebut. Ketika batu kapur tersebut

diambil dalam jumlah besar dan

tergantikan dengan jenis batuan lain,

volume terinfiltrasi untuk tanah tersebut

akan berubah karena batu kapur yang

berpotensi sebagai akuifer tersebut dapat

berkurang. Volume terinfiltrasi juga

merupakan faktor penentu dari kapasitas

infiltrasi yang bilamana faktor ini berubah

ataupun berkurang, kapasitas infiltrasi

wilayah yang menjadi tempat

pertambangan kapur tersebut akan berubah

menjadi lambat.

5. Kesimpulan dan Saran Dari hasil analisa yang telah dilakukan

dapat ditarik beberapa kesimpulan:

Kapasitas infiltrasi di Kecamatan

Rangel, Kabupaten Tuban saat 1 jam

pertama mencapai 7,4 cm/jam, kemudian

terus menurun pada saat 2 jam sebesar 2,8

cm/jam, saat 3 jam 1,95 cm/jam, saat 4

jam 1,6 cm/jam, dan saat 5 jam sebesar 1,4

cm/jam. Selain itu, nilai kapasitas infiltrasi

akan berbanding terbalik dengan volume

terinfiltrasi setiap jamnya.

Karena pertambangan akan

mengakibatkan perubahan tebal lapisan

tanah yang dapat mempengaruhi parameter

kapasitas infiltrasi, perlu adanya studi

lanjutan yang meneliti mengenai

perubahan kapasitas infiltrasi tersebut

setelah pertambangan selesai. Studi

lanjutan dapat menggunakan studi

pengukuran lapangan untuk mendapatkan

hasil yang lebih presisi. Studi yang

berkelanjutan ini akan bermanfaat untuk

pengontrolan kondisi hidrogeologi di

daerah tersebut dan kapasitas cadangan air

tanah.

Daftar Pustaka

Asparini, Ami. (2006). Batu Putih dari

Rangel-Tuban sebagai Bahan Alternatif

y = 0,65x + 0,271R = 1

y = -0,398x + 3,026R = 0,861

0

1

2

3

4

0 2 4 6

qu

anti

ty

time

Hubungan antara F dan f

Agregat Campuran HRS. Surabaya:

Institut Teknologi Sepuluh Nopember

Samodra. 2001. Nilai Strategis Kawasan

Karst di Indonedia dan Usaha

Pengelolaanya Secara Berkelanjutan.

Bogor:IAGI

Suyono, Sastrodarsono dan Kensaku

Takeda. (1999). Hidrologi untuk

Pengairan. Bandung:Pradnya

Paramitha.

Todd. (1983). Introduction to Hydrology.

New York: Mc Graw Hill.

Wanielista, Martin. (1997). Hydrology

Water Quantity and Quality Control.

New York:John Willey and Sons Inc.

Pemerintah Kabupaten Tuban. 2010.

Potensi Pertambangan Tuban.

http://tubankab.go.id/potensi

pertambangan (31 Mei 2013)