intrusi air asin ke dalam akuifer di daratan - Heru Hendrayana

Dr. Heru Hendrayana
Geological Engineering Dept., Faculty of Engineering, Gadjah Mada University
Email : [email protected]
Website : www.heruhendrayana.staff.ugm.ac,id
Tahun 2002
INTRUSI AIR ASIN KE DALAM AKUIFER DI DARATAN
I. PENDAHULUAN
Air bawah tanah atau Air Bawah Tanah yang merupakan sumberdaya alam
terbarukan (renewable natural resources) saat ini telah memainkan peran penting pada
penyediaan pasokan kebutuhan air bagi berbagai keperluan, sehingga hal tersebut
menyebabkan terjadinya pergeseran nilai terhadap air bawah tanah itu sendiri.
Masyarakat, baik perseorangan maupun kelompok membutuhkan air untuk keperluan
sehari-hari dan untuk kebutuhan lainnya. Dari berbagai macam kebutuhan tersebut,
maka air untuk keperluan air minum merupakan prioritas utama, di atas segala
keperluan yang lain. Hal ini berarti fungsi air sebagai air minum harus diupayakan sebaikbaiknya agar memenuhi persyaratan kualitas dan kuantitasnya, serta digunakan sebaikbaiknya bagi kebutuhan mahkluk hidup. Mengingat peran air bawah tanah semakin
penting, maka pemanfaatan air bawah tanah harus didasarkan pada keseimbangan
dan kelestarian air bawah tanah itu sendiri, atau dengan kata lain pemanfaatan air
bawah tanah harus berwawasan lingkungan dan berkelanjutan.
II. PERMASALAHAN
Pada dekade terakhir ini telah terjadi pertumbuhan penduduk yang sangat pesat
di dunia, dan hal tersebut menyebabkan eksploitasi air bawah tanah terus meningkat
dengan pesat. Fenomena ini telah menyebabkan dampak negatif terhadap kuantitas
maupun kualitas Air bawah tanah, antara lain penurunan muka Air bawah tanah,
fluktuasi yang semakin besar serta penurunan kualitas air bawah tanah, serta terjadinya
intrusi air laut di beberapa wilayah. Dengan demikian perlu dilakukan upaya nyata dan
DR. Heru Hendrayana- GED - UGM
1
terpadu untuk meminimalkan dampak negatif tersebut, baik oleh pemerintah,
masyarakat maupun swasta.
III. DAMPAK PEMANFAATAN AIR BAWAH TANAH YANG TIDAK TERKONTROL
Pada kenyataannya pemanfaatan air untuk memenuhi kebutuhan di semua
sektor idan jasa masih mengandalkan air bawah tanah sebagai bahan baku dan
pasokan air bersih, sehingga banyak menimbulkan dampak negatif terhadap
sumberdaya air bawah tanah maupun lingkungan, antara lain :
-
Penurunan muka air bawah tanah
-
Intrusi air laut
-
Amblesan tanah
Penurunan Muka Air bawah tanah
•
Pemanfaatan air bawah tanah yang terus meningkat menyebabkan penurunan
muka air bawah tanah yang cukup signifikan. Hasil rekaman muka air bawah
tanah pada sumur-sumur pantau di daerah pengambilan air bawah tanah
secara intensif, seperti: Cekungan Jakarta, Bandung, Semarang, Pasuruan,
Mojokerto menunjukkan kecenderungan muka air bawah tanahnya yang terus
menurun.
Intrusi Air Laut
•
Apabila keseimbangan hidrostatik antara air bawah tanah tawar dan air bawah
tanah asin di daerah pantai terganggu, maka terjadi pergerakan air bawah
tanah asin/air dari laut ke arah daratan.
•
Intrusi air laut telah terjadi teramati di daerah pantai Jakarta, Semarang,
Denpasar, Medan, serta beberapa kota besar di daerah pantai.
Amblesan Tanah
•
Permasalahan amblesan tanah timbul akibat pengambilan air bawah tanah
yang berlebihan dari lapisan akuifer, khususnya akuifer tertekan.
DR. Heru Hendrayana- GED - UGM
2
•
Amblesan tanah tidak dapat dilihat seketika, namun dalam kurun waktu yang
lama dan terjadi pada daerah yang luas, sehingga dapat mengakibatkan
dampak negatif yang lain, antara lain :
-
Banjir dan masuknya air laut ke arah darat pada saat pasang naik, sehingga
menggenangi perumahan, jalan, atau bangunan lain yang lebih rendah.
-
Menyusutnya ruang lintas pada kolong jembatan, sehingga mengganggu
lalu lintas. Secara regional amblesan tanah mengakibatkan pondasi
jembatan menurun dan mempersempit kolong jembatan.
-
Rusaknya bangunan fisik seperti pondasi jembatan/bangunan gedung tinggi,
sumur bor, dan retaknya pipa saluran air limbah dan jaringan yang lain.
IV. INTRUSI AIR ASIN
Intrusi atau penyusupan air asin ke dalam akuifer di daratan pada dasarnya
adalah proses masuknya air laut di bawah permukaan tanah melalui akuifer di daratan
atau daerah pantai. Dengan pengertian lain, yaitu proses terdesaknya air bawah tanah
tawar oleh air asin/air laut di dalam akuifer pada daerah pantai.
Apabila keseimbangan hidrostatik antara air bawah tanah tawar dan air bawah
tanah asin di daerah pantai terganggu, maka akan terjadi pergerakan air bawah tanah
asin/air laut ke arah darat dan terjadilah intrusi air laut.
Terminologi intrusi pada hakekatnya digunakan hanya setelah ada aksi, yaitu
pengambilan air bawah tanah yang mengganggu keseimbangan hidrostatik. Adanya
intrusi air laut ini merupakan permasalahan pada pemanfaatan air bawah tanah di
daerah pantai, karena berakibat langsung pada mutu air bawah tanah.
Air bawah tanah yang sebelumnya layak digunakan untuk air minum, karena
adanya intrusi air laut, maka terjadi degradasi mutu, sehingga tidak layak lagi digunakan
untuk air minum.
Penyusupan air asin ini dapat terjadi antara lain akibat :
1. Penurunan muka air bawah tanah atau bidang pisometrik di daerah pantai.
2. Pemompaan air bawah tanah yang berlebihan di daerah pantai.
3. Masuknya air laut ke daratan melalui sungai, kanal, saluran, rawa, atau pun
cekungan lainnya.
DR. Heru Hendrayana- GED - UGM
3
IV.1. Hukum Ghyben - Herzberg.
Hubungan antara air laut dengan air bawah tanah tawar pada akuifer pantai
pada keadaan statis dapat diterangkan dengan hukum Ghyben - Herzberg. Dengan
adanya perbedaan berat jenis antara air laut dengan air bawah tanah tawar, maka
bidang batas (interface) tergantung pada keseimbangan keduanya. Hubungan antara
air asin dengan air bawah tanah tawar pada akuifer bebas di daerah pantai seperti
ditunjukkan pada gambar 1.
Tekanan hidrostatis di titik A = B
PA = PB
ρs .g.h s = ρ f .g.h f + ρ f .g.h s
ρf
hs =
hf
ρs - ρ f
h s = 40 hf
ρs
ρf
g
hs
hf
= kerapatan (berat jenis) air laut = 1,025 gr/cm3
= kerapatan (berat jenis) air bawah tanah tawar = 1 gr/cm3
= percepatan gravitasi
= kedalaman muka air laut dari titik A.
= kedalaman muka air bawah tanah dari muka laut.
Persamaan tersebut hanya berlaku :
1. Muka air bawah tanah (bid. pisometrik) berada di atas muka alaut.
2. Muka air bawah tanah (bid. pisometrik) miring ke arah laut.
Pada kondisi yang dinamis, hukum Ghyben - Herzberg tidak sepenuhnya berlaku.
DR. Heru Hendrayana- GED - UGM
4
Gambar 1 : Hubungan air asin dengan air bawah tanah tawar pada akuifer
bebas di daerah pantai.
DR. Heru Hendrayana- GED - UGM
5
Gambar 2 : Garis batas sesungguhnya antara air asin dengan air bawah tanah
tawar pada kondisi dinamis.
Gambar 2 menunjukkan garis batas sesungguhnya antara air asin dengan air
bawah tanah tawar pada kondisi dinamis. Pada gambar tersebut juga tampak, bahwa
garis aliran air bawah tanah ada yang berarah cenderung naik.
Pada kondisi pantai yang landai perbedaan bidang batas yang sesuai dengan
Hukum Ghyben - Herzberg dengan bidang batas yang sebenarnya relatif kecil,
sedangkan pada pantai yang curam perbedaan tersebut cukup besar. Bentuk bidang
batas tersebut miring ke arah daratan, seperti pada gambar 3. Dan secara matematis
dapat diterangkan sebagai berikut :
Gambar 3 : Bentuk bidang batas antara air asin dengan air bawah tanah tawar.
DR. Heru Hendrayana- GED - UGM
6
sin δ =
sin ε =
dh V
=
ds K
ρf
ρs − ρ f
sin ε = 40
⋅
dh
ds
V
K
sin ε = 40 sin δ
Dengan,
V = kecepatan
K = Koefisien kelulusan air
Dengan
demikian
jelas,
bahwa
bidang
batas tersebut
sangat
curam
dibandingkan dengan kemiringan muka air bawah tanah.
Panjang penyusupan air laut pada akuifer tertekan dapat dijelaskan dengan
gambar 4.
Gambar 4 : Panjang penyusupan air laut pada akuifer tertekan.
L = panjang penyusupan air laut
b = tebal akuifer.
K = koefesien kelulusan air
q = aliran air bawah tanah tawar (debit
aliran air bawah tanah per satuan
luas akuifer)
Dengan hukum Darcy :
q = 1/ 2
L =
DR. Heru Hendrayana- GED - UGM
(ρs - ρ f ) kb 2
ρf
L
Kb2
80q
7
Sedangkan pada akuifer bebas, dengan zone jenuh air setebal h dapat dihitung
panjang penyusupan L dengan rumus :
L =
Kh2
80q
Dengan demikian panjang penyususpan air laut pada akuifer pantai tergantung :
1. Tebal akuifer atau tebal zone jenuh air.
2. Koefesien kelulusan air (harga K)
3. Debit air bawah tanah per satuan luas akuifer.
IV.2. Intrusi air asin di suatu pulau kecil.
Yang dimaksud dengan pulau kecil pada pembahasan ini, adalah pulau yang
berada ditengah lautan dan biasanya berbentuk relatif bulat yang tersusun oleh batuan
lulus air / permeable. Di bagian sisi atau pinggir pulau akan terjadi kontak langsung
antara air bawah tanah tawar dengan air laut, seperti gambar 5.
R = jari-jari pulau
Q = debit
K = koefesien kelulusan air
W = recharge (air hujan)
Gambar 5. Penyusupan air laut di pulau kecil.
DR. Heru Hendrayana- GED - UGM
8
Dengan menggunakan Asumsi Du Poit dan Hukum Ghyben Herzberg, maka :
1. q = 2 πrK (1,025h)
d(0,025h)
dr
2. dQ = 2 r W dr
3. Q = r2W
1& 3
Wr dr
= h dh.
0,00512 K
Dengan kondisi batas h = 0, jika r = R
h2 =
W (R 2 - r 2 )
0,00512 K
Dengan demikian batas kedalaman air bawah tanah tawar di suatu tempat di pulau
kecil tergantung :
1. Banyaknya air hujan.
2. Ukuran pulau.
3. Koefesien kelulusan air.
Pemanfaatan air bawah tanah di pulau kecil dengan sistem pemboran-dalam
sanatlah tidak cocok. Sebaiknya dilakukan dengan penurapan air bawah tanah secara
mendatar melalui serambi, yaitu misalnya dengan menggunakan pipa atau dibuat
kanal untuk pengumpulan air bawah tanah. Apabila pemanfaatan air bawah tanah di
pulau kecil dengan menggunakan sistem penurapan secara tegak, yaitu dengan sumur
bor dalam, maka lama kelamaan yang terpompa keluar adalah air asin.
Gambar 6 : Penurapan air bawah tanah dengan sumur bor di suatu pulau kecil.
DR. Heru Hendrayana- GED - UGM
9
IV.3. Penentuan intrusi air asin pada akuifer pantai.
Penyusupan air asin/air laut pada akuifer pantai, mengakibatkan perubahan
komposisi kimiawi air bawah tanah. Perubahan ini dapat terjadi dengan cara :
1. Reaksi antara air laut dengan mineral-mineral yang terdapat dalam akuifer.
2. Reaksi sulfat dan penambahan karbon atau asam lemah yang lain.
3. Terjadi pelarutan dan pengendapan.
Perubahan total hanya terjadi pada item yang ketiga, yaitu terjadinya pelarutan
dan pengendapan. Pada kasus ini akan diketahui, bahwa ion Cl dan Na lebih dominan
pada air laut, sedang pada air bawah tanah tawar ion yang dominan adalah CO3 dan
HCO3. Komposisi kimiawi air bawah tanah akan bertambah dengan kandungan ion Cl.
Untuk mengetahui adanya penyusupan tersebut dapat ditentukan dengan analisis kimia
yang disebut perbandingan klorida bikarbonat ("Chlorida Bicarbonate Ratio") ;
yaitu =
Cl CO =3 + HCO-3
satuan dalam bpj
Contoh kasus di California menunjukkan, bahwa :
Harga perbandingan klorida bikarbonat ("Chlorida Bicarbonate Ratio") =
= 1/2 adalah air bawah tanah tawar.
= 1,3 terjadi pengaruh air laut sedikit.
= 2,8 terjadi pengaruh air laut sedang.
= 6,6 terjadi pengaruh air laut agak tinggi.
= 15,5 terjadi pengaruh air laut tinggi.
= 200 adalah air laut.
IV.4. Pengendalian intrusi air laut pada akuifer pantai.
Pengendalian intrusi air laut pada akuifer pantai dapat dilakukan dengan
berbagai cara antara lain :
1. Dengan mengurangi pemompaan di aderah pantai.
2. Membuat pengisian buatan ("artificial recharge") pada akuifer pantai.
3. Memompa air laut yang berada pada akuifer pantai.
4. Membuat penghalang di bawah tanah di daerah pantai.
DR. Heru Hendrayana- GED - UGM
10
IV.4.1. Mengurangi pemompaan di daerah pantai.
Pemompaan
air
bawah
tanah
yang
berlebihan
akan
menggangu
kesetimbangan, sehingga muka air bawah tanah atau bidang pisometrik akan turun
dan dengan mudah air laut mengisi kekosongan yang ditinggalkan oleh air bawah
tanah tawar, maka dapat terjadi penyusupan tersebut (Gambar 7 ).
Gambar 7 : Pemompaan pada akuifer tertekan di daerah pantai dan
hubungannya dengan penyusupan air laut.
IV.4.2. Membuat pengisian air bawah tanah secara buatan.
Pengisian air bawah tanah secara buatan dilakukan dengan cara memasukkan
kembali air yang ada di permukaan ke dalam akuifer dengan melalui beberapa
metoda, antara lain dengan cara :
1. Spreading
2. Sumur pengisian atau sumur injeksi
Cara Spreading adalah cara pengisian air bawah tanah secara buatan yang
dilakukan dengan cara menyebarkan kelebihan air permukaan melalui parit-parit yang
dibuat di daerah pantai, sehingga melalui parit tersebut terjadi penambahan air bawah
tanah.
Cara sumur injeksi adalah cara pengisian air bawah tanah secara buatan
dengan membuat sumur dalam yang menembus akuifer dan menginjeksi atau
memasukkan air permukaan ke dalam akuifer tersebut.
IV.4.3. Memompa air laut yang terletak pada akuifer pantai.
Dilakukan dengan cara pemboran di daerah pantai dan pada akuifer yang
berisi air asin dikonstruksi/dipasang pipa saringan seperti halnya konstruksi sumur produksi
biasa. Bedanya, pada kasus ini yang dipompa adalah air asin, dan dengan keluarnya
DR. Heru Hendrayana- GED - UGM
11
air asin, maka air bawah tanah tawar akan mengisi kekosongan yang ditinggalkan oleh
air asin, akibatnya bidang batas antara air asin dan air bawah tanah tawar pada akuifer
tersebut bergeser ke arah laut.
IV.4.4. Membuat Penghalang di bawah tanah di daerah pantai.
Penghalang yang dibuat dengan tujuan untuk menjaga tekanan pematang air
bawah tanah yang dekat atau sejajar dengan pantai, tetap berada di atas muka laut,
sehingga tidak terjadi pendesakan air bawah tanah tawar oleh air asin. Penghalang ini
dapat dibuat dengan :
1.
Menyebarkan air tawar di permukaan dan air tersebut akan meresap ke dalam
tanah, sehingga di bawah tempat penyebaran air tawar tersebut akan menjadi
tinggi seolah-olah seperti penghalang.
2.
Menginjeksi air tawar ke dalam akuifer di tepi panati seperti pada gambar 8.
Gambar 8 : Membuat penghalang di bawah tanah dengan injeksi air tawar melalui sumur bor dalam pada akuifer tertekan.
Selain dengan berbagai cara seperti tersebut di atas dapat pula dilakukan
dengan membuat semacam bendungan di bawah tanah yang membatasi antara air
bawah tanah tawar dengan air asin. Bendungan tersebut dapat berupa lapisan kedap
air atau lapisan aspal dan sebagainya. Cara ini tentunya sangat mahal dan
memerlukan teknologi, maka perlu dipertimbangkan dari segala sisi.
DR. Heru Hendrayana- GED - UGM
12
V. CONTOH KASUS INTRUSI AIR ASIN DI DAERAH PANTAI
Intrusi air laut telah terdeteksi di daerah pantai Jakarta, Semarang, Denpasar,
Medan dan daerah-daerah pantai lainnya, dimana telah terjadi pemanfaatan air
bawah tanah secara berlebihan.
V.1. Cekungan Jakarta
Batas sebaran zona air bawah tanah payau/asin pada setiap sistem akuifer (JuniAgustus 1993) berikut perubahannnya selama 2 tahun terakhir, yakni antara periode
1991 –1993 adalah sebagai berikut :
•
Zona Air bawah tanah Payau/Asin pada Sistem Akuifer tidak tertekan (< 40 m)
Batas antara air bawah tanah payau/asin dengan air bawah tanah tawar pada
sistem akuifer ini kurang lebih melewati daerah Pakuaji – Salembaran –
Cengkareng – Grogol – Pulogadung – Tambun Rawarengas – selatan Babelan.
Sebaran zone ini secara umum relatif meluas ke arah timur.
Pada periode Juni-Agustus 1993, jarak batas zona air bawah tanah payau/asin
dengan air bawah tanah tawar di beberapa lokasi adalah :
•
Daerah Cengkareng – Pedongkelan – Grogol – Gambir antara 5,0 – 6,0 km
•
Daerah Pulogadung – Cakung – Tambun Rawarengas antara 8,0 – 11,5 km
Dibandingkan dengan periode sebelumnya (1991-1993), sebaran zone ini
mempunyai pola yang relatif sama, namun di beberapa tempat menunjukkan
pergeseran sebagai berikut :
•
Di daerah Pulogadung, Cakung dan Tambun Rawarengas batas zona pada
periode 1993 bergeser ke arah darat antara 0,5 – 1,5 km, dengan pergeseran
terbesar terjadi di Pulogadung.
•
Di sekitar Babelan, pergeseran ke arah darat mencapai sekitar 3,0 km.
•
Di tempat lain, khususnya di bagian barat daerah pantai, batas zona relatif tidak
berubah dibandingkan pada periode 1992.
DR. Heru Hendrayana- GED - UGM
13
•
Zona Air bawah tanah Payau/Asin pada Sistem Akuifer tertekan atas (40 -140 m)
Batas zona air bawah tanah payau/asin dengan air bawah tanah tawar
melewati daerah : selatan Pekayon- selatan Bandara Soekarno Hatta- selatan
Cengkareng Pedongkelan – Gambir – Kelapagading- Bojongkaratan. Jarak garis
batas ini, dari garis pantai, adalah :
•
Daerah antara Pekayon – Bandara Soekarno Hatta antara 5,0 – 13 km
•
Cengkareng Pedongkelan - Grogol- Kelapagading antara 8,0 – 10 km
•
Di bagian timur di sekitar Bojongkaratan antara 3,0 – 6,0 km.
Selama dua tahun terakhir, yakni antara 1991 hingga 1993 garis batas ini
menunjukkan pergeseran ke arah darat. Dibandingkan dengan hasil survei pada
Juni-Agustus 1993, pergeseran yang mencolok terjadi dibagian barat dataran
pantai, yaitu antara daerah Pekayon sampai Cengkareng (Bandara Soekarno
Hatta). Namun hal ini disebabkan perluasan daerah studi pada periode 1993
dan penambahan perolehan data. Adapun pergeseran batas zona yang
disebabkan oleh perubahan salinitas air bawah tanah adalah :
•
Daerah antara Cengkareng Pedongkelan dan grogol terjadi pergeseran ke
arah darat antara 0,25 – 1,5 km.
•
Daerah antara Kelapagading – Bojongkaratan bergeser 0,75 – 6,0 km ke
arah darat
•
Zona Air bawah tanah Payau/Asin pada Sistem Akuifer tertekan bawah (>140 m)
Sebaran zona ini hanya terbatas di dataran pantai antara Kapuk, Jakarta Kota,
dan Cilincing. Sebaran di bagian barat, yakni antara Kapuk dan Jakarta Kota
relatif lebih luas dibandingkan di bagian timur. Jarak batas zona air bawah tanah
payau/asin dengan air bawah tanah tawar, didaerah Kapuk – Jakarta Kota
mencapai 5,75 km, sementara didaerah Walang- Cilincing sekitar 2,5 km.
Pergeseran batas zona air bawah tanah payau/asin ke arah darat di dataran
antara Kapuk dan Jakarta Kota, pada periode antara 1991-1993 mencapai
sekitar 0,50 km. Namun antara periode 1992-1993, sebarannya cukup meluas
mulai dari Tamansari sampai daerah Cilincing.
DR. Heru Hendrayana- GED - UGM
14
V.2 Cekungan Semarang
Daerah Semarang bagian utara penyusupan air asin semakin meningkat sejak
beberapa tahun terakhir, terutama pada daerah pemukiman pusat perkotaan, dan di
beberpa wilayah industri di bagian utara, miksalnya daerah sekitar Muara Kali Garang,
Tanah Mas, Pengapon, Simpang Lima. Data penyusupan air asin tersebut diatas adalah
berdasarkan hasil pemantauan dari beberapa sumur gali penduduk yang tersebar,
maupun dari kualitas sumur bor di beberapa tempat. Didaerah Semarang penyusupan
air asin ini diperkirakan sudah mencapai sejauh 2 km ke arah selatan garis pantai.
Daerah Kendal penyusupan air asin, dideteksi di utara Kaliwungu, Murorejo,
Kumpulrejo sampai sekitar Sukolilan. Sumurbor yang dikelola oleh PDAM Kendal yakni di
Kamp. Pegandon air bawah tanahnya sudah dipengaruhi oleh penyusupan air asin,
yang diperkirakan berasal dari aliran air sungai K. Bodri, akibat kurang sempurnanya
sistem konstruksi sumurbor. Nilai (DHL) air sumurbor tersebut melebihi 2000 umhos/cm,
dengan jarak lokasi sumurbor dari garis pantai kurang lebih 5 km.
VI. PENUTUP
Dengan meningkatnya permasalahan air bawah tanah di Indonesia yang
semakin komplek, khususnya mulai terjadinya intrusi air asin ke daerah pantai, yaitu
seperti yang terjadi di kota-kota besar sudah selayaknya dilakukan usaha-usaha
pengendalian dan pengawasan terhadap kelestarian lingkungan berupa program
penyelamatan yang mendesak yaitu :
1. Mengurangi pemompaan air bawah tanah di daerah-daerah tertentu misalnya
daerah pantai.
2. Memperketat pemberian izin pembuatan sumur bor.
3. Meningkatkan pengawasan terhadap pelaksanaan pembuatan sumur bor.
4. Menambah cadangan air bawah tanah dengan pengisian buatan ("artificial
recharge").
5. Membuat sumur bor pantau di tempat-tempat tertentu yang dilengkapi
dengan pencatat muka air bawah tanah ("water level recorder").
DR. Heru Hendrayana- GED - UGM
15