ESTIMATION OF AQUITARD`S VERTICAL HYDRAULIC

ESTIMATION OF AQUITARD’S VERTICAL HYDRAULIC
CONDUCTIVITY BASED ON SUBSURFACE TEMPERATURE
DATA IN MAJALAYA AREA
(Case Study : Majalaya Observation Well)
ESTIMASI KONDUKTIVITAS HIDROLIK VERTIKAL
AKUITAR BERDASARKAN DATA SUHU BAWAH
PERMUKAAN DI DAERAH MAJALAYA
( Studi Kasus: Sumur Pantau Majalaya)
Firman Maliki Abdullah
Balai Konservasi Air Tanah / Badan Geologi
ABSTRACT
Determination of hydraulic conductivity of an aquifer is well known among hydrogeologists. One can
conduct pumping test to know parameters of an aquifer. But on the other hand someone may wondering
how to know (vertical) hydraulic conductivity of an aquitard. One may not make a construction of well
to get data of aquitard’s parameter. Technically possible but the cost is too expensive. There is a
simple method that anyone can know the hydraulic conductivity of aquitard based on subsurface
temperature data. .The use of subsurface temperature data can make an estimation of the hydraulic
conductivity of an aquitard. Another data needed is log lithology of a borehole where the measurement
of subsurface temperature conducted. According to the heat transfer equation, one can make a simple
calculation to get hydraulic conductivity based on geology data, hydrogeology and physical (heat
transfer) assumptions. The research took place in Majalaya, South Bandung Area, where is geologically
consist of volcanic rock and lake deposits. The subsurface temperature data collected from observation
well owned by Geology Agency which has depth of about 116 m.
Keywords: subsurface temperature, aquitard, vertical hydraulic conductivity
ABSTRAK
Penentuan konduktivitas hidrolik dari suatu akuifer sudah dikenal di kalangan ahli hidrogeologi.
Seseorang dapat melakukan uji pemompaan untuk mengetahui parameter akuifer. Tapi di sisi orang
lain mungkin bertanya-tanya bagaimana untuk mengetahui konduktivitas hidrolik vertikal dari akuitar.
Tidak membuat membuat sumur dalam suatu akuitar untuk mendapatkan data hidrolik akuitar tersebut..
Secara teknis mungkin tetapi biayanya terlalu mahal. Ada metode sederhana yang siapa pun dapat
mengetahui konduktivitas hidrolik akuitar, berdasarkan data suhu bawah permukaan. . Penggunaan
data suhu bawah permukaan dapat membuat estimasi konduktivitas hidrolik dari akuitar. Data lain
yang dibutuhkan adalah log litologi dari lubang bor dimana pengukuran suhu bawah permukaan
dilakukan. Menurut persamaan perpindahan panas, dapat dibuat perhitungan sederhana untuk
mendapatkan konduktivitas hidrolik didasarkan pada data geologi beserta asumsi hidrogeologi, dan
fisika (perpindahan panas). Penelitian ini berlangsung di Majalaya, Bandung Selatan, di mana secara
geologi terdiri dari batuan vulkanis dan endapan danau. Data suhu bawah permukaan dikumpulkan dari
sumur pantau milik Badan Geologi yang mempunyai kedalaman sekitar 116 m.
1
PENDAHULUAN
menghitung
Konduktivitas hidrolik (K) adalah salah satu dari
berdasarkan data temperatur sedangkan bila data
parameter hidrolik suatu akuifer maupun- akuitar
head
yang panting bagi para ahli hidrogeologi ketika
konduktivitas hidrolik secara vertikal.
melakukan studi keairtanahan. Selain storativity
Adapun maksud dan tujuan dari penelitian ini
(koefisien simpanan), konduktivitas hidrolik
adalah untuk memperkirakan nilai konduktivitas
adalah
parameter
hidrolik lapisan akuitar berdasarkan data suhu
melalui
uji
konduktivitas
yang
biasanya
pemompaan.
hidrolik
diketahui
Besarnya
beserta
nilai
tersedia
kecepatan
maka
aliran
dapat
air
dihitung
tanah
pula
bawah permukaan beserta data geologi (log bor).
koefisien
simpanan dan ketebalan akuifer menggambarkan
potensi air tanah dalam suatu cekungan air tanah.
Namun bagaimana bila ingin mengetahui nilai
konduktivitas hidrolik suatu akuitar (non akuifer)
? Apakah kita dapatkan juga dari hasil uji
LOKASI PENELITIAN
Lokasi penelitian terletak di sebelah selatan
Kota Bandung yang dapat ditempuh dengan
kendaraan bermotor sekitar dua jam dari Kota
Bandung melalui jalan raya Bandung -Majalaya.
pemompaan sumur?
melalui kalan terusan buah batu, Dayeuh Kolot,
Terdapat suatu metode –meskipun bukan metode
Bale Endah, Ciparay hingga Majalaya (Gambar
baru-
1).
yang
dapat
memperkirakan
nilai
konduktivitas hidrolik berdasarkan data suhu
bawah permukaan. -Para ahli bumi telah lama
menyadari bahwa pergerakan air tanah dapat
mempengaruhi fluks panas di dalam bumi.
sehingga dapat menyebabkan variasi gradien
suhu di dalam bumi.
Karena kerapatan fluks
panas alami bumi biasanya kecil, pergerakan air
tanah dapat mempengaruhi gradien geotermal.
Stallman
(1960,
dalam
Bredehoeft
dan
Papadopulos, 1965) memperkenalkan rumus
untuk aliran air tanah dan panas berdasarkan
pengukuran temperatur air tanah secara vertikal
yang
dapat
digunakan
untuk
menghitung
kecepatan air tanah. Bredehoeft dan Papadopulos
(1965)
menggunakan
rumus
dari
Stallman
tersebut untuk satu dimensi, arah vertikal, serta
dalam kondisi tunak. Aliran statis dari air tanah
dan panas yang dihasilkan dapat digunakan untuk
Gambar 1 Lokasi Penelitian
Secara fisiografi lokasi penelitian termasuk
o
ke dalam Zona Gunung Api Kuarter yang
Cibeureum dan Formasi Cikapundung yakni :
Batuan Vulkanik Kuarter selain Formasi
dibatasi oleh Zona Bogor, Zona Depresi

Tengah Jawa Barat dan Zona Pegunungan
Mandalawangi – Mandalagiri
Selatan Jawa Barat. Secara umum zona ini
Tuf kaca mengandung batu apung dan
terdiri dari gunung api muda dan endapan
lava
vulkanik yang berumur Kuarter. Hutasoit
hingga basalan,
(2009) mengkompilasikan hasil para peneliti
sebelumnya tersebut menjadi Peta Geologi
daerah Bandung dan sekitarnya dimana
tercakup lokasi penelitian di dalamnya, yakni
:
Formasi
Kosambi
(Endapan
Danau).

Batuan
Gunung
bersusunan
andesit
Api
piroksen
Satuan Gunung Api Malabar –
Tilu
Satuan ini berumur Pleistosen Atas
dan terdiri dari tufa sela, breksi lahar,
dan aliran lava.
Tufa sela yang
Satuan ini berumur Holosen dengan litologi
bersusunan
yang dicirikan oleh lempung, pasir halus
sedikit batu apung. Tufa ini tersebar
hingga kasar dan kerikil, umumnya bersifat
ke utara dan baratlaut G. Tilu setempat
tufan.
membentuk
agak padu dan membentuk breksi.
lapisan mendatar dengan sisipan breksi,
Breksi lahar mengandung sedikit batu
mengandung sisa-sisa tumbuhan, moluska air
apung.
tawar
ini
andesit piroksen, andesit hornblenda,
membentuk dataran tinggi Bandung dan
setempat basalt, berupa aliran dan
tebalnya lebih dari 100 m (Silitonga, 1973).
kerucut parasit. Satuan ini bersumber
Satuan ini mempunyai hubungan yang
dari G. Malabar I, G. Malabar II, dan
selaras dengan satuan di bawahnya (Formasi
G. Tilu,
Cibeureum). Hartono dan Koesoemadinata

(1981) menyebut satuan ini dengan nama
Tua
Formasi
Satuan ini berumur Pleistosen Bawah
Setempat
dan
batuannya
vertebrata.
Kosambi
Endapan
menggantikan
istilah
andesit
mengandung
Lava umumnya bersusunan
Andesit Waringin Bedil, Malabar
Endapan Danau yang diperkenalkan oleh
dengan
Silitonga (1973).
perselingan lava, breksi, dan tufa,
o
bersusunan
Formasi Cibeureum
litologi
dicirikan
andesit
piroksen
oleh
dan
Satuan ini berumur Pleistosen Atas dengan
andesit hornblenda. Lava bersusunan
litologi dicirikan oleh perulangan breksi dan
andesit
tuf, fragmen skorian andesit basal dan batu
berkekar
apung.
Breksi lahar dan tufa mengandung
meter,
Tebal satuan ini diperkirakan 180
piroksen
lempeng
dan
dan
hornblenda,
meniang.
batu apung yang berukuran lapili.
3
Gambar II.3 Peta geologi regional daerah penelitian (Hutasoit,2009)
Gambar II.3 Peta geologi regional daerah penelitian (Hutasoit,2009)
Gambar 2 Peta Geologi Lokasi Penelitian
= specific heat solid –fluid
METODE
C
Seperti telah diulas sebelumnya jumlah fluks
complex
panas alami dari bumi biasanya kecil,
ρ
= densitas solid-fluid complex
perubahan gradien suhu di dalam bumi bisa
k
= konduktivitas termal solid-
dipengaruhi oleh pergerakan air tanah.
fluid complex
Stallman (1960, dalam Bredehoeft dan
vx , vy , vz
Papadopulos, 1965) mengungkapkan bahwa
pada arah x, y, z
pengukuran temperatur dapat digunakan
x, y, z
= koordinat kartesian
dalam mengukur laju pergerakan air tanah.
t
= waktu
= komponen kecepatan fluida
Laju dari panas dan fluida dianggap hanya
Terdapat sebuah solusi dari persamaan
pada satu dimensi (arah vertikal) dan tunak.
umum Stallman untuk kasus pergerakan
Pada kondisi tersebut persamaannya menjadi
vertikal air tanah dan panas pada kondisi
:
tunak. Solusi ini akan menarik bagi ahli
hidrogeologi,
karena
solusi
ini
..................................
dapat
menghasilkan perhitungan laju pergerakan
vertikal air tanah. Persamaan differensial
umum untuk laju panas dan fluida secara
simultan pada kondisi tidak tunak yang
bergerak melalui media isotrop, homogen
dan porous yang jenuh adalah (Stallman,
(Persamaan 2)
(Katili dan Sudrajat,
Diasumsikan air tanah 1984).
mengalir
vertikal pada
kondisi tunak, melalui akifer semi tertekan
dimana suhu sepanjang sisi vertikal telah
diukur pada tiga titik atau lebih (Gambar.3).
1960, dalam Bredehoeft dan Papadopulos,
1965 ) :
(Persamaan 1)
dimana :
T
waktu t
(Katili dan Sudrajat,
1984).
....................................................
= suhu disetiap titik pada
(Persamaan III.2)
Co
= specific
fluida
(Katiliheat
dan Sudrajat,
ρo
1984).fluida
= densitas
Gambar 3 Sketsa tipikal akifer bocor
(Bredehoeft dan Papadopulos,1965)
(Katili dan Sudrajat, 1984).
5
Kondisi batas untuk Persamaan 2 di atas
untuk kisaran praktis. Perhitungan dibuat
oleh Komputer USGS Burroughs 220.
kondisi batas 1
Untuk memperkirakan kecepatan air tanah
melalui lapisan semiconfined dari data suhu,
bawah
kondisi batas 2
permukaan
dapat
menggunakan
prosedur type curve. Type curve terdiri dari
plot aritmetik f(β, z/L) terhadap z/L untuk
dimana :
Tz
= suhu di setiap kedalaman z
T0
= suhu di posisi paling atas
TL
= suhu di posisi paling bawah
L
= jarak vertikal antara T0
nilai β yang berbeda, seperti terlihat pada
Gambar 4 di bawah, yang diplot dari Tabel 1.
dengan TL
koordinat z dan kecepatan air tanah adalah
positif ke bawah dari posisi To. Setelah
mengintegrasikan
persamaan
2
dan
menerapkan kondisi batas 1 dan 2, pada
batas integralnya, solusinya menjadi :
z
(Tz – To)/(TL – To) = f (  , )
L
dimana :
................................................
exp  .z / L   1
z
f ( , ) 
L
exp(  )  1
......
......
β = coρovzL/k = parameter tanpa
...... dimensi
(positif dan negatif tergantung dari
......arah Vz),
...... number.
atau biasa disebut dengan peclet
......
...... f (  , z )
Tabel 1 memberikan nilai fungsi
L
......
......
....
6
Gambar 4 Type curve dari fungsi f(β, z/L)
Tabel 1 Tabel nilai dari fungsi f(β, z/L)
(Bredehoeft dan Papadopulos, 1965)
HASIL DAN PEMBAHASAN
Kecepatan air tanah dapat
persamaan berikut :
vz = k β / Co ρo L
dihitung dari
(Katili dan Sudrajat, 1984).
(Persamaan 5)
Kurva tipe mengindikasikan bahwa dalam
kondisi tunak dan isotropis, tanpa aliran air
tanah (artinya β =0), gradien termal mempunyai
hubungan linier dengan kedalaman.yang
tercermin dari persamaan garis lurus tanpa
gradien, suhu terhadap gradien termal
(Abdullah, 2010). Namun dengan adanya aliran
air tanah akan membuat kurva profil suhu
terhadap kedalaman maupun kurva tipe akan
berbentuk cekung atau cembung tergantung arah
aliran air tanah.
Pada pengukuran yang dilakukan oleh Delinom
(2006) pada sumur pantau di Majalaya didapat
kurva profil suhu terhadap kedalaman (Gambar
4).. Adapun data log bor sumur tersebut dapat
dilihat pada Gambar 5 (Azwar & Machpudin,
1980).
Gambar 5 Kurva profil suhu terhadap
kedalaman di sumur pantau majalaya
(Katili dan Sudrajat, 1984).
7
Setelah semua data yang dibutuhkan sudah
didapat,
dapat
dihitung
terlebih
dahulu
kecepatan vertikal air tanah menggunakan
Persamaan 5 di atas :
dengan nilai specific heat fluida (Co) 1
cal/gram.C,
densitas fluida (ρo) 1 gram / cm3,
nilai konduktivitas termal solid-fluid complex
(k) lempung jenuh air
2 x 10-3
kalori/cm.detik.C,
panjang L sebesar (111 m - 87 m) = 24 m
(2400cm)
Setelah mencocokkan (curve matching) kurva
profil suhu terhadap kedalaman dengan kurva
tipe didapat nilai β = -3 maka, Vz =
(-3 x 2 x 10-3 kalori/cm.detik.C) /
1 cal/gram.C x 1 gr /cm3 x 2,4x 103 cm
= 2,5 x 10-6 cm / detik
Berdasarkan Hukum Darcy :
Vz = Kz (dh/dl)
Kz = Vz / (dh/dl)
Nilai gradien hidrolik (dh/dl) diasumsikan 1/100
sehingga
Kz = (2,5 x 10-6 cm / detik) / (1/100)
Kz = 2,5 x 10-4 cm / detik
Gambar 6 Data log bor sumur pantau
majalaya (Azwar, dan Machpudin, 1980)
KESIMPULAN
Dari penelitian tersebut dapat disimpulkan
bahwa data suhu bawah permukaan beserta data
Pada perhitungan kali ini akan dipakai data
geologi (log bor) dapat digunakan untuk
pengukuran suhu pada tahun 2006.
mengestimasikan harga konduktivitas hidrolik
(Katili dan Sudrajat, 1984).
Dapat dilihat dari log bor di atas keberadaan
lapisan lempung (akuitar) yang cukup tebal
mulai kedalaman 87 m hingga 111 m.
8
vertikal(Kz) suatu akuitar. Dalam kasus ini
dihasilkan harga konduktivitas hidrolik vertikal
lapisan
lempung
Formasi
Kosambi
yang
bertindak sebagai akuitar, yaitu sebesar Kz =
2,5 x 10-4 cm / detik
UCAPAN TERIMAKASIH
Silitonga, P.H. (1973) : Peta Geologi Bersistem
Jawa, Lembar Bandung, Jawa Barat, Pusat
Penelitian dan Pengembangan Geologi,
Bandung.
Penulis menyampaikan terimakasih kepada Prof.
Lambok Hutasoit, Prof. Robert Delinom, dan
Dr. Sci. Rahmat Fajar Lubis atas bantuan, saran,
dan diskusinya selama ini.
DAFTAR PUSTAKA
Abdullah, F.M. (2010) : Penentuan Lokasi
Imbuhan dan Luahan Air Tanah
Berdasarkan Suhu Bawah Permukaan di
Kawasan Bandung Selatan, Thesis, ITB
Azwar, dan Machpudin, P. (1980) : Laporan Hasil
Penampangan Sumur Bor dengan Metode
Listrik pada Beberapa Sumur Uji/Tinjau di
daerah Cekungan Bandung Bagian Timur,
Kabupaten Bandung, Jawa Barat, Laporan
DGTL
Bredehoft, J.D, dan Papadopulos, I.S. (1965) :
Rates of Vertical Groundwater Movement
Estimated from the Earth’s Thermal Profil,
Water Resources Research, Vol 1, No 2.
Delinom, R.M. (2006) : The Groundwater Flow
System of Bandung Basin, West Java,
Indonesia, Disertasi Program Doktor, Chiba
University.
Hutasoit, L.M. (2009) : Kondisi Permukaan Air
Tanah dengan dan Tanpa Peresapan
Buatan di Daerah Bandung : Hasil Simulasi
Numerik, Jurnal Geologi Indonesia, Vol. 4
No. 3, 177-188.
Koesoemadinata, R.P., dan Hartono, D. (1981):
Stratigrafi dan Sedimentasi Daerah
Bandung , Proceeding PIT X IAGI, Bandung,
318-336.
9