Geolistrik Air Tanah

Penggunaan Metode Geolistrik Untuk Mendeteksi Keberadaan Air Tanah Eva Rolia Dosen Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Metro [email protected] ABSTRAK

Geolistrik merupakan salah satu metoda geofisika yang mempelajari sifat aliran listrik di dalam bumi dan bagaimana cara mendeteksinya di dalam bumi dan bagaiman cara mendeteksinya di permukaan bumi. Dalam hal ini meliputi pengukuran pengukuran potensial, arus dan medan elektromagnetik yang terjadi baik secara alamiah ataupun akibat injeksi arus ke dalam bumi. Ada beberapa macam metoda geolistrik, antara lain : metoda potensial diri, arus telluric, magnetotelluric, IP (Induced Polarization), Polarization) , resistivitas (tahanan jenis) dan lainlain. Metoda ini lebih efektif jika digunakan untuk eksplorasi yang sifatnya dangkal, jarang memberikan informasi lapisan lapisa n di kedalaman lebih dari dar i 1000 feet at au 1500 feet. Oleh karena itu metoda ini jarang digunakan untuk eksplorasi minyak tetapi lebih banyak digunakan dalam bidang engineering geology seperti penentuan kedalaman batuan dasar, pencarian reservoar air, juga digunakan dalam eksplorasi geothermal. Berdasarkan letak (konfigurasi) elektroda-elektroda potensial dan elektroda-elektroda arus, dikenal beberapa jenis metoda resistivitas tahanan jenis, antara lain metoda meto da Schlumberger, metoda Wenner, dan metoda Dipole Sounding. Sounding.

I.

PENDAHULUAN

Pemanfaatan air tanah sebagai sumber pasokan air bersih untuk berbagai keperluan di daerah lepasan air tanah (discharge ( discharge area) area) memperlihatkan kecenderungan yang terus meningkat, sementara itu pemanfaatan lahan di daerah resapan air tanah (recharge (recharge area) area) juga mengalami perubahan seiring dengan kemajuan pembangunan. Beberapa akibat yang ditimbulkan adanya pemompaan yang berlebihan antara lain terjadinya penurunan muka air tanah, berkurangnya cadangan air tanah, perubahan arah aliran air tanah, penurunan daya dukung tanah, kekeringan pada sumur-sumur penduduk disekitar pemompaan, intrusi air laut ke arah daratan dan lain-lain (Hendrayana, 1994). Penyelidikan air tanah dilakukan untuk memperkirakan tempat terjadinya air tanah, kedalaman antara muka pembentukan (kerikil, pasir, dan lain-lain), serta ciri-ciri fisik air tanah (suhu, kerapatan, dll). dll).

Penyelidikan air tanah dapat

dilakukan dari permukaan tanah maupun dari bawah permukaan tanah (Ersin

TAPAK

Vol. 1 No. 1 Nopember 2011

Seyhan, 1990).

Penyelidikan air tanah yang biasa dilakukan dari permukaan

tanah adalah dengan menggunakan metode Geolistrik. II.

ISI

2.1

Persamaan Dasar Aliran Air Tanah

Aliran air tanah secara alami dapat berlangsung dalam zona jenuh (saturated zone) maupun dalam zona tidak jenuh ( unsaturaed zone). Proses pengaliran pada zona tidak jenuh dapat berlangsung akibat perbedaan tekanan, perbedaan kadar lengas tanah, tekanan kapiler maupun akibat pengisapan oleh akar tumbuhan ( root water uptake). Persamaan dasar aliran air tanah diturunkan dari hukum kekekalan massa dan hubungan konstitutif gerakan air tanah yang dikenal sebagai hukum Darcy.

Untuk sistem tersebut, hukum kekekalan massa menyatakan bahwa

jumlah aliran masuk dikurangi dengan jumlah aliran keluar sama dengan laju bersih perubahan massa di dalam control volume tersebut. Secara matematis hubungan tersebut dinyatakan dengan persamaan : ∂ ( ρVw ) I – O =

∂t dimana I

= jumlah massa aliran masuk

O

= jumlah massa aliran keluar

Ρ

= rapat massa air tanah

Vw

= volume air tanah di dalam control volume

TAPAK


Tinjauan sebuah control volume dalam medan aliran air tanah berbentuk parrallelepiped dengan sisi-sisi yang berukuran Δx, Δy dan Δz ( Gambar 1).

z ρvz + ∂ (ρvz ) ∂Z

ρvy

∆z ∆y

ρvx

ρvy + ∂ (ρvy) ∂y y

∆x ρvx + ∂ (ρvx) ∂x x

control volume ρvz

Gambar 1. Kontrol Volume Untuk Aliran Air tanah

Menurut hukum Darcy kecepatan aliran dapat dinyatakan dengan persamaan : ∂h V

= -K

∂s Dimana v adalah kecepatan aliran, h adalah tinggi hidrolik, s adalah jarak dan K adalah konduktivitas hidrolik (hydraulic conductivity) yang tergantung pada sifat butiran dan cairan. kρg K

= μ

K adalah permeabilitas hakiki (intrinsic permeability) dari media porous dan μ adalah kekentalan cairan. Untuk aliran tiga dimensi, komponen kecepatan aliran dalam arah x, y dan z masing-masing dinyatakan dengan persamaan : ∂h Vx

= - Kx ∂x ∂h

Vy

= - Ky ∂y

TAPAK


∂h Vz

= - Kz ∂z

2.2

Sifat Listrik Pada Batuan

Aliran arus listrik di dalam batuan/mineral dapat digolongkan menjadi tiga macam, yaitu konduksi secara elektronik, konduksi secara elektrolitik, dan konduksi secara dielektrik. Konduksi secara elektronik terjadi jika batuan/mineral mempunyai banyak elektron bebas sehingga arus listrik dialirkan dalam batuan/mineral tersebut oleh elektron-elektron bebas itu. Konduksi elektrolitik terjadi jika batuan/mineral bersifat porus dan pori-pori tersebut terisi oleh cairancairan elektrolitik. Pada konduksi ini arus listrik dibawa oleh ion-ion elektrolit. Sedangkan konduksi dielektrik terjadi jika batuan/mineral bersifat dielektrik terhadap aliran arus listrik yaitu terjadi polarisasi saat bahan dialiri listrik. Berdasarkan harga resistivitas listriknya, batuan/mineral digolongkan menjadi tiga yaitu: -8

1.

Konduktor baik

: 10 < ρ < 1

Ωm

2.

Konduktor pertengahan

:

1 < ρ < 107 Ωm

3.

Isolator

:

ρ > 107 Ωm

2.3

Pendugaan Geolistrik

Geolistrik merupakan salah satu metode geofisika yang mempelajari sifat aliran listrik di dalam bumi dan untuk mengetahui perubahan tahanan jenis lapisan batuan di bawah permukaan tanah dengan cara mengalirkan arus listrik DC (direct current ) yang mempunyai tegangan tinggi ke dalam tanah. Metode ini lebih efektif jika digunakan untuk eksplorasi yang sifatnya dangkal, contohnya penentuan kedalaman batuan dasar, pencarian reservoir air, dan juga digunakan dalam eksplorasi geothermal. Berdasarkan letak (konfigurasi) elektroda-elektroda potensial dan elektrodaelektroda arus, dikenal beberapa jenis metode resistivitas tahanan jenis, antara lain:

TAPAK


1.

Metode Schlumberger

2.

Metode Wenner

3.

Metode Dipole Sounding Tabel 1. Konstanta Schlumberger

Elektroda Besi (1/2 L) 0,5 m 6,25 1,5 m 11,8 2,0 m 18,8 2,5 m 49,5 4,0 m 77,70 5,0 m 112,3 6,0 m 200,3 8,0 m 313,3 10 m 451,8 12 m 706,1 15 m 1260 20 m 1960 25 m 2830 30 m 5020 40 m 7850 50 m 11300 60 m 17800 75 m 31420 100 m 125 m 150 m 175 m 200 m 250 m 300 m 350 m 400 m 450 m 500 m 550 m 600 m 650 m 700 m 800 m 900 m 1000 m Sumber: Todd, 1980

TAPAK

Jarak Elektroda Tembaga (1/2 a) 2,5 m

11,80 18,70 38,30 58,90 86,50 137 247 389 562 1001 1567 2258 3330 6279 9814 14130

5m

23,50 37,40 62,80 117,8 188,5 274,9 494,8 777,5 1123 1759 3144 4901 7060 9819 12560

10 m

47,10 82,30 126 236 376 550 867,9 1555 2438 3518 4800 6267 9800 14121


25 m

50 m

75 m

100 m

200 m

118 187 314 586 235 920 412 1370 628 524 1890 878 720 471 2480 1180 1191 825 3900 1880 1767 257 5610 2760 2448 1780 7640 3800 3233 2360 10000 4970 4123 3050 12700 6230 5118 3760 15300 7810 6218 4560 19000 9100 7422 5500 22000 11300 8731 6500 26000 15400 10140 7500 30800 20000 13290 9890 25400 16850 12560 31300 20830 15540

1649 2062 2510 3000 3530 4700 6040 7540

Injeksi arus listrik ini mengunakan 2 elektroda arus A dan B yang ditancapkan ke dalam tanah dengan jarak tertentu. Semakin panjang jarak elektroda AB akan menyebabkan aliran arus listrik bisa menembus lapisan batuan lebih dalam. Dengan adanya aliran arus listrik tersebut maka akan menimbulkan tegangan listrik di dalam tanah. Tegangan listrik yang terjadi di permukaan tanah diukur dengan menggunakan multi meter yang terhubung melalui 2 “buah elektroda tegangan”M dan N yang jaraknya lebih pendek dari pada jarak elektroda AB. Bila posisi jarak elektroda AB diubah menjadi lebih besar maka tegangan listrik yang terjadi pada elektroda AB diubah menjadi lebih besar maka tegangan listrik yang terjadi pada elektroda MN ikut berubah sesuai dengan informasi jenis batuan yang ikut terinjeksi arus lisrik pada pada kedalaman yang lebih besar. Dengan asumsi bahwa kedalaman lapisan batuan yang bisa di tembus oleh arus lisrik ini sama dengan separuh dari jarak AB yang bisa disebut AB/2 (Todd, 1980).

Gambar 2.

Siklus Elektrik Determinasi Resistivitas dan Lapangan Elektrik Untuk Stratum Homogenous Permukaan bawah tanah (Todd,D.K,1980)

Potensial pada dua elektroda arus permukaan terjadi apabila terdapat dua elektroda arus yang dibuat dengan jarak tertentu seperti pada gambar potensial pada titik-titik dekat permukaan akan dipengaruhi oleh kedua elektroda arus tersebut.

TAPAK


Gambar 3.

Dua Pasang Elektroda Arus dan Potensial Pada Permukaan Medium Homogen Isotropis Dengan Tahanan Jenis

Potensial pada titik P1 akibat elektroda arus C1 adalah (Sosrodarsono, 2006)

Karena arus pada kedua elektroda sama dan berlawanan arah,maka potensial pada titik P2 akibat elektroda arus C2 dapat ditulis,

sehingga potensial pada titik P1 akibat elektroda arus C1 dan C2 adalah,

Dengan cara yang sama,potensial yang sama pada P2 ak ibat elektroda arus C1 dan C2 adalah,

Akhirnya antara potensial P1 dan P2 dapat ditulis sebagai,

Tujuan survey geolistrik tahanan jenis adalah untuk mengetahui resistivitas bawah permukaan bumi dengan melakukan pengukuran di per mukaan bumi. Resistivitas bumi berhubungan dengan mineral, kandungan fluida dan derajat saturasi air dalam batuan. Metode yang bisa digunakan pada pengukuran resistivitas secara

TAPAK


umum yaitu dengan menggunakan dua elektroda arus (C1 dan C2),dan pengukuran beda potensial dengan menggunakan dua elektroda tegangan (P1 dan P2), dari besarnya arus dan beda potensial yang terukur maka nilai resistivitas dapat dihitung menggunakan persamaan:

Dengan k adalah faktor geometri yang tergantung penempatan elektroda permukaan. Tabel 2. Variasi Harga Tahanan Jenis Dari Beberapa Jenis Batuan Sedimen

Jenis Batuan

Nilai Tahanan Jenis (Ωm)

Lempung

3-30

Lempung Berdebu

5 – 40

Pasir Berlempung

5 – 50

Lempung Berpasir

30 - 100

Lempung Shale

50 – 200

Pasir, Gravel

10 – 5.10

Gips, Batu Gamping

10 – 5.10

Batuan Kristalin

2.10 – 10

Batu Bergaram, Anhydrate

2.10 <

(Dohr, 1975, Rolia Eva, 2002)

Faktor-faktor yang mempengaruhi besarnya harga tahanan jenis adalah: 1.

Jenis Material Besarnya tahanan jenis tergantung pada daya hantar listrik setiap material. Semakin mudah material menghantarkan arus listrik, maka tahanan jenisnya semakin kecil.

2.

Kandungan Air Dalam Batuan Semakin banyak kandungan air dalam batuan, maka tahanan jenisnya semakin kecil, karena air merupakan media penghantar arus listrik.

TAPAK


3.

Porositas Batuan Semakin besar porositas batuan, berarti semakin banyak pori-pori dalam batuan, maka semakin kecil tahanan jenisnya karena semakin banyak air yang terkandung di dalamnya.

4.

Sifat Kimiawi Air asin lebih mudah menghantarkan listrik daripada air t awar, sehingga tahanan jenisnya semakin kecil. Hal ini disebabkan karena terdapatnya ionion (Na+ dan Cl-) yang mampu menghantarkan arus listrik.

Berikut adalah foto seperangkat alat geolistrik:

Accu 12 Volt

Kabel dan Elektroda

Perlengkapan Geolistrik

GPS

TAPAK


Geolistrik

Bentangan Geolistrik

III.

KESIMPULAN

1.

Geolistrik merupakan metode geofisika yang cukup efektif untuk digunakan dalam mendeteksi keberadaan air tanah dengan memanfaatkan sufat batuan yang mampu mengalirkan arus listrik.

2.

Geolistrik merupakan alat alternatif yang dapat digunakan dalam kegiatan teknik sipil untuk mengetahui lapisan tanah di dalam bumi, selain dengan menggunakan metode hand bor, sondir, dan metode lain dalam ilmu teknik sipil.

3.

Geolistrik memiliki cara kerja yang efisien karena mudah dioperasikan, mudah dibawa, murah, dan akurasi data yang dapat diandalkan.

DAFTAR PUSTAKA

Aryanto. 2010. Geolistrik . http://aryanto.blog.uns.ac.id. Harto, Sri. 1993. Analisis Hidrologi. Gramedia Pustaka Utama. Jakarta. 303 hlm. Kodoatie, R. 2010. Tata Ruang Air . Andi Ofset. Yogyakarta. 538 hlm. Hendayana, Heru. 1994. Metode Resistivity Untuk Eksplorasi Air Tanah. Jurusan Teknik Geologi. Fakultas Teknik. Universitas Gadjah Mada. Yogyakarta.

TAPAK


Seyhan, Ersin. 1990. Dasar-Dasar Hidrologi. Gadjah Mada University Press. Yogyakarta. 380 hlm. Simoen, Sunarso. 1980. Diktat Kuliah Geohidrologi. Jurusan Teknik Geologi. Fakultas Teknik. Universitas Gadjah Mada. Yogyakarta. Simoen, Sunarso. 2000. Geolistrik Suatu Teknik Geofisika Untuk Penyelidikan Bawah Permukaan. Universitas Gadjah Mada. Yogyakarta. Sosrodarsono, Suyono. 2006. Hidrologi Untuk Pengairan. Pradnya Paramita. Jakarta. Rolia, Eva. 2002. Studi Air Tanah Di Daerah Pesisir Teluk Lampung Dengan Metode Geolistrik . Skripsi. Universitas Lampung. Bandar Lampung. Tood, David Keith. 1980. Groundwater Hidrology. California. 535 hlm. Triatmadja, Radianta. 2009. Model Matematik Teknik Pantai Menggunakan Diferensi Hingga dan Metode Karakteristik . Beta Offset. Yogyakarta. Triatmodjo, Bambang. 2006. Hidrologi Terapan. Beta Offset. Yogyakarta. Undang-Undang Pengelolaan Sumber Daya Air. 2008. Fokusmedia. Bandung.

TAPAK


Geolistrik Air Tanah

Recommend Documents