11

Darharta Dahrin, Sarkowi, W. G. A. Kadir S. Minardi

Penurunan Volume Airtanah Daerah Semarang berdasarkan Pemodelan 3D Gayaberat Antar Waktu

Diterima : 27 Februari 2007

Disetujui : 24 April 2007

Dipresentasikan : 23 Agt. 2007

© Geoaplika 2007

Darharta Dahrin *

KK Teknik Geofisika

FIKTM ~ ITB

Jl. Ganesha No.10 Bandung

E-mail: dahrin@gf.itb.ac.id

Sarkowi

Jurusan Fisika FMIPA

Universitas Lampung,

Jl. Prof. Soemantri Brodjonegoro

No. 1 Bandar Lampung.

E-mail: sarkov323@yahoo.com

WGA. Kadir

KK Teknik Geofisika

FIKTM — ITB

Jl. Ganesha N0. 10 Bandung

S. Minardi

P.S. Fisika Universitas Mataram,

Jl. Majapahit N0. 6 Mataram E-mail: suhayat@telkom.net

Sari - Anomali gayaberat-mikro

antar waktu akibat perubahan rapat

massa bawah permukaan, penurunan

stasion pengamatan dan perubahan

topografl pada umumnya

memberikan respon anomali yang

kecil (<l00 Gal) sehingga

dibutuhkan peralalan, perencanaan

dan prosedur survei tertentu untuk

mendapat kualitas data yang baik.

Perubahan massa air tanah di daerah

Semarang memberikan perubahan

anomali yang dapat diamati secara

antar waktu. Tujuan penelitian ini

untuk mengetahui respon dan

karakteristik anomali gayaberat-

mikro antar waktu akibat perubahan

kedalaman muka air tanah dengan

menggunakan bantuan pemodelan

3D.

Anomali gayaberat-akibat

perubahan kedalaman muka air

tanah diperoleh dari selisih

gayaberat pengukuran dari dua

periode yang berbeda yang dikoreksi

dengan anomali akibat amblesan

tanah dan curah hujan. Hasil

pengamatan menunjukkan bahwa

anomali gayaberat-mikro antar

waktu didominasi oleh anomali

negatif yang mengindikasikan

terjadinya penurunan massa air

tanah. Pada periode September 2002

sampai November 2005

menunjukkan bawah 90% daerah

penelitian mempunyai anomali

negative dengan anomali minimum

sebesar -60 uGal terletak di

Kaligawe dan Genuksari. Hasil ini

dapat ditafsirkan bahwa sebagian

besar daerah mengalami penurunan

muka air tanah dengan penurunan

muka air tanah terbesar terjadi di

Kaligawe dan Genuksari.

lnterpretasi menggunakan pemo-

delan 3D menunjukkan daerah

selatan (daerah perbukitan)

mengalami penurunan muka air

tanah < I m, daerah barat 1 — 2

meter dan daerah kota lama

Semarang penurunan muka air tanah

> 2 meter, dengan penurunan muka

air tanah terbesar terjadi di daerah

Mlatiharjo.

Abstract - The time lapse

microgravity anomaly which is

created by the change of

groundwater volume, subsidence

and topography form, are relatively

small value (<l00 Gal), therefore

special equipment, planning and

strategy surveys are required to

obtain a sufficient quality of data.

Change of groundwater volume in

Semarang alters the gravity

anomaly that can be measured in the

time period (time-lapse). The

objectives are to understand the

responses and characteristics of

time lapse microgravity anomaly

relating to existence of groundwater

level changes using 3D gravity

model.

Time lapse microgravity anomaly as

a response of groundwater level

change was derived from

subtracting the gravity measurement

on the next gravity measurement,

and it must be corrected with the

impacts of surface subsidence and

rainfall. Negative time lapse

microgravity anomaly had

dominated study area. In the

September 2002 to November 2005,

more than 90% area study had

negative anomaly where the

minimum anomaly was about -60

Gal at Kaligawe and Genuksari.

This phenomena indicates that a

large part of study area have

decreased or lowering groundwater

table, which the maximum value

occurred at Kaligawe and

Genuksari area.

Interpretation of three dimensional

(3D) model shows that groundwater

lowering in southern part of the area

(hilling area) is less than l m, in the

west area is l — 2 m and Semarang

old city is more than 2 m, while

maximum value with 5 m

groundwater lowering is found at

Mlatiharjo area.

* Alamat korespondensi

Pendahuluan

Defisit air tanah yang ditunjukkan oleh adanya

penurunan muka air tanah telah menjadi masalah

yang serius di daerah perkotaan. Penurunan muka

air tanah biasanya diikuti terjadinya amblesan

tanah dan unluk daerah yang berdekatan dengan

pantai proses amblesan ini akan menyebabkan

masuknya air laut ke dataran seperti yang terjadi

di daerah Semarang. Pengambilan air tanah yang

berlebihan akan menyebabkan penurunan muka

air tanah atau pengurangan jumlah air tanah yang

terkandung pada akifer air tanah. Berkurangnya

jumlah air tanah ini akan menyebabkan pula

turunnya rapat massa di akifer tersebut.

Metode gayaberat yang prinsip dasarnya adalah

mendeteksi perubahan rapat massa dan jarak,

dapat digunakan untuk mengamati perubahan

rapat massa pada akifer akibat perubahan

kandungan air tanah. Semakin besar kandungan

air tanah maka respon gayaberat yang teramati

akan semakin besar dan sebaliknya semakin

sedikit kandungan air tanah akan semakin kecil

pula respon gayaberat yang terukur. Metode

gayaberat-inikro untuk pemantauan dikenal

dengan metode gayaberat-mikro antar waktu

merupakan pengembangan dari metode gayaberar

dengan dimensi keempatnya adalah waktu. Ciri

dari metode gayaberat-mikro antar waktu adalah

pengukuran gayaberat- mikro secara teliti dalam

orde Gal dan pengukuran tinggi yang teliti dalam

orde mm secara berulang. Penerapan metode

gayaberat-mikro yang berhubungan dengan

hidrologi telah dimulai oleh Lambert dan

Beamoont (1977) yang mengamati adanya

perubahan gayaberat secara musiman akibat

perubahan hidrologi di Cap Pele yang mencapai

10 Gal. Goodkind (1986) menunjukkan adanya

korelasi yang baik antara perubahan harga

gayaberat dengan data curah hujan. Akasaka dan

Nakanishi (2000), melakukan pengukuran curah

hujan, perubahan muka air tanah dan gayaberat di

daerah panas bumi Oguni Jepang yang

rnendapatkan hubungan antara perubahan curah

hujan dengan perubahan kedalaman muka air

tanah di daerah tersebut. Branston dan Style

(2003), melakukan pemantauan amblesan tanah di

daerah pertambangan. Pada makalah ini akan

dibahas metode gayaberat-mikro antar waktu

untuk pemantauan dan pemodelan inversi 3D

penurunan muka air tanah di daerah Semarang

berdasarkan data anomali gayaberat-mikro antar

waktu.

Tinjauan Pustaka

Perubahan kedalaman muka air tanah pada suatu

tempat dipengaruhi oleh: musim, curah hujan,

pengambilan air tanah oleh manusia dan lain-lain.

Pemodelan untuk mengetahui perubahan muka air

tanah sangat sulit mencapai hasil yang baik karena

kondisi hidrogeologi yang kompleks, seperti :

jenis tanah, struktur tanah, porositas akuifer dan

lain-lain. Perhitungan defisit air tanah pada suatu

daerah juga sulit dilakukan Karena banyaknya

asumsi yang harus dimasukkan, sedangkan

pemantauan pada sumur bor dan sumur pantau

terhambat oleh sedikitnya jumlah sumur pantau

yang ada di daerah Semarang.

Metode gayaberat-mikro antar waktu yang

mengukur perubahan respon gayaberat akibat

perubahan denstitas bawah pcrmukaan

merupakan salah satu metode yang dapat

digunakan untuk mernantau penurunan muka air

tanah. Gayaberat yang terukur dipermukaan

merupakan gabungan dari beberapa sumber

penyebab anomali seperti penurunan tanah dan

perubahan rapat massa bawah permukaan akibat

perubahan muka air tanah. Allis dan Hunt (1986)

menyatakan bahwa respon gayaberat akibat

perubahan rnuka air tanah dapat dihitung

menggunakan pendekatan koreksi slab Bouguer

tak hingga dengan memasukkan faktor porositas

∆𝑔𝑤 = 2𝜋𝐺𝜌𝑤∅∆ℎ 1

∆𝑔𝑤 = 41,93𝜌𝑤∅∆ℎ Gal 2

Daerah penelitian meliputi daerah dataran alluvial

Semarang yang memiliki morfologi terdiri dari

bentang perbukitan di daerah Selatan dan dataran

rendah di bagian Utara. Daerah dataran

merupakan endapan alluvial delta dan pasang-

surut yang menempati hampir60% dari daerah

penelitian. Pemanfaatan air tanah melalui sumur

bor di Semarang telah dimulai sejak dilakukannya

pemboran pertama tahun 1842 di Fort Wilhelm I

(Sihwanto dan Nana, 2000). Pencatatan jumlah

sumur produksi air tanah dimulai pada tahun 1900

dengan jumlah sebanyak 16 dan laju pemompaan

sekirar 1170 m3/hari.

12

Perkembangan jumlah sumur bor resmi dan

pengambilan air tanah di daerah Semarang

ditunjukkan Gambar 1.

Pengambilan air yang terus meningkat akibat dari

kemajuan pembangunan perumahan dan industri

yang terus berkembangan pesat menyebabkan

terjadinya penurunan muka air tanah. Pemantauan

muka air tanah di daerah Semarang telah dilakukan

sejak tahun 1952 oleh DGTL Bandung (Marsudi,

2000) yang menunjukkan kecenderungan

terjadinya penurunan muka air tanah di daerah

Semarang seperti ditunjukkan pada Gambar 2.

Adanya penurunan muka air tanah dengan laju

penurunan mencapai 1,5 m/tahun memungkinkan

untuk dipantau menggunakan metode gayaberat-

mikro antar waktu.

Pengambilan Data

Gayaberat Mikro

Pengukuran gayaberat-mikro antar waktu di

daerah Semarang telah dilakukan sebanyak 7 kali

mulai tahun 2002 sampai tahun 2006. Pengukuran

gayaberat di lapangan menggunakan gravimeter

Lacoste & Romberg tipe G1158 yang dilengkapi

alliod system dengan ketelitian 5 Gal, sedangkan

untuk pengukuran pasang surut secara kontinyu di

base station digunakan gravimeter Lacoste &

Romberg tipe G508 yang dilengkapi system

umpan balik elektronik dan terhubung dengan

komputer. Pengukuran gayaberat menggunakan

metode looping dengan titik KOP A Yani yang

terletak di Taman Diponegoro digunakan sebagai

titik ikat gayaberat. Pengukuran gayaberat tiap

periode dilakukan dengan urutan pengukuran yang

tetap. Contoh gayaberat-mikro hasil pengukuran,

setelah dikoreksi pasang surut dan drift untuk

bulan September 2002 dan Nopember 2005

ditunjukkan pada Gambar 3 dan Gambar 4.

Gambar l. Perkembangan jumiah sumur bor resmi

dan pengambilan air tanah tertekan dari

sumur bor resmi di kota Semarang

(Sihwanto dan Nana, 2000)

Gambar 2. Penurunan rnuka air tanah pada sumur

pantau Karangturi, Simpanglima

Brumbungan dan Rejosari tahun I952 -

2005 {Marsudi, 2000)

13

Garnbar 3. Gayaberal observasi daerah Semarang

September 2002

Gambar 4. Gayaberat observasi daerah Semarang

November 2005

Ketinggian dan Amblesan Tanah

Pengukuran ketinggian di daerah Semarang untuk

pemantauan amblesan tanah digunakan Theodolit

type Water Pass Nak. Pengukuran dimulai dari

Kaiiwiru bergerak ke utara sampai ke arah

Pelabuhan dan Unisula. Topografi daerah

penelitian hasil pengukuran periode Agustus 2004

dan peta laju amblesan tanah daerah Semarang

tahun 2002 — 2005 ditunjukkan pada Gambar 5

dan Gambar 6.

Dari hasil pengukuran ketinggian menunjukkan

bahwa daerah Semarang bawah telahmengalami

amblesan tanah yang cukup besar. Laju amblesan

tanah di daerah Semarang dapat dikelornpokkan

menjadi 4 zona amblesan yaitu:

1. Daerah dengan laju amblesan tanah > 10 cm/th

meliputi daerah : Bandarharjo (daerah

pelabuhan), Panggung (perumahan Tanah

Mas) dan Rejomulyo (daerah Genuk dan

Kaligawe).

2. Daerah dengan laju amblesan 5 — 10 cm/th

meliputi daerah Tambakharjo dan daerah

Mlatiharjo yang memanjang dari barat ke arah

timur.

3. Daerah dengan laju amblesan 2 — 5 cm/th,

yang mencakup daerah Karangayu, Bulusari,

Simpang Lima, Karang Turi dan Lamper

Tengah.

4. Daerah yang relatif stabil dengan laju amblesan

lebih kecil dari 2 cm/th menempati daerah

dengan topografi tinggi dan perbukitan, yaitu:

Daerah Sampangan, Karang Kimpul, Gadjah

Mungkur dan daerah Jomblang

Gambar 5. Peta topografi daerah Semarang hasil

pengukuran AgustuS 2004

Gambar 6. Peta laju amblesan tanah daerah

Semarang berdasarkan data

pengukuran tahun 2003 — 2005

14

Interpretasi Model 3D Gayaberat

Anomali Gayaberat-mikro Antar Waktu

Anomali gayaberat-mikro antar waktu merupakan

selisih nilai gayaberat hasil pengukuran (gobs(2) -

gobs(1)] yang disebabkan oleh perubahan rapat

massa bawah permukaan akibat penurunan muka

air tanah dan perubahan tinggi stasiun akibat

adanya amblesan tanah seperti ditunjukkan pada

persamaan:

muka air tanah. Daerah Simpang Lima,

Bandarharjo, Rejomuiyo, Karang Turi, Lamper

Tengah memiliki anomali Iebih kecil dari -35 GaI

dengan anomali minimum sebesar -60 Gal

terletak di daerah Mlatiharjo. Dengan

menggunakan asumsi porositas 30% dan densitas

air tanah 1 g/cm3 maka dari persamaan (2) akan

dapat diperkirakan bahwa daerah tersebut telah

terjadi penurunan muka air tanah tertekan 3 - 6

meter.

(𝑔𝑜𝑏𝑠(2) − 𝑔𝑜𝑏𝑠(1)) = (𝐺∫ ∫ ∫∆𝜌(𝛼, 𝛽, 𝛾, ∆𝑡)(𝑧 − 𝛾)

[(𝑥 − 𝛼)2 + (𝑦 − 𝛽)2 + (𝑧 − 𝛾)2]3 2⁄

∞

−∞

𝑑𝛼𝑑𝛽𝑑𝛾

∞

−∞

∞

0

)− (0,308765 − 0,04193𝜌)(ℎ2 − ℎ1) 3

dengan gobs(1), G, , (, , ), (x, y, z), t, dan h

masing masing adalah gayaberat observasi

(mGal), konstanta gayaberat umurn (6,6720 x 10-3

cm3g-1det-2), kontras rapal massa (g/cm3),

koordinat rapat massa (m), koordinat stasiun (m),

selang waktu (perbedaan waktu pengukuran

tergantung pada pilihan jadwal pengukuran) dan

tinggi (m). Berdasarkan persamaan 3 diatas, maka

untuk mengetahui anomali gayaberat-mikro antar

waktu yang disebabkan oleh penurunan muka air

tanah, harus dikoreksi oleh respon anomali

gayaberat-mikro antar waktu akibat adanya

amblesan tanah. Anomali gayaberat-mikro antar

waktu akibat penurunan muka air tanah di daerah

Semarang ditunjukkan pada Gambar 7 dan

Gambar 8.

Anomali gayaberat-mikro antar waktu periode

September 2002 — Nopember 2006 menunjukkan

lebih dari 90 % daerah penelitian memiliki

anomali gayaberat-mikro antar waktu negatif,

yang menunjukkan bahwa hamper seluruh daerah

penelitian mengalami penurunan. Anomali positif

yang menempati sebelah Barat memanjang dari

selatan ke utara (Gambar 7) mengindikasikan pada

daerah tersebut merupakan daerah yang stabil dan

terjadi imbuhan air tanah atau menunjukkan aliran

air tanah yang berarah dari selatan ke utara.

Interpretasi Model 3D Anomali Gayaberat-

mikro Antar Waktu

Interpretasi 3D anomali gayaberat-mikro antar

waktu diiakukan dengan menyusun prisma

berukuran 500 m x 500 m dengan kedalaman

ditentukan berdasarkan data kedalaman muka air

tanah dari sumur pantau dan ketebalan diprediksi

dari nilai anomali gayaberat-mikro antar waktu

pada titik tersebut. Ketebalan benda tiap korak

diubah-ubah sehingga respon anomali terhitung

mendekati respon anomaly teramati.

Hasil interpretasi 3D anomali gayaberat-mikro

antar waktu periode September 2002 - Nopember

2006 menunjukkan bahwa:

Gambar 7. Anomali gayaberat-mikro antar waktu

periode September 2002 - Juni 2003

Gambar 8. Anomali gayaberat-mikro antar waktu

periode September 2002 - November

2005

15

a. Daerah bagian selatan_dan barat daerah

penelitian yang memiliki topografi tinggi

(kawasan Candi, Sampangan, dan Manyaran)

muka air tanah masih berada di atas muka air

Iaut. Sedangkan di daerah Semarang bawah

kedaraman muka air tanah sudah terletak jauh

di bawah muka laut. Kedalaman muka air tanah

minimum pada November 2005 terletak di

daerah Genuksari yang mencapai 34,5 meter

(Gambar 9).

b. Akibat pengambilan air tanah yang berlebihan

di daerah Semarang menyebabkan terjadinya

penurunan muka air tanah di daerah tersebut

(Gambar 10). Penurunan muka air tanah di

daerah penelitian bervariasi. daerah bagian

selatan (Kawasan Candi, Sampangan dan

Karangayu) selama periode ini terjadi

penurunan lebih kecil dari 1 meter. Daerah

bagian tengah daerah penelitian (Simpang

Lima, Tugu Muda, Kalibanteng) terjadi

penurunan muka air tanah antar l – 3 meter.

Daerah yang mengalami penurunan muka air

tanah > 3 meter terjadi di daerah Pelabuhan,

Pasar Johar, kota lama Semarang, Bandarharjo

dan Miatiharjo, dengan penurunan muka air

tanah maksimum 5 meter terjadi di daerah

Genuksari.

Kesimpulan

Berdasarkan hasil penelitian dan interpretasi 3D

anomali gayaberat-mikro antar waktu untuk

pemantauan penurunan muka air tanah di daerah

Semarang mendapatkan :

a. Anornali gayaberat-mikro antar waktu periode

September 2002 - Nopember 2006

menunjukkan lebih dari 90% daerah penelitian

memiliki anomali gayaberat-mikro antar waktu

negatif, yang menunjukkan bahwa hampir

seluruh daerah penelitian mengalami

penurunan muka air tanah. Daerah Simpang

Lima Bandarharjo, Rejomulyo, Karang Turi,

Lamper Tengah memiliki anomali lebih kecil

dari -35 Gal dengan anomali minimum

sebesar -60 Gal terletak di daerah Mlatiharjo.

Hal ini mengindikasikan bahwa daerah

tersebut telah terjadi penurunan muka air tanah

tertekan 3 - 6 meter.

b. Hasil interpretasi 3D anomali gayaberat-mikro

antar waktu menunjukkan bahwa penurunan

muka air tanah di daerah Semarang

mempunyai kedalaman yang bervariasi.

Daerah bagian selatan (Kawasan Candi,

Sampangan dan_Karangayu) selama periode

ini terjadi penurunan lebih kecil dari 1 meter.

Daerah bagian tengah daerah penelitian

(Simpang Lima, Tugu Muda, Kalibanteng)

terjadi penurunan muka air tanah antar 1 - 3

meter. Daerah yang mengalami penurunan

muka air tanah > 3 meter terjadi di daerah

Pelabuhan, Pasar Johar, kota lama Semarang,

Bandarharjo dan Mlatiharjo, dengan

penurunan muka air tanah maksimum 5 meter

terjadi di daerah Genuksari.

16

Garnbar 9. Model penurunan muka air tanah di

daerah Semarang lahun 2002—2005

hasil interpretasi anomali gayaberat-

mikro antar waktu

Gambar 10. Penurunan muka air sumur bor daerah

Semarang 2002 - 2005

Daftar Pustaka

Allis, R.G, T.M, Hunt, 1986.

Analisis of Exploration-

induced Gravity Changes at

Wairakel Geothermal Field.

Geophysics 51, p. I647-

1660

Allis, R.G, Gettings, P., dan

Chapman, D.S., 2000.

Precise gravimetry and

geothermal reservoir

management. Proceedings

Twenty-Fitfh Workshop on

Geothermal Reservoir

Engineering, Stanford

University. Stanford

California.

Akasaka, C and Nakanishi, S,

2000. Correction of

Background Gravity

Change due to

Precipitation: Oguni

Geothermal Field. Japan.

Proceeding World

Geothermal Congress.

Kyushu —Tohoku, Japan

Branston, M.W. dan Styles. P.,

2003. The application of

time-lapse microgravity for

the investigation and

monitoring of subsidence at

Northwich. Cheshire. The

Quarterly Journal of

Engineering Geology and

Hydrogeology. 36/ 3.231-

244.

Lambert, A., Beamont. C., I977.

Nano variations in gravity

due to seasonal ground-

water movement studies.

Implications for the

gravitational detections of

tectonics movements,

Journal Geophysics

Research, 82. 297-306

Marsudi. 2000. Prediksi laju

arnblesan tanah di dataran

alluvial Semarang propinsi

Jawa Tengah. Disertasi

Program Pascasarjana ITB

Muhrozi. 1996. Studi penentuan

penurunan permukaan

tanah di Semarang bawah.

Laporan Penelitian DPPM,

Fak. Teknik Sipil

UNDIP.Semarang

Sihwanto dan Nana l..

2000.Konservasi air tanah

daerah Semarang dan

sekitarnya. Laporan

Penyelidikan Hidrogeologi

dan Pengembangan Air

tanah, Direklorat Geologi

Tata Lingkungan, Bandung

17