Geolistrik Air Tanah

TAPAK Vol. 1 No. 1 Nopember 2011

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 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), resistivitas (tahanan jenis) dan lainlain.

Metoda ini lebih efektif jika digunakan untuk eksplorasi yang sifatnya dangkal,

jarang memberikan informasi lapisan di kedalaman lebih dari 1000 feet atau 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 Schlumberger, metoda Wenner, dan metoda Dipole Sounding.

I. PENDAHULUAN

Pemanfaatan air tanah sebagai sumber pasokan air bersih untuk berbagai

keperluan di daerah lepasan air tanah (discharge area) memperlihatkan

kecenderungan yang terus meningkat, sementara itu pemanfaatan lahan di daerah

resapan air tanah (recharge 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). Penyelidikan air tanah dapat

dilakukan dari permukaan tanah maupun dari bawah permukaan tanah (Ersin

mailto:[email protected]


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


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 ρvx

ρvy ∆z ρvy + ∂ (ρvy)

∆y ∂y

y

∆x

ρvx + ∂ (ρvx) control volume

∂x

x 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.

k ρ g

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


∂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 cairan-

cairan 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:

1. Konduktor baik : 10-8

< 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 elektroda-

elektroda arus, dikenal beberapa jenis metode resistivitas tahanan jenis, antara

lain:


1. Metode Schlumberger

2. Metode Wenner

3. Metode Dipole Sounding

Tabel 1. Konstanta Schlumberger

Elektroda

Besi (1/2 L)

Jarak Elektroda Tembaga (1/2 a)

0,5 m 2,5 m 5 m 10 m 25 m 50 m 75 m 100 m 200 m

1,5 m 6,25

2,0 m 11,8

2,5 m 18,8

4,0 m 49,5

5,0 m 77,70 11,80

6,0 m 112,3 18,70

8,0 m 200,3 38,30

10 m 313,3 58,90 23,50

12 m 451,8 86,50 37,40

15 m 706,1 137 62,80

20 m 1260 247 117,8 47,10

25 m 1960 389 188,5 82,30

30 m 2830 562 274,9 126

40 m 5020 1001 494,8 236

50 m 7850 1567 777,5 376 118

60 m 11300 2258 1123 550 187

75 m 17800 3330 1759 867,9 314

100 m 31420 6279 3144 1555 586 235

125 m 9814 4901 2438 920 412

150 m 14130 7060 3518 1370 628 524

175 m 9819 4800 1890 878 720 471

200 m 12560 6267 2480 1180 1191 825

250 m 9800 3900 1880 1767 257

300 m 14121 5610 2760 2448 1780

350 m 7640 3800 3233 2360

400 m 10000 4970 4123 3050

450 m 12700 6230 5118 3760 1649

500 m 15300 7810 6218 4560 2062

550 m 19000 9100 7422 5500 2510

600 m 22000 11300 8731 6500 3000

650 m 26000 15400 10140 7500 3530

700 m 30800 20000 13290 9890 4700

800 m 25400 16850 12560 6040

900 m 31300 20830 15540 7540

1000 m

Sumber: Todd, 1980


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.


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 akibat 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 permukaan bumi. Resistivitas

bumi berhubungan dengan mineral, kandungan fluida dan derajat saturasi air

dalam batuan. Metode yang bisa digunakan pada pengukuran resistivitas secara


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 102 – 5.10

3

Gips, Batu Gamping 102 – 5.10

3

Batuan Kristalin 2.102 – 10

5

Batu Bergaram, Anhydrate 2.103 <

(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.


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 tawar, sehingga

tahanan jenisnya semakin kecil. Hal ini disebabkan karena terdapatnya ion-

ion (Na+ dan Cl

-) yang mampu menghantarkan arus listrik.

Berikut adalah foto seperangkat alat geolistrik:

Accu 12 Volt Kabel dan Elektroda

Perlengkapan Geolistrik GPS


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.

Geolistrik Bentangan Geolistrik


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.

Geolistrik Air Tanah

Documents

Transcript of Geolistrik Air Tanah