Aplikasi Jsalop dan Radiasi, J 996

STUDI POTENSI MATA AIR DI CIMELATI DENGANMETODE HIDROLOGI ISOTOP

Syafalni, Simon Manurung, Mursanto, Djiono, daDTommy Hutabarat

Pusat Aplikasi Isotop daD Radiasi, BAT AN

ABSTRAK

STUDI POTENSI MATA AIR DI CIMElATI DENGAN METODE HIDROLOGIISOTOP. Studi potensi

mata air telah dilakukan dengan metode isotop yang dilengkapi dengan analisis kimia air untuk mendapatkan informasi yanglengkap. Metode isotop dilaksanakan untuk pengukuran debit mata air, asal-usul air, daD perkiraan umur air, sedangkan ana-

lisis kimia air dapat menjelaskan kualitas air tersebut. Data yang diperoleh untuk mata air Cimelati menunjukkan debit 122,871

liter/detik, umur air melebihi 87 tahun, berasal dari ketinggian lebih daTi 1200 m, dan mempunyai kualitas yang baik.

ABSTRACT

THE POTENTIAL STUDY OF WATER RESOURCES AT CIMElATI BY ISOTOPES HYDROLOGYMETHOD. The potential study of water resources has been carried out by using isotopes method which is provided by water

chemical analysis for getting a complete information. Isotopes method have been used for discharge measurement, origin ofwater resources, and water age estimation, and water chemical analysis for describing water quality. Data obtained for Ci-

melati water resources showed that the discharge is 122,871 litre/second, the water age is more than 87 years, origin of thewater is from the altitude of more than 1200 m, and the water quality was good.

PENDAHULUAN

Penelitian potensi suatu mata air dalam hidrologiadalah sesuatu yang penting dilakukan. Hal ini berhubung-an dengan kuantitas daD kualitas mata air yang diper-gunakan untuk tujuan tertentu seperti keperluan rumahtangga, irigasi, dan sumber air minum.

Sturn potensi mata air dengan metode isotop, padaLaboratorium Hidrologi, Fusat Aplikasi Isotop dan Radia-si, BATAN dilaksanakan dengan pendekatan metodehidrologi isotop buatan untuk pengukuran debit mala air,daD metode isotop lingkungan (environmental isotopes)baik isotop stabil ISO,dan deuterium, maupun isotop ra-dioaktif tritium. Penggunaan isotop lingkungan bertujuanuntuk mengetahui asal-usul dan daerah masukan (rechargearea) mala air tersebut (1, 2). Selain analisis di alas, di-lakukan juga analisis hidrokimia daD analisis pestisida.Analisis hidrokimia yang meliputi ion-ion utama dalam air,yaitu Na+,Ca++,Mg++,HCO3-,SO4~dan CI",serta pestisidabertujuan untuk mendapatkan informasi mengenai kuali-tas air tersebut.

Debit mata air diukur dengan menggunakan zatradioisotop dengan metode ~ to peak, yang merupakansalah satu metode radioisotop untuk mengukur debit airdengan sifat aliran tertentu. Penggunaan radioisotop 82Brdalam senyawa KBr telah digunakan dalam penelitian inidengan basil yang cukup teliti. Pengukuran silang denganmetode apung-apung dilakukan untuk lebih meyakinkanbasil pengukuran dengan metode radioisotop (2).

Dalam aplikasinya yang disesuaikan dengan mak-sod dan tujuan pemanfaatan mata air yang terdapat di desa

Tenjoloyo, Cipeti, Cimelati, Sukabumi, yaitu selain di-gunakan untuk keperluan rumah tangga juga untuk ke-perluan irigasi, maka penelitian mengenai debit, potensi,daD kualitas air tersebut perIu dilakukan.

TEORI

Pengukuran Debit Mata AirI. Metode Peak to Peak. Metode Peak to Peak dilaksana-

kan dengan injeksi sejumlah perunut radioaktif di holusaluran dan diukur atau dipantau di hilir saluran se-hingga didapatkan waktu tempuh perunut. Denganmengetahui jarak daD waktu tempuh perunut makadidapatkan parameter kecepatan (Jaraklwaktu). Selan-jutnya, diukur penampang saluran, sehingga dari per-samaan debit yang ada, secara matematis didapatkanharga tersebut (2):

Debit = luas penampang x kecepatan

(Q=AxV)

di mana:

Q = debit (Cm3/det)A = penampang (m2)v = kecepatan (m/det)

2. Metode Apung-apung. Metode ini dilaksanakan dengansalah satu metode pengukuran debit yang menempat-kan apung-apung pada kedaJaman 0,6 m dari permu-

171

Apli1cari /sotop dan Radiasi, J 996

kaan dan mengukur kecepatan laju apung-apung darisuatu titik ke titik lainnya pada saluran (5). Perkalianluas penampang dan kecepatannya akan mengbasilkandebitnya.

Stodi Potensi Mata Air. Studi potensi mala airdilakukan dengan beberapa earn pendekatan, yaitu dengangeohidrologi lokasi, debit mala air, analisis tritium, anali-sis 18(),dan deuterium dan analisis kimia air yang mem-berikan data dan infonnasi yang saling melengkapi.1. Analisis tritium air. Analisis tritium air pada prinsip-

nya digunakan untuk menentukan/mempelajari per-jalanan air yang kurang dari 100 tahun. Hal ini didasar-kan kepada sifat tritium alam yang diproduksi di atmos-fer secara terns MeDeros. Tritium mempunyai waktuparoh 12,43 tahun, sehingga secara umum ana-lisis tri-tium dapat digunakan untuk mengetahui umur air dibawah 87 tahun. Kandungan tritium di alam dinyata-kan dalam TU (Tritium Unit). Analisis tritium dilaku-kan dengan earn memperkaya tritium dari 600 gramsampel air melalui proses elektrolisis menjadi 20 gram.Hasil elektrolisis dicacah dengan pencacah sintilasi cair(LSC) (I).

2. Oksigen-18 dan Deuterium. Oksigen-18 dan deuteri-um dianalisis dengan menggunakan alaI spektrometermassa triple kolektor, model Sira-9, VG-isogas. Ana-lisis 18()dilakukan dengan metode EPS1EIN dan MAY-EDA alas dasar reaksi pertukaran isotop 180 padakesetimbangan gas CO2-HP dengan earn mereaksikan2 ml confab air dengan gas CO2di dalam alaI prepara-si confab. isoprep-18. Analisis deuterium dilakukandengan earn mereaksikan 10 contoh air dengan 0,3gram Zn (BDlI) pada kondisi vakum dan dipanaskanpada subu 450.C selama 45 meRit. Gas CO2 clan ~yang dibasilkan dari perlakuan di alas masing-masingdialirkan ke dalam spektrometer massa (3). Infonnasiyang didapatkan dari 180 clan deuterium dilakukandengan pengujian dengan membandingkan di antarasampel-sampel lokasi penelitian yang dianalisis clandata sampel air hujan yang sangat berhubungandengan tempat turunnya hujan yang dipengaruhi olehketinggian, temperatur, dan kelembapan udara.

3. Analisis Kimia Air dan Hidrokimia Air. Analisis kimiaair dan hidrokimia air dilakukan dengan menentukanbeberapa parameter dan unsur-unsur serta senyawa ter-tentu yang terdapat dalam air. Pengukurannya dilaku-kan sesuai dengan teknik analisis standar dalam ana-lisis kimia air dan hidrokimia air (ASTM standard).Analisis kimia dan hidrokimia air pada prinsipnya da-pat digunakan untuk evaluasi apakah sampel air yangdianalisis layakltidak layak kualitasnya untuk tujuantertentu yang ditentukan olehjenis kandungan dan jum-lab zat terlarut dalam air tersebut serta kriteria lainnya.

BAHAN DAN METODE

Peralatan daft Bahan. Peralatan utama yang di-gunakan untuk metode tersebut ialah detektor sintilasikedap air yang terdiri alas kristaI NaI(Tl) dengan photo-multiplier yang digunakan dengan kabel sepanjang kira-

kira 75 meter ke ratemeter SPP3 clan scaler ECP522buatan Perancis.

Radioisotop yang digunakan dalam percobaanadalah isotop 82Brdalam senyawa KBr yang diperoleh dariPPTN Bandung, dan larutan utama yang digunakan untukkalibrasi dan pengukuran disiapkan di lapangan. Kalibra-si detektor dalam bak kalibrasi menggunakan radioisotopdengan konsentrasi 10-7J.LCi/ml. .

Metode. Pelaksanaan percobaan adalah sebagaiberikut: (a) Tempat injeksi dipilih di tepi sungai denganmengingat alaI injeksi yang tersedia; dan (b) Pencacahandilakukan pada tempat pengamatan yang telah ditentukan.

Jumlah aktivitas yang diinjeksikan ditetapkanberdasarkan pada besamya perkiraan debit sungai tersebut.

Pengambilan Sampel Air untuk Analisis Labo-ratorium. Sebanyak 10 sampel air dikumpulkan dari be-berapa tempat di lokasi dan di sekitar lokasi penelitian.Analisis isotop alam 18()dan deuterium sampel air dima-sukkan ke dalam vial di bawah permukaan air untuk meng-hindari kODIak dengan udara. Untuk analisis tritium,diperlukan sampel air sebanyak 1 liter, karena sampel airsebanyak itu hams didestilasi clan dielektrolisis untukmemperkaya kandungan tritiumnya, hingga dapat dicacaholeh alaI pencacah sintilasi cair (Liquid ScintillationCounter). Untuk analisis hidrokimia dan pestisida, diam-bil sampel air secara terpisah di dalam botol atau jerigenmasing-masing sebanyak 1 liter.

Pengambilan sampel pada beberapa lokasi malaair clan sumur penduduk dimaksudkan untuk mengetahuihubungan mala air dengan air yang diambil tersebut satusama lain. Apakah terdapat interaksi berbagai jenis air dankesinambungan perlapisan yang mengandung air (akuifer).

BASIL DAN PEMBAHASAN

Hasil pengukuran debit dan basil analisis Labo-ratorium Hidrologi, PAIR dapat dilihat pada Tabell-4.

Pengukuran Debit Mata Air (Cl). Pengukurandebit mala air yang dilaksanakan dengan metode hidroiso-top clan konvensional menunjukkan basil masing-masing122,871 + 8,69 clan 125,13 liter/detik.

Berdasarkan pengukuran secara konvensional,debit mala air yang terbuang ke saluran pembuangan me-lebihi 50% atau + 75,7 liter/detik. Dengan kala lain, debitmala air tersebut dapat dimanfaatkan untuk kebutuhan Iain-nya sampai + 50% dari sumber air tersebut.

Basil Analisis Isotop Lingkungan. Pengukuran180clan tritium lingkungan (alam) yang dalam hidrologiisotop digunakan untuk mempelajari sistem hidrologi suatutempat, juga dapat digunakan untuk mengetahui asal-usulair atau sumber air pada suatu daerah. Hasil analisis tri-tium dari Tabel 2 untuk mala air yang dipelajari menun-jukkan nilai yang sama dengan Jatar belakang (0 TU). Iniberarti umur air yang diteliti telah melebihi 87 tahun, se-hingga dapat juga dikatakan bahwa air dari sumber mataair tersebut telah mengalami perjalanan melebihi 87 tahun,clandengan kala lain air ini datang dari tempat yang jaub.

Hasil analisis tritium ini diperkuat dengan anali-sis 180 daD deuterium untuk somber air, yaitu masing-

172

Aplika.vi lsotop dan Radiasi. 1996

masing -8,25 clan -49,1"/00(Tabel 2). Bila dibandingkandengan basil analisis isotop lingkungan daTimala air lain-nya (Tabel 2), maka perbedaan basil itu menunjukkan asal-usul air yang berbeda. Karena kandungan isotop air dipe-ngaruhi oleh beberapa faktor, antara lain ketinggian (alti-tude), temperatur, dsb, maka mala air yang dianalisisdengan kandungan -8,25%0 menunjukkan daerah asal datiketinggian > 1200 meter dati rata-rata muka air laut (0meter) yang dihubungkan dengan basil penelitian keting-gian dengan kandungan deuterium daerah Kamojang clanDieng Jawa (4)dengan persamaan 8D = -1,9.E-2H - 22,1(r = 0,87). Mata air yang lainnya datang dati ketinggianyang kurang dati 800 meter atau telah tercampur denganair permukaan di sekitarnya. Dengan demikian, somber airmala air Cipeti ini dapat dikatakan mempunyai kontinuitasclanpotensi yang lebih baik dibandingkan dengan somberair yang lain dalam analisis ini.

Hasil Analisis Kimia Air daD Hidrokimia.Hasil analisis ini menunjukkan kontinuitas air yang manasecara keseluruhan air tersebut dapat digunakan sebagaibaban baku air minum (Tabel 3 clan4). Data mala air CIdiperkuat dengan analisis kandungan NO] clan Fe yangtidak terukur dalam sampel air.

Demikian juga, untuk kandungan pestisida dalammala air (CI), basil analisisnya menunjukkan pestisidatidak terdeteksi dalam sampel air tersebut.

Bila dibandingkan dengan air yang digunakan disekitar lokasi, maka mala air tersebut mempunyai kompo-sisi yang hampir bersamaan. Mata air yang diteliti (CI),mempunyai jumlah kandungan zat terlarut (TDS) 71,327ppm yang menunjukkan nilai yang baik bila digunakanuntuk air minum. Hal ini diperkuat oleh nilai pH dati air(CI), yaitu 7,1.

KESIMPULAN

Dari pembahasan di alas dapat disimpulkan be-berapa hal sebagai berikut :I. Debit mala air pada pengukuran tanggal 25 Mei 1994

adalah 122,871 :!:8,697 liter/detik clancukup stabil ter-

badap pengaruh musim sehingga alokasi penggunaan-nya dapat direncanakan sesuai dengan tujuan peman-faatan.

2. Mata air mempunyai kontinuitas daDpotensi yang baikberdasarkan analisis umur air yang melebihi 87 tabunclandiperkirakan berasal dati ketinggian > 1200 meter(recban~e area).

3. Evaluasi analisis kimia air menunjukkan kualitas yangbaik sebagai bahan baku air minum clan diperkuatdengan tidak terdapatnya NO], besi (Fe), clanpestisidadalam somber air ini.

DAFTAR PUSTAKA

1. FRITZ, P., and FONTES, J.Ch., Handbook of Environ-mental Isotope Geochemistry, Elsevier Sci., Amster-dam (1980).

2. RAUDKIVI, AJ., Hydrology, An Advanced Introduc-tion to Hydrological Models Processes and Model-ling, Pergamon Press, New York (1978).

3. lAEA, Stable Isotope Hydrology Deuterium and Oxy-gen in Water cycle (Technical Report Series No.210), lAEA, Vienna (1980).

4. ABIDIN, Z., WANDOWO, INDROJONO, AUP, daDDmONO," Stable isotope study in geothermal fieldofKamojang and Dieng, Java Island", lAEA Sym-posium, lAEA, Vienna (1993).

5. lAEA, Guidebook on Nuclear Techniques in Hydrology(Technical Report Series No. 91), lAEA, Vienna(1983).

Aplikasi lsotop dan Radiasi. 1996

Tabel 1. HasHpengukuran debit mata air Cimelati denganmetode hidroisotop

Tabel 3. Hasil analisis kimia air mata air Cipeti-Cimelati (CI)

----------------

-----------------------

Tabel 2. HasH analisis isotop lingkungan.

----- Tabel 4. HasHanalisis hidrokimia.Kode sam pel Oksigen-18

(%0)Deuterium

(%0)Keterangan

---------------- - - -- - -- - -- -_.

174

Parameter Hasil!Konsentrasi-------

Waktu tempuh Kecepatan Debit Keterangan Warns tak berwama(detik) (cm!detik) (ltldetik) Turbiditas 2 mg!1

Konduktivitas 170 JlS5,1667 187,74 133,201 Jarak tempuh = Calcium (Ca) 2,5 mg!14,833 200,70 142,40 970 cm Magnesium (Mg) 1,186 mg!1

5,5 176,364 125,130 Luas penampangSodium (Na) 5,208 mg!1

. Potassium 1,875 mg!15,833 166,295 117,986 = 709,5 cm2 pH 7.15,1667 187,74 133,201 Debit rata-rata = Karbonat 0

6,1667 157,296 111,601 122,871 + 8,697 Bikarbonat 61,0 mg!1

5,5 176,364 125,130 liter/det Sulfat 1,05 mg!1Chlorida 0,3834 mg!1

6,1667 157,296 111,60 1 Pengukuran kon - Nitrat ttd5,5 176,364 125,130 vensional = Fluorida 0,55 mg/I

5,833 166,295 117,986 125,13 liter/det Silica 24,21 mg!1

5,833 166,295 117,986Carbon dioxide -Besi (Fe) ttd

5,833 166,295 117,986 Chlorine 0,49 mg/I5,833 166,295 117,986 Hydrogen sulfide 0,017 mg!1

Dissolved oxygen 9,2 mg!1Total dissolved solid 74,202 mg!1Pestisida - organo phosfat ttd (tidak terdeteksi)

-organo chlorine ttd-carbamat ttd

Kode pH HCO3 CI SO4 Ca Mg Na K

M.a. Cipeti C I -8,25 -49,1 Analisis tri- sampel mg!1 mg!1 mg!1 mg!1mg!1 mg!1 mg!1M.a. kecil C2 -7,54 -43,2 tium sampel cl

CI Cipeti 7,1 61 0,383 1,05 2,5 1,186 5,2083 1,875M.a. kecil C3 -7,06 -42,2 = 0 TU (Triti- Ma kolarn 6,67 67,71 1.867 1,25 2,98 1,679 5,7292 1,979M.a. kecil C4 -6,99 -41,6 urn Unit) renangM.a. habib C5 -7,82 -48.3 Ma besar 6,92 73,2 0,720 0,95 2,98 L571 5,9375 1,979

C7Sumur pend. C6 -7,49 -46,9 Ma besar 7,09 66,5 0,658 0,95 2,79 1,393 5,4167 1,875M.a. besar C7 -7,54 -44,6 C7b

M.a. besar C8 -7,29 -42,8 C3 Cirnela 6,06 29,28 1,705 2.15 2,02 1,218 3,7755 0,975ti

LIDO -6,56 -41,0 Ma Besar 6,79 91,5 0,720 1,95 3,46 2,375 7,5000 1,875K.R. Cimelati -7,66 -45,0 C8

Aplikasi /sotop don Radiasi. J996

ROSALINA

Q=AXV

v = kecepatan air.A = penampang saluran air.

1. Untuk menghitung debit mala air, bagaimana menen-tukan penampang saluran airlkecepatan air karena airitu merembes dan muneul di permukaan?

2. Sejauh mana ketelitiannya?

SY AF ALNI

1. Menghitung debit mala air dengan mengalirkan air kesuatu saluran dengan menutup aliran ke tempat lain, se-hingga kita dapat menghitung penampang aliran terse-but dan debit diukur dengan mengalikannya denganpenampang A.

2. Untuk ini kita bandingkan dengan metode konvensio-nal (metode apung-apung) daD metode pengeneeranperunut radioisotop merupakan metode standar untukkalibrasi dalam pengukuran debit.

DISKUSI

MOCH. ROESLAN

Pada anaIisis kimia tereatat hasil, bahwa air di-nyatakan bersih :1. Kenapa pada air tersebut kadar karbon Nol sedangkan

kadar bikarbonat tinggi, jadi ada ion karbonatnya, mo-hoD penjelasan?

2. Kenapa penelitian ini diadakan satu titik saja, Mohonpenjelasan?

SY ALF ANI

1..Dinyatakan karbonat Dol,karena tidak terukur denganmetode yang kita gunakan daDjuga karbonat akan ke-lihatan pada pH di alas 8.

2. Hal ini sesuai dengan permintaan dan kita memfokus-kan hanya pada titik yang diteliti yang juga berhubung-an dengan biaya anaIisis.