MODEL MANAJEMEN AIR TANAH BERKELANJUTAN DENGAN ADANYA KETIDAKPASTIAN
MODEL MANAJEMEN AIR TANAH BERKELANJUTAN DENGAN ADANYA KETIDAKPASTIAN DISERTASI Oleh : SAID MUZAMBIQ NIM : 058106007 Program Doktor (S3) Pengelolaan Sumberdaya Alam dan Lingkungan
SEKOLAH PASCASARJANA UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2012
MODEL MANAJEMEN AIR TANAH BERKELANJUTAN DENGAN ADANYA KETIDAKPASTIAN DISERTASI
Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh Doktor dalam Program Doktor Pengelolaan Sumberdaya Alam dan Lingkungan pada Sekolah Pascasarjana
Universitas Sumatera Utara di bawah pimpinan Rektor Universitas Sumatera Utara Prof. Dr. dr. Syahril Pasaribu, DTM & H,M.Sc (CTM), Sp.A(K) untuk dipertahankan di hadapan sidang Terbuka Senat
Universitas Sumatera Utara
Oleh : SAID MUZAMBIQ NIM : 058106007
Program Doktor (S3) Pengelolaan Sumberdaya Alam dan Lingkungan
SEKOLAH PASCASARJANA UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2012
PENGESAHAN
Judul Disertasi : MODEL MANAJEMEN AIR TANAH BERKELANJUTAN DENGAN ADANYA KETIDAKPASTIAN Nama Mahasiswa : Said Muzambiq Nomor pokok : 058106007 Program Studi : Doktor (S3) Pengelolaan Sumber Daya Alam dan Lingkungan, Sekolah Pascasarjana Universitas Sumatera Utara.
Menyetujui Komisi Pembimbing
(Prof. Dr. Herman Mawengkang)
Promotor Prof. Dr. Ir. B. Sengli J. Damanik, M.Sc Dr. Ir. Ahmad Perwira Mulia, M.Sc Co-Promotor Co-Promotor
Ketua Program Studi S3 PSL Direktur SPs.USU
Prof. Dr. Retno Widhiastuti, MS. (Prof. Dr. Erman Munir, MS) Tanggal Lulus : 19 November 2012
PENETAPAN PANITIA PENGUJI DISERTASI Diuji pada Ujian Disertasi Terbuka (Promosi) Tanggal : 19 November 2012 PANITIA PENGUJI DISERTASI Pemimpin Sidang : Prof. Dr. dr. Syahril Pasaribu, DTM & H, M.Sc (CTM), Sp.A(K) Ketua : Prof. Dr. Herman Mawengkang Anggota : Prof. Dr. Ir. B. Sengli J. Damanik, M.Sc Dr. Ir. Ahmad Perwira Mulia, M.Sc Prof. Dr. Retno Widhiastuti, MS Prof. Dr. Alvi Syahrin, SH., MS Dr. Sutarman, M.Sc Dr. Marwan Ramli, M.Si
PERNYATAAN Judul Desertasi “MODEL MANAJEMEN AIR TANAH BERKELANJUTAN DENGAN ADANYA KETIDAKPASTIAN”
Dengan ini penulis menyatakan bahwa disertasi ini yang disusun sebagai syarat untuk memperoleh gelar Doktor dalam Program Doktor Pengelolaan Sumberdaya Alam dan Lingkungan pada Sekolah Pascasarjana Universitas Sumatera Utara adalah benar merupakan hasil karya penulis sendiri.
Sumber informasi yang berasal atau yang dikutip dari hasil karya penulis lain baik yang diterbitkan maupun yang tidak diterbitkan telah disebutkan dan dicantumkan dalam disertasi ini sesuai dengan norma, kaidah dan etika penulisan ilmiah.
Apabila di kemudian hari ternyata ditemukan seluruh ataupun sebagian dari disertasi ini bukan hasil karya penulis sendiri atau merupakan dari karya penulis lain, penulis bersedia menerima sanksi pencabutan gelar akademik yang penulis sandang dan sanksi-sanksi lainnya sesuai dengan perundangan-undangan yang berlaku.
Medan, November 2012 Penulis, Said Muzambiq
MODEL MANAJEMEN AIR TANAH BERKELANJUTAN
DENGAN ADANYA KETIDAKPASTIAN ABSTRAKDalam pengelolaan sumber air tanah, terdapat ketidakpastian di dalam parameter sistem yang berhubungan dengan pengintensifkan masalah yang berkaitan dengan konflik lokasi air di antara kepentingan perkotaan, industri dan pertanian.
Tujuan penulisan disertasi ini adalah : 1) membentuk model managemen air tanah
dalam upaya pengelolaan kuantitas dan kualitas air tanah dengan metode stokastik, dan 2) membentuk model pengelolaan secara optimal terhadap kuantitas air tanah agar biaya pemompaan dapat diminimumkan. Metode penelitian yang digunakan adalah program stokastik yang telah dibentuk terlebih dahulu dan juga digunakan metode statistik anova
(analysis of variance) satu arah dengan menggunakan program SPSS 14.
Hasil penelitian model program stokastik tidak linier yang telah dibentuk, digunakan sebagai kerangka dasar untuk manajemen air tanah terutama untuk mengelola kuantitas dan mutu air tanah, kondisi ketidakpastian (stokastik) diperlukan oleh karena hidraulik dari air tanah yang dinamis, sedangkan komponen biaya yang dimunculkan dalam model ini digunakan untuk mengendalikan pemompaan air tanah yang berlebihan.
Kesimpulan yang didapat dari penelitian ini adalah program stokastik tidak linier yang telah dibentuk dapat dijadikan sebagai kerangka dasar dalam manajemen air tanah Kondisi ketidakpastian (stokastik) diperlukan oleh karena hidraulik dari air tanah yang berfluktuasi.
Kata kunci : Model manajemen, air tanah, berkelanjutan, ketidakpastian . ii
M ANAGEMENT MODEL OF SUSTAINABLE GROUNDWATER WITH UNCERTAINTY
ABSTRACT In the management of groundwater resources, uncertainty in the system parameters and the relationship will be intensify problems related to water allocation conflict between the interests of urban, industrial and agricultural. Further discrepancies and uncertainties that are always associated with groundwater and eventually make a difficult problem. In this dissertation will be focus on the methods and formulation that explicitly incorporate uncertainty by using a mathematical model that can help the managerial system of underground water is beneficial for the supply of clean water that has been contaminated or threatened by chemical pollutants. The main of goal in the stochastic program model in this research is to establish a model of groundwater management in an effort to manage the quantity and quality of groundwater with stochastic methods, forming an optimal management model for groundwater quantity, so the objective function constraint control pumping costs can be minimized The results of the research costs incurred for controlling the quality of ground water pumping depends on the technique and the concentration of pollutants in the groundwater where groundwater pumping technique can be performed with due respect to the mobilization of drilling equipment, drilling determining the exact location of the point and the determination of groundwater quality.
Keywords: Model management, ground water, sustainability, uncertainty.
KATA PENGANTAR
Assalamualaikum Warahmatullahi Wabarakatuh, Puji dan syukur ke hadirat Allah Subhanahu Wataala yang telah memberikan rahmat dan berkah-Nya sehingga penulis dapat menyelesakan disertasi ini.
Dalam menyelesaikan disertasi ini, penulis banyak memperoleh bantuan baik yang bersifat moril maupun meteril dari berbagai pihak. Oleh karena itu, penulis mengucapan terimakasih yang tulus kepada : 1.
Prof. Dr. dr. Syahril Pasaribu, DTM & H, M.Sc. (CTM), Sp.A(K), selaku Rektor Universitas Sumatera Utara.
2. Prof. Dr. Ir. A. Rahim Matondang, MSIE., selaku Direktur Sekolah Pascasarjana Universitas Sumatera Utara 3. Prof. Dr. Retno Widhiastuti, MS, selaku Ketua Program Studi Pengelolaan Sumberdaya Alam dan Lingkungan Universitas Sumatera Utara.
4. Prof. Dr. Herman Mawengkang, selaku Ketua Komisi Pembimbing yang telah membimbing dan mengarahkan penulis selama penulisan disertasi berlangsung
5. Prof. Dr. Ir. B. Sengli J. Damanik, M.Sc, selaku Anggota Komisi Pembimbing yang telah membimbing dan mengarahkan penulis dalam menyelesaikan disertasi ini.
6. Dr. Ir. Ahmad Perwira Tarigan, M.Sc selaku Anggota Komisi Pembimbing yang telah mengarahkan penulis selama penulisan disertasi
7. Prof. Dr. Retno Widhiastuti, MS., Prof. Dr. Alvi Syahrin, SH., MS. Dr. Sutarman, M.Sc dan Dr. Marwan Ramli, M.Si. selaku Komisi Pembanding atas saran dan kritik yang diberikan.
8. Prof. Dr. Erman Munir, MS, selaku Direktur I Sekolah Pascasarjana yang telah memberikan arahan berkaitan dengan akademik dan kelancara administrasi.
9. Dr. Ir. Delvian, MS selaku Sekretaris Program Studi Pengelolaan Sumberdaya Alam dan Lingkungan yang telah membantu kelancaran administrasi selama pendidikan berlangsung. Penulis menyadari disertasi ini banyak memiliki kekurangan dan jauh dari sempurna Harapan penulis semoga disertasi ini dapat bermanfaat kepada seluruh pembaca. Semoga kiranya Tuhan Yang Maha Esa memberkati kita semua, Amin Yarabbal Alamin
Medan, 19 November 2012 Penulis, Said Muzambiq iii
RIWAYAT HIDUP
Said Muzambiq, lahir di Palembang 3 April 1960, adalah putra keempat dari enam bersaudara pasangan Mayor (purn) H. Said Tarmizy (alm) dan Hj. Syaripah Chairul Barijah (alm). Ia menikah pada tahun 1993 dengan Restuty Dewina, SH, dan dikarunia tiga orang putra yaitu Qushay Al Idrus, Taufiq Al Idrus dan Luthfi Al Idrus.
Riwayat pendidikan :
1. Sarjana Muda (BE) Pada Fakultas Teknologi Mineral, Jurusan Teknik Geologi UPN ”Veteran” Yogyakarta (Sarjana Muda) tahun 1985.
2. Sarjana (S1) pada Jurusan Teknik Geologi, Fakultas Teknologi Mineral ITM Medan. tahun 1992 Medan
3. Program Magister (S2) pada Program Studi Pengelolaan Sumberdaya Alam dan Lingkungan (PSL) Sekolah Pascasarjana Universitas Sumatera Utara lulus tahun 1999.
4. Program Doktor (S3) pada Program Studi Pengelolaan Sumberdaya Alam dan Lingkungan (PSL) Sekolah Pascasarjana Universitas Sumatera Utara lulus tahun 2012.
Saat ini menjadi Pegawai Negeri Sipil (PNS) pada Kopertis Wilayah I Medan Sumatera Utara dan staf pengajar dpk. Institut Teknologi Medan. iv
DAFTAR ISI Halaman ABSTRAK ..................................................................................................... i ABSTRACT
..................................................................................................... ii KATA PENGANTAR .................................................................................... iii RIWAYAT HIDUP ........................................................................................ iv DAFTAR ISI .................................................................................................. v DAFTAR TABEl ............................................................................................ vii DAFTAR GAMBAR ..................................................................................... viii
BAB I PENDAHULUAN ....................................................................... 1 1.1 Latar Belakang .....................................................................
1 1.2 Perumusan Masalah ..............................................................
4
1.3 Kerangka Pemikiran .............................................................. 4
1.4 Tujuan Penelitian .................................................................. 6
1.5 Manfaat Penelitian ................................................................ 7
1.6 Novelty ................................................................................. 7
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ............................................................. 8
2.1 Pengelolaan Lingkungan Hidup ............................................ 8 2.1.1 Pembangunan Berkelanjutan ................................
10 2.1.2 Pengelolaan Sumberdaya Air ...............................
14 2.1.2.1 Lingkungan Sumberdaya Air .................
15 2.1.2.2 Genesa Air Tanah ..................................
16 2.1.2.3 Pengelolaan Air Tanah ..........................
20
2.2 Analisis Stokastik Sistem Air Tanah ................................... 24
2.3 Model Manajemen Air Tanah ............................................. 26
2.3.1 Konsep Umum Ketidakpastian ................................ 33
2.3.2 Konsep Ketidakpastian Air tanah ............................ 34
2.4 Program Stokastik ............................................................... 38
2.4.1 Program Stokastik dengan Kendala Peluang ............ 42
2.5 Model Program Stokatik ..................................................... 45
2.6 Pembentukan Skenario ........................................................ 48
2.6.1 Pangantar.................................................................. 48 2.6.2 Persiapan ..................................................................
49
2.6.3 Pohon Skenario dan Filtrasi .................................... 53
2.6.4 Degenerate Subfiltrasi .............................................. 57
2.6.5 Prosedur Pemutahiran Pohon ................................... 58
2.6.6 Algoritma Pembentukan Skenario........ ................... 58
v
92
5.1.1 Model Pengeloaan Mutu Air Tanah ....................... 82
5.1.2 Formulasi ................................................................. 83
5.1.3 Pembentukan Model ................................................ 84
5.1.3.1 Persamaan Aliran Air Tanah .................... 84
5.1.3.2 Formulasi Progran Deterministik ............. 87
5.1.3.3 Model Ketidakpastian ............................... 89 5.1.4 Pemodelan Program Stokastik Kuadratik ..............
5.1.5 Pengelolaan Mutu Air Tanah, Kontrol Gradien, Konsentrasi ............................................................ 94
82 5.1 Kuantitas Air Tanah ...........................................................
5.1.5.1 Permodelan dengan Konsentrasi Polutan.. 95
5.1.5.2 Diskripsi Manajerial .... ............................ 103
5.2 Kualitas Air Tanah ............................................................ 104
BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN ................................................... 113
6.1 Kesimpulan.......................................................................... 113
6.1 Saran.................................................................................... 113
DAFTAR PUSTAKA ..................................................................................... 115
82
80 BAB V HASIL DAN PEMBAHASAN .....................................................
BAB III KONDISI UMUM ........................................................................ 61
3.5 Munculan Air Tanah. .......................................................... 71
3.1 Geologi Umum.................................................................... 61
3.1.1 Geomorfologi ......................................................... 62
3.1.2 Stratigrafi ................................................................ 63
3.2 Diskripsi Air Tanah ............................................................. 65
3.3 Siklus Hidrologi .................................................................. 65
3.4 Keterdapatan Air tanah ....................................................... 69
3.6 Lapisan Akuifer .................................................................. 71
4.2.1 Model Program Stokastik ........................................ 79 4.2.2 Anova (Analysis of variance) Satu Arah .................
3.7 Gambaran Air Tanah Kota Medan. ..................................... 74
3.7.1 Air Tanah Tak Tertekan ......................................... 75
3.7.2 Air Tanah Tertekan ................................................ 75
3.8 Kualitas Air Tanah . ........................................................... 78
BAB IV METODE PENELITIAN ............................................................ 79
4.1 Tempat dan Waktu Pelaksanaan.. ....................................... 79
4.2 Rancangan Penelitian.. ........................................................ 79
vi
DAFTAR TABEL No. Judul Halaman
3.1 Kolom Stratigrafi Daerah Medan Sekitarnya……………….…….......... 64
3.2 Harga K (Koefisien Kelulusan Air) dari Berbagai Jenis Batuan........... 70
5.1 Rata-rata Kandungan Tertinggi dan Terendah Unsur Kimia Fisika Air Tanah di Kawasan Rumah Sakit Kota Medan, Tahun 2005 – 2010… 105
5.2 Pengujian Data Unsur Kimia Fisika Air Tanah di Kawasan Rumah Sakit Kota Medan Periode 2005 – 2010………………………………….… 106
5.3 Rata-rata Kandungan Tertinggi dan Terendah Unsur Kimia Fisika Air Tanah di Kawasan Plaza Periode 2005 – 2011 ………………… 107
5.4 Pengujian Unsur Kimia Fisika Air Tanah di Kawasan Plaza Kota Medan Periode 2005 – 2011………………………………………….. 107
5.5 Rata-rata Kandungan Tertinggi dan Terendah Unsur Kimia Fisika Air Tanah di Kawasan Hotel Periode 2005 - 2010……………….… 108
5.6 Pengujian Data Unsur Kimia Fisika Air Tanah di Kawasan Hotel Kota Medan Periode 2005 2010……………………………… 108
5. 7 Rata-rata Kandungan Tertinggi dan Terendah Unsur Kimia Fisika Air Tanah di Kawasan Industri Periode 2005 – 2010 ……………. 109
5.8 Pengujian Unsur Kimia Fisika Air Tanah di Kawasan Industri Kota Medan Periode 2005 – 2010…………………………………….…. 109
5.9 Rata-rata Kandungan Tertinggi dan Terendah Unsur Kimia Fisika Air Tanah di Kawasan Perkantoran Periode 2006 – 2010 ………… 111
5.10 Pengujian Unsur Kimia Fisika Air Tanah di Kawasan Perkantoran Kota Medan Periode 2005-2010…………………………………… 111 vii
DAFTAR GAMBAR No. Judul Halaman
1.1 Kerangka Pemikiran …………..…………………………….................. 6
2.1 Model Pergerakan Air Tanah …………...…………………................... 17
3.1. Siklus Hidrologi ……………..…………………..………….................. 67 3.2 Diagram Siklus Hidrologi.................................….…..........……............
68 3.3 Confined Aquifer dan Unconfined Aquifer ..............................................
73
3.4 Potongan Melintang Beberapa Akuifer..........................…………......... 74
4.2 Proses Contoh Model yang dipakai.................................................….... 54
5.1 Unsur Kimia Fisika Air Tanah di Kawasan Rumah Sakit Kota Medan Periode 2005 – 2010 ………………………………………………….... 106
5.2 Unsur Kimia Fisika Air Tanah di Kawasan Plaza periode 2005-2010... 108
5.3 Unsur Kimia Fisika Air Tanah di Kawasan Hotel Periode 2005 -2010... 109
5.4 Unsur Kimia Fisika Air Tanah di Kawasan Industri Periode 2005 – 2010 …………………………………………………… 110
5.5 Unsur Kimia Fisika Air Tanah di Kawasan Perkantoran Periode 2005 – 2010 …………………………………………………… 112 viii