## PREDIKSI VOLUME AKUIFER BEBAS DI KECAMATAN BUKIT RAYA DENGAN METODE BEDA HINGGA
Juandi M 1* , M. Syafrizal Saputra 1 , Usman Malik 1
1 Jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Riau Email: 1 usman.malik@lecturer.unri.ac.id

## Abstrak
Penelitian tentang prediksi volume akuifer bebas Kecamatan Bukit Raya telah dilakukan dengan menggunakan metode beda hingga. Data kedalaman akuifer bebas menggunakan grid kontur Kecamatan Bukit Raya tahun 2015 diselesaikan secara numerik menggunakan program komputer aplikasi MATLAB versi R2009a. Tujuan penelitian ini adalah untuk menganalisa pengaruh pertambahan penduduk terhadap volume akuifer bebas di Kecamatan Bukit Raya. Hasil penelitian dapat diinformasikan pada Kecamatan Bukit Raya sebagai berikut: Volume total air bawah tanah pada tahun 2017 sebesar 10.399.615,33 m3 dan pada tahun 2021 sebesar 10.931.060,63 m3. Volume air bawah tanah  yang  diambil  penduduk  pada  tahun  2017  sebesar  5.038.007,328m3  dan  pada  tahun  2021  sebesar  5.334.525,03  m3. Peningkatan penurunan volume air bawah tanah (residu), sehingga  pada  tahun 2017 peningkatan penurunan volume air bawah tanah sebesar 5.361.608 m3 dan pada tahun 2021 sebesar 5.596.535,6 m3. Dapat disimpulkan bahwa volume air bawah tanah dipengaruhi oleh perubahan kedalaman akuifer dan luas ruang terbuka hijau.
Kata Kunci: Akuifer, Bebas, MATLAB, Air bawah tanah, Volume air bawah  tanah.

## Abstract
[Title:  Prediction  of  Free  Aquifer  Volume  in  Bukit  Raya  District  using  Finite  Difference  Method] A  research  about prediction of  unconfined aquifer in Distrcit Bukit Raya have been done by using  finite difference method. The depth of unconfined aquifer data using contour grid District Bukit Raya in 2015 solved numerically by using computer program MATLAB application R2009a version. The aim of this research was to analyze the effect of population growth on the volume of unconfined aquifer in District Bukit Raya. The result of the research could be informed to District Bukit Raya as follows : the total volume of underground water in 2017 in the amount of 10.399.615,33 m3 and in 2021 in the amount of 10.931.060,63 m3. the volume of underground water that taken by residents in 2017 were in the amount of 5.038.007,328m3and in 2021 were in the amount of 5.334.525,03 m3. The inreasing of lowering the volume of underground water (residue), so that in 2017 The inreasing of loweringthe volume of underground wateras much as5.361.608 m3and in 2021 as much as 5.596.535,6 m3. It can be concluded that the volume of underground  waterinfluenced by the changes of the dept  of aquifer and the large of green open space
Keywords: Aquifer, Unconfined, MATLAB, Underground water, the volume of underground water

## PENDAHULUAN
Air bawah tanah adalah air yang menempati rongga  dalam  lapisan  batuan  atau  formasi  geologi seperti sungai bawah tanah, air sumur dll. Air bawah tanah  dapat  di  temukan  pada lapisan  jenuh  air  atau akuifer,namun  perlu  disadari  bahwa  keberadaan  air bawah  tanah  sangat  terbatas  menurut  ruang  dan waktu  baik  menurut  kualitas  dan  kuantitas ( Bouwer, 1978 )
Keberadaan ABT (Air Bawah Tanah) sangat tergantung  besarnya  curah  hujan  dan  besarnya  air yang dapat meresap kedalam tanah. Faktor lain yang mempengaruhi  adalah  kondisi  litologi  (batuan)  dan geologi  setempat.Hampir  semua  curah  hujan  akan mengalir sebagai limpasan ( run off ) dan terus ke laut. Faktor lainnya adalah perubahan lahan-lahan terbuka menjadi pemukiman dan industri, penebangan hutan tanpa  kontrol,  hal  tersebut  akan  sangat mempengaruhi  infiltrasi  terutama  bila  terjadi  pada daerah resapan ( recharge area ).
Resapan air bawah tanah merupakan faktor yang  sangat  penting  pada  proses  terbentuknya  air bawah  tanah  yang  berfungsi  sebagai  penyeimbang atau  penentu  terpeliharanya  kelestarian  air  bawah tanah.  Air  bawah  tanah  merupakan  salah  satu sumber  daya  air  yang  paling  baik  untuk  air    bersih untuk memenuhi kebutuhan hidup masyarakat.
Pengambilan  air  tanah  yang  banyak  dan melampaui  jumlah  rata-rata  akibat  persaingan berbagai kepentingan dapat menyebabkan penurunan permukaan air tanah secara  kontinu dan pengurangan potensi air tanah di dalam akuifer, hal ini  akan  memicu  terjadinya  dampak  negatif  seperti instrusi air  laut,  penurunan  kualitas  air  tanah,  dan penurunan  permukaan  tanah (Rejekiningrum, 2005; Winter et al. , 2005) .
Jumlah  kebutuhan  air  bawah  tanah  untuk penduduk  sangat  ditentukan  oleh  tingkat  pola kehidupan dari masyarakat pemakainya.
Pemanfaatan  air  bawah  tanah  untuk  domestik
dihitung  berdasarkan  standar  dari  tim  penyusunan direktorat  tata  kota  dan  tata  daerah  direktorat masalah  bangunan  (1983),  pemanfaatan  air  untuk
domestik di daerah perkotaan
.
Kecamatan  Bukit  Raya  terdir  dari  4 Kelurahan,  57  RW  dan  240  RT.  Tahun  2014  di Kecamatan  Bukit  Raya    terdapat  23.099  kepala keluarga.Jumlah  penduduk  Kecamatan  Bukit  Raya mencapai  97.950  jiwa  pada  tahun  2014.  Angka  ini mengalami  peningkatan  sebesar  1,44%  dari  tahun 2013.  Kepadatan  penduduknya  mencapai  4,442 jiwa/km 2 ,  dengan  kelurahan  terpadat  adalah Tangkerang  Utara  sebesar  8,581  jiwa/km 2 .  Peta Kecamatan Bukit Raya dapat dilihat pada Gambar 1
Gambar  1. Peta  Kecamatan  Bukit  Raya (Dinas Pertambangan Kota Pekanbaru )
Lapisan  tanah  atau  batuan  yang  dapat menangkap  dan  meloloskan  air  adalah  akuifer (Chay,  2002) .  Kondisi  sistem  akuifer  di  dalam tanah  sangat  rumit,  namun  dapat  dipelajari  dan diprediksi  keberadaannya,  pada  musim  hujan kandungan  air  pada    akuifer  meningkat  sedangkan pada  musim  kemarau  kandungan  air  menurun  atau tidak  ada  sama  sekali.Akuifer  membentang  sangat luas, menjadi semacam reservoir bawah tanah.Pengisian  akuifer  ini  dilakukan  oleh  resapan air  hujan  kedalam  tanah.Akuifer  dibedakan menjadiakuifer terkekang dan akuifer bebas.
Akuifer tertekan/terkekang (confined aquifer) adalah  lapisan  rembesan  air  yang mengandung kandungan ABT yang bertekanan lebih besar  dari  tekanan  udara  bebas/tekanan  atmosfir, sedangkan  Akuifer  bebas/tak  tertekan (unconfined aquifer) adalah lapisan rembesan air yang mempunyai lapisan dasar kedap airsehingga kandungan ABT yang bertekanan sama dengan tekanan udara
bebas/tekanan  atmosfir.  Jenis  jenis  akuifer  dapat dilihat pada Gambar 2.
Gambar 2. Jenis jenis akuifer
Pengisian akuifer dilakukan oleh resapan air hujan kedalam tanah.Air meresap pada daerah yang disebut  daerah  resapan  air.Daerah  resapan (recharge) disebut sebagai daerah dimana arah aliran air  tanah  menjauhi  permukaan,  daerah  ini  sangat penting dalam mengestimasi sumber air bawah tanah dan penentuan daerah konservasi daerah resapan.Perhitungan  resapan  air  bawah  tanah  perlu mempertimbangkan  sifat  fisik  batuan/tanah  dan lokasi yang ada.  Besarnya resapan ini dapat dihitung dengan  persamaan  (1) (Binnie  dan  Partners, 1984):
(1)
Resapan  air  bawah  tanah  hanya  salah  satu faktor dalam keberadaan air bawah tanah, selain itu faktor  faktor  lain  diantranya  adalah:  Konduktivitas hidrolika,  Strotativitas,  Transmisivitas,  dimana parameter–parameter  akuifer  tersebut  didapatkan dari  karakeristik  litologi  berdasarkan  interpretasi data geolistrik (Todd, 1980).
Simulasi numerik adalah suatu teknik untuk menentukan  solusi  dari  persamaan differensial aliran air  bawah  tanah.Metode  numerik  yang  digunakan adalah    metode  beda  hingga  ( Finite  Difference Method ).  Metode  beda  hingga  adalah  suatu  metode untuk  mendiskritisasi persamaan  differensial menjadi persamaan  linier. Proses  diskritisasi  persamaan differensial  yang  dicari  meliputi  penggantian  setiap turunan pada titik-titik dari ordering yang dilakukan (x_i,y_i  )  dengan  rumus  beda  hingga  yang bersesuaian.Agar  pembentukan  persamaan  beda hingga  menjadi  mudah,  maka  perlu  dibentuk  suatu jaringan  bujur  sangkar  seragam  ( squaremesh )seperti ditunjukkan pada Gambar 3.
Gambar 3. Squaremesh secara umum
Kondisi  unstedy    state    atau  tidak  tunak  ini  adalah suatu  kondisi  dimana  jumlah  air  bawah  tanah  yang masuk  (recharge)  tidak  sama  dengan  jumlah  yang keluar  (discharge),  hal  ini  berarti  telah  terjadi gangguan  terhadap  sistem  alamiah  aliran  air  bawah tanah,  yang  mana  diakibatkan  oleh  eksploitasi  air bawah  tanah  yang  berlebihan  karena  tingginya aktivitas industri maupun tingginya laju pertumbuhan  penduduk  dan  terbatasnya  lahan terbuka hijau sebagai daerah resapan air (M. Juandi dan  M. Sarkowi, 2016).
Persamaan  differensial  air  bawah  tanah untuk kondisi unsteady state merupakan teori yang akan  dikembangkan  dalam  penelitian  ini  dilihat adanya  beberapa  parameter  yang  dapat  dianggap sebagai  suatu  konstanta,  maka  untuk  memudahkan persamaan akan menjadi:
[ ] (2)
(3) (4) (5)
[ ] (6)
λ (  ) (7) (8)
Volume  air  bawah  tanah  merupakan banyaknya air bawah tanah yang menempati lapisan
bawah  permukaan  bumi,  volume  air  bawah  tanah dapat dituliskan dengan persamaan:
(9) h didapatkan  dari  penyelesaian  persamaan numerik  dengan  menggunakan    software pemprograman yang dapat menyelesaikan persamaan differensial, dimana data yang digunakan untuk  menentukan  kedalaman  dari  akuifer  berupa data  mentah.Data  mentah  dari  kedalaman  akuifer kecamatan  bukitraya  berbentuk  matriks  yang  akan diselesaikan secara numerik.

## METODE PENELITIAN
Metode  yang  digunakan  dalam  penelitian ini  adalah  metode  beda  hingga  dan  penelitian dilakukan  di    Kecamatan  Bukit  Raya  Kota Pekanbaru.  Alat  dan  bahan  yang  digunakan  dalam penelitian  ini  meliputi  peta  geologi,  dan  software numerik  berupa  MATLAB  R2009a  dan  Microsoft Excel.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil  yang  diperoleh  dari  penelitian  yang diperoleh  adalah  Volume  Air  Bawah  Tanah Total,Volume  Air  yang  diambil  Penduduk,  serta Penurunan  Volume  (Residu  Air  Bawah  Tanah) menggunakan  Metode  Beda  Hingga  yang diselesaikan secara Numerik menggunakan software MATLAB R2009a.
Pengambilan  air  bawah  tanah  oleh penduduk dari tahun 2017 sampai 2021 mengalami peningkatan,  peningkatan  pengambilan  air  bawah tanah  oleh  penduduk  ini  dipengaruhi  pertambahan jumlah  penduduk  tiap  tahunnya,  sehingga  grafik pengambilan  air  bawah  tanah  oleh  penduduk merupakan  grafik  peningkatan  yang  linier.  Grafik peningkatan ini dapat dilihat pada Gambar 4.
Grafik pengambilan air bawah tanah oleh penduduk yang  meningkat  dari  tahun  ke  tahun  memenuhi suatu  persamaan  garis    y=74.129,425(x- 2017)+5.038.007,328.
5000000 5050000 5100000 5150000 5200000 5250000 5300000 5350000 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 Vo lu m e ( m 3 ) Tahun 0,938 0,9408 0,9544 0,9681 0,9791 0,935 0,945 0,955 0,965 0,975 0,985 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 Tahun 5300000 5350000 5400000 5450000 5500000 5550000 5600000 5650000 2016 2018 2020 2022
Tahun
Gambar 4. Grafik prediksi pengambilan air bawah tanah oleh penduduk dari Tahun 2017 sampai 2021
Persamaan  garis  yang  diperoleh  dapat  dijadikan referensi  untuk  simulasi  air  bawah  tanah  yang diambil  penduduk  setiap  tahun  dengan  cara mengganti  nilai  dari  variable  x  dengan  tahun  yang ingin ditentukan.
Hasil  simulasi  kedalaman  akuifer  bebas Kecamatan  Bukit  Raya  didapat  dari  menyelesaikan Matriks  Grid  kedalaman  Kecamatan  Bukit  Raya dengan  menggunakan  Program  MATLAB,  sehingga didapat  kedalaman  simulasi  dari  akuifer  bebas Kecamatan  Bukit  Raya.Hasil  simulasi  kedalaman akuifer bebas Kecamatan Bukit Raya dari Tahun ke Tahun mengalami peningkatan penurunan kedalaman  akuifer  bebas,  hal  ini  disebabkan  karena pengambilan  air  bawah  tanah  yang  meningkat  oleh penduduk  setiap  tahunnnya,  sehingga  penurunan kedalaman  akuifer  bebas  dari  tahun  ke  tahun  juga akan mengalami peningkatan. Peningkatan penurunan  kedalaman  akuifer  bebas  Kecamatan Bukit  Raya  dari  Tahun  2017  sampai  2021.Grafik penurunan kedalaman akuifer bebas dari tahun 2017 sampai  2021  dapat  dilihat  pada  Gambar  5.Grafik penurunan  kedalaman  akuifer  bebas  Kecamatan Bukit  Raya setiap tahunnya  mengalami  peningkatan dengan  persamaan  y=0,010275(x-2017)+0,938,R² = 0,968.
Gambar 5.Grafik peningkatan penurunan kedalaman akuifer  bebas  Kecamatan  Bukit  Raya  dari  Tahun 2017 sampai 2021.
Persamaan  garis  yang  diperoleh  dapat  digunakan untuk menentukan peningkatan penurunan kedalaman akuifer bebas Kecamatan Bukit Raya pada tahun mendatang.
Hasil  peningkatan  penurunan  kedalaman akuifer  bebas  Kecamatan  Bukit  Raya  kemudian digunakan untuk memprediksi peningkatan penurunan  volume  akuifer  bebas  (Residu).Volume residu  dihitung  dengan  menggunakan  persamaan, dimana  untuk  nilai  RTH  (Ar)  digunakan  nilai  yang konstan,  sehingga  diperoleh  hasil  grafik  hubungan antara peningkatan penuruna volume ABT terhadap tahun pada Gambar 6.
Gambar  6.Grafik  residu  volume  air  bawah  tanah Kecamatan  Bukit  Raya  dari      Tahun  2017  sampai 2021
Grafik  peningkatan  penurunan  Volume  air bawah  tanah  (residu)  volume  air  bawah  tanah meningkat  setiap  tahunnya  sehingga  dari  grafik tersebut  didapat  persamaan  garisy=58.731,9(x- 2017)+5.361.608 dan korelasi sebesar R² = 0,968. Persamaan  garis  yang  diperoleh  dapat  digunakan untuk  menentukan  penurunan  volume  air  bawah tanah  (residu)  Kecamatan  Bukit  Raya  pada  tahun mendatang.
Volume  total  air  bawah  tanah  setiap tahunnya didapat dari kalkulasi air bawah tanah yang diambil  oleh  penduduk  setiap  tahun  dengan peningkatan  penurunan  ABT  setiap  tahunnya, sehingga  diperoleh  hasil  volume  air  bawah  tanah total, sehingga dapat diperoleh hasil grafik hubungan antara  peningkatan  penuruna  volume  total  ABT terhadap  tahun.Grafik  volume  total  akuifer  bebas dari  tahun  2017  sampai  2021  dapat  dilihat  pada Gambar 7.
10300000 10400000 10500000 10600000 10700000 10800000 10900000 11000000 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 Tahun
0 500000 1000000 1500000 2000000 2500000 3000000 3500000 4000000 4500000 5000000 5500000 6000000 6500000 7000000 7500000 8000000 8500000 9000000 9500000 10000000 10500000 11000000 11500000 2017 2018 2019 2020 2021
Tahun
Gambar  7. Grafik  volume  total  ABT  Kecamatan Bukit Raya dari tahun 2017 sampai 2021
grafik  ini merupakan grafk yang linier dan memiliki  persamaan  garis  y=132.861,325(x- 2017)+10.399.615,33dan korelasi sebesar R²=0,992.  Persamaan  garis  yang  diperoleh  dapat digunakan  untuk  menentukan  volume  total  air bawah  tanah  Kecamatan  Bukit  Raya  pada  tahun tahun mendatang.
Hasil  prediksi  dari  volume  total  ABT, volume  residu  dan  volume  pengambilan  air  bawah tanah  oleh  penduduk  dapat  dilihat  pada  pada Gambar 8.
Gambar  8. Hasil  Prediksi  ABT  Kecamatan  Bukit Raya dari tahun 2017 sampai 2021 Keterangan:
× = Volume Total ABT
■ = Volume Residu ABT
▲ = Volume Air yang diambil Penduduk

## SIMPULAN DAN SARAN
Berdasarkan hasil penelitian dan pembahasan,  maka  dapat  diambil  kesimpulan Volume  total  air  bawah  tanah  hasil  simulasi mengalami peningkatan penurunan volume total air bawah tanah setiap tahunnya.Peningkatan penurunan volume  total  air  bawah  tanah  disebabkan  oleh meningkatnya  pengambilan  air  bawah  tanah  oleh penduduk setiap tahunnya. Volume total air bawah tanah  pada  Tahun  2017  sebesar  10.399.615,33  m 3 dan pada Tahun 2021 sebesar 10.931.060,63 m 3 .

## DAFTAR PUSTAKA
Binnie and Partners, 1984.Applied
Hydrogeologi.Third  Edition.Prentice  Hall Englewood Cliffs. New Jersey
Bouwer,  H.  1978.  Groundwater  Hydrology.  Int. Student Ed. McGraw-Hill Kogakusha Ltd.
Chay,  A.  2002.Hidrologi  dan  Pengelolaan  Daerah
Aliran Sungai.Penerbit Gadjah Mada
Yogyakarta. University Press
M  Juandi,  M  Sarkowi,  2016  .2D  Groundwater Depth  for  Analysis  of  The  Zone  Unconfined Aquifer ,INSIST.Volume 1, Issue. 1.
Rejekiningrum. P., Y. Apriyana,  dan F. Ramadani. 2005.  PendayagunaanSumberdaya  Air  untuk Pengembangan  Kapas  di  SulawesiSelatan.Balai Penelitian Agroklimat dan Hidrologi.PusatPenelitian  dan  Pengembangan Tanah  dan  Agroklimat.BadanPenelitian  dan Pengembangan Pertanian.
Todd  D.K,  1980.  Groundwater  Hydrology,  2nded JohnWiley and Sons Inc, New York
Winter,  T.  C.,  J.  W.  Harvey,  O.  L.  Franke,  and W.  M.  Alley.  2005.Concepts  of  Ground Water,  Water  Table,  and  Flow  Systems. U.S.Department  of  the  Interior,  U.S. Geological Survey. http://ga.water.usgs.gov/edu/watercyclegw discharge.