## PENDUGAAN ALIRAN SUNGAI BAWAH TANAH DI DESA HARGOSARI GUNUNGKIDUL YOGYAKARTA MENGGUNAKAN METODE VERY LOW FREQUENCY-ELECTROMAGNETIC (VLF- EM) DENGAN FILTER NOISE ASSISTED- MULTIVARIATE EMPIRICAL MODE DECOMPOSITION (NA-MEMD)
Yesi Yusmita 1
1 Program Studi Teknik Elektronika Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Bengkalis Jln. Bathin Alam Sungai Alam Bengkalis Riau
Email: yesi_yusmita@yahoo.co.id 1

## Abstrak
Air di kawasan karst mengalir melalui sistem retakan celah gua. Air bawah permukaan akan terakumulasi dan mengalir dalam suatu pola aliran tertentu melalui lorong-lorong gua yang pada akhirnya membentuk sungai bawah tanah. Sungai bawah tanah daerah karst terkadang dapat berada sejajar horizontal namun alirannya berlawanan, bahkan dapat juga saling menyilang bertingkat tidak saling berhubungan. Salah satu daerah yang memiliki kondisi seperti itu adalah desa Hargosari, kabupaten Gunungkidul, Yogyakarta. Sebenarnya di daerah tersebut banyak terdapat air sungai bawah tanah sekalipun di musim kemarau, namun posisi serta kedalamannya belum diketahui, sehingga dilakukan penelitian dengan metode geofisika yaitu metode Elektromagnetik Very Low  Frequency untuk  mengestimasi  keberadaan  dan  kedalaman  sungai  bawah  tanah  tersebut. Data  lapangan  yang  didapatkan  dari  hasil  pengukuran metode  VLF-EM  biasanya  tercampur  dengan noise dan outlier,  untuk  itu  digunakan  filter  NA-MEMD  (Noise Assisted-Multivariate  Empirical  Mode Decomposition) yang mampu mereduksi noise dan outlier dari data pengukuran, dan juga  menggunakan  filter Moving Average, dan filter Karous H-jelt untuk menghasilkan kontur rapat arus ekivalen sehingga posisi sungai bawah tanah dapat diketahui.
Hasil  interpretasi  rapat  arus  ekivalen  menunjukan  arah  sungai  bawah  tanah  di  desa  Hargosari  ke  arah  barat  mengikuti  aliran  sebelumnya,  dengan kedalaman sungai bawah tanah terlihat pada lintasan 1 berada pada kedalaman 125 m, pada lintasan 2 sungai berada pada kedalaman 120 m, lintasan 3 sungai berada pada kedalaman 112 m, lintasan 4 berada pada kedalaman 105 m, dan untuk lintasan terakhir yaitu lintasan 5 berada pada kedalaman 95 m. Untuk sungai 2, baru terlihat pada lintasan 2 pada kedalaman 115 m, lintasan ke tiga pada kedalaman 110 m, lintasan ke empat pada ke dalaman 100 m, dan untuk lintasan kelima pada kedalaman 80 m.  Berdasarkan hasil penelitian ini, arah aliran sungai bawah tanah di desa Hargosari mengarah ke Barat.
Kata Kunci : Sungai bawah tanah, VLF, filter NA-MEMD, filter Karous HJelt, rapat arus ekivalen.

## Abstract
Water in the karst region flows through cracks crevice cave system.  Subsurface water will accumulate and flow in a certain flow pattern through the cave that eventually forms underground river. Underground river karst areas can sometimes be aligned horizontally but the flow may opposite, in fact can also crisscross terraced not interconnected. One area that has such conditions is the Hargosari village, District of Gunungkidul, Yogyakarta. Actually, in the area there are many underground river water even in the dry season, but the position and depth are unknown, research with geophysical methods, namely Very Low Frequency Electromagnetic method to estimate the existence and depth of the underground river is conducted. The field data obtained from the measurement  results  VLF-EM  method  is  usually  mixed  with noise and  outliers,  for that used  filter  NA-MEMD  (Noise Assisted-Multivariate  Empirical Mode  Decomposition)  capable  of  reducing noise and  outliers  of  measurement  data, and  also  use  the  Moving  Average  filter, and  Karous  H-jelt  filter  to produce a equivalent current density contours so that the position of the underground river can be seen.
Interpretation of results shows the direction of the equivalent current density of an underground river in the Hargosari village to the west following the previous flow, with an underground river depth be seen at  1 track is located at a depth of 125 m, on  2 track of the river is at a depth of 120 m, 3 track rivers are at a depth of 112 m, 4 tracks located at a depth of 105 m, and for the last track is  5 track is located at a depth of 95 m. For the  river 2, new be seen at the track 2 at a depth of 115 m, The third track at a depth of 110 m, and for the fifth track at a depth of 80 m. According to this research , directions underground river in the Hargosari village heading to the west.
Keywords : VLF, underground river, VLF, NA-MEMD filter, Karous H-Jelt filter, equivalent current density

## 1. PENDAHULUAN
Wilayah Kabupaten Gunung kidul termasuk daerah beriklim tropis, dengan topografi wilayah
yang didominasi oleh daerah kawasan perbukitan karst. Daerah karst memiliki  sistem hidrologi  yang  berbeda  dengan  batuan  lainnya.
Air  di  kawasan karst bergerak  melalui  sistem retakan  celah  gua,  sedangkan  pada  kawasan bukan karst air tanah bergerak melalui pori-pori batuan  Hubungan  sungai  perlu  diketahui  secara jelas,  karena  pada  daerah karst sungai  bawah tanah  terkadang  dapat  berada  sejajar  horizontal namun alirannya berlawanan, bahkan dapat juga saling menyilang bertingkat tidak saling berhubungan.  Berdasarkan  pola  yang  demikian, hubungan  antara  sungai  dengan  sungai  lainnya menjadi sulit ditentukan.
Di daerah penelitian ini salah satu sumber air masyarakat adalah dari Baron  yang dialirkan melalui pipa-pipa ke desa-desa disekitar Hargosari. Namun, jika musim kemarau panjang,  air  pada  pipa  tersebut  jarang  sekali mengalir, sehingga masyarakat terpaksa membeli  air  dengan  harga  mahal.  Padahal sebagaimana  kita  ketahui  bahwa  daerah karst tersebut  memiliki  sumber  air  bawah  tanah  yang selalu  mengalir.  Oleh  sebab  itu  pengukuran geofisika  sangatlah  cocok  dilakukan  untuk mendapatkan posisi aliran sungai bawah tanah.
Metode  geofisika  yang  dapat  digunakan untuk mencari keberadaan air tanah pada batuan batugamping  melalui  kontras  konduktivitas batuan adalah  metode  elektromagnetik,  yaitu metode  dalam  eksplorasi  geofisika yang umumnya  digunakan  untuk  pencarian  bahan- bahan  yang  bersifat  konduktif.  Metode  tersebut bergantung  pada  sumber  sinyal  maupun  variasi sensor  penerimanya.  Metode  Elektromagnetik Very Low Frequency (VLF) termasuk salah satu dalam  metode  elektromagnetik  yang  sumber sinyalnya  berasal  dari  pemancar  radio  militer berfrekuensi  rendah  dengan  daya  tembus  tinggi yang  semula  digunakan  untuk  navigasi  dan komunikasi  kapal  selam  yang  berada  dilaut. Berdasarkan  informasi  dari  latar  belakang  ini, daerah  Hargosari  merupakan  kawasan  yang sangat membutuhkan sumber air, oleh sebab itu penulis  melakukan  penelitian  untuk  mencari pola  aliran  sungai  bawah  tanah  yang  melewati desa  tersebut  dengan  menggunakan metode Electromagnetic Very Low Frequency (VLF).

## 2. METODE

## 2.1 Prinsip Dasar Metode VLF-EM
Metode VLF bekerja dengan memanfaatkan pemancar  radio  dengan  frekuensi  sekitar  15-30 kHz  (atau  pada  panjang  gelombang  10-20  km) sebagai medan primer dan pemancar gelombang radio  yang  berdaya  besar  sekitar  100-1000  kW [1]. Mekanisme kerja VLF yang memanfaatkan pancaran  gelombang  radio  dan  pemancar  VLF akan  menginduksi  sistem  pelapisan  bumi yang konduktif [3]. Pola radiasi induksi tersebut akan menimbulkan  medan  elektromagnetik  sekunder yang  memberikan  gangguan  medan magnetik alamiah bumi [2].
Medan  elektromagnetik  primer  sebuah pemancar  radio,  memiliki  komponen  medan listrik  vertikal E z dan  komponen  medan magnetik horizontal H y tegak lurus terhadap arah perambatan  sumbu x . Pada  jarak  yang  cukup jauh  dari  antena  pemancar,  komponen  medan eletromagnetik  primer H y dapat  dianggap sebagai gelombang yang berjalan secara horizontal.  Jika  di  bawah  permukaan  terdapat suatu  medium  yang  konduktif,  maka  komponen medan magnetik dari gelombang elektromagentik primer akan menginduksi medium  tersebut  sehingga  akan  menimbulkan arus induksi seperti pada Gambar 1.
Gambar  1 Gelombang  Elektromagnetik  untuk  Metode

## VLF
Persamaan Maxwell dalam bentuk hubungan  vektor  medan  listrik  dan  medan magnetik  dapat  digunakan  untuk  memahami
perambatan  gelombang  elektromagnetik.  Empat persamaan Maxwell tersebut adalah :
(1)
(2) (3) (4)
Dimana J : rapat arus (ampere/meter 2 )
: rapat muatan total (coloumb/ meter 2 )
: permitivitas ruang hampa (farads/meter)
E : medan listrik (volt/meter)
B : induksi magnet (tesla) D : pergeseran listrik     (coloumb/meter) H : intensitas medan magnet (ampere/meter)

## 2.2 Filter Moving Average
Filter  ini  dilakukan  dengan  cara  merata- ratakan  sejumlah  titik  dari  sinyal input untuk membentuk  setiap  titik output. Filter  ini memisahkan  frekuensi  tinggi  dan  frekuensi rendah  dengan  cara  merata-ratakan  nilai  tilt dibagi  dengan  panjang  interval smoothing  yang digunakan. Filter ini digunakan dengan persamaan:
= (5)
jika < i < N - (6) dengan  M = panjang interval smoothing, lebar jendela, jumlah titik dalam satu window N : Jumlah total data
: sinyal output
: sinyal input

## 2.3 Filter Karous H-Jelt
Filter  Karous  Hjelt menghitung  sumber arus  ekuivalen  pada  kedalaman  tertentu  yang pada umumnya dikenal sebagai rapat arus. Posisi rapat  arus  ekivalen  ini  dapat  menjadi  alat untuk
menginterpretasi  lebar  dan  kemiringan  sebuah benda anomaly dengan kedalaman tertentu[4].
2.4 Filter Noise Assisted-Multivariate Empirical  Mode  Decomposition (NA-

## MEMD)
Filter  bekerja  dengan  menguraikan  data  ke dalam  bentuk  satu  set  mode  osilasi  yang  biasa disebut  dengan Intrinsic  Mode  Function (IMF). Setelah memilih kriteria IMF yang cocok dengan tren  data  lapangan  serta  mempertimbangkan kondisi  lapangan  kemudian  memproses  IMF tersebut kedalam bentuk gelombang multivariate.
Algoritma  NA-MEMD  mencoba  untuk mengeliminasi  interferensi noise yang  terjadi pada  EEMD  dan  mereduksi mode-mixing pada keluaran EMD dan MEMD.  ini  diuraikan  dalam  Algoritma,  dimana langkah  pertama  memastikan  bahwa  saluran noise tidak  ditambahkan  ke  sinyal  yang  sudah memenuhi kriteria IMF.  Metode  ini  beroperasi  dengan  membentuk sinyal multivariate yang  terdiri  dari input data dan noise pada channel yang terpisah. Algoritma : NA-MEMD
1) Periksa  apakah  sinyal input memenuhi kriteria  IMF.  Jika  tidak,  lanjutkan  ke langkah selanjutnya. Sebaliknya, hentikan proses.
2) Buat gaussian white noise time series tak berkorelasi  (l-channel)  yang  panjangnya sama dengan panjang input, dengan l ≥ 1. 3) Tambahkan  saluran noise (l-channel) yang  dibuat  di  langkah  2  ke  sinyal masukan multivariate (nchannel)  n ≥ 1, sehingga diperoleh (n + l)-channel sinyal multivariate.
4) Proses sinyal multivariate (n + l)-channel yang  dihasilkan  n  +  l ≥ 2  menggunakan algoritma  MEMD  untuk  mendapatkan IMF multivariate.
5) Dari  (n+l)  IMF multivariate yang dihasilkan, buang l-channel yang
bersesuaian
dengan noise,sehingga memberikan satu set n-channel IMF yang sesuai dengan sinyal asli.

## Gambar 2 Diagram alir pengolahan data dan interpretasi

## A. Alat yang digunakan
Alat  yang  digunakan  pada  penelitian  ini  yaitu  : Satu  set alat  VLF-BRGM,  peta  RBI,  GPS Garmin, Meteran, Kompas.
B. Lokasi Penelitian
Lokasi  penelitian  ini  dilakukan  di  desa Hargosari  Gunungkidul  Yogyakarta,  terletak pada  koordinat  110,6227  LS  dan  8,057  BT sampai  dengan  110,6151  LS  dan  8,043  BT. Lintasan penelitian sepanjang 1000 m, ada lima lintasan  dengan  spasi  tiap  titik  pengukuran sebesar 10 m.

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN
A. Perbandingan Data Tilt Lintasan Pengukuran Hasil pengolahan data pengukuran
menggunakan filter  Moving  Average,  dan  filter  K- HJelt terlihat  bahwa pada  Tilt  ataupun  pada  Ellips masih menunjukkan adanya noise. Untuk meningkatkan  hasil  pengamatan  sinyal  yang  lebih halus  bebas noise,  dilakukan filtering data  dengan menggunakan filter NA-MEMD.
Pada  gambar  3,terlihat hasil  penghilangan noise frekuensi  tinggi  dan  rendah  maka  diperoleh frekuensi  asli  dari  data  VLF.  Dari  hasil  filtering dengan  menggunakan  NA-MEMD  sangat  jelas terlihat  perbedaan  antara  data  tanpa  filter  NA- MEMD  dengan  data  hasil  filtering  yang  sudah dengan  NA-MEMD. Hasil  filter  tanpa  NA-MEMD lebih  ber-noise dari  hasil  yang  sudah  digabungkan dengan filter NA-MEMD.
Gambar  3 Hasil  Pengolahan  Data  Tilt  Pada  Lintasan Pengukuran (a) Pengolahan Data Tilt Filter Karous- HJelt Filter NA-MEMD Informasi Geologi Data Tilt dan eliptisitas Kontur Karous H-Jelt Interpretasi selesai Pengambilan Data Lapangan Filter Moving Average Filter Karous - Hjelt Kontur Sungai Bawah Tanah Mulai dan Akhir Proses Hasil Mulai Survei Lapangan
Menggunakan Filter  Moving  Average(data lapangan  (*),  data  terfilter  (-)),  (b)  Hasil Pengolahan  Data  Tilt  Dengan  Filter  NA- MEMD(*).

## B. Perbandingan Peta Kontur Rapat Arus Ekivalen
Gambar  4 Peta  kontur  rapat  arus  pada  tiap-tiap  lintasan
(a)  Hasil  peta    kontur  menggunakan  filter Moving Average (b) Hasil peta kontur dengan filter NA-MEMD
Gambar 4 merupakan  kontur  rapat  arus ekivalen  dari  masing-masing  lintasan,  dari  hasil kontur  tersebut  memperlihatkan  perbedaan  hasil pengolahan  data  tanpa  menggunakan  filter  NA- MEMD,sedangkan  dengan menggunakan  filter  NA- MEMD. Pada  lintasan  4  dan  lintasan  5,  terdapat perbedaan  yang  sangat  jelas  dari  kedua  gambar tersebut.  Filter    NA-MEMD  merupakan  filter  yang mengurangi noise yang memiliki nilai tinggi, namun bukan  menghilangkannya.  Sedangkan  pada moving average menghilangkan noise yang  berfrekuensi tinggi.  Oleh  karena itu,  data  yang  terdistorsi noise pada filter  Moving  average bisa  teridentifikasi  oleh filter NA-MEMD.  Perbedaan  hasil  kontur  tersebut disebabkan oleh perbedaan data input, pada gambar (b)  merupakan  data  input  hasil  pengolahan  NA- MEMD,    hasil  pengolahan  data  tilt  lintasan  ke  4 pada  gambar  (b)  garis  anomalinya  lebih  tegas dibandingkan lintasan ke 4 pada gambar (a), dimana gambar  (a)  masih  memiliki  garis-garis  yang  tidak halus,  dengan  kata  lain moving  average belum benar-benar sempurna menghilangkan noise.
C. Interpretasi Data
Estimasi  posisi  anomali  konduktif  dapat dilihat  pada  Gambar 5,  dari  gambar  tersebut  dapat dilihat  bahwa  aliran  sungai  menjadi  2  pada  lintasan 2, 3, 4 dan 5.
Gambar  5 Ilustrasi  aliran  sungai  bawah  tanah  di  desa Hargosari
Hasil overlay aliran sungai bawah tanah berdasarkan kontur rapat arus ekivalen di sajikan pada gambar 6.
Gambar 6 Peta  aliran  sungai  beradasarkan  kontur  rapat arus ekivalen

## 4. KESIMPULAN
Dari  hasil  survey  dan  interpretasi  maka  didapat kesimpulan sebagai berikut:
Arah  aliran  sungai  bawah  tanah  daerah  dusun Hargosari  berdasarkan  interpretasi  ada  2  sungai bawah tanah yang mengalir.
Sungai  1,  untuk  lintasan  1  sungai  bawah  tanah terlihat  pada  lintasan  1  kedalaman  berada  pada kedalaman  125  m,  pada  lintasan 2  sungai  berada pada  kedalaman  120  m,  lintasan  3  sungai  berada
pada  kedalaman  112  m,  lintasan  4  berada  pada kedalaman  105  m,  dan  untuk  lintasan  terakhir  yaitu lintasan 5 berada pada kedalaman 95 m. Arah aliran sungai ini mengalir dari arah Timur ke arah Utara. Untuk  sungai  2,  baru  terlihat  pada  lintasan  2  pada kedalaman 115 m, lintasan ke tiga pada lintasan 110 m,  lintasan  ke  empat  pada  ke  dalaman  100  m,  dan untuk  lintasan  kelima  80  m. Berdasarkan  hasil penelitian ini, arah aliran sungai bawah tanah di desa Hargosari mengarah ke Barat.

## UCAPAN TERIMA KASIH
Ucapan terimakasih diberikan kepada tim jurnal inovtek  Polbeng yang  telah  memberikan kesempatan  hasil  penelitian  ini  diterbitkan. Ucapan  terimakasih  juga  disampaikan  kepada pihak-pihak terkait yang telah memberi dukungan seperti dari jurusan dan seluruh civitas akademika  Polbeng  yang  tidak  bisa  disebutkan satu persatu.

## DAFTAR PUSTAKA
[1]Bayrak,  M.  1995.  Use  of  Electromagnetic  VLF Method  in  Shallow  Exploration  in  Turkey  (in
Turkish). Jeofizik, 9-10, 143-148.
[2]Hiskiawan,  P.  2009.  High  Resolution  Deteksi Reaktif Patahan Dangkal dengan Metode Geofisika,  VLF-EM. Jurnal  Ilmu  Dasar Vol.  10 No. 1. 2009 : 68 – 76.
[3]Hiskiawan,  P.  2011.  Akuisisi  Data  VLF-EM Menggunakan  Teknik  Konvensional  dan  Teknik Gradio. Jurnal Fisika Himpunan Fisika Indonesia
Vol.11 (1) p.18-22.
[4] Karous, M. dan Hjelt, S.E., 1983. Linear Filtering of Dip-Angle Measurements, Geophysical Prospecting  31,  782-794.Kusumayudha,  S.B., 2005. Hidrogeologi  Karst  dan  Geometri  Fraktal di Daerah Gunungsewu, Adicita, Yogyakarta