Tanah Runtuh di Malaysia dan Teknik Geofizik untuk Menilai Kestabilan Cerun

Oleh: Yuvan A/L Manohkaran
Pelajar Sarjana, Program Geologi, Fakulti Sains dan Teknologi
Universiti Kebangsaan Malaysia

Tanah runtuh atau kegagalan cerun merupakan fenomena geologi yang kompleks yang membawa kesan sosioekonomi yang besar kepada masyarakat dan negara kerana menyebabkan kehilangan nyawa, kemusnahan kemudahan infrastruktur dan prasarana. Tanah runtuh boleh ditakrifkan dengan pelbagai cara berdasarkan pelbagai elemen dan proses geomorfologi yang menyumbang kepada kegagalan cerun. Para pengkaji mentakrifkan sebagai pergerakan ke bawah jisim batu, debris, dan tanah akibat graviti. Saintis juga menjelaskan tanah runtuh sebagai ‘mass wasting’ iaitu pergerakan unsur bumi cerun menurun (batu, tanah dan debris) yang terdiri pelbagai saiz, bentuk dan jisim. Secara amnya, fenomena tanah runtuh disebabkan oleh pelbagai faktor termasuklah hujan, pencairan salji, perubahan paras air, hakisan sungai, perubahan air tanah, gempa bumi, aktiviti gunung berapi, gangguan daripada aktiviti manusia, atau mana-mana gabungan punca ini mungkin menyebabkan tanah runtuh di cerun yang sudah hampir bergerak. Apabila daya yang beroperasi menurun cerun melebihi kestabilan komponen bumi yang membentuk cerun, pergerakan menurun cerun akan terhasil.

Bencana tanah runtuh acap kali berlaku di Malaysia yang mengakibatkan sejumlah besar kematian dan kerugian kewangan. Malaysia telah mencatatkan sebanyak 23 tragedi tanah runtuh, di mana, tragedi Batang Kali dikatakan terburuk yang berlaku pada tahun 2022 dengan 30 orang telah disahkan mati. Secara amnya, faktor suhu tinggi sepanjang tahun, iklim hutan hujan tropika dan hujan yang konsisten adalah penyebab utama kejadian kegagalan cerun. Walaupun secara amnya, tidak ada gempa bumi yang teruk atau ketara berlaku, tanah runtuh berskala besar masih wujud di Malaysia, seringkali, disebabkan oleh kesan graviti dengan kombinasi hujan lebat yang berterusan. Julat suhu di Malaysia antara 22-32 ℃ sepanjang tahun dengan hujan tahunan antara 2000-2500 mm dengan ekstrimiti sehingga 4500 mm pada monsun barat daya (April–Oktober) dan monsun timur laut (Oktober–Februari). Hujan tahunan serta suhu tinggi sepanjang tahun mengakibatkan luluhawa kimia yang kuat dan pembentukan profil tanah baki (residual soil) yang luas, di mana, beberapa kawasan tertentu boleh mencapai kedalaman sehingga 100 m. Tanah runtuh adalah salah satu bencana alam yang lazim di Malaysia oleh sebab gabungan faktor geologi dan iklim ini. Bukan itu sahaja, di Malaysia dan kawasan tropika lain, profil luluhawa boleh mencapai ketebalan sehingga 100 meter. Jenis bahan terluluhawa dan struktur jisim mempunyai pengaruh yang ketara akan mekanisme kegagalan cerun. Lapisan atas tanah menjadi gembur akibat luluhawa yang berlaku, kebolehhakisan yang tinggi, ketakselanjaran struktur dan relik, ketidakhomogenan struktur luluhawa dan bahan terluluhawa tepu menyumbang kepada gelongsoran tanah. Keadaan ini juga menyebabkan pengurangan kohesi antara partikel tanah yang mendorong kegagalan permukaan. Pemahaman mekanik tanah dan proses geologi yang mempengaruhi bencana alam vital dalam membentuk model pencegahan dan perlindungan.

Teknik geofizik

Walau bagaimanapun, adakah hujan konsisten serta iklim tropika sepanjang tahun sahaja yang menyumbang kepada kegagalan cerun? Dengan urbanisasi yang berkembang pesat, aktiviti manusia juga berkembang yang membawa impak serius kepada keadaan tanah dan potensi geobencana seperti kegagalan cerun. Majoriti kegagalan cerun yang berlaku di Malaysia adalah cerun buatan manusia dan dipengeruhi oleh pembinaan dan penyelenggaraan yang lemah serta reka bentuk yang kurang dinamik. Kegagalan cerun atau tanah runtuh dikaji melalui pelbagai disiplin seperti penderiaan jauh, geofizik, dan geoteknik, di mana, teknik ini memberi pemahaman menyeluruh tentang sifat cerun, termasuk pencirian dan pemprofilan tanah, isipadu impak, dan mekanisme pengawal gelongsoran tanah. Kaedah geofizik merupakan kaedah penting dalam memberi data komprehensif untuk mencirikan subpermukaan dan geomaterial dengan tepat. Terdapat beberapa instrumen geofizik yang sedia ada untuk menganalisis cerun dan menentukan sempadan bahan, ketidakhomogenan dan ciri-ciri geologi. Majoriti kaedah telah wujud, namun dengan kemajuan teknologi, kebanyakan teknik geofizik telah mengalami perubahan yang ketara. Oleh sebab itu, pakar kini boleh menjalankan tinjauan geofizik dengan lebih mudah, tafsiran yang lebih efektif dan tepat, serta jauh lebih murah. Antara teknik geofizik yang lazim digunakan termasuklah kaedah seismos, geoelektrik, elekromagnet, dan kaedah graviti.

Kajian

Asas kaedah seismos adalah pengukuran gelombang anjal (elastic waves)—juga dikenali sebagai gelombang seismos, gelombang kejutan atau gelombang akustik—yang melalui subpermukaan. Dengan pelbagai ketumpatan dan ciri deformasi, gelombang seismos ini akan dipantulkan atau dibiaskan pada antara muka bahan tersebut. Teknik ini juga boleh menentukan struktur dalaman bahan dalam cerun. Gelombang seismos terdiri daripada gelombang permukaan seperti Rayleigh dan gelombang tanah, serta terdiri daripada mampatan (gelombang P) atau ricih (gelombang S). Teknik pembiasan seismos, pantulan seismos, dan tomograf seismos merupakan antara keadah seismos. Pengukuran tempoh perjalanan gelombang seismos yang dibiaskan pada subpermukaan dengan pelbagai halaju merupakan idea asas kaedah biasan seismos. Ia digunakan untuk menentukan kegagalan dan alihan lateral tanah runtuh berdasarkan variasi ciri fizikal bahan dan sedimen dasar atau batuan dasar yang tidak terganggu yang mengakibatkan halaju seismos yang berbeza, Tenaga seismos yang dihasilkan oleh sumber seismos memancar ke semua arah. Gelombang akan melalui sama ada lapisan yang lebih tinggi atau melalui lapisan halaju tinggi sebelum melantun ke atas dan kembali ke permukaan. Masa ketibaan gelombang langsung dan terbias dari bahagian seismos boleh digunakan untuk mengira ketebalan dan halaju bahan di atas dan dalam antara muka cerun. Variasi halaju akan diinterpretasi sebagai perubahan litologi zon lemah, kehadiran dan ketidakselanjaran struktur. Dengan ini, model halaju subpermukaan dan profil kedalaman lapisan refraktor dapat dihasilkan. Pantulan seismos pula berdasarkan pantulan yang berlaku pada antara muka deformasi tanah dan jisim batu. Pantulan berlaku pada antara muka di mana sifat deformasi jisim tanah atau batuan pada setiap sisi sentuhan berbeza. Tenaga dalam gelombang yang dipancarkan dan dipantulkan dikawal oleh impedans akustik dan sudut tuju gelombang seismos. Teknik pantulan seismos 2D menghasilkan pemprofilan tanah manakala Teknik pantulan seimos 3D menghasilkan geometri subpermukaan secara tiga dimensi. Kaedah tomografi seismos melibatkan pembalikkan masa ketibaan pertama untuk membentuk gambaran taburan halaju gelombang P tanah. Kaedah ini melibatkan lebih banyak data masa-perjalanan dan kerja lapangan daripada pembiasan seismos konvensional.

Seterusnya, kaedah elektromagnet juga digunakan untuk tinjauan kestabilan cerun. Keberkonduksian elektrik bahan subpermukaan, pemalar dielektrik dan frekuensi medan penghantaran mempengaruhi penembusan medan elektromagnet. Penembusan berkurangan apabila keberkonduksian atau frekuensi meningkat. Dengan itu, pelbagai sifat bahan subpermukaan dapat ditentukan menggunakan pendekatan elektromagnet. Antara kaedah elektromagnet termasuklah kaedah Ground Penetrating Radar (GPR). GPR digunakan kerana mempunyai resolusi tinggi, kadar penembusan bahan, sensitiviti terhadap, dielektrik, elektrik, magnet, dan perbezaan profil lemah dan kandungan air serta instrumentasi ringan. Pertama sekali, dengan resolusi 0.1-3 m, GPR menggunakan gelombang elektromagnet dengan frekuensi antara 10 dan 1200 MHz. resolusi yang lebih terperinci dapat dihasilkan dengan menggunakan frekuensi yang lebih tinggi. Frekuensi yang lebih tinggi menunjukkan penyerapan tenaga gelombang yang lebih tinggi mengakibatkan penembusan kurang. Penembusan dikurangkan dengan ketara oleh keberkonduksian tinggi bahan subpermukaan. Penembusan dikurangkan kepada sentimeter dalam bahan konduktif seperti air masin. Akibatnya, profil air, perubahan litologi, dan profil tanah dapat ditentukan. Bukan itu sahaja, ketidakhomogenan dalam tanah dan jisim batuan juga boleh dikenal pasti dengan mengukur perbezaan pemalar dielektrik dan keberkonduksian pada kedua-dua sempadan bahan. Teknologi kini mampu menghasilkan data 3D GPR untuk interpretasi pemprofilan tanah secara tiga dimensi.

Seterusnya, teknik mikrograviti yang merangkumi kaedah gravimetri juga digunakan untuk mengkaji kegagalan cerun. Ia mempunyai kelebihan berbanding pendekatan geofizik yang lain kerana instrumen ringan dan kepekaan terhadap perbezaan ketumpatan yang tinggi. Teknik ini memberi liputan yang luas dan mengesan anomali gravimetrik yang disebabkan oleh perbezaan ketumpatan yang tepat. Keperluan ini penting untuk menentukan tahap kehilangan kohesif dan kejituan pada permukaan bahagian atas batuan dasar yang menyebabkan pergerakan jisim tanah dan tanah runtuh. Tinjauan gravimetri ini boleh membekal data penting untuk analisis kestabilan cerun dengan penilaian ketebalan jasad tanah runtuh dan perbezaan ketumpatan antara jisim bergerak dan stabil, serta  geometri heterogen dalam jisim bergerak. Teknik ini juga memberi deskripsi struktur deformasi, struktur relik, dan zon yang mengalami tekanan.

Akhirnya, kaedah geoelektrik yang merangkumi kaedah keberintangan elektrik dan kaedah swakeupayaan (self potential) merupakan antara teknik geofizik yang lazim digunakan dalam aplikasi geofizikal yang lain. Kaedah keberintangan bergantung kepada pemindahan arus terus antara dua pasangan elektrod sambil mengukur potensi elektrik antara satu pasangan elektrod. Terdapat tiga kaedah untuk menggunakan aplikasi geofizik ini termasuklah pemeruman elektrik mencancang, di mana, elektrod dibawa dari titik pertengahan, pemprofilan, di mana, tatasusun digerakkan sepanjang laluan dengan jarak elektrod tetap serta dalam tomografi elektrik, di mana, sejumlah besar elektrod dan kombinasi pasangan elektrod digunakan. Tomografi elektrik kebanyakan digunakan dalam pemprofilan tanah dan ia menghasilkan peimejan keberintangan elektrik 2D dan 3D. Secara amnya, kaedah ini amat sensitif kepada sifat material tanah, kandungan air, keberkonduksian, retakan dan luluhawa batuan. Dalam penilaian kegagalan cerun, teknik ini akan membantu mengesan zon permukaan patahan serta mengenal pasti bahan yang berdampingan dengan zon patahan ini. Seterusnya, kaedah swakeupayaan (self potential) juga membantu dalam menilai potensi kegagalan cerun. Secara amnya setiap jasad air tanah dan aliran yang berasosiasi dengan air tanah membawa impak yang signifikan terhadap kestabilan cerun. Tekanan hidrostatik yang menyokong paras air tanah dengan tekanan hidrodinamik tirisan menjadi pembolehubah mengurangkan kestabilan cerun. Tinjauan swakeupayaan ini dijalankan dengan mengesan perbezaan potensi elektrik yang wujud antara dua pasangan elektrod yang dikaitkan dengan voltmeter impedans tinggi. Anomali swakeupayaan ini boleh memberi variasi aliran bendalir dalam retakan dan sesar.

Untuk menilai kestabilan cerun, struktur dalaman dan ciri mekanikal jisim tanah atau batuan perlu dikenal pasti dengan tahap ketepatan yang tinggi  menggunakan kaedah geofizik ini. Sifat permukaan dan subpermukaan mempunyai kesan yang ketara ke atas kestabilan cerun. Tanah runtuh ini sering menyebabkan perubahan besar dalam keadaan litologi dan hidrogeologi sesuatu kawasan. Untuk memahami mekanisme dan kerumitan kegagalan cerun, kita memerlukan penggunaan pelbagai atau gabungan kombinasi kaedah geofizik untuk menilai kestabilan dan mengekang kejadian tanah runtuh. Dengan ini, kita dapat melahirkan persekitaran yang selamat dan mampan untuk semua orang, mendorong kemajuan sosioekonomi dan penambahbaikan infrastruktur di negara