3. METODE PENELITIAN

Transkripsi

1 33 3. METODE PENELITIAN 3.1 Waktu dan Lokasi Penelitian ini berlangsung dari bulan Januari 2009 hingga Pebruari 2011 dengan perincian waktu disajikan pada Tabel 4. Tabel 4 Matriks waktu penelitian Uraian kegiatan Bulan pelaksanaan Studi Pustaka Januari 2009 Penyusunan proposal Maret-April 2009 Pengumpulan data Maret-Juni 2009 Perancangan model Mei- September 2009 Eksekusi model september 2009-Juni 2010 Validasi model Juni-November 2010 Penulisan hasil penelitian Desember 2010-Januari 2011 Presentase akhir Pebruari 2011 Model skenario tumpahan minyak disimulasikan untuk satu priode musim pada tahun 2008 yang terdiri atas musim barat yang diwakili oleh Bulan Januari dan musim timur yang diwakili oleh Bulan Juli. Lokasi kegiatan penilitian ini berada di Perairan Kepulauan Seribu dengan 3 batas terbuka yaitu lintang 5 40'12"LS di sebelah utara di sebelah timur dibatas oleh bujur 'BT di sebelah barat berbatasan dengan garis bujur '48" BT dan batas tertutup Pantai Utara Jawa yang rentang terhadap kejadian tumpahan minyak seperti disajikan pada Gambar 6. Penelitian ini dilakukan dengan membuat hidrodinamika pada jalur pelayaran di Kepulaun Seribu kemudian divalidasi dengan data hasil pengukuran yang selanjutnya digunakan sebagai pembangkit pergerakan tumpahan minyak yang diskenariokan terjadi pada jalur pelayaran di Kepulauan seribu. Skenario tumpahan yang terjadi disebabkan oleh tiga hal yaitu tumpahan oleh tabrakan kapal tanker, tumpahan minyak oleh kapal yang kandas di perairan dangkal dan tumpahan kinyak oleh kebocoran pipa distribusi bahan bakar minyak.

2 6 00' 5 55' 5 50' 5 45' LA MPU NG BAN TEN DKI JA KAR TA ' ' ' KEP UL AUA N SER IB U P. K o to k B e s a r P. K a r ya P. P r a m u ka P. P a n g g a n g 5 45' P. K a r a n g b e r a s P. A i r P. S e k a ti P. T i d u n g K e ci l P. T i d u n g B e sa r P. P a y u n g B e s a r 5 50' P. T e n g a h P. T i ku s P. P a r i P. B u r u n g 5 55' P. L a n c a n g B e s a r P. L a n c a n g K e c il P. L a k i 6 00' B A N T E N ' ' ' Peta Lok as i P ene litian K e te ra n g a n : N LA U T JA W A 5 W S E G aris pantai D a ra t Perairan D angkal P. J A W A 7 S A M U D E R A H IN D IA K M Gambar 6 Lokasi penelitian daerah Perairan Kepulauan Seribu

3 Data Data yang digunakan dalam pemodelan tumpahan minyak terdiri atas: 1. Data kedalaman perairan (Batimetri) yang berfungsi sebagai domain model bersumber dari peta Dinas Hidro-Oseanografi TNI-AL. 2. Data arah dan kecepatan angin yang dikonversi dari data kecepatan zonal dan kecepetan meredional berfungsi sebagai pembangkit musiman. Data angin terdiri atas angin pada bulan Januari 2008 dan Juli 2008 dengan interval data setiap 6 jam. Data Angin diperoleh dengan mengunduh dari IFREMER (French Research Institute for Exploration of the Sea) 3. Data Pasang-Surut (pasut) digunakan dari Global Sea Level Prediction ( dan divalidasi dengan data pasut dari dishidros dengan periode waktu yang sama. Parameter pasut digunakan sebagai kondisi batas yang bervarisai berdasarkan waktu dan tempat. 4. Data jalur pelayaran Kepulauan Seribu dari Sea Map digunakan untuk menentukan daerah rawan tumpahan oleh pengankutan bahan bakar minyak. 5. Data jenis kapal tanker dan kapasitas tanker angkutan yang melewati daerah perairan Kepulauan Seribu bersumber dari Administrator Pelabuhan Tanjung Priok. 6. Data arus laut mooring di Perairan Teluk Jakarta dari Kementrian Kelautan dan Perikanan direkam dengan menggunakan alat RCM7/8 AANDERAA. 7. Data Komponen fraksi tiap jenis minyak digunakan untuk menentukan prilaku dan nasib minyak yang mengalami tumpahan berdasarkan jenisnya diperoleh dari (Start Energy 2004)

4 Desain hidrodinamika Desain hidrodinamika untuk membangun pola pergerakan arus sebagai media pengerak tumpahan minyak di Perairan Kepulauan Seribu. Gambar 7 menyajikan bagan alir desain hdrodinamika. Batimetri (Dishidros AL) Angin (Ifremer) Pasang Surut (DHI Group) Batymetri (format xyz) Angin (arah,kecepatan) Tenggang Pasut Viskositas Eddy MIKE 21 (Flow Model) Manning number Hidrodinamik Model oil spill Gambar 7 Diagram alir desain hidrodinamika Membangun Batimetri Membangun domain model skenario dengan mengubah peta manual ke bentuk digital yang di simpan dalam format (*.xyz). Data format xyz digunakan sebagai data input pada modul bathymetries (*.batsf) yang tersedia pada Mike Zero. Menetukan batas model kemudian menginterpolasi titik batimetri untuk mengisi ruang kosong pada grid dengan metode Triangular Interpolation dengan persamaan:

5 37 (58) (59) (60) (61) Manyimpan file batimetri dalam format (*.dfs2) yang akan digunakan dalam modul Flow Model untuk membangun Hidrodinamika. Peta batimetri Kepulauan Seribu (Gambar 8) dengan kedalaman perairan antara 0-87 m. Gambar 8 Peta batimetri Perairan Kepulauan Seribu

6 Data Input Periode simulasi Model disimulasikan dalam 2 musim yaitu: musim timur dan musim barat dengan musim barat diwakili oleh Bulan Januari 2008 dan musim timur diwakili oleh Bulan Juli 2008 dengan masa simulasi masing-masing 10 hari Batas model Model dibatasi dengan 3 batas terbuka yaitu lintang 5 40'12"LS(b) di sebelah utara di sebelah timur dibatasi oleh bujur 'BT(c) di sebelah barat berbatasan dengan garis bujur '48" BT(a) dan batas tertutup Pantai Utara Jawa Flood and ry Komponen ini untuk membatasi perhitungan model batas atas dan bawah dari mean sea level yang diproses oleh model dengan nilai draying depth 0.2 dan flooding depth Data angin Angin dari ifremer dalam bentuk kecepatan meredional dan kecepatan zonal dikonversi kedalam kecepatan dan arah dengan persamaan: (62) (63) Dengan adalah kecepatan resultan, adalah arah, u adalah kecepatan zonal dan v adalah kecepatan meredional. Data angin input model hidrodinamika seperti pada Gambar 9.

7 39 Gambar 9 Arah dan kecepatan angin pada musim barat (a) dan musim timur (b) Data pasang surut Konstanta pasut diperoleh dari Global Sea Level Prediction yang dikonversi kedalam tenggang pasut dengan tenggang pasut untuk musim barat dan musim timur yang bervariasi di sepanjang garis batas terbuka Viskositas eddy Viskositas eddy digunakan untuk alih momentum dari molekul fluida yang bergerak dengan kecepatan berbeda dan menghasilkan gerakan turbulen Manning number Manning number yang digunakan untuk menggambarkan hambatan dasar perairan dengan menggunakan persamaan 15. Manning number yang digunakan bervariasi berdasarkan batimetri Perairan Kepulauan Seribu. Data input dan batimetri dibangun dalam modul model alir untuk memperoleh model hidrodinamika dengan output berupa tinggi level muka air (m), flux P(m 3 /s) dan flux Q(m 3 /s) 3.4 Desain Tumpahan Desain tumpahan dilakukan untuk membangun data input model tumpahan minyak yang terbagi dalam dua komponen yaitu parameter dasar dan parameter tumpahan minyak secara detail disajikan pada Gambar 10.

8 Parameter Dasar Parameter dasar dalam desain tumpahan minyak terdiri atas: data hidrodinamika, sumber tumpahan yang memuat volume dan debit tumpahan, persebaran, eddy dan profil kecepatan logaritmik, sifat air laut, kondisi angin, perubahan konsentrasi fraksi dan waktu eksposisi Hidrodinamika Pola pergerakan arus yang berperan sebagai media penyebarluasan tumpahan minyak yang digunakan dalam parameter dasar adalah hasil luaran desain hidrodinamika yang terdiri atas pola arus musim barat dan musim timur. Gambar 10 Diagram alir desain tumpahan minyak Penyebaran Fraksi minyak yang terdispersi di dalam kolom air perwaktu dihitung sebagai fraksi yang hilang di permukaan laut, pada kondisi tidak ada gelombang pecah dan dihitung menggunakan persamaan 21, 22, 23 dan 24.

9 41 Koefisien dispersi yang digunakan proporsional terhadap arus dengan nilai arah longitudinal dan transversal masing-masing 1 dan 0.1 sedangkan dalam arah vertikal dianggap kecil karena dispersi minyak lebih disebabkan oleh arah longitudinal dan transversal dibandingkan arah vertikal Sumber tumpahan Sumber tumpahan ini memuat lokasi tumpahan dan volume tumpahan pada titik-titik rawan tumpahan minyak seperti di alur pelayaran Kepulauan Seribu. Potensi tumpahan (Tabel 5) disesuaikan dengan volume jenis kapal tanker yang berlayar pada waktu model diskenariokan dengan asumsi untuk kapal tanker memuat jenis minyak yang berbeda. Tabel 5 Petensi, lokasi, volume, debit dan lama tumpahan minyak Musim Potensi Tumpahan Bujur (BT) Lintang (LS) Volume (m^3) Debit (m^3/s) Lama Tumpahan (menit) kapal bocor 106º º , , Barat Kandas 106 º º , , piva 106 º º , kapal bocor º , , Timur Kandas 106 º º , , sumur 106 º º , , Sumber: dimodifikasi dari ADPEL Tanjung Priok Eddy dan profil kecepatan logaritmik Profil kecepatan logaritmik terkait dengan profil arus secara horizontal yang dipengaruhi oleh gesekan terhadap permukaan dasar laut dengan nilai konstan Sifat air laut Parameter air laut yang digunakan adalah suhu dan salinitas air laut pada daerah model dengan menggunakan data suhu yang diperoleh dari ECMWF dengan profil seperti pada (Gambar 11) dengan salinitas dianggap konstan pada 35.5 psu

10 42 a b Gambar 11 Profil perubahan temperatur air laut pada musim barat (a) pada Bulan Januari 2008 dan musim timur (b) pada Bulan Juli Kondisi angin Parameter angin yang digunakan adalah terdiri atas komponen arah dan kecepatan dengan menggunakan persamaan 62 da 63 seperti pada desain hidrodinamika seperti yang terlihat pada Gambar Perubahan konsentrasi fraksi Parameter ini digunakan untuk melihat laju perubahan konsentrasi fraksi minyak dengan nilai 100 mm (Star Energy 2004) Parameter Tumpahan Minyak Sifat udara Parameter udara meliputi suhu dan tingkat tutupan awan yang diambil dari ECMWF. Dengan profil suhu udara disajikan Gambar 12 dan tutupan awan disajikan pada Gambar 13.

11 43 Gambar 12 Profil temperatur udara pada musim barat (a) dan musim timur (b) Gambar 13 Presentase tutupan awan musim barat(a) pada Bulan Januari 2008 dan musim timur (b) pada Bulan Juli Transpor bahang Transfer bahang antara udara dan minyak dihitung dengan menggunakan persamaan 30. Nilai konstanta bahang yang digunakan dalam model ini disajikan pada Tabel 6. Tabel 6 Konstanta transfer bahang Keseimbangan bahang Albedo emissivitas minyak emissivitas air emissivitas udara konstanta evaporasi Konstanta Sumber: Star Energy Emulsifikasi Pendekatan yang dilakukan adalah melalui persamaan empiris dari prilaku emulsifikasi pada kondisi alami.

12 44 Tabel 7 Konstanta emulsifikasi Konstanta Emulsifikasi Bensin Diesel Minyak mentah Aftur Kandungan air maksimum(wt %) Kandunmgan aspal (wt%) Kandungan Wax (wt %) konstanta (k1) air masuk 5.0E E E E-07 Kostanta (k2) air keluar 1.2E E E E-04 Sumber: Star Energy Perhitungan perubahan kandungan air didalam minyak dapat dihitung melalui persamaan 27. Tabel 7 menyajikan konsatanta emulsifikasi yang digunakan dalam model tumpahan minyak Dissolusi Dengan menggunakan asumsi bahwa konsentrasi sebenarnya hidrokarbon terhadap kelarutannya, maka laju kelarutan minyak dihitung dengan menggunakan persamaan 25. Nilai koefisien transfer massa dan tegangan antar permukaan minyak dan air disajikan dalam Tabel 8. Tabel 8 Koefisein transfer massa dan tegangan permukaan antara minyak dan air Minyak Koefisien dissolusi dan entrainment bensin Diesel mentah aftur 2.36E- 2.36E- Koefisien transfer massa E E Tegangan permukaan air dengan minyak Sumber: Star Energy Karakteristik minyak Karakteristik minyak dibagi dalam delapan fraksi minyak yang ditentukan oleh karakteristik dari destilasi (titik didih) dan struktur kimia minyak (alkana atau aromatik). Kedelapan fraksi minyak tersebut dapat dilihat pada Tabel 9.

13 45 Tabel 9 Karakteristik fisik dan kimia dari tiap fraksi minyak vis Titik mmol 100 F Jenis didih [g/mole] [ ] [cs] Tekanan uap [mm/hg] [ ] C6-C12 (Parafin) C ( (t )) 29.9 C13-C25 (Parafin) C ( (t )) 35.2 C6-C12 (sikloparafin) C ( (t+204.7)) 29.9 C13-C23 (sikloparafin) C ( (t )) 35.2 C6-C11 (Aromatik) C ( (t )) 32.4 C12-C18 (Aromatik) C ( (t )) 29.9 Residu (heterosiklis) >400 C Sumber: DHI Water & Environment Komponen fraksi untuk tiap jenis minyak yang diskenariokan mengalami tumpahan di perairan Kepulauan Seribu dirangkum dalam Tabel 10. Tabel 10 Komponen fraksi tiap jenis minyak No Sifat Minyak Aftur(%) Minyak mentah(%) Diesel(%) Bensin(%) 1 C6-C12 (Parafin) C13-C25 (Parafin) C6-C12 (sikloparafin) C13-C23 (sikloparafin) C6-C11 (Aromatik) C12-C18 (Aromatik) C9-C25 (Naphtheon) Residu Reff Temp Viscositas Suhu minyak Sumber: Star Energy Dari desain tumpahan minyak diperoleh konsentrasi minyak total, emulsifikasi, penguapan, disolusi, dispersi vertikal, perubahan konsentrasi fraksi dan waktu pemaparan.