ANALISIS RESIKO GEMPA KOTA LARANTUKA DI FLORES DENGAN MENGGUNAKAN METODE PROBABILISTIC SEISMIC HAZARD

Transkripsi

1 ANALISIS RESIKO GEMPA KOTA LARANTUKA DI FLORES DENGAN MENGGUNAKAN METODE PROBABILISTIC SEISMIC HAZARD Yohanes Laka Suku 1 ; F. X. Maradona Manteiro 1 ; Emilianus Evaristus 2 1 Program Studi Teknik Sipil Universitas Flores mayokoco@yahoo.co.id 2 Alumni Program Studi Teknik Sipil Universitas Flores 1. ABSTRAK Penelitian ini dilakukan dengan tujuan untuk mengetahui angka rata-rata kejadian gempa tahunan terlewati (annual rate of exeedance) dan membuat kurva resiko gempa (seismic hazard curve). Dari hasil analisa resiko gempa, dilakukan proyeksi kemungkinan kejadian gempa untuk periode ulang tertentu. Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah studi pustaka, yaitu dengan mengumpulkan data kejadian gempa dari beberapa katalog sumber seperti Badan Meteorologi, Klimatologi dan Geofisika (BMKG), NEIC-USGS, ANSS dan International Seismological Centre (ISC). Parameter data kejadian gempa dibatasi selama 50 tahun terakhir dengan besar magnitude M ³ 4, kedalaman fokus km dan radius 300 km dari site Kota Larantuka. Dari data yang diperoleh selanjutnya dilakukan analisa dengan mengombinasikan metode statistik total dan metode Probabilistic Seismic Hazard (PSHA) sesuai persamaan atenuasi Joyner, Boore dan Fumal (1997). Hasilnya diperoleh mean annual rate of exeedance Kota Larantuka untuk PHA 0.01 gal sebesar %, 0.1 gal sebesar % dan 1 gal sebesar %. Untuk resiko gempa Kota Larantuka dengan percepatan horizontal maksimum (Peak Horizontal Acceleration-PHA) terlewati 0,01 g (9.81 gal) sebesar gal dan 1,0 g (981 gal) sebesar 0.22 gal sedangkan percepatan gempa maksimumnya untuk periode ulang 5 tahun sebesar gal, periode ulang 25 tahun sebesar gal dan periode ulang 50 tahun sebesar gal. Berdasarkan hasil analisis, terlihat bahwa Kota Larantuka mempunyai resiko gempa yang cukup tinggi sehingga untuk mengurangi bahaya kerusakan akibat gempa (seismic hazard), maka dalam mendesain bangunan sipil perlu mempertimbangkan aspek resikonya. Kata Kunci: Probabilistic Seismic Hazard, Annual rate of exeedance dan Resiko Gempa PENDAHULUAN Latar belakang Wilayah Nusa Tenggara Timur (NTT) merupakan kawasan aktif gempa tektonik karena berada dekat lempeng Australia yang menyusup ke lempeng Eurasia. Selain itu, terdapat sesar Busur Muka dan Sesar Sungkup (Busur Belakang) di bagian utara Pulau Flores. Kota Larantuka khususnya merupakan daerah yang mempunyai resiko gempa yang cukup besar dilihat dari kondisi geologinya dan letaknya pada peta persebaran gempa yang berada pada wilayah gempa IV. Untuk mengurangi resiko gempa yang terjadi di kemudian hari perlu diketahui besarnya percepatan gempa pada periode ulang tertentu. Untuk menentukan besarnya percepatan gempa periode ulang yang terjadi maka perlu mengetahui besarnya angka kejadian gempa rata-rata pertahun pada kota Larantuka berdasarkan data-data kejadian gempa pada waktu yang lampau. Untuk dapat memperkirakan besarnya kejadian gempa yang akan datang serta besarnya beban gempa pada setiap periode ulang diperlukan data-data kejadian gempa dalam jangka waktu tertentu. Data tersebut kemudian akan dianalisis dan diolah menggunakan metode statistik probabilistik seismic hazard, sehingga didapat besar beban gempa yang terjadi pada suatu daerah. Dari hasil tersebut dapat memberikan gambaran sejarah terjadinya gempa pada suatu daerah tertentu dan dapat diprediksi besarnya gempa rata-rata yang akan terjadi pada daerah tersebut. Dalam penelitian ini akan dianalisis data-data kejadian gempa yang ada dan memprediksi besarnya beban gempa yang akan terjadi pada kota Larantuka yang merupakan ibu kota kabupaten Flores Timur dan terletak di sebelah ujung timur pulau Flores. Kota Larantuka berada pada koordinat 8, LS dan 122, BT, luas wilayah 1.812,85 Km 2 dengan batas wilayah Utara berbatasan dengan Laut Flores, Timur berbatasan dengan Kabupaten Lembata, Barat berbatasan dengan Kabupaten Sikka, dan arah Selatan berbatasan dengan Laut Sawu. Gempa yang terjadi di kota Larantuka sebagian besar bersumber pada daerah-daerah di mana terdapat lempeng Australia yang menghujam ke lempeng Eurasia yang berada pada sisi utara kota Larantuka. Data kejadian gempa yng diperoleh dalam penelitian ini adalah data kejadian dari tahun SEMINAR NASIONAL-1 BMPTTSSI - KoNTekS 5 G-109

2 Untuk memudahkan perhitungan, maka analisa gempa kota Larantuka didasarkan pada data kejadian gempa yakni pada radius Km dari pusat gempa yang dibagi dalam 3 zone yaitu zone I radius Km, zone II radius Km dan zone III radius Km dengan magnitude lebih besar sama dengan 4 (M 4), karena dianggap pada magnitude tersebut bangunan akan mengalami kerusakan sedangkan data dengan magnitude yang lebih kecil dari 4 sangat sedikit jumlahnya sehingga kurang baik untuk dilakukan analisis. Kedalaman fokus gempa km yang dikategorikan sebagai gempa dangkal dan menegah. Signifikasi penelitian Penelitian ini penting dilakukan karena dari penelitian ini akan diperoleh gambaran mengenai: 1) jumlah gempa rata-rata yang terlewati pertahun (annual rate of exeedance) pada gempa dengan magnitude atau percepatan gempa yang lebih besar atau sama dengan nilai tertentu, 2) kurva resiko gempa (Seismic Hazard Curve) dan 3) besarnya percepatan gempa maksimum (Peak Horizontal Accceleration). Data-data ini penting sebagai bahan masukan bagi pemerintah daerah Flores Timur didalam mengambil kebijakan yang berhubungan dengan program penanggulangan bencana berhubungan dengan resiko gempa. 2. LANDASAN TEORI Pemilihan fungsi atenuasi Fungsi atenuasi merupakan prediksi hubungan empiris untuk parameter gempa yang melemah sejalan dengan bertambahnya jarak, seperti percepatan puncak, yang mendeskripsikan parameter gerakan tanah. Fungsi atenuasi adalah suatu fungsi yang menggambarkan korelasi antara intensitas gerak tanah setempat (I), magnitude (M) dan jarak (R) dari suatu titik ke daerah sumber. Ada beberapa fungsi atenuasi yang dikembangkan, diantaranya fungsi atenuasi Donovan (1970, 1972), Fukushima dan Tanaka (1990), Crouse (1991), Joyner dan Boore (1981, 1988, 1993, 1997) dan lain-lainnya. Funsi-fungsi atenuasi tersebut diturunkan berdasarkan data pengamatan kegempaan di masa yang lalu dengan memakai metode penyesuaian kuadrat terkecil terhadap data pengamatan terbesar. Secara umum, fungsi-fungsi atenuasi di atas mengambil bentuk sebagai berikut (Kramer, 1996): Ag (M. R) = C 1. C 2. M. (R + r 0 ) c 3 (1) Dimana: Ag = percepatan maksimum tanah di lokasi yang ditinjau (gal); M = magnitude gempa (skala Richter); R= jarak hiposenter gempa; dan C 1, C 2, C 3, r 0 = konstanta Persamaan di atas dapat dikonversikan ke dalam bentuk fungsi logaritma normal (log normal) menjadi : ln (Ag (M. R)) = C 1 + C 2 M + C 3 ln (R + r 0 ) (2) Fungsi atenuasi yang digunakan di sini adalah fungsi atenuasi Joyner dan Boore (1993) dan fungsi atenuasi Joyner, Boore dan Fumall (1997). Fungsi atenuasi yang diperoleh Joyner dan Boore adalah fungsi atenuasi untuk percepatan horisontal maksimum, kecepatan horisontal maksimum dan pseudo spectral relative velocity. Khusus untuk percepatan horizontal maksimum, persamaan yang diusulkan oleh Joyner dan Boore adalah (Kramer, 1996). log PHA (g) = b 1 + b 2 (M w - 6) + b 3 (M w -6) 2 + b 4 R + b 5 log R + b 6 G B + b 7 G C (3) Hubungan antara atenuasi Boore (1993) dinyatakan dalam hubungan logaritma biasa (basis 10). Pembagian lokasi berdasarkan kecepatan rata-rata gelombang geser di atas 30 m (100 ft), Tabel 1. Koefisien hubungan atenuasi dikembangkan untuk dua ukuran percepatan maksimum yaitu komponen orientasi acak dan komponen horisontal terbesar, Tabel 2. Site Class A B C Tabel 1. Pembagian Site oleh Boore (1993) di atas 30 m (100 ft) > 750 m/detik (2500 ft/detik) m/detik ( ft/detik) m/detik ( ft/detik) Tabel 2. Koefisien Hubungan Atenuasi (Boore, 1993) Component b 1 b 2 b 3 b 4 b 5 b 6 b 7 h logpha Random -0,105 0, ,778 0,162 0,251 5,57 0,23 Larger -0,038 0, ,777 0,158 0,254 5,48 0,205 S-110 SEMINAR NASIONAL-1 BMPTTSSI - KoNTekS 5

3 Pada tahun 1997, fungsi atenuasi tersebut disempurnakan kembali oleh Boore, Joyner dan Fumall menjadi: dengan V S = kecepatan rata-rata gelombang geser; b 1 = (b 1 SS, b 1 RS, b 1 All); b 1 SS = -0,313 untuk gempa mekanisme strike slip; b 1 RS = -0,117 untuk gempa mekanisme reverse-slip; b 1 All = -0,242 untuk gempa tidak teratur. Analisis probabilistik resiko gempa Metoda Probabilistic Seismic Hazard Analysis (PSHA) dapat digunakan untuk menganalisa resiko gempa. Metodologi PSHA ini serupa dengan metoda yang dikembangkan oleh Cornell (1968) dan Algermissen et al. (1982) (Kramer, 1996). Tujuannya adalah untuk mengkuantifikasi probabilitas terlampauinya berbagai tingkat percepatan tanah akibat setiap gempa bumi yang mungkin terjadi di suatu lokasi Analisis probabilitis resiko gempa atau PSHA dapat digambarkan sebagai prosedur 4 langkah (four steps process) dapat dilihat pada Gambar 1. berikut: (4) S u m b e r 1 R S it e S u m b e r 3 R lo g ( # g e m p a > m ) S u m b e r 2 R M a g n it u d e x P a r a m e te r g e r a k a n ta n a h L A N G K A H 1 P ( a > a * ) L A N G K A H 2 L A N G K A H 3 J a r a k R L A N G K A H 4 N ila i p a r a m e t e r a * Gambar 1. Empat Langkah Analisis Probabilistik Resiko Gempa (Kramer, 1996) Menentukan jarak sumber ke Site Misalkan bumi berupa bola dengan pusat titik asal, bahwa sumbu z positif melalui kutub utara dan bahwa sumbu x positif melalui meridian utara. Menurut perjanjian, bujur diperinci dalam derajat timur atau barat dari meridian utama dan lintang dalam derajat utara dan selatan katulistiwa. Jarak antara sumber ke site dapat ditentukan dengan menggunakan hubungan antara koordinat bola (ρ, θ, ) dan koordinat kartesius (x, y, z). Jika ρ (huruf yunani rho) adalah jarak OP dari titik asal ke P, θ adalah sudut kutub yang berhubungan dengan proyeksi P dari P ke bidang xy dan adalah sudut antara sumbu z positif dan ruas garis OP, maka hubungan antara koordinat bola dan koordinat kartesius adalah sebagai berikut (Konstantinus, 2003) : Xs = R cos θ cos ; Ys = R cos sin θ; dan Zs= R sin, dengan θ = θs * π/180 (radian); = s * π/180 (radian); X = titik dalam arah sumbuh X; Y = titik dalam arah sumbu Y; dan Z= titik dalam arah sumbu Z. Jika diketahui dua titik P 1 (X 1, Y 1, Z 1 ) dan P 2 (X 2, Y 2, Z 2 ) maka dapat ditentukan jarak antara dua titik dalam ruang dimensi tiga adalah: 3. METODELOGI Jenis dan variabel penelitian {P 1 P 2 } = (5) Jenis penelitian yang digunakan adalah penelitian kepustakaan, dan variable bebas yang digunakan dalam penelitian ini adalah besarnya percepatan gempa yang akan terjadi pada kota Larantuka pada berbagai periode ulang dan variabel terikat adalah magnitude gempa, jarak dari lokasi ke site dan kedalaman focus dari riwayat gempa yang terjadi pada kota Larantuka Jenis data Data yang digunakan dalam penelitian ini adalah data sekunder. Data sekunder diperoleh dari literatur berupa katalog gempa dan data-data kejadian gempa yang tercatat baik secara nasional maupun internasional, seperti katalog gempa dari Badan meteorologi dan Geofisika (BMG) Indonesia, National Earthquake Information Center- SEMINAR NASIONAL-1 BMPTTSSI - KoNTekS 5 S-111

4 United States Geological Survey (NEIC-USGS), International Seismological Centre (ISC) dan Advanced National Seismic System (ANSS). Data yang diperoleh meliputi nama stasiun pencatat, waktu terjadinya gempa, magnitude, depth (jarak episentrum, Km), koordinat gempa serta kedalaman focus. Data-data yang dikumpulkan adalah data kejadian gempa dengan magnitude lebih besar sama dengan 4 (M 4) dari tahun Jarak yang digunakan adalah pada radius 300 Km dan kedalaman focus Km yang termasuk gempa dangkal dan gempa menengah. Pengolahan dan analisa data Langkah-langkah dalam pengolahan dan menganalisa data sebagai berikut : 1) Pengumpulan data frekuensi gempa 4 dan jarak focus ke site; 2) Pengolahan data yang terdiri dari : Pengolahan data frekwensi gempa untuk membuat persamaan regresi, Perhitungan probabilitas berdasarkan jarak dan magnitude dan Membuat perkiraan kejadian gempa pertahun; 3) Analisa data yang terdiri dari: Menghitung Annual Rate of Exeedance, Membuat Kurva Resiko Gempa dan Menghitung Percepatan Horisontal Maksimum; 4) Membuat Kesimpulan dan Saran. 4. HASIL ANALISIS DAN PEMBAHASAN Fokus gempa Kota Larantuka Dari hasil analisis menentukan jarak epicenter dan jarak Hipocenter, dan dengan menggunakan hubungan antara jarak Hipocenter, kedalaman fokus serta jarak epicenter, dengan hukum phitagoras maka dapat ditentukan jarak epicenter antara site dan sumber gempa. Berdasarkan jarak episentrum kemudian itentukan jumlah data dalam radius km yakni sebanyak: 1531 data, data tersebut kemudian digolongkan dalam beberapa zona yaitu: Zona I (0-100 Km) sebanyak 213 data, Zona II ( Km) sebanyak 646 data dan Zona III ( Km) sebanyak 672 data. Peta persebaran fokus gempa Kota Larantuka seperti yang dapat dilihat pada Gambar 2. Gambar 2. Peta Persebaran Sumber Gempa Site Kota Larantuka Tahun Menentukan angka kejadian gempa pertahun (annual rate of exeedance) Dengan mengasumsikan bahwa gempa bumi dengan magnitude gempa kurang dari 4,00 tidak memberikan pengaruh terhadap resiko gempa, angka kejadian gempa pertahun untuk magnitude M 4 (annual rate of exeedance of magnitude 4,00 events) dari masing-masing zona sumber dengan menggunakan persamaan Zona I = Zona II = Zona III = adalah: Percepatan horizontal maksimum (PHA) menurut persamaan atenuasi Joyner, Boore dan Fumall (1997) dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan : log PHA (g) = b 1 + 0,527 (M w - 6) + b 3 (M w -6) 2 + b 4 R + b 5 log R+ b 6 G B + b 7 G C log (V S /1396) = S-112 SEMINAR NASIONAL-1 BMPTTSSI - KoNTekS 5

5 sedangkan persamaan atenuasi Joyner, Boore dan Fumall (1997) untuk menentukan percepatan gempa maksimum pada kota Larantuka dapat ditulis sebagai berikut: log PHA (gal) = -0, ,527 (M W - 6) - 0,778. log R - 0,371 log (V S /1396) log PHA = 1,0994 Untuk magnitude gempa M = M INT = 4,12425 dan R = R INT = 12,3553 km, log PHA = -1, g. Hasil perhitungan angka kejadian gempa (annual rate of exeedance) pada tingkat percepatan horizontal tertentu untuk zone I, zone II dan zone III dapat dilihat pada Tabel 3.. dan Grafik hubungan antara annual rate of exeedance of PHA dengan PHA pada zona I, zona II dan zona III dapat dilihat pada Gambar 3. Tabel 3. Mean Annual Rate of Exeedance (Gal) PHA Zona I Zona II Zona III Total 0,010 25, , , , ,025 9, , , , ,050 3, , , , ,075 2, , , , ,100 1, , , , ,250 0, , , , ,500 0, , , , ,750 0, , , , ,000 0, , , , Dari Tabel di atas diketahui bahwa pada masing-masing probability exeedance, menunjukan kecenderungan yang semakin kecil untuk masing-masing percepatan gempa maksimum tertentu yang terlewati. Pada PHA 0,010 gal nilai probability exeedance adalah 0,1044 %, untuk PHA 0,10 gal nilai probability exeedance adalah 0,0065 % dan untuk PHA 1,00 gal nilai probability exeedance adalah 0,00022 %. Gambar 3. Kurva Seismic Hazard Tiap Zona Dari kurva di atas diketahui bahwa nilai PHA pada masing-masing probability exeedance, menunjukan kecenderungan yang semakin kecil untuk penurunan periode waktu yang terlampaui. Hal ini dikarenakan kemungkinan terjadinya dalam kurun waktu yang singkat lebih kecil dibandingkan dengan kurun waktu yang lebih lama. Kurva hubungan antara periode ulang dengan PHA menurut persamaan Atenuasi Joyner, Boore dan Fumall (1997) Periode ulang merupakan perbandingan terbalik dari resiko gempa. Resiko gempa pada site untuk masing-masing persamaan attenuasi merupakan penjumlahan dari resiko gempa pada semua zone sumber yang dihasilkan. Setelah itu dapat ditentukan besarnya periode ulang gempa dari tiap-tiap persamaan attenuasi Joyner, Boore dan Fumall (1997). Dengan demikian dapat dibuat grafik hubungan antara periode ulang gempa dengan PHA. Besarnya periode ulang pada masing-masing persamaan attenuasi dapat dilihat pada tabel 4. SEMINAR NASIONAL-1 BMPTTSSI - KoNTekS 5 S-113

6 Tabel 4. Hubungan antara periode Ulang Gempa dengan Peak Horizontal Acceleration (PHA) PHA (Gal) Annual Rate Exeedance Periode Ulang T (Tahun) 9, , , , , , , , , ,5750 9, , ,1000 6, , ,2500 1, , ,5000 0, , ,3500 0, , ,0000 0, , Grafik hubungan antara resiko gempa dengan PHA untuk persamaan attenuasi Joyner, Boore dan Fumall (1997) dapat dilihat pada gambar 4. Gambar 4. Kurva Hubungan antara PHA dengan Periode Ulang Kota Larantuka Berdasarkan grafik hubungan antara resiko gempa dengan PHA maka dapat diperkirakan percepatan gempa maksimum dalam periode ulang tertentu. Besarnya percepatan gempa pada periode ulang tertentu terdapat pada Tabel 5. dan gambar 5. menggambarkan hubungan antara periode ulang dengan percepatan gempa maksimum pada periode ulang tertentu berdasarkan persamaan attenuasi Joyner, Boore dan Fumall (1997). Tabel 5. Hubungan antara Peak Horizontal Acceleration (PHA) dengan Periode Ulang Gempa Tertentu Periode Ulang T (Tahun) Annual Rate of Exeedance PHA (Gal) , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , S-114 SEMINAR NASIONAL-1 BMPTTSSI - KoNTekS 5

7 Gambar 5. Kurva Hubungan antara Periode Ulang Kota Larantuka dengan PHA Dari table dan gambar di atas diketahui bahwa besarnya percepatan gempa maksimum Kota Larantuka dari persamaan atenuasi Joyner, Boore dan Fumall (1997) adalah 712,39 gal untuk periode ulang 1000 tahun. Nilai minimumnya adalah 42,32 gal untuk periode ulang 5 tahun. 5. KESIMPULAN 1) Probabilitas dari Annual Rate of Exeedance pada tingkat percepatan horisontal (PHA) tertentu menunjukan kecenderungan yang semakin kecil untuk masing-masing percepatan gempa maksimum tertentu yang terlewati. Pada PHA 0,010 gal nilai probability exeedance adalah 0,1044 %, untuk PHA 0,10 gal nilai probability exeedance adalah 0,0065 % dan untuk PHA 1,00 gal nilai probability exeedance adalah 0,00022%. 2) Dari kurva resiko gempa Kota Larantuka dapat dilihat bahwa nilai PHA pada masing-masing probability exeedance, menunjukan kecenderungan yang semakin kecil untuk penurunan periode waktu yang terlampaui. Hal ini dikarenakan kemungkinan terjadinya dalam kurun waktu yang singkat lebih kecil dibandingkan dengan kurun waktu yang lebih lama. 3) Percepatan Horizontal Maksimum (Peak Horizontal Acceleration) Kota Larantuka dari persamaan atenuasi Joyner, Boore dan Fumall (1997) adalah 712,39 gal untuk periode ulang 1000 tahun. Nilai minimumnya adalah 42,32 gal untuk periode ulang 5 tahun. DAFTAR PUSTAKA ANSS Earthquake Catalog Search. diakses 2 Oktober 2010 Irsyam, M. (1998). Seismic Risk Analysis. Geoteknik di Indonesia Menjelang Milenium ke 3, Januari. diakses 28 Agustus 2010 ISC Catalog. Online Bulletin of International Seismological Centre. diakses 2 Oktober 2010 Kramer, S.L. (1996). Geotechnical Earthquake Engineering. Prentice-Hall Inc. New Jersey - USA Lassa, J. (2009). Bencana Yang Terlupakan? Mengingat Kembali Bencana Larantuka dan Lembata (The Forgotten Disasters? Remembering The Larantuka and Lembata Disaster ). Journal of NTT Studies. University of Bonn : Germany. diakses 21 September 2010 NEIC-USGS Catalog. Earthquake Database of United State Geological Survey. diakses 4 Oktober 2010 SEMINAR NASIONAL-1 BMPTTSSI - KoNTekS 5 S-115

8 S-116 SEMINAR NASIONAL-1 BMPTTSSI - KoNTekS 5