BAB II DASAR TEORI DAN METODE 2.1 Teknk Pengukuran Teknolog yang dapat dgunakan untuk mengukur konsentras sedmen tersuspens yatu mekank (trap sampler, bottle sampler), optk (optcal beam transmssometer, optcal backscatter), dan akustk (ADCP). Teknolog mekank merupakan metode pengukuran yang palng terandalkan. Kelemahan teknolog n adalah kemampuan pengamblan dan pengolahan data membutuhkan waktu yang lama. Pengukuran dlakukan dengan mengambl contoh ar yang mengandung sedmen. Instrumen yang menggunakan teknolog akustk dan optk merupakan pengukuran konsentras sedmen tersuspens secara tak langsung. Penggunaan kedua metode n harus dkalbras dengan menggunakan teknolog mekank untuk estmas konsentras sedmen tersuspens. Teknolog akustk memlk keunggulan dbandng teknolog lannya. Keunggulannya yatu resolus spasal serta temporal yang dhaslkan jauh lebh bak dbandng teknolog lannya dan penggunaannya tdak mengganggu pergerakan ar. 2.1.1 Prnsp Kerja Instrumen ADCP mengukur kecepatan arus dengan memancarkan gelombang akustk. Gelombang akustk tersebut bergerak d medum ar. Kemudan ADCP merekam frekuens dan ntenstas pantulan balk dar partkel-partkel pemantul (scatterers) yang tersuspens d dalam ar. Partkel-partkel tersebut dasumskan bergerak dengan kecepatan yang sama dengan arus (Gambar 2.2) (RD Instruments, 1996). Pergerakan partkel-partkel mendekat atau menjauh transduser ADCP menyebabkan perubahan frekuens. Perubahan frekuens n yang dgunakan untuk menghtung kecepatan partkel. ADCP merekam data kecepatan dan ntenstas pantulan balk setap lapsan ar yang dnamakan bn. Sedangkan kolom pengukuran dsebut ensemble (Gordon, 1996). Ketebalan bn Δd datur oleh selang waktu Δt dan ukuran bn dapat datur ADCP 6
(Gambar 2.3). Satu ensemble terdr atas rekaman satu atau rata-rata beberapa png. Pada tugas akhr n, ketebalan bn dan ensemble yatu 0,5 m dan 1 detk. Gambar 2.1 Acoustc Doppler Current Profler 600 khz (Smpson, 2001) Gambar 2.2 Perambatan gelombang akustk (dmodfkas dar Smpson, 2001) Gambar 2.3 Proses penggerbangan waktu (Poerbandono, 2006) 7
2.1.2 Keterandalan Data Walaupun banyak keunggulan yang dmlk, ADCP juga memlk keterbatasan (Gambar 2.4). Keterbatasan dsebabkan terutama sfat fsk gelombang akustk serta kemampuan transduser dalam mengrm dan menerma gelombang. Gelombang akustk yang dtembakkan dar transduser membentuk pancaran utama dan pancaran ss. Kedudukan transduser mrng membentuk sudut sebesar 20 terhadap sumbu vertkal. Pancaran ss akan sampa d dasar peraran terlebh dahulu, sehngga bn terbawah akan terjad nterferens gelombang (Smpson, 2001). Gambar 2.4 Keterbatasan ADCP (Poerbandono, 2006) Saat awal pengukuran, letak bn harus dreduks terhadap muka ar karena kedudukan transduser berada d bawah muka ar. Selan tu, setap kal memancarkan gelombang akustk, transduser membutuhkan waktu untuk menerma ntenstas akustk pada lapsan ar yang terdekat (recovery tme). Koreks yang dberkan yatu transducer near feld correcton. Nla ntenstas pantulan balk sebandng dengan konsentras materal pemantul. Oleh sebab tu, data ntenstas pantulan balk merupakan nformas kualtatf yang sangat berharga untuk estmas konsentras sedmen tersuspens. Saat n telah banyak dkembangkan persamaan / model untuk mengubah ntenstas pantulan balk menjad konsentras absolut sedmen tersuspens. Besaran absolut konsentras sedmen tersuspens dapat dperoleh jka pemodelan sfat perambatan gelombang akustk dan sfat fsk sedmen tersuspens dketahu. 8
Sfat perambatan gelombang akustk yang perlu dkenal adalah mekansme kehlangan ntenstas akustk (Transmsson Losses) karena sebaran geometrk (Geometrcal Spreadng) dan pelemahan akustk (Acoustc Attenuaton). Geometrcal Spreadng atau Beam Spreadng (BS) dsebabkan gelombang akustk yang dpancarkan dar sumber akan menyebar ke segala arah. Bdang sebaran gelombang semakn membesar, sedangkan energ yang dpancarkan tetap. Besarnya nla Beam Spreadng untuk 2 kal perambatan gelombang yatu: BS 20 Log ( R)....(1) dengan, R merupakan jarak mrng (slant dstance) sumber gelombang (m) merupakan transducer near feld correcton (Downng et al., 1995). Gelombang akustk merambat pada medum ar akan mengalam pelemahan energ. Energ yang dpancarkan sebagan dubah menjad panas. Oleh karena tu, nla ntenstas pantulan balk juga harus dkoreks karena adanya Absorps (A). Persamaan Absorps untuk 2 kal perambatan gelombang akustk yang dgunakan (RD Instruments, 1996) yatu: A 2R...(2) dengan, merupakan koefsen pelemahan energ (Attenuaton). Pada tugas akhr n, nla koefsen pelemahan energ yang dgunakan pada saat pengukuran yatu 0,139 db/m. Model matematka yang dgunakan untuk memperoleh ntenstas pantulan balk (EI), yatu: EI SL 2. TL TS...(3) dengan, SL TL TS merupakan ntenstas akustk pada saat dpancarkan oleh transducer merupakan mekansme kehlangan ntenstas akustk merupakan kekuatan target 9
Nla kekuatan target (Target Strength) berkatan sfat fsk, struktur nternal maupun eksternal objek, dan karakterstk snyal yang dpancarkan. Untuk memperoleh kekuatan target dperlukan analss ukuran partkel (gran sze analyss). Analss ukuran partkel dlakukan untuk mengetahu ukuran, bentuk serta jens partkel. Oleh karena tu, kekuatan target dabakan. EI SL 2. TL...(4) atau EI SL BS A...(5) 2.2 Persamaan Emprk untuk Estmas Konsentras Sedmen Tersuspens Data ntenstas pantulan balk dalam db merupakan nla relatf konsentras sedmen tersuspens. Untuk memperoleh nla absolut konsentras sedmen tersuspens dalam kg/m³, maka harus dlakukan konvers dengan persamaan (pendekatan) tertentu. Untuk memperoleh konsentras sedmen tersuspens, persamaan emprk yang dgunakan pada tugas akhr n yatu Gartner (2002): 10 log( c) a. EI b...(6) Konstanta a dan b dar persamaan emprk Gartner (2002) dperoleh dengan melakukan regres lner. Kalbras dlakukan terhadap sampel sedmen tersuspens yang dperoleh d lapangan (drect samplng). Pengamblan sampel sedmen tersuspens menggunakan water sampler. Pada saat pengamblan sampel sedmen tersuspens, water sampler harus terletak pada kedalaman yang sama dengan kedalaman bn yang damat (Gambar 2.5). Untuk merepresentaskan konsentras sedmen tersuspens pada suatu kolom pengukuran, maka dgunakan konsentras rata-rata terbobot (Wall et al., 2006), yatu: c rata 2 n 1 n cu...(7) 1 u 10
dengan, c rata2 merupakan konsentras rata-rata sedmen tersuspens c u merupakan konsentras sedmen tersuspens setap bn merupakan kecepatan arus setap bn Gambar 2.5 Proses kalbras menggunakan ADCP dan water sampler (dmodfkas dar Wall et al., 2006) 2.3 Teknk Evaluas Untuk uj kualtas hasl estmas, konsentras sedmen tersuspens yang dperoleh dar persamaan emprk Gartner (2002) dbandngkan dengan sampel konsentras sedmen tersuspens. Hasl evaluas dnyatakan dalam kesalahan rata-rata absolut (kg/m³), kesalahan rata-rata relatf (%), dan tngkat kesesuaan / dscrepancy factor. Kesalahan rata-rata absolut merupakan nla rata-rata smpangan antara konsentras sedmen tersuspens hasl estmas ( c e ) dan konsentras sedmen tersuspens hasl drect samplng ( c u ). k A 1 n c e c u...(8) Kesalahan rata-rata relatf dnyatakan dalam nla rata-rata smpangan konsentras sedmen tersuspens hasl estmas ( c e ) dan konsentras sedmen tersuspens hasl 11
drect samplng ( c u ) terhadap nla yang danggap benar. Konsentras sedmen tersuspens hasl drect samplng ( c u ) merupakan nla yang danggap benar. 1 ce cu k R 100%...(9) n c u Tngkat kesesuaan / dscrepancy factor ( r f ) merupakan kemampuan persamaan emprk yang dgunakan untuk mempredks nla konsentras yang dhaslkan ( c e ) terhadap nla konsentras sedmen tersuspens yang dperoleh dar drect samplng ( c u ) (Poerbandono, 2003). c e rf...(10) cu 2.4 Estmas Laju Angkutan dan Debt Sedmen Tersuspens Laju angkutan sedmen tersuspens ( q Z ) menyatakan banyaknya massa sedmen yang melewat suatu penampang setap detk. Jka konsentras sedmen tersuspens dan kecepatan arus dketahu, maka laju angkutan sedmen dapat dhtung. Laju angkutan sedmen tersuspens d satu ttk pengamatan dtentukan sebaga produk (perkalan) antara konsentras sedmen tersuspens dengan kecepatan arus d ttk tersebut. q Z u( z). c( z)...(11) Untuk laju angkutan rata-rata sedmen tersuspens, yatu: q 2 crata2 u...(12) rata. 12
u 1 h 1 n1 1 1 1 2 u u z z...(13) dengan, h z merupakan kedalaman peraran merupakan tngg pengukuran Estmas debt sedmen tersuspens ( Q S ) pada suatu penampang dperoleh dar perkalan laju angkutan ( q Z ) terhadap luas penampang pengukuran (Gambar 2.6). Q S b n1 0 1 q dzdb......(14) Z dengan, q Z z b merupakan laju angkutan rata-rata antar bn merupakan ketnggan pengukuran merupakan lebar penampang b muka ar Profl debt sedmen z dasar peraran Gambar 2.6 Skema estmas debt sedmen pada suatu penampang 13