PENERAPAN MODEL FINITE LENGTH LINE SOURCE UNTUK MENDUGA KONSENTRASI POLUTAN DARI SUMBER GARIS (STUDI KASUS: JL. M.H. THAMRIN, DKI JAKARTA) EKO SUPRIYADI DEPARTEMEN GEOFISIKA DAN METEOROLOGI FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR 2009
RINGKASAN EKO SUPRIYADI. Penerapan Model Finite Length Line Source untuk Menduga Konsentrasi Polutan dari Sumber Garis (Studi Kasus: Jl. M.H. Thamrin, DKI Jakarta). Dibimbing oleh IMAM SANTOSA dan ANA TURYANTI. Tingginya mobilitas barang dan manusia di Jakarta menjadikan sektor transportasi memegang peranan penting dalam kehidupan sehari-hari. Sehingga potensi pencemaran udara turut mengalami peningkatan akibat emisi kendaraan bermotor, terutama polutan karbonmonoksida (CO) dan nitrogen oksida (NO x ). Pelaksanaan pemantauan kualitas udara seringkali memerlukan biaya besar dalam pengadaan sarana dan prasarana, sehingga perlu altenatif lain untuk menganalisa konsentrasi polutan, yaitu dengan menggunakan model. Salah satu model matematika untuk menganalisa hal tersebut adalah finite line length source (FLLS), yaitu model penyebaran pencemar udara yang didasarkan pada prinsip konservasi massa, distribusi Gaussian dan geometri jalan. Pemodelan jenis ini menggunakan pendekatan teori berdasarkan pengamatan di lapang, sehingga hasil dari pemodelan selanjutnya dapat dibandingkan dengan hasil pemantauan yang telah diperoleh. Penelitian ini bertujuan untuk memprediksi kualitas udara ambien menggunakan model FLLS. Selanjutnya membandingkan hasil prediksi tersebut dengan pemantauan kualitas udara disekitarnya. Serta mengidentifikasi konsentrasi polutan sumber garis pada berbagai kondisi stabilitas dan kecepatan angin menggunakan model FLLS. Pada penelitian ini diambil studi kasus Jl. M.H. Thamrin, DKI Jakarta dengan polutan yang diamati adalah CO dan NO x, bersamaan dengan pemantauan kualitas udara yang dilakukan oleh pihak BPLHD pada lokasi yang serupa bulan Desember 2007 April 2008. Berdasarkan simulasi model FLLS, nilai emisi maksimum CO dan NO x terjadi pada hari kerja. Beban emisi maksimum CO terjadi pada pukul 08:00-09:00 sebesar 53.65 mg/m 3 dan nilai emisi maksimum NO x pukul 14:00-15:00 sebesar 3.87 mg/m.s. Sedangkan konsentrasi makimum CO dan NO x terjadi tanggal 24 Maret 2008 pada pukul 06:00-07:00 masing-masing dengan konsentrasi sebesar 3.19 mg/m 3 dan 235.32 µg/m 3. Nilai konsentrasi CO tersebut secara umum masih dibawah baku mutu udara ambien CO untuk pengukuran 24 jam, yaitu 9 mg/m 3. Hal ini mengindikasikan konsentrasi CO dalam waktu paparan 24 jam masih dalam kondisi yang aman bagi kesehatan manusia. Sebaliknya, nilai konsentrasi NO x secara umum sudah berada diatas baku mutu udara ambien NO x untuk pengukuran 24 jam, yaitu sebesar 26 µg/m 3. Hal ini mengindikasikan konsentrasi NO x dalam waktu paparan 24 jam sudah dalam kondisi yang berbahaya bagi kesehatan manusia. Perbandingan dengan data pemantauan roadside menunjukkan, sebanyak 55 % hasil pemodelan kali dari hasil pemantauan roadside dengan nilai rata-rata konsentrasi CO hasil pemodelan sebesar 0.81 mg/m 3 dan pemantauan sebesar 1.83 mg/m 3. Sedangkan perbandingan yang lebih rendah diperoleh dari polutan NO x, yaitu sebanyak 45 % hasil pemodelan 2 kali dari hasil pemantauan dengan nilai rata-rata konsentrasi NO x hasil pemodelan sebesar 57.16 µg/m 3 dan pemantauan sebesar 29.09 µg/m 3. Sehingga penggunaan validasi lebih cocok diterapkan pada polutan inert seperti CO. Hasil simulasi menunjukkan pada kondisi stabilitas atmosfer yang sama, semakin tinggi kecepatan angin berhembus maka konsentrasi polutan yang dihasilkan semakin rendah. Pada kecepatan angin 0.81 m/s; 2.11 m/s; dan 3.41 m/s untuk stabilitas atmosfer sangat tidak stabil, konsentrasi maksimum yang terukur pada masing-masing kecepatan angin sebesar 0.0989 mg/m 3 ; 0.0380 mg/m 3 ; dan 0.0235 mg/m 3. Sedangkan pada nilai kecepatan angin yang sama, semakin stabil kondisi stabilitas atmosfer maka jarak konsentrasi maksimum yang dicapai semakin jauh. Didapat untuk kondisi atmosfer sangat tidak stabil, jarak konsentrasi maksimum terjadi pada jarak 443 m disusul kondisi tidak stabil sedang dan sedikit tidak stabil masing-masing sebesar 919 m dan 1720 m.
PENERAPAN MODEL FINITE LENGTH LINE SOURCE UNTUK MENDUGA KONSENTRASI POLUTAN DARI SUMBER GARIS (STUDI KASUS: JL. M.H. THAMRIN, DKI JAKARTA) EKO SUPRIYADI Skripsi sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains pada Departemen Geofisika dan Meteorologi DEPARTEMEN GEOFISIKA DAN METEOROLOGI FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR 2009
Karya kecil ini kudedikasikan untuk kemajuan Ilmu pengetahuan di Indonesia
LEMBAR PENGESAHAN Judul Penelitian Nama NIM : Penerapan Model Finite Length Line Source untuk Menduga Konsentrasi Polutan Sumber Garis (Studi Kasus: Jl. M.H. Thamrin, DKI Jakarta) : Eko Supriyadi : G24104005 Menyetujui: Pembimbing I, Pembimbing II, Dr. Ir. Imam Santosa, MS Ana Turyanti, S.Si, MT NIP. 130804894 NIP. 132215102 Mengetahui: Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor Dr. Drh. Hasim, DEA NIP. 131578806 Tanggal lulus:
RIWAYAT HIDUP Penulis lahir di Pacitan, Jawa Timur pada tanggal 15 Juli 1986, merupakan anak pertama dari pasangan Bapak Suparno dan Ibu Sarti. Penulis menyelesaikan pendidikan dasar di SDN 08 pagi Cijantung-Pasar Rebo pada tahun 1998. Kemudian melanjutkan pendidikan menengah pertama di SLTPN 103 Cijantung-Pasar Rebo tahun 1998-2001. Tahun 2001-2004 penulis melanjutkan pendidikan menengah atas di SMUN 39 Cijantung-Pasar Rebo. Tahun 2004 penulis diterima pada program studi Meteorologi, Departemen Geofisika dan Meteorologi, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, IPB Bogor melalui jalur Undangan Seleksi Masuk IPB (USMI). Selama perkuliahan, penulis aktif pada himpunan profesi mahasiswa Geofisika dan meteorologi (Himagreto) antara tahun 2004-2005. Pada tahun 2006 penulis ditunjuk sebagai ketua tim Meteorologi Interaktif (Metrik). Sebelum menyelesaikan pendidikan S1, penulis melaksanakan praktik lapang di Lembaga Antariksa dan Penerbangan Nasional (LAPAN), Pekayon-Pasar Rebo tahun 2007.
KATA PENGANTAR Puji syukur penulis ucapkan kehadirat ALLAH Yang Maha Kuasa, sehingga atas Karunia dan Kuasa-NYA usulan penelitian ini dapat diselesaikan dengan baik. Judul yang dipilih dalam penelitian tugas akhir ini adalah Penerapan Model Finite Length Line Source untuk Menduga Konsentrasi Polutan Sumber Garis (Studi Kasus: Jl. M.H. Thamrin, DKI Jakarta). Tidak mudah untuk menyelesaikan tugas akhir ini yang kemudian dituangkan dalam bentuk karya ilmiah. Namun, orang-orang di sekitar penulis telah memberi semangat dengan ide-ide cemerlangnya untuk tetap menyelesaikan tepat pada waktunya. Untuk itu penulis ucapkan terima kasih sebesar-besarnya kepada mama, papa, dan adik atas seluruh dukungannya. Serta kepada berbagai pihak yang telah memberikan banyak ilmu dan dukungan dalam menyelesaikan tugas akhir ini: 1. Bapak Dr. Ir. Imam Santosa MS. sebagai dosen pembimbing I sekaligus Ketua Departemen Geofisika dan Meteorologi, Institut Pertanian Bogor; 2. Ibu Ana Turyanti, S.Si, MT. sebagai dosen pembimbing II yang telah bersedia memberikan waktu, pikiran dan tenaga untuk membimbing, memberi pengajaran, arahan, dan saran-saran yang berguna mulai dari awal hingga akhir penyelesaian tugas akhir ini; 3. Bapak Prof. Dr. Ir. Ahmad Bey, selaku Kepala Laboratorium Meterologi dan Polusi Atmosfer, serta kesediaannya menjadi dosen penguji; 4. Seluruh Dosen dan staf administrasi Departemen Geofisika dan Meteorologi atas ilmu-ilmu yang telah diberikan dan bantuan administrasinya; 5. Biro Lalu Lintas dan Biro Pengembangan Analisis dari Dinas Teknis Perhubungan DKI Jakarta atas bantuan datanya yang sangat berarti; 6. Badan Pengendalian Lingkungan Hidup Daerah (BPLHD) DKI Jakarta atas izin administrasi, data, informasi dan masukan kepada penulis; 7. Saudara Stevanus Budi Santoso atas pinjaman handycam hdd-nya; 8. Teman-teman seperjuangan geomet 41 atas kebersamaannya selama ini; 9. Sahabat-sahabat di Wisma Galih dan orenz atas keceriaannya selama 3 tahun. 10. Semua pihak yang telah berkontribusi sehingga karya ilmiah ini dapat terselesaikan dengan baik. Semoga kerja keras dan kebaikan yang telah mereka limpahkan kepada penulis mendapatkan balasan yang lebih baik dari Allah SWT. Akhir kata, penulis memohon maaf apabila terdapat kekurangan dalam tugas akhir ini dan mudah-mudahan tugas akhir ini bermanfaat bagi para pembaca dalam mempelajari fenomena di alam ini. Terima kasih. Bogor, Desember 2008 Penulis
DAFTAR ISI Halaman DAFTAR ISI... i DAFTAR GAMBAR... iii DAFTAR TABEL... iv DAFTAR LAMPIRAN... iv I. PENDAHULUAN... 1 1.1 Latar Belakang... 1 1.2 Tujuan... 1 1.3 Ruang Lingkup... 1 II. TINJAUAN PUSTAKA... 1 2.1 Definisi Pencemaran Udara... 1 2.2 Jenis dan Karakteristik Sumber Polusi Udara... 2 2.3 Faktor-faktor yang Mempengaruhi Pencemaran Udara... 2 2.3.1 Emisi yang Dikeluarkan... 3 2.3.2 Kondisi Atmosfer... 3 2.3.3 Topografi... 6 2.4 Pencemaran Akibat Sektor Transportasi... 7 2.4.1 Karakteristik Pencemar Udara dari Kendaraan Bermotor... 7 2.4.2 Faktor Emisi Kendaraan Bermotor... 10 2.5 Pemodelan Matematis Dispersi Polutan... 11 2.6 Model Dispersi Bentuk Gaussian... 12 2.6.1 Sumber Dispersi Polutan Sumber Titik... 13 2.6.2 Sumber Dispersi Polutan Sumber Garis... 14 2.7 Tinjauan Umum Wilayah DKI Jakarta... 15 2.7.1 Kondisi Demografis DKI Jakarta... 15 2.7.2 Kondisi Penggunaan Lahan DKI Jakarta... 16 2.7.3 Kondisi Jaringan Jalan dan Karakteristik Lalu Lintas DKI Jakarta... 16 2.7.4 Kualitas Udara Roadside DKI Jakarta... 17 III. METODOLOGI... 17 3.1 Waktu dan Tempat... 17 3.2 Bahan dan Alat... 18 3.3 Metode... 19 3.3.1 Pengamatan... 19 3.3.2 Perhitungan... 19 3.4 Akurasi... 22 3.4 Asumsi.... 23 IV. HASIL DAN PEMBAHASAN... 25 4.1 Kondisi Kepadatan Lalu Lintas Jl. M.H. Thamrin... 25 4.2 Total Beban Emisi Sumber Garis... 26 4.2 Emisi CO... 26 4.2 Emisi NO x... 27 4.3 Kondisi Meteorologi Jl. M.H. Thamrin... 28 4.3.1 Stabilitas Atmosfer... 29 4.3.2 Distribusi Angin... 30 4.4 Kualitas Udara Roadside Jl. M.H. Thamrin... 21 4.4 Analisa Hasil Pemodelan FLLS... 32 4.2 Konsentrasi CO... 33 i
4.2 Konsentrasi NO x... 35 4.5 Perbandingan Hasil Pemodelan dengan Pemantauan Roadside... 37 4.6 Konsentrasi Polutan Sumber Garis pada Berbagai Kondisi Stabilitas dan Kecepatan Angin... 40 V. KESIMPULAN DAN SARAN... 44 5.1 Kesimpulan... 44 5.2 Saran... 44 DAFTAR PUSTAKA... 45 LAMPIRAN... 47 ii
DAFTAR GAMBAR Gambar 1 Efek laju penurunan suhu aktual terhadap stabilitas vertikal... 4 Gambar 2 Kestabilan atmosfer terhadap bentuk kepulan polutan... 5 Gambar 3 Pengaruh AFR pada komposisi gas buangan kendaraan bermotor... 11 Gambar 4 Persebaran polutan pada sumber titik dengan model Gauss... 13 Gambar 5 Deskripsi metode model FLLS... 15 Gambar 6 Peta lokasi Jl. M.H. Thamrin dan letak stasiun kualitas udara roadside dan JAF 5... 18 Gambar 7 Grafik koefisien dispersi vertikal dan horizontal Pasquill dan Gifford... 21 Gambar 8 Ilustrasi finite length line source di Jl. M.H. Thamrin... 21 Gambar 9 Ilustrasi metode Quantile-Quantile... 23 Gambar 10 Diagram alir penelitian... 24 Gambar 11 Grafik volume kendaraan harian di Jl. M.H. Thamrin pada hari kerja dan hari libur... 25 Gambar 12 Persentase kendaraan yang melewati Jl. M.H. Thamrin pada hari kerja dan hari libur... 26 Gambar 13 Perbandingan jumlah kendaraan terhadap emisi CO di ruas Jl. M.H. Thamrin pada hari kerja dan hari libur... 27 Gambar 14 Perbandingan jumlah kendaraan terhadap emisi NO x di ruas Jl. M.H. Thamrin pada hari kerja dan hari libur... 28 Gambar 15 Persentase stabilitas atmofer Jl. M.H. Thamrin waktu pengamatan, pukul 06:00-14:00... 30 Gambar 16 Konsentrasi CO dan NO x roadside rata-rata 30 menitan waktu pengamatan... 32 Gambar 17 Konsentrasi CO hasil pemodelan FLLS dan perbandingannya terhadap baku mutu udara ambien... 34 Gambar 18 Konsentrasi NO x hasil pemodelan FLLS dan perbandingannya terhadap baku mutu udara ambien... 36 Gambar 19 Plot Quantile-Quantile konsentrasi polutan CO dan NO x hasil pemodelan FLLS dengan hasil observasi (Stasiun JAF 5 dan roadside)... 37 Gambar 20 Konsentrasi CO sebagai fungsi jarak dan kecepatan angin pada kondisi stabilitas atmosfer... 41 iii