STUDI PERSEBARAN KONSENTRASI MUATAN PADATAN TERSUSPENSI MENGGUNAKAN CITRA SATELIT TERRA MODIS DI SELAT MADURA Oleh: HIAS CHASANAH PUTRI NRP 3508 100 071 Dosen Pembimbing Hepi Hapsari Handayani, ST, MSc
Latar Belakang Bencana lumpur Lapindo Pembuangan lumpur ke laut Pengaruh terhadap lingkungan Penelitian menggunakan penginderaan jauh Perubahan konsentrasi TSM Citra TERRA MODIS
Perumusan Masalah a. Apakah TERRA MODIS dapat digunakan untuk mengetahui konsentrasi TSM? b. Bagaimana Bagaimana pola sebaran di perairan Muara Sungai Porong hingga Selat madura selama rentang waktu enam tahun dari 2006 hingga tahun 2011? c. pola sebaran konsentrasi muatan padatan tersuspensi (TSM) sebelum dan sesudah adanya pembuangan lumpur?
Batasan Permasalahan a. Wilayah studi adalah daerah perairan muara Sungai Porong Desa Ronokenongo, Kecamatan Porong, Kabupaten Sidoarjo sampai Selat Madura. b. Data citra satelit yang digunakan adalah citra TERRA MODIS level 1b. c. Penelitian yang dilakukan adalah dengan membandingkan konsentrasi muatan padatan tersuspensi (TSM) hasil dari pengambilan data di lapangan dengan konsentrasi hasil dari pengolahan citra. d. Hasil penelitian adalah peta pola sebaran perubahan konsentrasi muatan padatan tersuspensi (TSM) wilayah perairan muara Sungai Porong sampai Selat Madura.
Tujuan a. Melakukan analisis untuk mengetahui apakah citra TERRA MODIS dapat digunakan untuk mengetahui konsentrasi TSM. b. Melakukan analisis pola sebaran konsentrasi muatan padatan tersuspensi (TSM) di muara Sungai Porong, Selat Madura selama enam menggunakan citra satelit TERRA MODIS dari tahun 2006-2011. c. Memetakan pola distribusi konsentrasi muatan padatan tersuspensi (TSM) di muara Sungai Porong, Selat Madura.
Total Suspended Solid (TSM) Muatan padatan tersuspensi (Total Suspended Solid) adalah material tersuspensi yang mengandung lumpur, butir-butir pasir, dan bahan organik kecil, biasanya disebabkan oleh erosi yang dibawa ke dalam air, dimana bila konsentrasi TSM tinggi berarti terjadi polusi yang tinggi pula didalam air sehingga mengganggu proses fotosintesis (Effendi, 2000).
Penginderaan Jauh Penginderaan jauh adalah ilmu pengetahuan dan seni dalam memperoleh informasi tentang suatu obyek, area, gejala melalui analisis data yang diperoleh dengan alat tanpa kontak langsung dengan obyek, area, gejala yang diamati (Kiefer, Lillesand, dan Chipman 1994). Komponen penginderaan jauh terdiri atas : a. Sumber tenaga dan radiasi b. Atmosfer c. Interkasi tenaga dan objek d. Sensor e. Sistem Pengolahan Data
Perhitungan TSM dengan Algoritma Untuk mengetahui konsentrasi muatan padatan tersuspensi, digunakan algoritma Miller and Mckee (2004) pada buku Kutser, T., Metsamaa, L., Vathmae, E. dan APS, R. (2007) tentang algoritma Total Suspenden Matter (TSM) untuk TERRA MODIS seperti pada persamaan (1): TSM = 1140.25*B1-1.91... (1) B1: band 1 pada citra TERRA MODIS
Gelombang Pasang Surut Gelombang pasang surut adalah gelombang atau fluktuasi muka air yang disebabkan oleh gaya tarik menarik antara planet buni dengan planet-planet lain terutama dengan bulan dan matahari. Pasang surut termasuk gelombang panjang dengan periode gelombang berkisar antara 12 dan 24 jam. Puncak gelombang pasang surut biasa disebut air pasang (high tide) dan lembahnya disebut air surut (low tide) (Robert, J. Kadoatie dan Roestam Syarief, 2010).
Curah Hujan Curah hujan adalah banyak air atau volume air yang dihasilkan dari hujan yang dinyatakan dalam mm (Pendi Lumbangaol, 2011). Intensitas curah hujan juga berpengaruh terhadap konsentrasi TSM. Semakin tinggi curah hujan maka nilai konsentrasi TSM juga semakin tinggi, begitu pula sebaliknya.
Uji Lapangan (Ground Truth) Uji lapangan (Ground Truth) adalah suatu tahapan verifikasi lapangan, untuk mengetahui penyimpangan-penyimpangan atau kesalahan-kesalahan yang terjadi karena klasifikasi secara digital berdasarkan sifat-sifat radiometrik suatu objek.
Citra TERRA MODIS Terra mengorbit bumi secara polar (arah utara-selatan) pada ketinggian 705 km dan melewati garis khatulistiwa pada jam 10:30 waktu lokal. Pemanfaatan resolusi maksimum pada 250 m (band 1-2), 500 m (band 3-7) dan 1.000 m (band 8-36) Kemampuan Ekstrasi Citra MODIS Berdasarkan Saluran Sumber : terra.nasa.gov/about/modis No. Saluran Kegunaan 1-2 Deliniasi daratan / awan /aerosol 3-7 Deliniasi daratan / awan / karakteristik aerosol 8-16 Warna air laut / fitoplankton / Fluoroscene / biogeokimia 17-19 Uap air di atmosfer 20-23 Suhu permukaan dan awan 24-25 Suhu udara 26-28 Uap air awan cirrus 29 Karakteristik awan 30 Lapisan ozon 31-32 Suhu permukaan dan awan 33-36 Awan Tinggi
Penelitian Terdahulu Hasil penelitian Priyanto (2006) dari topik evaluasi distribusi sedimentasi di wilayah Selat Madura menggunakan citra landsat multitemporal, menyimpulkan bahwa Konsentrasi TSM (Total Suspended Matter) di Selat Madura pada tahun 1990 dan tahun 2002 didominasi oleh kelas >120mg/l. Hal ini menunjukkan bahwa tingkat kekeruhan air di daerah tersebut sangat tinggi dimana dengan kondisi tersebut dapat memberikan terjadinya sedimentasi dipermukaan dasar laut yang berakibat pada pendangkalan. Pada penelitian lainnya, Mayasari (2010) dari topik Analisis Sedimentasi Pantai Surabaya-Sidoarjo Pasca Pembangunan Jembatan Suramadu Dan Peristiwa Lapindo Menggunakan Citra Satelit Spot-4 menyimpulkan bahwa Sebaran sedimentasi di sepanjang pantai Surabaya-Sidoarjo didominasi oleh nilai TSS 25-125 mg/l. Terjadi peningkatan jumlah luasan untuk kelas sedimen menengah, dan penurunan pada kelas sedimen rendah. Dalam hasil penelitian Arifin (2009) juga menunjukkan perubahan muatan padatan tersuspensi (TSM) akibat pembuangan Lumpur Lapindo di Selat Madura menggunakan data citra ASTER sangat bervariatif dimana dari tahun 2005 sampai tahun 2008 nilai Muatan Padatan Tersuspensi (TSM) terjadi penambahan dan penurunan.
METODOLOGI PENELITIAN Lokasi Penelitian Pantai Surabaya-Sidoarjo (7 10 20 LS-7 36 00 LS dan 112 34 52 BT- 112 54 36 BT) Data dan Peralatan Data Data spasial, citra satelit TERRA/MODIS level 1B tahun 2005-2011. Data Lapangan, diambil pada tanggal 22 Juli 2011 secara insitu untuk merekam parameter TSM. Peralatan Perangkat keras (Hardware) Notebook TOSHIBA Core 2 Duo, RAM 3Gb, Hard Disk 150 Gb Printer Canon IP 1700 GPS navigasi / handheld ketelitian 15 meter Water Checker TROLL 9500 Multi Parameter Series S/N 47916 Perahu motor, jam digital Perangkat Lunak (Software) Software ENVI 4.6.1 Microsoft Word 2007 Microsoft Excel 2007 Microsoft Visio 2003
MULAI Citra TERRA MODIS Data Lapangan Georeferensi Citra Spectral Subsetting Pengolahan Data TIDAK Pemotongan Citra Koreksi Geometrik RMS 1 YA Pemotongan Citra Banyak Awan YA Pemisahan Awan TIDAK Digitasi Citra Algoritma perhitungan TSM Data TSM Citra TIDAK Korelasi 70% Data TSM YA Analisis Peta Sebaran TSM SELESAI
Seleksi Citra Tanggal File 26 Juli 2006 MOD021KM.A2006207.0245.005.2010180094312.hdf 29 Juli 2007 MOD021KM.A2007210.0245.005.2010206132224.hdf 5 Juli 2008 MOD021KM.A2008186.0305.005.2010221123729.hdf 8 Juli 2009 MOD021KM.A2009189.0310.005.2010177082947.hdf 24 Juli 2010 MOD021KM.A2010204.0310.005.2010102131416.hdf 22 Juli 2011 MOD021KM.A2011202.0245.005.2011189092350.hdf
Koreksi Geometrik Nilai RMSE 6 Citra hasil Koreksi Geometrik No. Tanggal Citra RMSE Citra TERRA MODIS tahun 2006 yang sudah dikoreksi 1 26 Juli 2006 0.545782 2 29 Juli 2007 0.515878 3 5 Juli 2008 0.603083 4 8 Juli 2009 0.493084 5 24 Juli 2010 0.620132 6 22 Juli 2011 0.462437 Rata - rata 0.462914
Klasifikasi Citra Berdasarkan penelitian M.J. Megat Mohd Noor, dkk (2006), klasifikasi TSM dapat dilihat pada tabel 1.1 Kelas Nilai reflektan pada citra TSM (mg/l) 1 0 R <50 0 TSM <50 2 50 < R 100 50 < TSM 100 3 100.< R 150 100< TSM 150 4 150< R 200 150< TSM 200 5 R >200 TSM >200
Analisis Perbandingan TSM Citra dengan Lapangan stasiun lokasi lapangan citra 2011 lintang bujur 1 7,5701305 112,8757519 71 62,0044270 2 7,5767268 112,8807819 34,7 64,8877790 3 7,5743254 112,8799741 61,4 64,8877790 4 7,5706589 112,8957144 33,9 76,6752400 5 7,5679650 112,8956482 33,9 76,6752400 6 7,5658009 112,8943160 26,5 76,6752400 7 7,5171778 112,8607478 89,1 73,7670670 8 7,5163726 112,8587422 32,7 75,6957400 9 7,5145766 112,8558446 31,9 75,6957400 10 7,5087904 112,8515168 43,8 75,5238420 11 7,5053586 112,8506054 40,8 76,0991900 12 7,5053592 112,8504696 40,4 76,0991900 13 7,5071703 112,8497978 43,3 76,0991900 14 7,5041694 112,8495948 35,7 76,0991900 15 7,5007927 112,8484844 22,2 76,0991900 16 7,4949674 112,8491483 23,8 76,8451160 17 7,4939733 112,8447414 26,3 76,8451160 18 7,4925969 112,8409308 28,1 76,4927520 19 7,4819538 112,8434679 41,8 62,5406000 20 7,4798913 112,8437310 37,5 62,5406000 21 7,4817848 112,8449619 81,1 62,5406000 22 7,5382174 112,8626495 55,8 56,8626020 23 7,5414202 112,8642487 107,2 56,8626020 24 7,5407320 112,8666194 133,6 56,8626020 Tabel 1.3 perbandingan data citra dan lapangan
Sebaran Titik di Lapangan 21 Selat Madura 7 Sungai Porong 22 1 3
Analisis Perbandingan TSM Citra dengan Lapangan 2 Terdapat selisih yang amat besar antara data citra dan lapangan yang tamapak pada tabel 1.3. Adapun perbedaan tersebut antara lain dapat disebabkan oleh berbagai hal berikut: a. Pasang surut yang terjadi di daerah perairan. Pasang surut juga mempengaruhi nilai TSM, saat pasang nilai TSM lebih besar dibandingkan saat surut, begitu pula sebaliknya (Satriadi A dan Widada S, 2004). Tabel 1.4 pasang surut air laut Pada tabel 1.4 menunjukkan bahwa air laut pada juli mencapai 10 m yang berarti saat itu air laut sedang surut, sehingga nilai TSM saat itu lebih rendah.
Analisis Perbandingan TSM Citra dengan Lapangan 3 b. Curah hujan yang terjadi di sekitar objek penelitian, semakin tinggi debit curah hujan maka kandungan TSM juga semakin tinggi, begitu pula sebaliknya. Berdasarkan data di stasiun klimatologi, KP Cukurgondang, Pasuruan menunjukkan bahwa pada bulan Juli 2011 menunjukkan musim kemarau sehingga nilai TSM pada citra juga memiliki nilai yang rendah dibandingkan tahun yang lain. Tabel 1.4 curah hujan Waktu Curah Hujan (mm) Juli 2006 0 Juli 2007 4 Juli 2008 0 Juli 2009 0 Juli 2010 110 Juli 2011 6 Pada tabel 1.4 menunjukkan curah hujan yang rendah pada bulan Juli 2011, sehingga dapat nilai TSM pada saat itu juga memiliki nilai rendah.
Analisis Perbandingan TSM Citra dengan Lapangan 3 d. Material-material yang terlarut di suatu lokasi (stasiun) tertentu yang tidak terekam oleh citra karena perubahan posisi akibat arus laut. e. Aktivitas manusia, dalam hal ini yang dimaksud adalah transportasi air yakni hilir mudik perahu yang mempengaruhi pengadukan material padatan tersuspensi dalam air.
Korelasi Linear Nilai korelasi (r) sebesar 0.404 atau 40.4% Tabel 1.5 korelasi linear No. Banyak Titik Perbandingan Persentase Korelasi (%) uji statistik 95% (> 40.4%) 1 5 79,2 Diterima 2 7 0,8 Ditolak 3 10 4,1 Ditolak 4 13 8,4 Ditolak 5 17 19,4 Ditolak 6 24 32,6 Ditolak Pada tabel 1.5 menunjukkan korelasi linear yang dapat diterima hanya 5 titik.
Adapun koordinat 5 titik yang digunakan dalam uji korelasi adalah sebagai berikut: Tabel 1.6. koordinat titik korelasi No. Statiun Data Survei (mg/l) TSM Data Citra (mg/l) Lintang Koor. Geografis Bujur 1. 1 71 62,004427 7,5701305 112,8757519 2. 3 61,4 64,8877790 7,5743254 112,8799741 3. 21 81.1 62,5406 7,4817848 112,8449619 4. 22 55.8 56,862602 7,5382174 112,8626495 5 7 89.1 73,767067 7,5171778 112,8607478 Pada tabel 1.5 dapat diketahui bahwa nilai TSM pada citra dengan lapangan memiliki kedekatan nilai dibandingkan dengan titik yang lain yang digunakan untuk uji korelasi. Sehingga stasiun 1, 3, 7, 21, 22 dapat dijadikan titik kontrol pada citra-citra tahun 2006 sampai 2010.
Analisa Kandungan TSM Dari hasil pengolahan citra Terra/MODIS tahun 2006 hingga 2011 menggunakan algoritma TSM didapat bahwa TSM yang tertinggi di perairan Selat Madura tertinggi adalah pada tahun 2010. Tabel 1.6 Kementrian Lingkungan Hidup (KLH) Nomor : 51 Tahun 2004, baku Mutu Air Laut. No. Parameter Satuan Baku Mutu Keterangan 1 Padatan Tersuspensi Total 2 Padatan Tersuspensi Total 3 Padatan Tersuspensi Total Mg/l 80 Mg/l 20 Mg/l Coral : 20 Untuk Per. Pelabuhan Untuk Wisata Bahari Untuk Biota Laut Bila dilihat dari baku Mutu Air Laut berdasarkan tabel diatas, data TSM yang bernilai tinggi tersebut memiliki perbedaan signifikan dengan baku mutu yang ditetapkan. Bila dilihat dari waktu atau musimnya, pada tahun 2010 banyak bermunculan semburan baru yang berasal dari lumpur Lapindo yang menambah volume semburan. Akibatnya volume lumpur yang dibuang ke Kali Porong juga bertambah. Dampak lumpur tersebut ketika masuk ke laut akan mencemari lingkungan dan menaikkan kandungan TSM yang berada di perairan Sungai porong sampai Selat Madura.
Analisa Perbandingan Luasan Kekeruhan Tabel 1.7 Luasan TSM berdasarkan kelas Kelas TSM Luas Wilayah (km 2 ) (mg/l) 2006 2007 2008 2009 2010 2011 1 0-50 535.9 374.5 427.5 823.9 429.2 244.9 2 50-100 1041.1 1183.1 1181.0 877.9 1253.4 989.3 3 100-150 131.0 197.7 148.1 11.0 55.3 356.3 4 150-200 0 0 0 0 2.01 17.9 5 >200 0 0 0 0 1.0 0 Berdasarkan tabel 1.7, nilai TSM hasil pengolahan citra bervariatif antara kelas dan luas. Pada semua tahun luasan terbesar berada pada kelas 2 dengan kandungan nilai TSM berkisar antara 50-100 mg/l. Dengan demikian dapat diketahui luasan TSM tertinggi sama di setiap tahunnya yakni pada kelas 2, dengan nilai terluas terdapat pada tahun 2010.
Analisa Persebaran Kelas TSM Setiap Tahun Tahun 2006
Tahun 2007
Tahun 2008
Tahun 2009
Tahun 2010
Tahun 2011
Kesimpulan Citra TERRA MODIS kurang maksimal dalam pengamatan lautan, khususnya untuk mengetahui konsentrasi TSM (terdapat selisih yang jauh antara data citra dan lapangan yakni 1.06-53.90mg/l). Luasan tertinggi pada semua tahun terdapat pada kelas 2 dengan nilai 50-100mg/l dan yang paling luas terdapat pada tahun 2010. Hasil uji korelasi menghasilkan R 2 = 79,2%, dimana diambil lima titik yang mewakili data citra dan lapangan. Nilai TSM yang relatif tinggi selama enam tahun berdasarkan hasil pengolahan citra terjadi pada tahun 2010. Daerah sekitar muara sungai dan dekat pantai umumnya memiliki nilai TSM yang tinggi pada kelas lebih dari 200mg/l, semakin ke laut semikin rendah pada kelas 0-50mg/l.
Saran Dibutuhkan koefisien algoritma yang sesuai dengan kondisi perairan Indonesia dengan cara modifikasi algoritma untuk citra TERRA MODIS. Pada saat pengambilan data di lapangan sebaiknya menggunakan data dengan interval titik yang lebih besar dari resolusi citra yang digunakan.
Terimakasih...