18
3. METODOLOGI
3.1. Waktu dan Lokasi
Penelitian berupa pemodelan sebaran tumpahan minyak di Perairan Cilacap, Jawa Tengah dilakukan pada bulan April 2008 – Februari 2009
menggunakan DHI software Mike 21 dengan modul Hydrodynamic dan Spill Analysis Gambar 4. Pemodelan dilaksanakan dengan menggunakan perangkat
komputer Laboratorium Pusat Teknologi Inventarisasi Sumberdaya Alam P- TISDA bertempat di Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi BPPT
Jakarta.
Gambar 4. Peta Lokasi Penelitian Model Sebaran Tumpahan Minyak di Perairan
Cilacap, Jawa Tengah Sumber: Google Earth, 2008
19
3.2. Sumber Data
Sumber data yang diperlukan dalam penelitian ini meliputi dua hal, yaitu data untuk masukan model serta data untuk kepentingan verifikasi.
3.2.1. Data Masukan Model
Untuk membangun skenario model, diperlukan beberapa data masukan yang didapat dari berbagai sumber, antara lain:
a. Data kedalaman batimetri perairan Cilacap, yaitu:
1 peta batimetri hasil pemetaan Jawatan Hidro-Oseanografi JANHIDROS
TNI-AL tahun 2007 Nomor 108 dengan skala 1 : 15.000; 2
peta batimetri hasil pemetaan PT. PERTAMINA PERSERO Unit Pengolahan IV Cilacap tahun 2006 Nomor Gambar CS 05X06 dan CS
07IX06 dengan skala 1 : 2000; 3
peta batimetri hasil survey sounding Kolam Pelabuhan Tanjung Intan - Cilacap PT. PERSERO Pelabuhan Indonesia III Surabaya tahun 2006
Nomor Gambar DL 4272006 dengan skala 1 : 250; b.
Data arah dan kecepatan angin di Cilacap bulan Februari dan Agustus tahun 2007 dengan interval data per enam jam dan bersumber dari QuickScat
Seawind IFREMER; c.
Data pasang surut perairan Cilacap bulan Februari dan Agustus tahun 2007 dengan interval data per 15 menit bersumber dari Topex Poesidon Jason;
d. Data lalu lintas perkapalan dan rutealur pelayaran tahun 2007 diperoleh dari
PT. PERSERO Pelabuhan Indonesia III cabang Tanjung Intan Cilacap, Jawa Tengah;
20 e.
Data oil properties dari Lembaga Minyak Gas LEMIGAS Jakarta dan dari berbagai sumber Lampiran 3.
3.2.2. Data Verifikasi
Data yang diperlukan untuk verifikasi masukan skenario model antara lain: a.
Data arah dan kecepatan angin di Cilacap bulan Februari dan Agustus tahun 2007 hasil pengukuran Badan Meteorologi dan Geofisika BMG Cilacap
yang direkam setiap jam selama 28 hari; b.
Data pasang surut perairan Cilacap bulan Februari dan Agustus tahun 2007 hasil pengukuran Badan Koordinasi Survey dan Pertanahan Nasional
BAKOSURTANAL Cibinong dengan interval pengukuran data per 15 menit.
3.3. Peralatan yang Digunakan
Sistem perangkat keras yang dipakai dalam pemodelan maupun pengolahan data masukan input yaitu menggunakan sistem perangkat komputer
di BPPT. Pembuatan skenario pemodelan sebaran tumpahan minyak diproses dengan menggunakan berbagai modul, antara lain Mike Zero Bathymetries, Mike
Zero Time Series, Mike Zero Profile Series, Mike Zero Data Extraction, Mike Zero Toolbox, dan Mike 21 Flow Model. Untuk skenario analisis tumpahan
minyak, digunakan modul Hydrodynamic Modul dan Spill Analysis Modul. 3.4.
Desain Skenario Model
Model diawali dengan pengolahan data masukkan untuk menyimulasikan modul hidrodinamika pada program Mike 21. Data masukkan yang diolah antara
lain pembuatan domain model dengan menggunakan data kedalaman perairan,
21 pengolahan data arah maupun kecepatan angin dari IFREMER yang dihitung tiap-
tiap grid dan berubah terhadap ruang dan waktu, serta data prediksi pasang surut yang dihasilkan dari satelit Topex Poseidon dan Jason. Data tersebut kemudian
diverifikasi dengan menggunakan data hasil pengukuran lapang. Proses selanjutnya adalah membuat skenario pemodelan hidrodinamika dengan
memasukkan data input angin dan pasang surut yang telah diverifikasi serta melengkapi data-data parameter pendukung dalam modul hidrodinamika tersebut.
Modul hidrodinamika yang telah lengkap kemudian dimodelkan dan menghasilkan keluaran berupa dua buah model hidrodinamika.
Bagian hidrodinamika pertama digunakan untuk melihat kondisi hidrodinamika di perairan Cilacap atara lain berupa arah dan kecepatan arus U
dan V serta perubahan tinggi muka air laut surface elevation terhadap Mean Sea Level MSL. Bagian hidrodinamika kedua memiliki keluaran berupa debit
perairanfluks dalam arah u dan v serta perubahan kedalaman perairan terhadap waktu water level. Keluaran hidrodinamika bagian kedua tersebut bersama-
sama dengan data karakteristik minyak digunakan kembali sebagai masukkan untuk menjalankan modul Spill Analysis berikutnya. Keluaran yang dihasilkan
dari pemodelan modul Spill Analysis tersebut selanjutnya menjadi hasil akhir dari seluruh proses pemodelan. Diagram alir dari seluruh proses pemodelan disajikan
pada Gambar 5. Kondisi pemodelan yang dilakukan berupa pemodelan pola sebaran
tumpahan minyak dengan pengaruh angin timur dan barat dan pasang surut setempat. Sedangkan kondisi pemodelan yang diamati yaitu pada saat muka air
22 laut berada pada posisi tertinggi flood tide, posisi terendah ebb tide, menjelang
pasang dan menjelang surut pada kondisi pertengahan Mean Sea Level.
Gambar 5. Diagram Alir Pemodelan Sebaran Tumpahan Minyak di Perairan
Cilacap dengan Menggunakan DHI Software Mike 21
3.4.1. Lokasi Pemodelan
Dalam memutuskan area yang tercakup dalam model, harus pula dipertimbangkan lingkup area, posisi dan tipe dari batas model hidrodinamika
yang akan digunakan. Model sebaran tumpahan minyak dibangun dengan skenario di lokasi yang memungkinkan terdapat sumber buangan atau tumpahan
minyak masuk ke dalam perairan Cilacap. Desain domain pemodelan berbentuk empat persegi panjang dengan posisi geografis terletak pada 7°46’23” LS -
7°41’20” LS dan 108°59’01” BT - 109°03’51” BT ditunjukkan pada Gambar 6.
23 Daerah perairan yang dimodelkan meliputi aliran Kali Donan, Muara Sungai
Serayu, alur pelayaran Pelabuhan Tanjung Intan, dan Teluk Penyu. Dalam domain ini digunakan proyeksi WGS 1984 UTM Zone 49S. Domain dibagi ke
dalam grid 8850 x 9350 sel dengan lebar ∆x = ∆y = 10 meter.
Gambar 6. Domain Dasar Pemodelan Tumpahan Minyak di Perairan Cilacap
dengan Menggunakan Program Mike21
3.4.2. Syarat Batas
Syarat batas area pemodelan ditentukan oleh variasi tinggi muka laut yang terdiri dari dua bagian yaitu, syarat batas tertutup dan syarat batas terbuka.
3.4.2.1. Syarat Batas Tertutup
Syarat batas tertutup pada area model yaitu berupa garis pantai dimana massa air tidak memungkinkan untuk melewatinya. Berikut ini merupakan lokasi
dari syarat batas tertutup pada area model :
24 a
Bagian utara : garis pantai pesisir Cilacap dan Daerah Aliran Sungai DAS Donan.
b Bagian selatan : garis pantai pesisir Pulau Nusakambangan.
c Bagian barat : Daerah Aliran Sungai DAS Donan.
3.4.2.2. Syarat Batas Terbuka
Syarat batas terbuka adalah batas daerah pada model yang berbatasan dengan laut terbuka. Pada area model ini, syarat batas terbuka yaitu antara lain:
a Bagian selatan : garis lurus yang ditarik sejajar dengan Pulau
Nusakambangan b
Bagian barat : garis lurus yang memotong aliran Sungai Serayu c
Bagian utara : garis lurus yang memotong aliran Kali Donan d
Bagian timur : garis lurus yang memotong perairan Teluk Penyu
3.4.3. Waktu Pemodelan
Waktu pemodelan hidrodinamika terdiri dari dua musim, yaitu musim barat dan musim timur. Pemodelan hidrodinamika pada musim barat dimodelkan
pada bulan Februari 2007, sedangkan pemodelan pada musim timur dimodelkan pada bulan Agustus 2007. Waktu pemodelan untuk musim barat yaitu tanggal 1
Februari 2007 hingga 28 Februari 2007. Sedangkan waktu pemodelan untuk musim timur yaitu tanggal 1 Agustus 2007 hingga 28 Agustus 2007.
3.4.4. Skenario Tumpahan Minyak
Dalam pemodelan ini terdapat beberapa skenario sumber tumpahan minyak yang berpotensi mencemari perairan Cilacap. Minyak yang akan
dimodelkan tumpah dan mencemari perairan Cilacap antara lain avtur, solar
25 diesel, minyak mentah crude oil dan aspal. Sumber tumpahan minyak
diskenariokan mengeluarkan minyak dalam jenis, jumlah flux, dan waktu tertentu. Skenario yang disajikan dalam Tabel 2 telah disesuaikan dengan kondisi
tumpahan yang memungkinkan terjadi berdasarkan dari data perkapalan setempat.
Lokasi terjadinya tumpahan masing-masing minyak ditampilkan pada Gambar 7 di bawah ini .
Gambar 7. Lokasi Skenario Sumber Tumpahan Minyak di Domain Perairan
Cilacap
Tabel 2. Informasi Lokasi, Jumlah Tumpahan dan Waktu Pengeluaran Skenario Model Tumpahan Minyak di Perairan Cilacap Sumber
Bujur BT Lintang
LS Lokasi
Potensi Jenis
Minyak Jumlah
Tumpahan [m
3
] Discharge
[m
3
s] Waktu
[menit]
1 108°5924 07°4617 Teluk Penyu
Tanker karam Avtur
1800 1.5
25 2 108°5910
07°4615 Jetty Area 70 Tabrakan tanker
Avtur 1800
3 10
3 108°5916 07°4619 Jetty CIB
Kebocoran loading Avtur
300 0.5
10 4 108°5924
07°4617 Teluk Penyu
Tanker karam Crude Oil
1800 1.5
25 5 108°5910
07°4615 Jetty Area 70 Tabrakan tanker
Crude Oil 1800
3 10
6 108°5916 07°4619 Jetty CIB
Kebocoran loading Crude Oil
300 0.5
10 7 108°5905
07°4609 Dermaga umum
Tabrakan tongkang Diesel
900 1.5
10 8 108°5912
07°4615 Jetty Area 70 Limbah dermaga
Diesel 688.84
0.0003 konstan
9 108°5906 07°4607
Dermaga umum Limbah dermaga
Diesel 65.3184
0.000027 konstan
10 108°5916 07°4607
PPSC Limbah kapal nelayan
Diesel 18.6624
0.000008 konstan
11 108°5905 07°4559 Jetty Area 60
Tabrakan tanker Asphalt
600 0.5
20
2 6
27
3.5. Parameter Pemodelan
3.5.1. Parameter Hidrodinamika
Parameter hidrodinamika diawali dengan membuat batimetri pada program Mike 21 sebagai domain model. Perairan Cilacap memiliki nilai batimetri yang
bervariasi dengan kisaran kedalaman laut berada di antara nol hingga 25 meter di bawah permukaan laut. Posisi batas selatan dan timur domain berbatasan
langsung dengan Samudera Hindia. Kontur batimetri menunjukkan nilai tertinggi pada perairan di sekitar kedua batas tersebut yang ditunjukkan dengan warna
ungu. Warna tersebut menunjukkan kisaran kedalaman antara 24 – 25 meter di bawah permukaan laut. Nilai kedalaman semakin mengalami penurunan saat
perairan mendekati garis pantai. Perairan pada batas barat maupun utara domain masing-masing berbatasan langsung dengan aliran Sungai Serayu dan Kali Donan.
Kedalaman perairan di kedua batas domain tersebut memiliki nilai yang rendah yang ditunjukkan dengan warna kontur hijau dan jingga. Kontur batimetri di
perairan Cilacap disajikan pada Gambar 8. Kontur kedalaman laut di perairan Teluk Penyu terlihat semakin merapat
saat mendekati garis pantai. Perairan Kali Donan memiliki kontur kedalaman yang rapat dengan kisaran kedalaman bernilai antara 0.88 – 10.56 meter di bawah
permukaan laut. Kedalaman perairan di bagian tengah aliran Kali Donan serta di sekitar kolam dermagapelabuhan dibuat lebih besar hingga mencapai -11.44
meter. Alur pelayaran Tanjung Intan di sepanjang kanal utama memiliki morfologi dasar laut yang lebih curam dengan kontur kedalaman yang lebih rapat.
Kedalaman laut di sepanjang alur pelayaran tersebut berkisar antara 1.76 – 20.73 m di bawah permukaan laut dan terletak memanjang hingga ke perairan Teluk
28 Penyu. Morfologi dasar laut pada alur pelayaran Tanjung intan merupakan
morfologi buatan yang dibuat dan dipertahankan untuk kepentingan pelayaran. Terdapat beberapa daerah perairan dangkal di sekitar pantai Cilacap dan
Pulau Nusakambangan, yaitu di sepanjang aliran Kali Donan dan di muara Sungai Kaliyasa. Daerah perairan dangkal terdapat pula di sekitar muara Sungai Serayu
yang berada di batas barat domain, di mulut alur pelayaran Tanjung Intan dan di sekitar pesisir Pulau Nusakambangan.
Gambar 8. Batimetri Perairan Cilacap Hasil Survey Sounding Dasar Laut Sumber: JANHIDROS, 2007
Waktu pemodelan hidrodinamika dibagi ke dalam dua musim, yaitu musim timur dan musim barat. Skenario hidrodinamika musim barat dimodelkan
pada tanggal 1 Februari 2007 pukul 12:00 AM hingga 28 Februari 2007 pukul 12:00 AM. Skenario hidrodinamika musim timur dimodelkan pada tanggal 1
29 Agustus 2007 pukul 12:00 AM hingga 28 Agustus 2007 pukul 12:00 AM.
Langkah waktu masing-masing pemodelan ditentukan sebesar 10 detik disesuaikan dengan syarat kestabilan domain Courant Number. Courant
Number menunjukkan banyaknya grid yang memproses hasil selama pemodelan berjalan dalam satu satuan waktu.
Domain area pada skenario pemodelan menggunakan variasi pasang surut air laut pada keempat batas terbuka yaitu, batas utara, batas selatan, batas timur,
dan batas barat Gambar 9.
Gambar 9. Syarat Batas Terbuka pada Domain Model Hidrodinamika di Perairan Cilacap
Masing-masing variasi pasang surut pada keempat batas terbuka domain perairan Cilacap yang dimodelkan untuk musim barat disajikan dalam Gambar 10,
sedangkan pada musim timur ditampilkan pada Gambar 11
30
Gambar 10. Tinggi Muka Air Laut pada Seluruh Batas Terbuka Domain Perairan
Cilacap pada Musim Barat Tahun 2007
Gambar 11. Tinggi Muka Air Laut pada Seluruh Batas Terbuka Domain Perairan Cilacap pada Musim Timur Tahun 2007
Data pasang surut hasil pemodelan bersumber dari data prediksi pasang surut yang didapat dari Jason dan Topex Poseidon. Data tersebut diverifikasi
dengan data pasang surut hasil pengukuran insitu yang bersumber dari Bakosurtanal. Masing-masing data pasang surut diukur setiap 15 menit selama 27
hari. Data pasang surut yang diambil pada tanggal 1 - 28 Februari 2007 mewakili kondisi pasang surut pada musim barat, sedangkan data pasang surut yang diambil
31 pada tanggal 1 - 28 Agustus 2007 mewakili kondisi pasang surut pada musim
timur. Pengamatan kedua data pasang surut tersebut dilakukan pada posisi 07° 34’ LS - 108° 59’ BT Gambar 12.
Gambar 12. Lokasi Pengamatan Data Pasang Surut Hasil Pengukuran Lapang
dengan Data Masukan Model di Cilacap Tahun 2007 Domain model perairan Cilacap sangat dipengaruhi oleh kondisi pasang
surut setempat sehingga perlu ditentukan nilai Drying depth dan Flooding depth. Nilai Drying depth ditentukan dengan memasukan nilai kedalaman minimum
yaitu 0.2 dan nilai kedalaman maksimum untuk Flooding depth sebesar 0.3. Nilai masukan parameter tersebut menandakan bahwa perhitungan pemodelan pada
masing-masing grid tidak akan dihitung pada kedalaman di atas 0.3 m maupun pada kedalaman di bawah 0.2 m dari Mean Sea Level.
32 Initial surface merupakan nilai awal tinggi muka laut domain saat
memulai pemodelan dalam satuan meter. Parameter Initial surface ditentukan dengan memasukkan nilai awal tinggi muka laut yang didapat dari rata-rata tinggi
muka laut pada seluruh syarat batas terbuka. Nilai Initial surface pada musim
barat ditentukan sebesar 0.12 m dan pada musim timur sebesar 0.4 m.
Parameter Source Sink digunakan untuk menentukan adanya titik sumber masukan dan keluaran air dalam domain. Pada skenario pemodelan
hidrodinamika ini, nilai Source Sink tidak ditentukan karena pada domain tidak diskenariokan terdapat sumber masukan maupun keluaran air.
Parameter Eddy Viscosity berhubungan dengan gaya gesek antara molekul- molekul fluida yang bergerak dengan kecepatan berbeda dan menghasilkan gerak
turbulen Alonso dan Finn, 1992. Dalam pemodelan hidrodinamika ini parameter tersebut ditentukan dengan menggunakan formula Smagorinsky. Tipe
formula Smagorinsky dihitung berdasarkan kecepatan mengalir fluida dengan nilai konstan sebesar 0.5.
Nilai tahanan dasar bed resistance pada domain model diberikan dalam parameter Resistance. Nilai tahanan dasar berhubungan dengan kekasaran dasar
laut dan gaya gesek antara dasar laut dengan air DHI, 2007. Konstanta tahanan dasar dalam pemodelan ini menggunakan nilai Manning Number [m
13
s] dimana pada laut terbuka bernilai 32, sedangkan pada laut dangkal menggunakan nilai
tahanan dasar 27 Gambar 13.
33
Gambar 13. Pola Nilai Tahanan Dasar Manning Number dalam Domain Model Perairan Cilacap
Data angin yang digunakan untuk masukan model didapat dari IFREMER. Data angin tersebut merupakan data hasil pengamatan satelit yang diukur setiap
enam jam. Data angin masukan model kemudian diverifikasi dengan menggunakan data hasil pengukuran insitu yang dilakukan oleh Badan
Meteorologi Klimatologi dan Geofisika BMKG Cilacap. Data angin insitu merupakan data yang direkam setiap jam selama 28 hari. Pada musim barat, data
angin diambil dari tanggal 01 - 28 Februari 2007. Sedangkan pada musim timur, data angin diambil dari tanggal 01 - 28 Agustus 2007. Pengamatan kedua data
angin tersebut dilakukan pada posisi 07° 44’ LS - 109° 01’ BT Gambar 14.
34
Gambar 14. Lokasi Pengamatan Data Angin Hasil Insitu dan Data Angin
Masukan Model di Cilacap Tahun 2007 Nilai tekanan yang diberikan oleh angin terhadap permukaan laut
diskenariokan bervariasi terhadap ruang dan waktu. Nilai friksi angin pada pemodelan ini diskenariokan bervariasi terhadap kecepatan angin dimana pada
saat kecepatan angin bernilai nol, maka besar friksinya 0.0016. Nilai tersebut bervariasi linier dimana pada saat kecepatan angin 16 ms maka nilai friksinya
sebesar 0.0026. Hasil keluaran dari pemodelan hidrodinamika tersebut kemudian dibagi
menjadi dua bagian. Bagian hidrodinamika pertama memiliki output berupa surface elevation, U-velocity, dan V-velocity. Sedangkan bagian hidrodinamika
kedua memiliki output berupa water level, P flux, Q flux. Contoh hasil laporan pemodelan modul hidrodinamika pada musim barat terdapat pada Lampiran 1.
35
3.5.2. Parameter Spill Analysis
Pemodelan pada modul Spill Analysis dibagi menjadi dua bagian, yaitu Basic parameter dan Oil Spill parameter.
a. Basic Parameter
Pemodelan basic parameter diawali dengan menentukan Starting Condition berupa Oil Spill Analysis. Masing-masing minyak yang diasumsikan
tumpah memiliki waktu terjadinya tumpahan yang berbeda-beda. Lapisan diesel dan aspal dimodelkan selama 10 hari, lapisan avtur dimodelkan selama 14 hari
dan lapisan minyak mentah dimodelkan selama 21 hari baik pada musim barat maupun pada musim timur. Parameter Hydrodynamic Data diisi dengan
menggunakan hasil keluaran modul hidrodinamika bagian kedua. Pada output tersebut, arus diberikan dengan variasi terhadap ruang dan waktu. Informasi
mengenai lokasi tumpahan dalam grid, jumlah tumpahan, serta waktu keluaran
tumpahan minyak dalam parameter Source disajikan pada Tabel 3 berikut ini. Tabel 3. Informasi Spasial, Jumlah dan Waktu Tumpahan Masing-Masing Jenis
Minyak yang di Skenariokan Tumpah di Perairan Cilacap
Grid Discharge
[m
3
detik] Time Release
[Time step] X Y
Diesel
323 247 0.0003 Konstan
93 450 1.5
60 131 499 0.000027 Konstan
447 518 0.000008 Konstan
Avtur
697 201 1.5 150
449 139 0.5 60
269 266 3 60
Crude
697 201 1.5 150
449 139 0.5 60
269 266 3 60
Asphalt 89 748
0.5 120
36 Koefisien dispersi dalam parameter Dispersion diskenariokan memiliki
nilai yang besarnya proporsional terhadap arus. Nilai Longitudinal direction memiliki faktor proporsional sebesar satu, begitu juga dengan nilai Transversal
direction. Sementara itu, nilai Vertical direction memiliki faktor proporsional terhadap arus sebesar 0.01. Vertical direction bernilai kecil karena proses dispersi
pada lapisan minyak diasumsikan lebih banyak dipengaruhi oleh gerak arus horizontal dibandingkan gerak arus vertikal.
Profil arus secara horizontal dipengaruhi oleh gesekan terhadap permukaan dasar laut yang ditentukan dalam parameter Eddy Logarithmic
Velocity Profile. Tipe Velocity profile yang digunakan dalam pemodelan ini yaitu logarithmic velocity profile, sementara nilai Bottom roughness ditentukan sebesar
0.1 m. Parabolic eddy profile disertakan karena berpengaruh dalam penyesuaian proses dispersi vertikal berdasarkan pendekatan gradien.
Informasi mengenai suhu dan salinitas air laut di perairan Cilacap pada musim barat dan musim timur ditentukan dalam parameter Water Properties.
Suhu dan salinitas air laut tersebut diskenariokan bernilai konstan sepanjang pemodelan. Pada musim barat, salinitas permukaan laut diasumsikan bernilai
33.5 dengan suhu permukaan 29 C. Pada musim timur, salinitas permukaan laut
diasumsikan bernilai 34 dengan suhu permukaan 25 C.
Kondisi angin yang diberikan dalam parameter Wind Condition sama dengan data yang diberikan pada modul hidrodinamika. Kedua data tersebut
memiliki nilai yang bervariasi terhadap ruang dan waktu. Exceeding Concentration merupakan laju perubahan konsentrasi fraksi
minyak. Nilai batas tertinggi pengeluaran konsentrasi minyak pada parameter
37 Exceeding Concentration [] diskenariokan bernilai 100 mm. Time Exposition
merupakan parameter yang digunakan untuk merekam waktu perjalanan lapisan minyak saat mencapai suatu area. Dalam pemodelan ini, time exposition
disertakan untuk melihat resident time lapisan minyak dalam domain model. Parameter Line Discharge berfungsi untuk menghitung volume materi yang
melewati suatu transek. Dalam pemodelan ini, parameter tersebut tidak digunakan.
b. Oil Spill Parameter