=
2 2
……………………………………………….……….17
′ =
2
− 23
percampuran massa Cs yang diberikan nilai 0.15 pada persamaan yang dapat dirumuskan sebagai berikut:
1 2
= −
2
+ −
2
…………………………………..……...18 Mixed layer ml merupakan nilai hasil pencampuran sedangkan l merupakan
lapisan yang berada pada lapisan ml pada setiap kecepatan yang akan mendefinisikan shear S. Percampuran di setiap lapisan membutuhkan energi,
energi yang dibutuhkan untuk percampuran pada lapisan tertentu disebut dengan energi potensial pencampuran yang dapat dirumuskan sebagai berikut:
= − ′ ………………………………………………………19
1
Variabel dz
ml
pada persamaan tersebut merupakan kedalaman lapisan tercapur yang merupakan penjumlahan dari semua dz pada sel di lapisan tersebut pada
grafitasi g tertentu. Semua persamaan tersebut merupakan pola model vertikal pada Reynold yang dikaji berdasarkan momentum dan persamaan transpor tiga
dimensi pada lapisan tercampur melalui pendekatan yang diberikan dari pengembangan energi total pada model satu dimensi.
3.5 Model Sebaran Tumpahan dan Nasib Fate Minyak
Model sebaran tumpahan minyak merupakan suatu model yang menganalisis pergerakan sebaran tumpahan minyak di laut menurut kondisi
lingkungan oseanografi di wilayah sekitar tumpahan minyak. Model sebaran tumpahan minyak menggunakan General NOAA Oil Modelling Environment
GNOME. GNOME merupakan perangkat lunak model sebaran tumpahan minyak yang mensimulasikan pergerakan minyak yang dipengaruhi oleh angin,
arus, pasang surut dan difusi dari tumpahan minyak. GNOME dikembangkan oleh Hazardous Materials Response Division HAZMAT of the National
Oceanic and Atmospheric Administration Office of Response and Restoration NOAA ORR. HAZMAT menggunakan model ini selama tumpahan minyak
untuk memperkirakan “best guess” dari sebaran tumpahan minyak yang diasosiasikan dengan ketidakpastian uncertainty sebaran tumpahan minyak.
GNOME memberikan lima fungsi utama yaitu: •
Mengestimasi sebaran tumpahan minyak oleh proses yang melibatkan angin, kondisi cuaca, pola sirkulasi, masukan dari sungai, dan tumpahan
minyak. •
Memprediksi hasil sebaran asli dan hasil sebaran ketidakpastian yang dikendalikan oleh observasi dari angin dan pergerakan massa air.
• Menggunakan algoritma cuaca untuk membuat prediksi yang sederhana
mengenai pengaruh cuaca terhadap minyak yang tumpah. •
Dapat dengan cepat menambahkan dan memproses serta menyimpan informasi baru.
• Menyediakan output dengan format geo-referenced yang dapat digunakan
untuk inputan dari GIS perangkat lunak. GNOME merupakan jenis model yang memiliki penyebaran yang pasif
sehingga dapat dengan mudah diprediksikan arah dan sebarannya dengan menggunakan bebearapa persamaan gerak pembangkitnya. Persamaan dasar pada
GNOME adalah sebagai berikut:
+ 1 = +
6 1
+ 2
2
+ 2
3
+
4 2
= +
2
∆ , +
2
∆
3
= +
2
∆ , + ∆ 25
Pada persamaan tersebut dapat diketahui bahwa perubahan x dx merupakan variable yang dihitung dari kecepatan v dan waktu t dengan perubahan jarak
berbanding terbalik dengan perubahan waktu dan berbanding lurus dengan kecepatan penggeraknya pada waktu tertentu. Model sebaran tumpahan minyak
tersebut kemudian dikembangkan dengan beberapa formula masukan yang berperan dalam penstabil model tersebut. Masalah yang pertama muncul adalah
berkaitan dengan akurasi sebuah model yang dalam hal ini dijelaskan dengan pendekatan Euler Forward dan Runge Kutta. Persamaan pada Euler Forward
adalah sebagai berikut: + 1 = + , .
∆ ………..………………….……………...22
Persamaan tersebut memungkinkan akurasi model sebaran tumpahan minyak menjadi lebih baik dengan Dynamic Euler Velocity PDE. Persamaan pergerakan
tersebut hanya melibatkan pergerakan difusi x dan pergerakan dari kecepatan luar v terhadap waktu. Penyelesaian untuk akurasi model jarang sekali
menggunakan persamaan tersebut dan beralih ke persamaan dengan akurasi yang lebih baik seperti pada persamaan Runge Kutta. Persamaan tersebut dalam
penstabilan akurasi pada model sebaran adalah sebagai berikut:
∆ 1
= ,
1 1 2
2 1 1
4
= +
3
∆ , + ∆ ……………………………….…………..... 23
Model Hidrodinamika
Data Arus Pengelolahan data
Data Minyak Tumpah Diffusi Minyak
Diagnostic Mode GNOME
Data angin
MAP
Movie Oil Spill GNOME File
GIS Output File
Gambar 6. Diagram alir model sebaran tumpahan minyak pada Diagnostic mode Model sebaran tumpahan minyak menggunakan metode terkadang bergerak
secara acak, sehingga dikenal dengan istilah persamaan Random Walk. Persamaan tersebut sudah banyak dijabarkan oleh beberapa peneliti dan
pengembangan model demi kepentingan penstabilan model. Salah satu persamaan yang digunakan adalah persamaan random walk yang dikembangkan
oleh Taylor 1921 yang berdasarkan pada premis pusat dengan rata-rata ansambel dari pemindahan partikel persegi di pergerakan Brownian yang meningkatkan
tingkatnya menjadi 2K, K merupakan difusi molekuler.
= 2
−1
∆
12
…………………………..……………………..24 Pada persamaan tersebut nilai R merupakan nilai Random dengan rata-rata nol,
jika R merupakan nilai yang diambil dari sebuah distribusi yang seragam [-1,+1] maka nilai r adalah 13. Selain pada persamaan diatas, nilai RW juga didapat
dengan memperhitungkan kecepatan Eddy horizontal yang banyak digunakan
, ,
∆ ∆ ∆
25 27
sebagai stabilitas dan kehalusan model. Xue et al 2008 menawarkan perumusan RW pada analisis skala sebagai berikut:
=
Pemodelan tumpahan minyak dengan GNOME pada penelitian ini dengan menggunakan Diagnostic Mode untuk memudahkan pemasukan data-data yang
tidak disediakan oleh NOAA Gambar 6. Mode tersebut dapat mengakses inputan data yang berbeda sesuai dengan data di daerah tersebut sehingga
tumpahan minyak yang dihasilkan lebih baik. Model sebaran tumpahan minyak dipengaruhi oleh kondisi cuaca dan
kondisi lingkungan laut yang ada di sekitar tumpahan minyak. Minyak yang tumpah ke lingkungan perairan akan melalui beberapa proses diantaranya
dispersion, evaporation, emulsification, spreading, dan beaching. Menurut Wang Zhendi dan Stout Scott A 2007, dispersion merupakan partikel-partikel minyak
Tabel 1. Propertis minyak mentah dari Minas dan Duri No
Propertis Minas
Duri 1
API 35.2
21.1 2
Viskositas cSt Pada 30 C
- 591
Pada 40 C 23.6
274.4 Pada 50 C
11.6 -
3 Densitas 15 C grml
0.8485 0.927
4 Sulphur Weight
0.08 7.4
5 Carbon Weight
2.8 7.4
6 Titik Tuang C
36 24
7 Asphalt Weight
0.5 0.4
8 Vanadium ppm Wt
1 1
9 Nickel ppm wt
8 32
11 Salt bb1000 bbl
11 5
12 Water Volume
0.6 0.3
yang terpisah dari kumpulan minyak yang tumpah, hal tersebut dikarenakan adanya turbulensi akibat ombak dan arus. Evaporation merupakan penguapan
minyak yang ada di perairan, penguapan minyak merupakan factor penting dalam ketersediaan minyak di perairan setelah tumpah. penguapan ini dipengaruhi oleh
kondisi cuaca khususnya suhu permukaan laut dan suhu atmosfere. Emulsification merupakan suatu proses masuknya air kedalam kumpulan minyak
atau sebaliknya, emulsifikasi dapat berisi kandungan air sampai 70 pada kumpulan minyak. Spreading merupakan proses penyebaran tumpahan minyak
yang diakibatkan oleh difusi partikel minyak dan kondisi angin serta arus sekitar tumpahan minyak. Beaching merupakan partikel atau kumpulan minyak yang
sudah mencapai pantai. Kondisi tersebut sangat merugikan baik bagi lingkungan sekitar dan bagi perekonomian masyarakat pesisir. Oleh sebab itu, perlu juga
dilakukan model perubahan karakteristik dan ketersediaan minyak yang diakibatkan oleh kondisi cuaca dan hidrodinamika di sekitar tumpahan minyak.
Model tersebut dapat menggunakan sebuah perangkat lunak yang dibuat oleh NOAA yaitu Automated Data Inquiry for Oil Spills ADIOS2.
Model ketersediaan dan karakteristik minyak ini memerlukan beberapa masukan data seperti properties minyak, kondisi hidrodinamik, dan kondisi cuaca
saat terjadi tumpahan minyak. Properties minyak yang digunakan seperti densitas minyak, viskositas minyak, nilai API minyak yang menunjukan ukuran kepadatan
minyak, fraksi air pada minyak, kandungan senyawa lain dalam minyak. Data jenis minyak yang tumpah pada model ketersediaan dan karakteristik
minyak yang dipengaruhi oleh faktor cuaca Tabel 1. masukan model untuk kondisi hidrodinamika seperti data angin, data gelombang, dan data arus. Data
10
=
10
7
…………………………………..………………………...26 29
angin didapat dari ECMWF dengan kondisi arah angin dominan dan kecepatan angin rata-rata harian pada bulan September tahun 2008 untuk model nasib
minyak. Arah angin pada model merupakan arah angin blowing from berasal dari sesuai dengan yang diadopsi oleh kebanyakan ahli meteorologi. Kondisi
angin yang dapat berpengaruh pada tumpahan minyak di model ini adalah angin yang diukur pada ketinggian 10 meter diatas permukaan laut. Jika data yang
digunakan bukan berasal dari ketinggian tersebut, maka kecepatan angin pada ketinggian 10 meter dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut:
1
Pada persamaan 28, z merupakan ketinggian data angin tersebut diukur. Data angin pada ketinggian 10 meter tersebut digunakan untuk memperkirakan
pengaruh angin wind stress untuk tumpahan minyak dengan perhitungan sebagai berikut:
= 0.71
10
………………..…………………………………………....27 Data gelombang tersebut didapat melalui tiga cara yaitu perhitungan
langsung dari data angin, perhitungan langsung dari data angin dan panjang fetch, dan data lapang. Data gelombang pada model ini didapat dari perhitungan data
angin yang sudah disediakan oleh ADIOS2. Perhitungan data gelombang baik itu tinggi gelombang dan periode gelombang jika diketahui nilai Fetch F dapat
dilihat pada persamaan berikut: = 5.112 10
−4
………………………….……………...….28 = 0.06238
1 3
……………………………………….…………...29
Tinggi gelombang dihitung berdasarkan pengalian konstanta dan kecepatan angin u
A
serta fetch, sedangkan jika panjang Fetch tidak terbatas lebih dari 200 km maka perhitungan tinggi gelombang dan periodeT
p
dapat menggunakan persamaan berikut:
= 0.0248
2
………………………………………………………30 = 0.83 ……………………………………………………………..31
Beberapa kasus tumpahan minyak sering dikaitkan dengan pola arus sekitar tumpahan minyak, seperti pada kasus bocornya pipa yang dekat dengan sungai
besar, sehingga pada kasus tersebut perlu dikaitkan dngan data arus. Penyediaan data arus pada model ini sebagai arus perata-rataan yang berlaku sepanjang model
berlangsung untuk mendukung algoritma dari penyebaran tumpahan minyak. Selain data komponen hidrodinamik, model ini menggunakan juga data properties
air media tumpahan minyak seperti temperatur, salinitas, dan sedimentasi. Data temperature air yang digunakan berasal dari data perata-rataan yang diperoleh dari
ECMWF pada bulan September tahun 2008 untuk masing-masing skenario. Data salinitas dan data sedimentasi menggunakan data yang telah disediakan pada
model dengan nilai salinitas untuk laut lepas adalah 32 gkg dan nilai sedimentasi untuk laut lepas adalah 5 gm
3
. Hasil yang didapat dari model ini adalah ketersediaan minyak di laut yang diakibatkan oleh beberapa factor seperti
penguapan, pemisahan komponen minyak, dan akibat penanggulangan oleh instansi tertentu. Selain itu, model ini juga dapat memperkirakan properties
minyak yang masih berada dilaut seperti densitas minyak dan nilai viscositas dari minyak.
3.6 Skenario Model
