33
3. METODE PENELITIAN 3.1
Waktu dan Lokasi Penelitian ini berlangsung dari bulan Januari 2009 hingga Pebruari 2011
dengan perincian waktu disajikan pada Tabel 4. Tabel 4 Matriks waktu penelitian Uraian kegiatan
Bulan pelaksanaan
Studi Pustaka
Januari 2009
Penyusunan proposal
Maret-April 2009
Pengumpulan data
Maret-Juni 2009
Perancangan model
Mei- September 2009
Eksekusi model
september 2009-Juni 2010
Validasi model
Juni-November 2010
Penulisan hasil penelitian
Desember 2010-Januari 2011
Presentase akhir
Pebruari 2011
Model skenario tumpahan minyak disimulasikan untuk satu priode musim pada tahun 2008 yang terdiri atas musim barat yang diwakili oleh Bulan Januari dan musim timur yang diwakili oleh Bulan Juli. Lokasi kegiatan penilitian ini berada di Perairan Kepulauan Seribu dengan 3 batas terbuka yaitu lintang 5°40'12"LS di sebelah utara di sebelah timur dibatas oleh bujur 106.40'BT di sebelah barat berbatasan dengan garis bujur 106.21'48" BT dan batas tertutup Pantai Utara Jawa yang rentang terhadap kejadian tumpahan minyak seperti disajikan pada Gambar 6. Penelitian ini dilakukan dengan membuat hidrodinamika pada jalur pelayaran di Kepulaun Seribu kemudian divalidasi dengan data hasil pengukuran yang selanjutnya digunakan sebagai pembangkit pergerakan tumpahan minyak yang diskenariokan terjadi pada jalur pelayaran di Kepulauan seribu. Skenario tumpahan yang terjadi disebabkan oleh tiga hal yaitu tumpahan oleh tabrakan kapal tanker, tumpahan minyak oleh kapal yang kandas di perairan dangkal dan tumpahan kinyak oleh kebocoran pipa distribusi bahan bakar minyak.
34
10 6 °2 5 '
10 6 °3 0 '
KE P UL A UA N S E R IB U
10 6 °3 5 '
P . K o to k B e s a r
P . K a r ya P . P r a m u ka
P. P ang gang 5 ° 45'
5° 45'
P. K arang beras
P . T i d u n g B e sa r
P . S e k a ti
P. A ir
P . T i d u n g K e ci l
P. P ay ung Bes ar 5 ° 50'
5° 50'
P. T e ngah P . T i ku s
P. P ari P. B urung
5° 55'
5° 5 5'
P. L anc ang Bes ar P . L anc ang K ec il
P. L ak i
6° 00'
6° 0 0'
BAN TE N
10 6 °2 5 '
10 6 °3 0 '
10 6 °3 5 '
P eta Lok as i P ene litian
105°
107°
109°
111°
113°
K e te ra n g a n : 5° E
BAN TEN DKI JA KAR TA
9° 0
5
P . JA W A
9°
5
7°
S
LA U T J A W A LA MPU NG
7°
W
G ar is pa n ta i D a ra t P e r ai ra n D a n g k a l
5°
N
S A M U D E R A H IN D IA
KM 105°
107°
109°
Gambar 6 Lokasi penelitian daerah Perairan Kepulauan Seribu
111°
113°
35
3.2
Data Data yang digunakan dalam pemodelan tumpahan minyak terdiri atas: 1. Data kedalaman perairan (Batimetri) yang berfungsi sebagai domain model bersumber dari peta Dinas Hidro-Oseanografi TNI-AL. 2. Data arah dan kecepatan angin yang dikonversi dari data kecepatan zonal dan kecepetan meredional berfungsi sebagai pembangkit musiman. Data angin terdiri atas angin pada bulan Januari 2008 dan Juli 2008 dengan interval data setiap 6 jam. Data Angin diperoleh dengan mengunduh dari IFREMER (French Research Institute for Exploration of the Sea) 3. Data Pasang-Surut (pasut) digunakan dari Global Sea Level Prediction (www.dhigroup.com) dan divalidasi dengan data pasut dari dishidros dengan periode waktu yang sama. Parameter pasut digunakan sebagai kondisi batas yang bervarisai berdasarkan waktu dan tempat. 4. Data jalur pelayaran Kepulauan Seribu dari Sea Map digunakan untuk menentukan daerah rawan tumpahan oleh pengankutan bahan bakar minyak. 5. Data jenis kapal tanker dan kapasitas tanker angkutan yang melewati daerah perairan Kepulauan Seribu bersumber dari Administrator Pelabuhan Tanjung Priok. 6. Data arus laut mooring di Perairan Teluk Jakarta dari Kementrian Kelautan dan Perikanan direkam dengan menggunakan alat RCM7/8 AANDERAA.
7. Data Komponen fraksi tiap jenis minyak digunakan untuk menentukan prilaku dan nasib minyak yang mengalami tumpahan berdasarkan jenisnya diperoleh dari (Start Energy 2004)
36
3.3
Desain hidrodinamika Desain hidrodinamika untuk membangun pola pergerakan arus sebagai
media pengerak tumpahan minyak di Perairan Kepulauan Seribu. Gambar 7 menyajikan bagan alir desain hdrodinamika.
Batimetri (Dishidros AL)
Angin (Ifremer)
Pasang Surut (DHI Group)
Batymetri (format xyz)
Angin (arah,kecepatan)
Tenggang Pasut
Viskositas Eddy
MIKE 21 (Flow Model)
Manning number
Hidrodinamik
Model oil spill
Gambar 7 Diagram alir desain hidrodinamika 3.3.1 Membangun Batimetri Membangun domain model skenario dengan mengubah peta manual ke bentuk digital yang di simpan dalam format (*.xyz). Data format xyz digunakan sebagai data input pada modul bathymetries (*.batsf) yang tersedia pada Mike Zero. Menetukan batas model kemudian menginterpolasi titik batimetri untuk mengisi ruang kosong pada grid dengan metode Triangular Interpolation dengan persamaan:
37
(58) (59) (60) (61)
Manyimpan file batimetri dalam format (*.dfs2)
yang akan digunakan
dalam modul Flow Model untuk membangun Hidrodinamika. Peta batimetri Kepulauan Seribu (Gambar 8) dengan kedalaman perairan antara 0-87 m.
Gambar 8 Peta batimetri Perairan Kepulauan Seribu
38
3.3.2 Data Input 3.3.2.1 Periode simulasi Model disimulasikan dalam 2 musim yaitu: musim timur dan musim barat dengan musim barat diwakili oleh Bulan Januari 2008 dan musim timur diwakili oleh Bulan Juli 2008 dengan masa simulasi masing-masing 10 hari. 3.3.2.2 Batas model Model dibatasi dengan 3 batas terbuka yaitu lintang 5°40'12"LS(b) di sebelah utara di sebelah timur dibatasi oleh bujur 106.40'BT(c) di sebelah barat berbatasan dengan garis bujur 106.21'48" BT(a) dan batas tertutup Pantai Utara Jawa. 3.3.2.3 Flood and ry Komponen ini untuk membatasi perhitungan model batas atas dan bawah dari mean sea level yang diproses oleh model dengan nilai draying depth 0.2 dan flooding depth 0.3. 3.3.2.4 Data angin Angin dari ifremer dalam bentuk kecepatan meredional dan kecepatan zonal dikonversi kedalam kecepatan dan arah dengan persamaan: (62)
(63)
Dengan
adalah kecepatan resultan,
adalah arah , u adalah kecepatan
zonal dan v adalah kecepatan meredional. Data angin input model hidrodinamika seperti pada Gambar 9.
39
Gambar 9 Arah dan kecepatan angin pada musim barat (a) dan musim timur (b). 3.3.2.5 Data pasang surut Konstanta pasut
diperoleh dari Global Sea Level Prediction yang
dikonversi kedalam tenggang pasut dengan tenggang pasut untuk musim barat dan musim timur yang bervariasi di sepanjang garis batas terbuka. 3.3.2.6 Viskositas eddy Viskositas eddy digunakan untuk alih momentum dari molekul fluida yang bergerak dengan kecepatan berbeda dan menghasilkan gerakan turbulen. 3.3.2.7 Manning number Manning number yang digunakan untuk menggambarkan hambatan dasar perairan dengan menggunakan persamaan 15. Manning number yang digunakan bervariasi berdasarkan batimetri Perairan Kepulauan Seribu. Data input dan batimetri dibangun dalam modul model alir untuk memperoleh model hidrodinamika dengan output berupa tinggi level muka air (m), flux P(m3/s) dan flux Q(m3/s) 3.4
Desain Tumpahan Desain tumpahan dilakukan untuk membangun data input model tumpahan
minyak yang terbagi dalam dua komponen yaitu parameter dasar dan parameter tumpahan minyak secara detail disajikan pada Gambar 10.
40
3.4.1 Parameter Dasar Parameter dasar dalam desain tumpahan minyak terdiri atas: data hidrodinamika, sumber tumpahan yang memuat volume dan debit tumpahan, persebaran, eddy dan profil kecepatan logaritmik, sifat air laut, kondisi angin, perubahan konsentrasi fraksi dan waktu eksposisi. 3.4.1.1 Hidrodinamika Pola pergerakan arus yang berperan sebagai media penyebarluasan tumpahan minyak yang digunakan dalam parameter dasar adalah hasil luaran desain hidrodinamika yang terdiri atas pola arus musim barat dan musim timur.
Gambar 10 Diagram alir desain tumpahan minyak 3.4.1.2 Penyebaran Fraksi minyak yang terdispersi di dalam kolom air perwaktu dihitung sebagai fraksi yang hilang di permukaan laut, pada kondisi tidak ada gelombang pecah dan dihitung menggunakan persamaan 21, 22, 23 dan 24.
41
Koefisien dispersi yang digunakan proporsional terhadap arus dengan nilai arah longitudinal dan transversal masing-masing 1 dan 0.1 sedangkan dalam arah vertikal dianggap kecil karena dispersi minyak lebih disebabkan oleh arah longitudinal dan transversal dibandingkan arah vertikal 3.4.1.3 Sumber tumpahan Sumber tumpahan ini memuat lokasi tumpahan dan volume tumpahan pada titik-titik rawan tumpahan minyak seperti di alur pelayaran Kepulauan Seribu. Potensi tumpahan (Tabel 5) disesuaikan dengan volume jenis kapal tanker yang berlayar pada waktu model diskenariokan dengan asumsi untuk kapal tanker memuat jenis minyak yang berbeda. Tabel 5 Petensi, lokasi, volume, debit dan lama tumpahan minyak Lama Potensi Musim
Barat
Timur
Volume
Debit
Tumpahan
Tumpahan
Bujur (BT)
Lintang (LS)
(m^3)
(m^3/s)
(menit)
kapal bocor
106º34.8672’
5 º 50.4868
15,451.24
0.15
1,716.80
Kandas
106 º 34.6750’
5 º 46.7160
13,343.41
0.10
2,223.90
piva
106 º 40.9095’
06 º 00.5949
2,385.00
0.05
795.00
kapal bocor
106.34.8672’
5 º 50.4868
24,442.02
0.15
2,715.78
Kandas
106 º 34.6750’
5 º 46.7160
14,183.75
0.10
2,363.96
sumur
106 º 22.3425’
5 º 32.4214
25,920.00
0.10
4,320.00
Sumber: dimodifikasi dari ADPEL Tanjung Priok 2008
3.4.1.4 Eddy dan profil kecepatan logaritmik Profil kecepatan logaritmik terkait dengan profil arus secara horizontal yang dipengaruhi oleh gesekan terhadap permukaan dasar laut dengan nilai konstan 0.1. 3.4.1.5
Sifat air laut
Parameter air laut yang digunakan adalah suhu dan salinitas air laut pada daerah model dengan menggunakan data suhu yang diperoleh dari ECMWF dengan profil seperti pada (Gambar 11) dengan salinitas dianggap konstan pada 35.5 psu
42
a
b
Gambar 11 Profil perubahan temperatur air laut pada musim barat (a) pada Bulan Januari 2008 dan musim timur (b) pada Bulan Juli 2008 3.4.1.6 Kondisi angin Parameter angin yang digunakan adalah terdiri atas komponen arah dan kecepatan dengan menggunakan persamaan 62 da 63 seperti pada desain hidrodinamika seperti yang terlihat pada Gambar 9. 3.4.1.7 Perubahan konsentrasi fraksi Parameter ini digunakan untuk melihat laju perubahan konsentrasi fraksi minyak dengan nilai 100 mm (Star Energy 2004) 3.4.2 Parameter Tumpahan Minyak 3.4.2.1 Sifat udara Parameter udara meliputi suhu dan tingkat tutupan awan yang diambil dari ECMWF. Dengan profil suhu udara disajikan Gambar 12 dan tutupan awan disajikan pada Gambar 13.
43
Gambar 12 Profil temperatur udara pada musim barat (a) dan musim timur (b)
Gambar 13 Presentase tutupan awan musim barat(a) pada Bulan Januari 2008 dan musim timur (b) pada Bulan Juli 2008 3.4.2.2 Transpor bahang Transfer bahang antara udara dan minyak dihitung dengan menggunakan persamaan 30. Nilai konstanta bahang yang digunakan dalam model ini disajikan pada Tabel 6. Tabel 6 Konstanta transfer bahang Keseimbangan emissivitas emissivitas emissivitas konstanta bahang Albedo minyak air udara evaporasi Konstanta 0.14 0.82 0.95 0.82 0.029 Sumber: Star Energy. 2004.
3.4.2.3 Emulsifikasi Pendekatan yang dilakukan adalah melalui persamaan empiris dari prilaku emulsifikasi pada kondisi alami.
44
Tabel 7 Konstanta emulsifikasi Minyak Konstanta Emulsifikasi
Bensin
Diesel
mentah
Aftur
Kandungan air maksimum(wt %)
0.8
0.8
0.8
0.8
Kandunmgan aspal (wt%)
1
1
1
1
Kandungan Wax (wt %)
2
2
5.7
2
konstanta (k1) air masuk
5.0E-07
5.0E-07
5.0E-07
5.0E-07
Kostanta (k2) air keluar
1.2E-04
1.2E-04
1.2E-04
1.2E-04
Sumber: Star Energy 2004.
Perhitungan perubahan kandungan air didalam minyak dapat dihitung melalui persamaan 27. Tabel 7 menyajikan konsatanta emulsifikasi yang digunakan dalam model tumpahan minyak. 3.4.2.4 Dissolusi Dengan menggunakan asumsi bahwa konsentrasi sebenarnya hidrokarbon terhadap kelarutannya, maka laju kelarutan minyak dihitung dengan menggunakan persamaan 25. Nilai koefisien transfer massa dan tegangan antar permukaan minyak dan air disajikan dalam Tabel 8. Tabel 8 Koefisein transfer massa dan tegangan permukaan antara minyak dan air Minyak Koefisien dissolusi dan entrainment
bensin
Diesel
mentah
2.36E-
aftur 2.36E-
Koefisien transfer massa
06
2.36E-06
2.36E-06
06
Tegangan permukaan air dengan minyak
35.2
29.9
47.2
35.2
Sumber: Star Energy. 2004.
3.4.2.5 Karakteristik minyak Karakteristik minyak dibagi dalam delapan fraksi minyak yang ditentukan oleh karakteristik dari destilasi (titik didih) dan struktur kimia minyak (alkana atau aromatik). Kedelapan fraksi minyak tersebut dapat dilihat pada Tabel 9.
45
Tabel 9 Karakteristik fisik dan kimia dari tiap fraksi minyak vis Titik
mmol
didih
[g/mole]
[
(Parafin)
69-230°C
128
C13-C25
230-
(Parafin)
405°C
(sikloparafin)
70-230°C
C13-C23
230-
(sikloparafin)
Jenis
100°F ]
[cs]
Tekanan uap [mm/Hg]
[
715
0.536
10(6.94-1417.61(t+202.17))
29.9
268
775
4.066
10(7.01-1825.05(t+149.76))
35.2
124
825
2
10(6.91-1441.79(t+204.7))
29.9
405°C
237
950
4
10(6.99-1893.78(t+151.82))
35.2
(Aromatik)
80-240°C
110.5
990
0.704
10(6.91-1407.34(t+208.48))
32.4
C12-C18
240-
(Aromatik)
400°C
181
1150
6.108
10(6.97-1801.00(t+162.77))
29.9
>400°C
600
1050
458
0
47.2
]
C6-C12
C6-C12
C6-C11
Residu (heterosiklis)
Sumber: DHI Water & Environment. 2007
Komponen fraksi untuk tiap jenis minyak yang diskenariokan mengalami tumpahan di perairan Kepulauan Seribu dirangkum dalam Tabel 10. Tabel 10 Komponen fraksi tiap jenis minyak Minyak No 1 2 3 4 5 6 7 8
Sifat Minyak
C6-C12 (Parafin) C13-C25 (Parafin) C6-C12 (sikloparafin) C13-C23 (sikloparafin) C6-C11 (Aromatik) C12-C18 (Aromatik) C9-C25 (Naphtheon) Residu Reff Temp Viscositas Suhu minyak Sumber: Star Energy. 2004.
Aftur(%)
mentah(%)
Diesel(%)
Bensin(%)
0 32.7 0 0 0 24.1 0 0 -20 8 25
5.1 3.78 0 16.2 1.8 0 4.1 73.12 40 4.05 25
14.7 0 34.2 0 9.1 0 42.4 0 20 6.94 25
30 0 50 0 20 0 0 0 0 0 25
Dari desain tumpahan minyak diperoleh konsentrasi minyak total, emulsifikasi, penguapan, disolusi, dispersi vertikal, perubahan konsentrasi fraksi dan waktu pemaparan.
