3. METODOLOGI PENELITIAN
3.1. Waktu dan Lokasi Penelitian Penelitian ini dilaksanakan pada bulan April – Oktober 2011 meliputi penyusunan basis data, pemodelan dan simulasi pola sebaran suhu air buangan (cooling water) di perairan Pantai Pemaron, Singaraja-Bali. Lokasi kajian pemodelan ini adalah kawasan perairan sekitar pantai Lovina dan Desa Pemaron, tepatnya antara Pantai Lovina ke arah timur hingga pantai sekitar Pura Segara Penimbangan (Gambar 1). Pengolahan data dilakukan di Laboratorium data prosesing, Bagian Oseanografi, Departemen Ilmu dan Teknologi Kelautan, Institut Pertanian Bogor. Pengolahan data menggunakan perangkat computer portable (laptop) pribadi selanjutnya proses simulasi skenario model dilakukan dengan komputer (CPU).
Gambar 1. Peta lokasi penelitian model dispersi termal di perairan pantai Pemaron, Singaraja-Bali (Sumber : Dishidros, 1992)
12
13
3.2. Sumber Data 3.2.1 Data Input Model Data input yang digunakan dalam pemodelan ini meliputi data hidrodinamika (Pasang surut, batimetri, arah dan kecepatan angin) musim barat dan musim timur, suhu ambien perairan serta data gradient suhu (∆T) yang berasal dari buangan air pendingin (cooling water) PLTGU Pemaron. Data yang digunakan sebagai data utama dalam analisis pemodelan dispersi termal ditabulasikan berdasarkan jenis, sifat, sumber dan satuan data seperti pada Tabel 2 berikut. Tabel 2. Jenis dan sumber data yang digunakan dalam penelitian No
Jenis data
1 Pasang surut 2 Batimetri Arah dan kecepatan 3 angin 4 Suhu Ambien 5 Gradien suhu (∆T) 6 Data ekosistem
Sifat data P S √ √ √ √ √ √
Sumber Tide prediction MIKE21 Peta Dishidros 1992 Ifremer data center http://www.ifremer.fr Survei lapang tahun 2005* Survei lapang tahun 2005* Survei lapang tahun 2005*
Satuan m m (0) dan m/s (0C) (0C) -
Keterangan : P = Primer; S = Sekunder * Survei dilakukan oleh tim FPIK-IPB pada tahun 2005 dengan tujuan memperoleh data lapangan terkait rencana pembangunan PLTGU di Pemaron Singaraja-Bali (Lampiran 1).
3.2.2 Data Validasi Model Data validasi merupakan data yang diperoleh berdasarkan pengamatan langsung di lapangan. Data tersebut digunakan untuk melihat pola kesesuaian dari data input model terhadap kondisi perairan sesungguhnya. Data yang digunakan untuk validasi model adalah data pasang surut selama setahun di Pelabuhan Celukanbawang pada tahun 2005 (Lampiran 2). Data tersebut merupakan hasil pengukuran oleh Badan Koordinasi Survei dan Permetaan Nasional
14
(BAKOSURTANAL) di Pelabuhan Celukanbawang, Singaraja-Bali dengan interval pengukuran per 1 jam.
3.3. Alat dan Bahan Alat dan Bahan yang digunakan dalam penelitian ini berupa perangkat observasi kondisi terkini di lapangan serta perangkat pengolahan data yang ditabulasikan pada Tabel 3. Tabel 3. Alat dan bahan yang digunakan dalam penelitian Alat dan Bahan Perangkat observasi lapang : - GPS (Global Positioning System) - Kamera digital - Alat tulis Perangkat pengolahan data : Hardware dan Software Computer (Ms.Excel 2007, Surfer 9, MIKE 21 versi 2007, dan MatLab 2008)
Kegunaan Penentuan posisi Mengambil foto Mencatat informasi Penyusunan basis data, pengolahan data serta simulasi model
3.4. Skenario Pemodelan Dispersi termal Pemodelan diawali dengan pengumpulan dan penyusunan basis data hidrodinamika model. Selanjutnya dilakukan pengolahan data input untuk melakukan simulasi modul hidrodinamika pada program MIKE21. Data masukan yang diolah antara lain pembuatan domain model dengan menggunakan data batimetri perairan, pengolahan data arah maupun kecepatan angin yang dihitung tiap-tiap grid serta data prediksi pasang surut. Data tersebut kemudian divalidasi dengan menggunakan data hasil pengukuran di lapang. Proses selanjutnya adalah membuat skenario model hidrodinamika dan dispersi termal berdasarkan kondisi pasang surut yang telah divalidasi serta melengkapi data-data parameter pendukung dalam modul hidrodinamika tersebut.
15
Bagian hidrodinamika digunakan untuk melihat kondisi hidrodinamika di Perairan Pantai Pemaron antara lain berupa arah dan kecepatan arus (U dan V) serta perubahan tinggi muka air laut (surface elevation) terhadap mean sea level (MSL). Diagram alir dari seluruh proses pemodelan disajikan pada Gambar 2.
Mulai Pengumpulan data
Batimetri
Pasang surut
Arah dan Kecepatan angin
Penyusunan basis data Pengolahan data input Tidak Modul Hidrodinamika
ya Validasi
Output Hidrodinamika
Input Parameter Thermal Modul Dispersi termal
Output model Dispersi termal
Hasil Akhir Gambar 2. Diagram alir pemodelan dispersi termal di perairan pantai Pemaron, Singaraja-Bali
16
Simulasi model merupakan hasil akhir yang telah diproses (running) selama 15 hari. Hasil akhir tersebut dicuplik berdasarkan pengaruh angin musim serta mempertimbangkan kondisi ekstrim pasang surut setempat. Kondisi ekstrim tersebut adalah saat menuju surut, surut terendah, menuju pasang, serta pasang tertinggi. Waktu pencuplikan ditentukan berdasarkan data pasang surut lapang yang diwakili bulan Januari (musim barat) dan bulan Juli (musim timur). Waktu pencuplikan tersebut ditabulasikan seperti pada Tabel 4. Tabel 4. Waktu skenario berdasarkan angin musim dan kondisi ekstrim pasut Bulan Januari
Juli
Kondisi Pasut Menuju surut Surut terendah Menuju pasang Pasang tertinggi Menuju surut Surut terendah Menuju pasang Pasang tertinggi
Waktu Jam (WITA) 11 Januari 2005 2:30 11 Januari 2005 5:00 11 Januari 2005 15:00 11 Januari 2005 22:30 06 Juli 2005 10:00 06 Juli 2005 17:30 07 Juli 2005 6:00 07 Juli 2005 11:00
Hasil pencuplikan tersebut akan digunakan untuk mengetahui distribusi pola arus serta sejauh mana pengaruh buangan limbah air pendingin dalam rentang waktu 15 hari. Hasil akhir yang ditampilkan berupa distribusi pola arus berdasarkan kondisi pasang surut tiap musimnya serta sebaran maksimum dari limbah buangan air pendingin (cooling water) di Lokasi kajian pemodelan.
3.4.1 Domain Lokasi Pemodelan Model sebaran dispersi termal dibangun dengan skenario di lokasi yang memungkinkan terdapat sumber buangan limbah air panas menuju perairan pantai pemaron dan sekitarnya. Penentuan domain model mencakup lokasi outlet PLTGU serta lokasi pengukuran pasang surut. Domain model memiliki luas area
17
sebesar 27 x 21 kilometer atau setara dengan 522 x 432 grid. Desain domain pemodelan berbentuk empat persegi panjang dengan posisi geografis 7050’ LS – 8015’ LS dan 114045 BT – 115015’ BT ditunjukkan pada Gambar 3.
Gambar 3. Domain dasar pemodelan dispersi termal di perairan pantai Pemaron Singaraja-Bali
3.4.2 Syarat Batas Model Simulasi model dilakukan untuk kasus arus yang dibangkitkan oleh pasang surut saja (tidal force). Syarat batas untuk model hidrodinamika dapat dikelompokkan dalam dua kategori, yaitu: 1. Syarat batas tertutup Syarat batas tertutup mengikuti persamaan
U ,V ,
0
…………………………… (2)
Domain area model dispersi termal ini hanya memiliki sebuah syarat batas tertutup yaitu batas bagian selatan. Batas selatan tersebut merupakan garis pantai sepanjang Pelabuhan Celukanbawang kearah timur, Pantai Lovina hingga Pantai Pemaron.
18
2. Syarat batas terbuka (laut) Elevasi pasang surut diberikan pada setiap syarat batas terbuka dengan asumsi terdapat perbedaan gaya pembangkit pasang surut pada setiap syarat batas. Nilai elevasi pasang surut sebagai data input model diperoleh dari hasil peramalan pasang surut global oleh MIKE21 pada tanggal 1-15 Januari 2005 dan 1-15 Juli 2005. Selanjutnya untuk kecepatan arus pasang surut dan elevasi yang belum diberikan, menggunakan syarat batas radiasi Orlanski (Kowalik dan Murty, 1993): F t
C
F x
0
………………………….. (3)
Keterangan : F = Kecepatan arus rata-rata atau elevasi pasang surut C = Kecepatan gelombang panjang (gH)0.5 Domain area model dispersi termal memiliki tiga syarat batas terbuka, yaitu batas timur, utara, dan barat yang seluruhnya adalah laut Bali. Syarat batas untuk model penyebaran panas di laut mengikuti syarat batas hidrodinamika, dengan mengganti kecepatan dan elevasi menjadi nilai suhu. Pada titik buangan air panas (outlet) di berikan sumber air panas secara kontinu berdasarkan hasil simulasi di kanal pembuangan.
3.5. Parameter Pemodelan 3.5.1 Parameter Hidrodinamika Parameter hidrodinamika model diawali dengan merancang domain dasar berdasarkan data batimetri pada program Mike Zero. Laut Bali memiliki nilai batimetri yang bervariasi dengan kisaran kedalaman nol hingga 250 meter di bawah permukaan laut. Kontur batimetri yang terbentuk menunjukkan nilai kedalaman pada domain model berkisar antara nol hingga 150 meter saja. Kontur
19
batimetri yang terbentuk ditunjukkan oleh gradasi warna kuning hingga biru tua. Nilai kedalaman mengalami penurunan saat mendekati garis pantai, pesisir pantainya sendiri memiliki kedalaman anatar 5 hingga 10 meter dibawah permukaan laut. Kontur Batimetri pada domain dasar model dispersi termal dapat dilihat pada Gambar 4.
Gambar 4. Kontur batimetri domain dasar pemodelan
Waktu pemodelan yang dilakukan terdiri dari dua musim, yaitu musim barat dan musim timur. Skenario hidrodinamika musim barat tersebut dimodelkan pada tangga 1 Januari 2005 pukul 12:00:00 AM hingga 15 Januari 2005 pukul 12:00:00 AM. Hal yang sama juga diberlakukan untuk skenario musim timur tanggal 1 Juli 2005 pukul 12:00:00 AM hingga 15 Juli 2005 pukul 12:00:00 AM. Langkah waktu pemodelan ditentukan sebesar 10 detik disesuaikan dengan syarat kestabilan (Courant number). Courant number menunjukkan banyaknya grid yang memproses hasil selama pemodelan berjalan dalam satu satuan waktu. Berdasarkan nilai langkah waktu tersebut, maka Langkah waktu maksimum
20
model dispersi termal ini adalah 120.960 detik dengan durasi waktu komputasi selama 6 jam 42 menit. Domain area pada skenario pemodelan menggunakan variasi pasang surut air laut pada ketiga batas terbuka yaitu batas barat, batas utara, dan batas timur. Selain itu, pemodelan ini juga menggunakan sebuah syarat batas tertutup berupa garis pantai sepanjang pantai Celukanbawang hingga pantai Pemaron. Ilustrasi open boundary pada pemodelan ini dapat dilihat pada Gambar 5
2 3 1
Gambar 5. Syarat batas terbuka domain dasar pemodelan
Data pasang surut hasil pemodelan bersumber dari data prediksi pasang surut global MIKE21. Data tersebut divalidasi dengan data pasang surut hasil pengukuran insitu yang bersumber dari BAKOSURTANAL. Data validasi tersebut diambil pada tanggal 1 Januari hingga tanggal 31 Desember 2005 dengan interval waktu pengukuran setiap 1 jam selama 365 hari. Hasil validasi data pasang surut berupa grafik dan konstanta harmonik pasut. Visualisasi grafik
21
diolah berdasarkan baris program pada MATLAB (Lampiran 3). Selanjutnya, konstanta harmonik pasut dianalisis menggunakan worldtide (Lampiran 4). Pengamatan pasang surut tersebut dilakukan di Pelabuhan Celukanbawang dengan posisi koordinat 080 11’ LS dan 1140 49’ BT. Lokasi pengukuran data lapang pasang surut dapat dilihat pada Gambar 6.
Gambar 6. Lokasi pengukuran pasang surut di pelabuhan Celukan Bawang, Singaraja-Bali
Domain model perairan Pemaron sangat dipengaruhi oleh kondisi pasang surut setempat sehingga perlu ditentukan nilai Drying depth dan Flooding depth. Nilai Drying depth ditentukan dengan memasukkan nilai kedalaman minimum yaitu 0,20 dan nilai maksimum untuk Flooding depth sebesar 0,30. Nilai masukan parameter tersebut menandakan bahwa perhitungan pemodelan pada masingmasing grid tidak akan dihitung pada kedalaman diatas 0,30 maupun pada kedalaman dibawah 0,20 meter dari Mean Sea Level. Initial surface elevation merupakan nilai awal tinggi muka lau domain saat memulai pemodelan dalam satuan meter. Parameter Initial surface elevation ditentukan dengan memasukkan nilai awal tinggi muka laut yang didapat dari
22
rata-rata tinggi muka laut pada seluruh syarat batas terbuka. Nilai Initial surface elevation pada pemodelan ini sebesar 0,20 meter di bawah permukaan laut. Parameter source and sink digunakan untuk menentukan adanya titik sumber masukan dan keluaran air dalam domain. Pada skenario pemodelan hidrodinamika ini ditentukan source yang berasal dari titik rencana pembangunal kanal pembuangan cooling water yaitu pada koordinat grid (407, 95) dari domain model. Parameter eddy visicosity berhubungan dengan gaya gesek antara molekulmolekul fluida yang bergerak dengan kecepatan berbeda dan menghasilkan gerak turbulen (Alonso dan Finn, 1992). Dalam pemodelan hidrodinamika ini parameter tersebut ditentukan dengan menggunakan formula smargorinsky. Tipe formula Smargorinsky dihitung berdasarkan kecepatan mengalir fluida dengan nilai konstan sebesar 0,50. Nilai tahanan (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 [m1/3/s] yang dirancang berdasarkan kedalaman perairan. Skenario nilai tahanan dasar pada pemodelan ini dapat dilihat pada Tabel 5. Tabel 5. Skenario manning number model Kondisi 0m-5m 5 m - 25 m 25 m - 100 m > 100 m Batas terbuka timur Batas terbuka barat
Resistance factor 25 27 29 31 15 dan 25 15 dan 25
23
Pembuatan skenario manning number tersebut dilakukan dengan program Mike Zero seperti halnya membuat domain dasar model. Kontur dari skenario manning number tersebut dapat dilihat pada Gambar 7.
Gambar 7. Skenario bed resistance (manning number)
Data angin yang digunakan untuk masukan model didapat dari Ifremer data center dengan resolusi 0,25 km. Data angin tersebut merupakan data hasil pengamatan satelit yang diukur setiap enam jam. 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 besarnya friksi adalah 0.0016. Nilai tersebut bervariasi linier dimana pada saat kecepatan angin 10 m/s maka nilai friksinya adalah 0.0026. Hasil keluaran dari pemodelan hidrodinamika tersebut memiliki output berupa surface elevation, U-velocity, dan V-velocity.
24
3.5.2 Parameter Dispersi termal Parameter dispersi termal dimasukkan setelah menyelasaikan modul hidrodinamika model. Parameter dispersi termal meliputi nilai suhu ambient perairan, nilai gradient suhu perairan, serta parameter heat dissipating. Nilai dari parameter tersebut diperoleh dari hasi survei lapang yang dilakukan oleh tim FPIK-IPB terkait rencana pembangunan PLTGU di Pemaron, Singaraja-Bali. Parameter dispersi termal tersebut dapat dilihat pada Tabel 6. Tabel 6. Parameter lapangan dan numerik kasus PLTGU Pemaron No. 1. 2. 3.
Parameter lapangan/numerik Langkah waktu (dt) Panjang kanal Kedalaman kanal
4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13.
Satuan
Nilai
Ket./sumber
detik meter meter
10 Beberapa kasus 0,45
Lebar kanal
meter
6
Debit air dari kondensor: Kecepatan arus Lebar grid (dx)
m3/jam
25000
m/det meter
2,57 3
Radiasi matahari (rataan setahun) Kecepatan angin Temperatur udara Kelembaban udara Temperatur di intake (temperatur ambien) Temperatur di outlet kondensor
J/m2/det 432,82
Skenario penulis Perhitungan dari perencanaan proyek Perhitungan dari perencanaan proyek Perhitungan dari perencanaan proyek = no.5/(no.3 x no.4) Perhitungan dari perencanaan proyek BMG Stasiun Bandar Udara Surabaya A A A Pengukuran lapangan
m/det 0 C % 0 C
3,10 30 80 29
0
+ 3,20 dari temperatur ambien
C
Perhitungan dari perencanaan proyek
Keterangan: A = Sumber dari data sekunder dari Laporan AMDAL sebelumnya.
Heat dissipating merupakan besarnya panas yang hilang akibat penyebarannya di perairan dalam satuan waktu. Nilai dari heat dissipating dihitung menggunakan persamaan adveksi-difusi dengan memperhitungkan nilai temperatur udara, temperatur air laut serta kecepatan angin. Berdasarkan
25
perhitungan diperoleh hasil sebesar 0,5 0C/detik. Nilai tersebut dibagi dengan langkah waktu model yaitu 10 detik sehingga nilai dari heat dissipating yang digunakan sebesar 0,05 0C/time step.
