3. METODOLOGI PENELITIAN 3.1. Waktu dan Lokasi Penelitian Pengambilan data akustik dilakukan pada tanggal 29 Januari sampai 3 Februari 2011 di perairan Kepulauan Seribu. Wilayah penelitian mencakup di sekitar perairan Pulau Pramuka, Pulau Panggang, Pulau Karya dan Pulau Semak Daun, Jakarta Utara. Wilayah penelitian berada pada koordinat 5 43’729” LU – 106 36'185" BT. Pengambilan data dilakukan secara stationer di 9 stasiun. Pengambilan data difokuskan pada beberapa macam tipe substrat yang menjadi fokus kajian pada penelitian ini, dimana penulis terlibat langsung dalam proses pengambilan data di lapangan. Lokasi ditentukan berdasarkan informasi dari nelayan dan masyarakat di sekitar lokasi penelitian serta survei awal yang dilakukan dengan penyelaman. Gambar 10 menunjukkan peta lokasi penelitian.
15
16
Gambar 10. Peta Pengambilan Data Sedimen
17
3.2. Alat dan Bahan Alat yang digunakan selama penelitian untuk pengolahan data adalah meliputi perangkat keras dan lunak. Perangkat keras (Hardware), meliputi : Simrad EY 60, Laptop, serta Dongle dari Echoview 4.0 dan Perangkat lunak (Software), yaitu : Microsoft Office Excell 2000, Software Echoview 4.0, Matlab R2008b, serta Statistica 6.0.
3.2.1. Kapal Survei pengambilan data akustik dilakukan dengan menggunakan kapal nelayan setempat. Penempatan komponen Simrad EY 60 (Laptop dan GPT) harus berada pada tempat yang aman dan mudah dioperasikan. Penempatan posisi transduser harus masuk ke dalam air, sehingga transduser diletakkan di sisi luar kapal tepatnya pada bagian kiri kapal dengan kedalaman transduser 0,5 m. Transduser diletakkan di sebelah kiri karena perputaran baling-baling kapal berlawanan dengan arah jarum jam. Hal ini dilakukan karena sinyal-sinyal pengganggu (noise) yang ditimbulkan oleh baling-baling lebih besar pada satu sisi kapal dari pada sisi yang lain. Dalam hal ini, sisi kanan kapal memiliki noise yang besar karena baling-baling kapal berputar ke arah kiri. Namun pada saat pengambilan data akustik, lokasi pengambilan data hanya difokuskan pada posisi yang stasioner sehingga mesin kapal dimatikan untuk mengurangi noise yang mungkin saja ditimbulkan oleh baling-baling kapal. Alat dan bahan yang digunakan dalam penelitian akustik dasar perairan dapat dilihat pada Tabel 2.
18
Tabel 2. Alat dan Bahan yang digunakan dalam Penelitian Alat dan bahan Jenis/keterangan Fungsi Split beam Simrad EY 60 Pengambilan data akustik echosounder GPS Garmin Pengambilan data posisi stasiun Pemrosesan dan penyimpanan Laptop Hp Compac data akustik Kapal nelayan (panjang Wahana apung dan tempat Kapal dan lebar 6, dan 1,8 m) pemasangan alat survei Alat bantu observasi Alat selam SCUBA pengambilan sampel dasar perairan Berdiameter 7,6 cm dan Pipa paralon Alat untuk mengambil sampel panjang 10 cm Underwater camera Sony DCS-W170 10 MP Dokumentasi objek di bawah air
3.2.2. Instrumen Simrad EY 60 Scientific Echosounder System Pengambilan data akustik menggunakan perangkat Simrad EY 60 scientific echosounder system. Transducer split beam dioperasikan dengan menggunakan frekuensi 120 kHz, transmitted power 50 watt, nilai pembatas -130 dB, kecepatan suara 1546,35 m/dtk dan dengan nilai transmitted pulse length 0,128 mdtk. Perekaman akustik dilakukan secara stasioner pada titik transek (± 30 menit tiap tiap stasiun), selain itu digunakan laptop untuk merekam data secara real time dan juga GPS untuk mengetahui posisi lintang (latitude) dan bujur (longitude). Spesifikasi parameter dan kalibrasi Simrad EY 60 dapat dilihat pada Tabel 3. Tabel 3. Parameter dan Kalibrasi dari Instrumen Echosounder Parameter Nilai Tipe transduser ES120-7C Frekuensi (Operating frequency) (f) 120 (kHz) Kecepatan suara (Sound speed) (c) 1546.3 (m/s) Daya pancar (Transmission power) (P) 50 (watt) Lama pulsa (Pulse duration) 0.1280 ms Maximum ping rate 20 pings/sec Equivalent beam angle (ψ) -21o Kedalaman transduser 0,5 - 1 (m) Threshold -130 dB
19
3.2.3. Alat Pengambil Contoh Sedimen Pengambilan contoh sedimen dilakukan pada tiap stasiun pengamatan yang memiliki data akustik. Proses pengambilan sedimen dilakukan melalui penyelaman dengan SCUBA dan menggunakan pipa paralon berdiameter 7,6 cm (3 inch) dengan panjang 10 cm yang ditancapkan ke dalam dasar perairan. Sedimen yang didapatkan dibiarkan berada dalam pipa paralon dalam keadaan tertutup sehingga tidak mengubah struktur sedimen yang terdapat dalam sedimen. Ilustrasi pengambilan contoh sedimen seperti pada Gambar 11.
Gambar 11. Ilustrasi Posisi Paralon terhadap Echogram pada saat Pengambilan Contoh Sedimen
3.3. Pengambilan Data 3.3.1. Pengambilan Data Akustik Pengambilan data akustik dilakukan di wilayah perairan Kepulauan Seribu mencakup Pulau Pramuka, Pulau Panggang, Pulau Karya dan Pulau Semak Daun. Pengambilan atau perekaman data akustik dilakukan secara stasioner di setiap stasiun pada 9 stasiun yang berbeda. Data akustik diambil dengan menggunakan instrumen echosounder split beam Simrad EY 60. Alat ini dioperasikan secara kontinu di setiap stasiun, pengambilan data akustik dibantu oleh peneliti dari
20
Pusat Riset Perikanan Tangkap (PRPT). Pengambilan data akustik dilakukan menggunakan seperangkat echosounder split beam Simrad EY 60, dimana transduser diletakkan di dalam air sedangkan seperangkat GPT dioperasikan di atas kapal. Secara umum akuisisi data diambil dengan menggunakan instrumen echosounder untuk mengukur bottom acoustic backscattering strength. Diagram alir akuisisi data ditunjukan pada Gambar 12.
Gambar 12. Simplikasi Diagram Alir Instrumen Echosounder (Manik, 2011)
Pada saat transduser memancarkan gelombang suara mengenai suatu target di dasar perairan, maka gelombang suara akan dihamburkan kembali pada transduser. Sinyal gelombang suara yang dihasilkan oleh transduser masih lemah, untuk itu perlu diperkuat sebelum diteruskan ke recorder atau display. Penguatan gelombang suara ini dilakukan oleh receiver amplifier. Receiver amplifier bersama time varied gain (TVG) amplifier berfungsi untuk menguatkan sinyal gelombang suara dari faktor gain (G). Setelah melalui proses TVG maka akan
21
diperoleh bottom echo computation yang dapat memberikan informasi mengenai nilai SV, dari nilai SV akan diperoleh nilai SS (Manik, 2011). Nilai acoustic backscattering volume (Sv) diperoleh dengan menggunakan software Echoview. Selanjutnya dengan menggunakan persamaan yang menghubungkan bottom volume backscattering coefficient (Sv) dan surface backscattering coefficient (Ss) (Manik, 2011) diperoleh nilai SS. ..….. (1) dimana: Φ Ψ c τ
= = = =
Instantaneous equivalent beam angle for surface scattering Equivalent beam angle for volume scattering Kecepatan suara (m/s) Pulse length
Peak bottom echo, nilai integrasi Ψ ≈ Φ sehingga persamaan (1) menjadi: ..….. (2) SS [dB] = 10*log Ss Nilai echo level (EL) diperoleh dengan persamaan: EL = SL – 30 log H – 2αH + 10 log(πcτ) + BSs(0) dimana: EL SL
BSs(0) H α
..….. (3)
..….. (4)
= Echo level (dB) = Source level (dB re 1 μPa) = 197,5 + 10log(50) = 214 dB re 1uPa @1m = Backscattering surface strength at normal incidence (dB) simbol BSs(0) (Lurton, 2002) ≈ SS(0) (Manik et al. 2006) = Ketinggian dari sumber suara ke target (m) = Koefisien absorpsi (dB/m)
3.3.2. Pengambilan Sampel Sedimen Pengambilan sampel sedimen dilakukan pada 9 stasiun. Pengambilan sampel dilakukan dengan penyelaman secara langsung ke dasar perairan. Pengamat beserta beberapa lainnya turun ke dasar perairan, kemudian sampel sedimen
22
diambil menggunakan sekop, dan dimasukkan ke dalam pipa paralon dengan ukuran 50 cm. Sampel sedimen yang diambil diperkirakan memenuhi setengah atau lebih dari volum pipa paralon, kemudian pipa paralon ditutup rapat dengan menggunakan plastik dan karet gelang. Setelah itu sampel dibawa untuk kemudian dianalisis teksturnya di analisis tekstur sedimen di Balai Penelitian Tanah Laboratorium Fisika Tanah Bogor.
3.4. Analisis Data 3.4.1. Analisis Data Echogram Data yang diperoleh dari instrumen Simrad EY 60 split beam echosounder systems dalam bentuk raw data (echogram) selanjutnya diolah menggunakan software Echoview 4.0, dan dianalisis menggunakan Ms. Excel. Sedangkan untuk visualisasi echogram menggunakan software Matlab dan Statistica. Proses integrasi dasar perairan dilakukan pada kedua pantulan akustik dari dasar perairan, yaitu nilai E1 (energy of the 1st bottom echo), dan nilai E2 (energy of the 2nd bottom echo) pada second bottom. Respon akustik dari dasar perairan dilihat dengan mengintegrasikan dasar laut dengan ketebalan integrasi 10 cm. Elementary Distance Sampling Unit (EDSU) yang digunakan pada proses integrasi adalah berdasarkan dengan ping number sebesar 10 ping. Nilai E1 threshold yang digunakan untuk energy of the 1st bottom echo (E1) minimum sebesar -50 dB dan maksimum 0 dB, sedangkan threshold minimum untuk energy of the 2nd bottom echo (E2) sebesar -70 dB dan maksimum pada 0 dB.
23
Gambar 13. Diagram Pengolahan Data pada Echoview 4.0
Langkah awal dalam pengolahan data echogram pada software Echoview 4.0 adalah pengkalibrasian data terlebih dahulu. Kalibrasi dilakukan secara manual pada variable properties dengan memasukkan nilai parameter insitu seperti suhu dan salinitas, selanjutnya akan diperoleh nilai koefisien absorpsi dan nilai kecepatan suara. Pengolahan data echogram untuk dasar perairan dibagi menjadi dua langkah, yaitu pengolahan untuk E1 (first bottom) dan pengolahan data untuk E2 (second bottom). Pengolahan E1 dimulai dengan mengatur tampilan echogram dengan nilai minimum -50 dan range yang digunakan adalah 50. Setelah itu dibuat dua buah garis untuk membatasi wilayah integrasi dasar perairan. Garis pertama (line 1) dibuat tepat pada dasar perairan dengan kedalaman 0 m,
24
sedangkan garis kedua (line 2) dibuat dengan kedalaman 0.1 meter. Kemudian untuk analisa lebih lanjut dibuat dua buah garis untuk kedalaman yang berbeda yaitu 0.2 m dari permukaan dasar. Analisis dilakukan terhadap nilai scattering volume (SV) dasar perairan. Pengambilan data dilakukan per 10 ping. Setelah garis pertama dan garis kedua terbentuk, pada echogram variable properties (F8) pilih analysis, pada exclude above line masukkan nilai line 1 dan exclude below line masukkan nilai line 2. Pengekstrakan data dilakukan dengan menggunakan dongle yang kemudian akan diperoleh nilai integrasi masing-masing ping dalam bentuk Ms. Excel. Pengolahan selanjutnya adalah untuk E2 (second bottom). Analisis second bottom hampir sama dengan pengolahan sebelumnya, pembuatan line 1 dilakukan secara manual mengikuti kontur dasar perairan second bottom, sedangkan garis kedua secara otomatis akan mengikuti bentuk garis pertama dengan jarak 0,10 m. Setelah itu data diekstrak dengan menggunakan dongle yang kemudian ditampilkan dalam bentuk Ms. Excel. Pengolahan data pada echogram pada Echoview dapat dilihat pada Gambar 13. Visualisasi data echogram (dalam bentuk raw data) menggunakan perangkat lunak Matlab R2008b. Program listing yang digunakan adalah program Rick Towler (Purnawan, 2009). Echogram merupakan hasil rekaman jejak-jejak dari target yang terdeteksi yang dapat dihasilkan dari sistem akustik dimana sumbu x merupakan jumlah ping dan sumbu y merupakan range/kedalaman (m). Skala Gray menunjukkan bahwa nilai raw data dari echogram SV antara -12 sampai -70 dB. Pengembalian yang tinggi secara akustik menunjukkan pemantulan dari sebuah objek atau tipe dasar perairan yang kasar, sementara pengembalian yang
25
lemah menunjukkan pembelokan sinyal akustik yang kembali dan dihubungkan untuk tipe dasar yang halus. Echogram digunakan sebagai fungsi quality control dan analisa data. Intensitas dari tiap variabel dinotasikan sebagai warna pada tiap pixel. Visualisasi contoh echogram dapat dilihat pada Gambar 14.
Gambar 14. Tampilan Contoh Echogram
Nilai acoustic backscattering volume (SV) diperoleh dengan menggunakan software Echoview. Selanjutnya dengan menggunakan persamaan yang menghubungkan bottom volume backscattering coefficient (Sv) dan surface backscattering coefficient (Ss) (Manik et al. 2006) diperoleh nilai SS. Setelah diperoleh nilai tersebut, pengolahan data pada echogram pada Matlab untuk visualisasi echogram (SV, dan SS), serta intensitas echo dasar perairan (EL) dapat dilihat pada Gambar 15.
26
Gambar 15. Diagram Pengolahan Data pada Matlab
3.4.2. Analisis Komponen Utama Sedimen (Principal Component Analysis) Matriks korelasi menjelaskan hubungan antar parameter yang ada. Suatu korelasi dinyatakan berhubungan positif atau berbanding lurus jika nilainya 0,50 – 1,00. Parameter yang dinyatakan berhubungan negatif atau berbanding terbalik jika nilainya berada pada kisaran -0,50 sampai dengan -1,00 dan jika nilainya berada diantara -0,50 hingga 0,50 dianggap tidak mempunyai pengaruh yang nyata baik positif ataupun negatif (Legendre, 1998).
27
Hubungan antara parameter fisika sedimen dengan nilai akustik dianalisis dengan menggunakan Principal Component Analysis (PCA), untuk melihat seberapa besar keterkaitan antara satu parameter dengan parameter yang lain, yaitu parameter fisik sedimen yang digunakan dalam analisis ini meliputi (komposisi sedimen), dan parameter akustik. Adapun secara skematik bagan alir pencapaian tujuan dalam penelitian dideskripsikan pada Gambar 16.
Gambar 16. Skematik Bagan Alir Penelitian
Survei akustik dan observasi bawah air dalam pengkarakteristikan dasar perairan dalam penelitian ini, terdiri dari perekaman data akustik yang mengaitkan
28
perekaman data yang menggunakan scientific echosounder system Simrad EY 60 dengan sampling sedimen dasar perairannya. Sampling sedimen dasar perairan diolah di Balai Penelitian Tanah Laboratorium Fisika Tanah IPB Bogor untuk mendapatkan analisis sedimen (grain size). Pengolahan hasil data (raw data) menggunakan Echoview dan Ms. Excel, visualisasi menggunakan Matlab yang menampilkan nilai SV, SS, dan intensitas energi backscattering strength atau echo envelope. Hasil analisis sedimen dan pengolahan data kemudian dihubungkan dan dianalisis parameter komponennya untuk mendapatkan beberapa kesimpulan mengenai karakteristikan dasar perairan di perairan Kepulauan Seribu. Analisis parameter komponen utama menggunakan PCA, yaitu parameter fisika sedimen dengan nilai akustik.
3.4.3. Analisis Sampel Sedimen Analisis sampel sedimen dilakukan di Balai Penelitian Tanah Laboratorium Fisika Tanah IPB Bogor. Analisis sampel sedimen dilakukan untuk menentukan ukuran tekstur dari masing-masing butiran partikel sedimen. Klasifikasi metode analisis besar butir dilakukan dengan menggunakan metode ayakan bertingkat dengan langkah-langkah sebagai berikut: 1.
Contoh substrat dari lapangan kemudian timbang dengan timbangan analitik untuk mendapatkan berat
2.
Substrat tersebut dikeringkan dalam oven dengan suhu 1000C sampai benarbenar kering
3.
Contoh diayak dengan Shieve shaker berukuran 2 mm
4.
Selanjutnya ditambahkan H2O2 30% sebanyak 100 ml dan didiamkan selama semalam. Kemudian dipanaskan di atas pemanas kemudian diaduk
29
sampai semua bahan organik habis dengan tidak ada buih lagi. Hal ini dilakukan untuk menghilangkan bahan organik pada sampel substrat 5.
Pisahkan fraksi pasir dari debu dan liat dengan menggunakan ayakan 50 µm. Fraksi debu dan liat kemudian ditampung dalam gelas ukur.
6.
Pindahkan fraksi pasir kedalam cawan porselin kemudian keringkan di atas pemanas. Timbang berat pasir, kemudian diayak dengan menggunakan 5 ukuran saringan berbeda yaitu 50-100 µm, 100-200 µm, 200-500 µm, 5001000 µm, 1000-2000 µm. Sehingga menghasilkan 5 ukuran besar butir sedimen yang nantinya akan digolongkan ke dalam substrat pasir
7.
Fraksi lanau dan liat yang dipisahkan kemudian ditambahkan larutan Na2P2O7.10H2O (Na-hexametafosfat) untuk selanjutnya dianalisis untuk dengan cara pemipetan dengan ukuran pipet 20 cc
8.
Untuk menentukan fraksi lanau, larutan didiamkan selama 1-15 menit. Selanjutnya untuk fraksi liat dimana ukurannya sangat kecil, maka larutan tersebut didiamkan selama ± 24 jam untuk selanjutnya ditentukan persentasenya.
