GEOSEMINAR. Pemanfaatan Simulasi Numerik dalam Mitigasi Bencana Aliran Piroklastik Gunungapi

Pemanfaatan Simulasi Numerik dalam Mitigasi Bencana Aliran Piroklastik Gunungapi

Wilfridus FS Banggur Peneliti Pertama

Pusat Vulkanologi dan Mitigasi Bencana Geologi

GEOSEMINAR PUSAT

SURVEI

GEOLOGI

outline

1. Pendahuluan

2. Konsep Pemetaan Zona Bahaya Aliran Piroklastik dengan Simulasi Numerik

3. Metode Simulasi Numerik Aliran Piroklastik

4. Demonstrasi Hasil Simulasi Numerik Aliran Piroklastik a. Gunung Merapi

b. Gunung Sinabung c. Gunung Karangetang d. Gunung Sumbing 5. Kesimpulan

GEOSEMINAR PUSAT

SURVEI

GEOLOGI

1. a. Sebaran Gunungapi Indonesia

Busur Sunda: Reaksi Lempeng Indo Australia dan Eurasia

Busur Banda: Reaksi Lempeng Eurasia, IndoAustralia dan Pasifik

Busur Halmahera: Lempeng Pasifik, Lempeng Eurasia, dan Indo Australia

Busur Sulawesi Utara: Lempeng Pasifik dan Lempeng Laut Sulawesi

Sebaran

• Sumatera : 30

• Jawa : 34

• BNT : 30

• Sulawesi : 19

• Maluku : 14

Klasifikasi

• Tipe A : 77

• Tipe B : 29

• Tipe C : 21

Tingkat aktivitas

• Siaga : 3

• Waspada : 18

• Normal : 48

GEOSEMINAR PUSAT

SURVEI

GEOLOGI

1.b. Produk Erupsi Gunungapi

• Aliran Lava

• Jatuhan Abu

• Aliran Piroklastik

• Aliran Lahar

Jatuhan Abu Erupsi Sinabung Juni 2019 Aliran Lava Erupsi Karangetang Dec 2019

Aliran Lahar Semeru pasca 1 Dec 2020 Aliran Piroklastik Semeru 1 Dec 2020

GEOSEMINAR PUSAT

SURVEI

GEOLOGI

1.c. Bahaya Awan Panas

• Kombinasi fragmen, abu dan gas vulkanik dengan suhu dan kecepatan yang tinggi dapat menghanguskan dan menghancurkan apa saja yang dilalui.

• Kandungan gas vulkaniknya beracun dan berbahaya

• Abu vulkaniknya dapat bertahan berhari hari sehingga dapat mengganggu aktivitas

Republika, Sinabung Mei 2016 PVMBG, Karangetang Mei 2016

Antara News Sinabung Februari 2014

GEOSEMINAR PUSAT

SURVEI

GEOLOGI

2. Konsep Pemetaan Zona Bahaya Aliran Piroklastik dengan Simulasi Numerik

Aliran Piroklastik merupakan aliran masa dan gas turbulen dengan tekanan tinggi dan konsentrasi partikel yang rendah yang dapat terbentuk melalui akibat runtuhan kolom letusan, aliran awan abu langsung dari puncak, dan juga aliran langsung dari kawah tanpa adanya kolom erupsi vertikal yang menyertainya, Fisher 1979.

Aliran Piroklastik merupakan aliran massa yang bergerak dengan cepat dengan komposisi material gas panas, abu vulkanik, dan bebatuan dengan temperatur mencapai 1000° C dan dengan kecepatan aliran mencapai 70-150 km/jam, Karakas dan Dufek, 2015

Simulasi numerik untuk aliran piroklastik dapat memberi peluang baru dalam memperbaiki analisis potensi kerusakan akibat bencana vulkanik dan dampak bagi manusia terutama didaerah berpenduduk padat, Baxter , 1998

Simulasi numerik mengungkapkan hubungan yang linear antara temperature awal suatu letusan dan persentase massa yang runtuh dalam kolom erupsi yang kemudian membentuk aliran piroklastik (awan panas letusan), Trolose, 2019

Aktivitas Vulkanik

Database Aktivitas Vulkanik

Parameter

Simulasi;morfologi, point start,friksi

Database Peta Zona Bahaya Aliran Piroklastik

GEOSEMINAR PUSAT

SURVEI

GEOLOGI

Seismometer

GNSS (GPS)

Tilt Meter

Infrared Camera

Simulator Server

Job Control Server

Database Storage Simulation monitoring Gateway

Database Server Aplication

Interface

Database Interface

engine

Scenario script Editor

Users;PVMBG

Diagram Sistem Pemetaan Bencana Aliran Piroklastik, Miyamoto 2015

Hazard Mapping System for

Pyroclastic Flow for real time

GEOSEMINAR PUSAT

SURVEI

GEOLOGI

3. Metode Simulasi Numerik Aliran Piroklastik

Huppert and Simpson 1980; aliran piroklastik merupakan aliran massa yang bergerak secara turbulen dengan densitas konstan sepanjang aliran yang menyebar secara radial dari sumber dengan volume konstan ataupun dari fluks yang konstan

  ^h

g Fr

U  ( '   

_cr

Fr = Bilangan Froude h = Tebal aliran φ = konsentrasi φ_cr= konsentrasi kritis

g’ = densitas yang telah tereduksi

(Bursik and Woods, 1996) mencoba mengembangkan pola aliran massa dan momentum dengan persamaan dari konsep Shallow Water sehingga aliran massa yang inkompresible dari akibat kecepatan gravitasi dan rotasi dapat diketahui. Model Shallow water merupakan bentuk turunan atau variasi dari persamaan konservasi massa dan momentum.

) (

)) ( ( )) ( ( ) (

U S

U y G U

x F t U





 



 























y y x y

hV V hV hV U





















y x

z x ap x

V hV

h g k hV hV U

F( ) ^{2 2}

Massa dan Momentum Aliran Piroklastik, Denlinger and Iverson, 2004

2 ...

) . ( uu

t . u) (

1 ...

...

0 u

.

gdV dV

dV t dV

v v

v v





 

 















 

 

 





 

 

 





 

bed z

y x v z

v x x z

ap x

y x z

x ap x x

g r h v v g

h g y v hk

h g

v v h y h g k v

h v

h t

x x



 (1 ) tan

sin ) ( / sgn(

) 2 (

1

2

int 2

2 2











 

















 



 









 

 

V : volume, t : waktu,

ρ: densitas aliran massa, g : gravitasi

Ƭ : tenggangan tensor u : velocity

uu: velocity vektor

GEOSEMINAR PUSAT

SURVEI

GEOLOGI

Persamaan 1 merupakan persamaan untuk aliran massa yang merupakan pengembangan dari bentuk/model untuk menggambarkan pergerakan material pada 2D shallow flow model.

Persamaan 2 merupakan persamaan untuk menghitung consentrasi partikel massa aliran Persamaan 3 dan 4 merupakan persamaan untuk menghitung momentum massa aliran.

Dimana h merupakan ketebalan , dan merupakan discharge flux pada posisi x dan y, C adalah consentrasi partikel, F merupakan koefisien friksi, dan merupakan

kecepatan rata-rata pada posisi x dan y, dan D merupakan spesifik partikel diameter.

 

6 ,...

3 . 10

5 ,...

) ( 1

10. 32

3

4 ,...

) (

3 ,...

2 ...

0 1 ...

0

3

2 3

1 4 3

2 2

2 2











 









 



 





 



 







 



 





 



 





 

 



 



 





 

 



 





u c i

h Te D

c c F c

v u F u y

z gh h

y h v v x

h u u t

h v

v u F u y

z gh h

y h u v x

h u u t

h u

y h v c x

h u c t C z t ch

y h v x

h u t h

e

x x















h

v u h

v u

Bentuk persamaan numerik ini dikembangkan oleh Yamashita dan Miyamoto, 1993, untuk menghitung pergerakan massa material aliran piroklastik dalam bentuk 2D. Aliran Piroklastik memiliki dua layer, fokus perhitungan nya pada dasar aliran atau basalt layer yang tersusun oleh

material berbutir lebih kasar. ^Dalambencana aliran material dari erupsi gunung berapi^{melakukan suatu simulasi untuk suatu} Terdapat beberapa pertanyaan yang perlu dipersiapkan yang nantinya berguna untuk dikombinasikan dengan parameter simulasi:

1. Dari mana material aliran tersebut akan datang 2. Ke arah mana

3. Seberapa besar volume nya 4. Kapan

GEOSEMINAR PUSAT

SURVEI

GEOLOGI

4. Demonstrasi/contoh hasil Simulasi Numerik Aliran Piroklastik

1,2 km

a. Merapi

Miyamoto, 2016

J.C. Komorowski et al.(2013)

GEOSEMINAR PUSAT

SURVEI

GEOLOGI

b. Sinabung

Volume 1,5 juta m3 Direction:east Duration:5 menit

Sourcepoint:432889 mE, 350495 mN

GEOSEMINAR PUSAT

SURVEI

GEOLOGI

Volume 2 juta m3 Direction:east Duration:10 menit

Sourcepoint:432889 mE, 350495 mN

GEOSEMINAR PUSAT

SURVEI

GEOLOGI

Volume 2 juta m3 Direction:east Duration:10 menit

Sourcepoint:433033mE, 350391 mN

GEOSEMINAR PUSAT

SURVEI

GEOLOGI

Volume 500 000 m3 Direction:east Duration:5 menit

Sourcepoint:432533mE, 350362 mN

GEOSEMINAR PUSAT

SURVEI

GEOLOGI

c. Karangetang

Volume 1442390 m3 Direction:south Duration:5 menit

Sourcepoint:767526mE, 306821 mN

Simulasi Aliran Piroklastik 2015

Perkiraan delineasi Aliran Piroklastik 2015

GEOSEMINAR

PUSAT

SURVEI

GEOLOGI

Volume 1500000 m3 Direction:south Duration:5 menit

Sourcepoint:767526mE, 306821 mN

GEOSEMINAR PUSAT

SURVEI

GEOLOGI

Sentinel Juni 2016

GEOSEMINAR PUSAT

SURVEI

GEOLOGI

d. Gunung Sumbing

Volume 2000000 m3 Direction:northeast Duration:20 menit

Sourcepoint:398058mE, 9184036 mN

GEOSEMINAR PUSAT

SURVEI

GEOLOGI

Volume 3000000 m3 Direction:northeast Duration:20 menit

Sourcepoint:398058mE, 9184036 mN

GEOSEMINAR PUSAT

SURVEI

GEOLOGI

Volume 5000000 m3 Direction:northeast Duration:20 menit

Sourcepoint:398058mE, 9184036 mN

GEOSEMINAR PUSAT

SURVEI

GEOLOGI

5. Kesimpulan

1. Hasil Simulasi numerik dapat membantu untuk mendukung peta rawan bencana khususnya dalam situasi Tanggap Darurat

2. Simulasi numerik dengan berbagai macam variasi parameter yang dikombinasikan akan menghasilkan banyak pilihan peta yang dapat disesuaikan dengan keadaan real di lapangan

3. Data monitoring aktivitas vulkanik bila dapat dikombinasikan dengan simulasi numerik dapat menghasilkan suatu peta ancaman bahaya yang realtime.

GEOSEMINAR PUSAT

SURVEI

GEOLOGI