VALIDASI DAN APLIKASI MODEL CALINE4 PADA JALUR TRANS - JAKARTA BUSWAY

(1)

VALIDASI DAN APLIKASI MODEL CALINE4

PADA JALUR TRANS - JAKARTA BUSWAY

TUGAS AKHIR

Karya tulis sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana

Oleh Melissa NIM: 15303013

Program Studi Teknik Lingkungan

Fakultas Teknik Sipil dan Lingkungan

INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG

2007

(2)

ABSTRACT

Caline4 model is used to predict NO and CO concentration around the roadway on Corridor II Trans-Jakarta bus lane. By the corridor implementation, there is a change of motor vehicle total volume, which passes by that roadway. Model is implemented to predict NO and CO concentration due to the change of emission loading from non Trans-Jakarta motor vehicle, because of the change of street capacity. This paper objective is to validate modeling result with observation at receptor location near roadway. Scenario is fixed with meteorology period which is dry (April) and wet (September-October) season, and the selection of traffic management which causes the change of average speed on that lane. Caline4 model is developed based on a Gaussian equation and needs input dataset, they are source strength, meteorology, location geometry, and location characteristics, so that the output will be resulted in NO and CO average pollutant concentration at a receptor position during one hour. This modeling result shows that Caline4 model can moderately represent the concentration to the actual traffic condition. Validation is done with using statistic hypothesis and comparison accuracy between the model results with monitoring data. The validation result of statistic hypothesis shows that 50% from the total hypothesis test from the result of the model is rejected due to the monitoring data. The rejection of the hypothesis generally happen on the morning peak because of the rapid change of stability in the atmosphere. Model accuracy validation by means of the comparison of road-side monitoring to modeling result shows that is still within a factor of 2 – 3, especially for CO. Model has not been satisfactory predicted NO and ambient monitoring validation. So it can be concluded that validation exercise is more suitable to be carried out with road-side monitoring and for inert pollutant such as CO.

(3)

ABSTRAK

Model Caline4 digunakan untuk memprediksi konsentrasi NO dan CO di sekitar jalan raya pada jalur jalan Trans-Jakarta Koridor II. Dengan implementasi koridor, terjadi perubahan volume total kendaraan bermotor yang melalui ruas jalan tersebut. Model diterapkan untuk memprediksi konsentrasi NO dan CO akibat perubahan beban emisi dari kendaraan bermotor non Trans-Jakarta karena adanya perubahan kapasitas jalan. Makalah ini bertujuan unuk memvalidasi hasil permodelan pada jalur Trans Jakarta Koridor I dan jalur Trans-Jakarta Koridor II dengan hasil pemantauan tepi jalan raya (road-side) dan pemantauan ambien. Skenario ditetapkan berdasarkan periode meteorologi yaitu musim kering (April) dan musim penghujan (September-Oktober) dan pilihan manajemen lalu lintas yang menyebabkan perubahan kecepatan rata-rata pada jalur tersebut. Model Caline4 dikembangkan berdasarkan persamaan Gaussian dan memerlukan data input, yakni kekuatan sumber, meteorologi, geometri lokasi, dan karakteristik lokasi sehingga dihasilkan suatu output berupa konsentrasi rata-rata polutan NO dan CO di titik reseptor selama satu jam. Validasi dilakukan dengan menggunakan hipotesis statistik dan akurasi perbandingan antara hasil permodelan dengan data pemantauan. Hasil validasi hipotesis statistik menunjukkan 50% dari total tes hipotesis hasil permodelan ditolak terhadap data pemantauan. Penolakan hipotesis tersebut umumnya terjadi pada kondisi jam sibuk pagi hari akibat adanya perubahan stabilitas yang cepat di atmosfer. Validasi akurasi model yang dijabarkan melalui perbandingan pemantauan road-side terhadap hasil permodelan menunjukkan masih berada dalam faktor 2-3, terutama untuk parameter CO. Model tidak dapat memprediksi dengan baik untuk nilai kesalahan yang besar baik pada parameter NO maupun terhadap validasi pemantauan ambien. Sehingga dapat disimpulkan bahwa penggunaan validasi lebih cocok diterapkan untuk pelaksanaan pemantauan road-side dan polutan inert seperti CO.

(4)

KATA PENGANTAR

Syukur diucapkan pada Tuhan Yang Maha Pengasih dan Penyayang atas karunia dan rahmat-Nya sehingga laporan Tugas Akhir yang berjudul “Validasi dan Aplikasi Model Caline4 pada Jalur Trans-Jakarta Busway” dapat diselesaikan. Tugas Akhir ini disusun dalam rangka memenuhi persyaratan untuk mendapatkan gelar Sarjana Teknik pada Program Studi Teknik Lingkungan, Falkutas Teknik Sipil dan Lingkungan, Institut Teknologi Bandung.

Selama pelaksanaan dan penyusunan laporan penelitian Tugas Akhir ini, penulis mendapatkan bantuan dan dukungan dari berbagai pihak, oleh karena itu pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikan rasa terima kasih yang sebesar-besarnya kepada:

1. Ir. R. Driejana, MSCE., Ph.D., selaku dosen pembimbing Tugas Akhir yang telah

mencurahkan banyak waktu, tenaga, pikiran, perhatian, dan dengan sabar memberikan

arahan dan dukungan pada penulis.

2. Ir. Harmein Rahman, MT., selaku dosen co-pembimbing Tugas Akhir yang telah banyak membantu dalam penyusunan Tugas Akhir ini.

3. Dr. Ir. Agus Djatnika Effendi, selaku Ketua Program Studi Teknik Lingkungan, Fakultas Teknik Sipil dan Lingkungan, Institut Teknologi Bandung dan dosen penguji Tugas Akhir yang telah memberikan banyak masukan dalam penyusunan Tugas Akhir ini.

4. Dr. Ir. Indah Rachmatiah, Sekretaris Departemen Teknik Lingkungan Institut Teknologi Bandung.

5. Ir. Irsyad, MT., selaku dosen wali penulis.

6. Dr. Benno Rahardyan, ST. MT, selaku koordinator seminar Tugas Akhir dan Dr. Sukandar, S.Si, MT. selaku koordinator sidang sarjana.

7. Seluruh staff dosen pengajar, Tata Usaha, Laboratorium, dan perpustakaan Program Studi Teknik Lingkungan yang telah banyak memberikan bantuan selama penulis menuntut ilmu di Teknik Lingkungan Institut Teknologi Bandung.

8. Orang tua dan keluarga (Papa, Mama, Livi, Kopen, dan Olive) yang telah memberikan doa, dukungan moril maupun materiil, serta semangat yang sangat berarti bagi penulis.

(5)

9. Seluruh staff BPLHD DKI Jakarta, Dinas Perhubungan DKI Jaya, Departemen Pekerjaan Umum, dan PT. Pamentori yang telah mendukung dalam pengumpulan data-data yang diperlukan dalam penyusunan Tugas Akhir.

10. Teman-teman dari Oriental TL’03: Adis, Opik, Ayam, Danu, Ratri, dan teman-teman lain yang tak dapat penulis sebutkan satu-persatu yang telah banyak memberikan dukungan dan masukan kepada penulis.

11. Kakak-kakak kelas dari TL’02, TL’01, dan TL’00 yang telah memberikan semangat dan menemani penulis selama kuliah di Teknik Lingkungan ITB.

12. Teman-teman dari program studi lain: Amru, Aar, dan Dede yang turut membantu dan mendukung penulis menyelesaikan Tugas Akhir.

13. Teman-teman saat SMU: David, Jono, dan Lei yang banyak memberikan semangat, mendukung, dan membantu penulis dalam menyusun laporan seminar dan Tugas Akhir.

14. Semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu persatu, penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya.

Akhir kata, penulis memohon maaf yang sebesar-besarnya apabila terdapat ketidaksempurnaan dalam laporan Tugas Akhir ini dan mudah-mudahan laporan ini dapat bermanfaat bagi pembaca serta dapat dipergunakan sebagaimana mestinya.

Bandung, September 2007

(6)

DAFTAR ISI

ABSTRAK ... i

ABSTRACT... ii

KATA PENGANTAR... iii

DAFTAR ISI... v

DAFTAR GAMBAR... ix

DAFTAR TABEL ... xii

DAFTAR LAMPIRAN ... xiv

BAB I PENDAHULUAN... I-1

1.1 Latar Belakang ... I-1 1.2 Maksud dan Tujuan Penelitian ... I-2 1.3 Ruang Lingkup ... I-3 1.4 Sistematika Penulisan... I-3

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... II-1

2.1 Sektor Transportasi ... II-1 2.1.1 Emisi Kendaraan Bermotor ... II-1 2.1.2 Parameter Pencemar ... II-4

2.1.2.1 Karbon Monoksida (CO) ... II-4

2.1.2.2 Oksida Nitrogen (NO dan NO2)... II-5

2.1.3 Sistem Transportasi dan Manajemen Lalu Lintas ... II-6

2.1.4 Kinerja Jaringan Jalan... II-7

2.1.5 Faktor Emisi... II-8

2.2 Meteorologi Pencemaran Udara... II-8 2.2.1 Arah dan Kecepatan Angin... II-10

2.2.2 Radiasi Matahari ... II-12

2.2.3 Stabilitas Atmosfer ... II-15

2.2.4 Tinggi Lapisan Pencampuran (Mixing Height) ... II-15

(7)

2.3.1 Persamaan Gaussian ... II-16

2.3.2 Sumber Garis Tidak Terhingga (Infinite Line Source) ... II-18

2.3.3 Sumber Garis Terhingga (Finite Line Source) ... II-18

2.3.4 Model Dispersi Caline4 ... II-19

2.3.4.1 Deskripsi Model ... II-19

2.3.4.2 Zona Pencampuran (Mixing Zone)... II-24

2.3.4.3 Parameter Dispersi Vertikal (σz) dan Dispersi

Horizontal (σy) ... II-25

2.3.4.4 Standar Deviasi Arah Angin (Sigma Theta) ... II-26

BAB III METODOLOGI PENELITIAN ... III-1

3.1 Tahapan Penelitian ... III-1 3.2 Rumusan Masalah ... III-1 3.3 Pemilihan Parameter Studi ... III-2 3.4 Gambaran Lokasi Studi ... III-2 3.4.1 Jalur Trans-Jakarta Koridor I (satu)... III-2 3.4.2 Jalur Trans-Jakarta Koridor II (dua) ... III-3 3.5 Pengumpulan Data Sekunder ... III-4 3.6 Skenario Simulasi Model Dispersi ... III-9

3.6.1 Skenario Periode Meteorologi ... III-9 3.6.2 Skenario Manajemen Lalu Lintas ... III-9

3.6.3 Skenario Tinggi Pencampuran (Mixing Height) ... III-10

3.7 Variabel Input Caline4 Model... III-10

3.7.1 Pengolahan Data Faktor Emisi Rata-rata Kendaraan ... III-10

3.7.2 Pembuatan Wind Rose ... III-15

3.7.3 Penentuan Koordinat Link Geometri Jalan dan Reseptor ... III-17

3.7.4 Perhitungan Volume Kendaraan... III-23

3.7.5 Penentuan Kelas Stabilitas Atmosfer... III-23

3.7.6 Penentuan Konsentrasi Background ... III-24

3.7.7 Penentuan Standar Deviasi Arah Angin (Sigma Theta)... III-24

(8)

3.8.1 Input Job Parameter ... III-30

3.8.2 Input Link Geometry ... III-31

3.8.3 Input Link Activity... III-33

3.8.4 Input Run Conditions ... III-33

3.8.5 Input Receptor Conditions ... III-34

3.8.6 Output Permodelan Caline4... III-35

3.9 Perhitungan Model Caline 4... III-36 3.10 Validasi Model ... III-38

3.10.1 Hipotesis Statistik ... III-38

3.10.2 Persentase Kesalahan (Nilai Error) ... III-39

BAB IV HASIL dan PEMBAHASAN... IV-1

4.1 Hasil Simulasi Faktor Emisi Kendaraan ... IV-1

4.2 Hasil Simulasi Wind Rose ... IV-2 4.3 Kelas Stabilitas Atmosfer... IV-3

4.4 Nilai Standar Deviasi Arah Angin (Sigma Theta)... IV-4

4.5 Analisa Input Model Caline4 ... IV-6

4.5.1 Parameter Meteorologi ... IV-6

4.5.2 Parameter Emisi Kendaraan ... IV-9 4.5.3 Parameter Jumlah Kendaraan ... IV-12

4.6 Program Permodelan Caline4... IV-16

4.6.1 Hasil Simulasi Model Caline4 dan Data Pemantauan ... IV-16

4.6.2 Validasi ... IV-21 4.6.2.1 Validasi Hipotesis Statistik ... IV-21

4.6.2.2 Validasi Kesalahan (Nilai Error)... IV-24

4.6.3 Contoh Aplikasi Permodelan pada Jalur Trans-Jakarta... IV-31

4.6.3.1 Permodelan Jalur Trans Jakarta Koridor I

(Blok M - Kota)... IV-32

4.6.3.2 Permodelan Jalur Trans Jakarta Koridor II

(Pulogadung - Harmoni) ... IV-32 4.6.4 Pemetaan Hasil Simulasi ... IV-32

(9)

4.6.5 Analisa Hasil Permodelan Caline4 ... IV-43

BAB V KESIMPULAN dan SARAN... V-1

5.1 Kesimpulan... V-1 5.2 Saran... V-3

DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN

(10)

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Sumber karbon monoksida dan efek terhadap manusia... II-4

Tabel 2.2 Efek paparan karbon terhadap lingkungan ... II-5

Tabel 2.3 Sumber oksida nitrogen dan efek terhadap lingkungan ... II-6

Tabel 2.4 Kelas tingkat pelayanan jalan ... II-8 Tabel 2.5 Pergerakan skala meteorologi ... II-9

Tabel 2.6 Hubungan stabilitas dengan lapse rate ... II-13

Tabel 2.7 Metode radiasi matahari untuk mengestimasi kelas

stabilitas Pasquill ... II-15

Tabel 3.1 Kualitas udara DKI Jakarta untuk parameter CO (2000-2006) ... III-8

Tabel 3.2 Emisi dari empat tipe/ jenis kendaraan pada kecepatan

0-60 km/jam ... III-12

Tabel 3.3 Permodelan transportasi jalur Trans-Jakarta Koridor II ... III-13

Tabel 3.4 Contoh hasil perhitungan beban emisi untuk link Jalan

Perintis Kemerdekaan ... III-15

Tabel 3.5 Contoh perhitungan data input wind rose skenario jam sibuk pagi

hari (22 April 2005) hasil pemantauan di stasiun pengukuran

meteorologi Kampus ASMI... III-17

Tabel 3.6 (a) Koordinat link geometri jalan untuk jalur Trans-Jakarta Kor I ... III-19 Tabel 3.6 (b) Koordinat link geometri jalan untuk jalur Trans-Jakarta Kor II ... III-19

Tabel 3.7a Koordinat reseptor untuk jalur Trans-Jakarta Koridor I ... III-21

Tabel 3.7b Koordinat reseptor untuk jalur Trans-Jakarta Koridor II ... III-21

Tabel 3.8 Metode radiasi matahari untuk mengestimasi kelas stabilitas

Pasquill... III-23

Tabel 3.9 Data meteorologi untuk skenario jam sibuk pagi hari

(22 April 2005) hasil pemantauan di stasiun pengukuran

meteorologi Kampus ASMI... III-24

Tabel 3.10 Perkiraan awal kelas stabilitas Pasquill berdasarkan σθ... III-25

Tabel 3.11 Perkiraan akhir kelas stabilitas Pasquill berdasarkan kecepatan

(11)

Tabel 3.12 Data untuk menghitung standar deviasi arah angin ... III-26

Tabel 3.13 Contoh perhitungan σθ untuk data pada tabel 3.12 ... III-27

Tabel 4.1 Faktor emisi kendaraan jalur Trans-Jakarta Koridor I ... IV-1

Tabel 4.2 Faktor emisi kendaraan jalur Trans-Jakarta Koridor II... IV-2

Tabel 4.3 Hasil simulasi wind rose Bunderan HI untuk simulasi Kor I ... IV-2

Tabel 4.4 Hasil simulasi wind rose ASMI untuk simulasi Kor II... IV-3

Tabel 4.5 Nilai kelas stabilitas atmosfer berdasarkan radiasi sinar matahari.. IV-3

Tabel 4.6 Nilai standar deviasi arah angin (Bunderan HI) untuk simulasi

Koridor I... IV-4

Tabel 4.7 Nilai standar deviasi arah angin (ASMI) untuk simulasi

Koridor II ... IV-5

Tabel 4.8 Kelas stabilitas atmosfer berdasarkan standar deviasi

arah angin dan kecepatan rata-rata... IV-5

Tabel 4.9 Variasi waktu dan lokasi ... IV-16

Tabel 4.10 Volume kendaraan saat jam sibuk pagi dan sore (kebutuhan

validasi)... IV-17

Tabel 4.11 Kecepatan kendaraan saat jam sibuk (keperluan validasi) ... IV-18

Tabel 4.12 Hasil perhitungan model Caline4 dan data pemantauan road-side

Jalur Trans-Jakarta Koridor I (keperluan validasi) ... IV-19

Tabel 4.13 Hasil perhitungan model Caline4 dan data pemantauan road-side

Jalur Trans-Jakarta Koridor II (keperluan validasi)... IV-20

Tabel 4.14 Hasil pengujian hipotesis Trans-Jakarta Koridor I ... IV-22

Tabel 4.15 Hasil pengujian hipotesis Trans-Jakarta Koridor II ... IV-23

(12)

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Variasi emisi terhadap rasio udara-bahan bakar ... II-2 Gambar 2.2 Wind rose ... II-11 Gambar 2.3 Efek lapse rate aktual terhadap stabilitas vertikal ... II-14 Gambar 2.4 Grafik untuk menentukan standar deviasi (σy,σz) ... II-17 Gambar 2.5 Seri elemen yang digunakan Caline4... II-20 Gambar 2.6 Seri elemen yang diwakilkan oleh sumber garis terhingga (finite

line source) yang ekivalen ... II-21

Gambar 2.7 Representasi elemen sumber garis terbatas (FLS) ... II-22 Gambar 2.8 Sumber garis terhingga (finite line source) ... II-24 Gambar 2.9 Zona pencampuran (mixing zone) ... II-25 Gambar 2.10 Kurva dispersi vertikal gabungan dari Caline4... II-26 Gambar 2.11 Grafik hubungan antara kecepatan rata-rata vektor dan skalar

dengan sigma theta ... II-27

Gambar 3.1 Diagram alir kajian ... III-1

Gambar 3.2 Lokasi studi jalur Trans-Jakarta Koridor I ... III-3

Gambar 3.3 Lokasi studi jalur Trans-Jakarta Koridor II ... III-4

Gambar 3.4 (a) Lokasi pemantauan data meteorologi, data pemantauan road-side dan ambien, serta kajian transportasi untuk jalur Trans-Jakarta

Koridor I... III-6

Gambar 3.4 (b) Denah lokasi pemantauan (Bunderan HI) tampak atas dan

samping ... III-6

Gambar 3.5 (a) Lokasi pemantauan data meteorologi, data pemantauan road-side dan ambien, serta kajian transportasi untuk jalur Trans-Jakarta

Koridor II ... III-7

Gambar 3.5 (b) Denah lokasi pemantauan (Kampus ASMI) tampak samping

dan atas... III-7

Gambar 3.6 Grafik kecepatan vs faktor emisi ... III-12

Gambar 3.7 Tampilan link dan reseptor Jalan Letjen Suprapto dan Jalan

(13)

Gambar 4.1 Emisi NO dan Konsumsi Bahan Bakar Tiap Jenis/Tipe

Kendaraan ... IV-10

Gambar 4.2 Emisi CO dan Konsumsi Bahan Bakar Tiap Jenis/Tipe

Kendaraan ... IV-10

Gambar 4.3 Hubungan VCR dan kecepatan pada (a) jalur Trans Jakarta

Koridor I dan (b) Jalur Trans-Jakarta Koridor II ... IV-13

Gambar 4.4 Grafik volume kendaraan (smp/jam) untuk simulasi jalur Trans-

Jakarta Koridor I saat pra-implementasi dan pasca-implementasi IV-15

Gambar 4.5 Grafik volume kendaraan (smp/jam) untuk simulasi jalur Trans-

Jakarta Koridor II saat pra-implementasi dan pasca-implementasi IV-15

Gambar 4.6 Grafik waktu terhadap volume kendaraan saat pasca-

implementasi untuk simulasi (a) jalur Trans-Jakarta Koridor I

dan (b) jalur Trans-Jakarta Koridor II... IV-17 Gambar 4.7 Validasi Konsentrasi NO ... IV-25 Gambar 4.8 Validasi Konsentrasi CO... IV-26 Gambar 4.9 Peta Jalur Trans-Jakarta Koridor I beserta letak dan koordinat

reseptor... IV-33

Gambar 4.10 Isopleth konsentrasi NO (μg/m3_{) jam sibuk pagi hari (a) pra-}

implementasi dan (b) pasca-implementasi Trans-Jakarta

Koridor I... IV-34

Gambar 4.11 Isopleth konsentrasi NO (μg/m3_{) jam sore hari (a) pra-}

Koridor I... IV-35

Gambar 4.12 Isopleth konsentrasi CO (mg/m3) jam pagi hari (a) pra-

Koridor I... IV-36

Gambar 4.13 Isopleth konsentrasi CO (mg/m3) jam sore hari (a) pra-

Koridor I... IV-37

Gambar 4.14 Peta Jalur Trans-Jakarta Koridor II beserta letak dan koordinat

(14)

Gambar 4.15 Isopleth konsentrasi NO (μg/m3_{) jam pagi hari (a) pra-} implementasi dan (b) pasca-implementasi Trans-Jakarta

Koridor II ... IV-39

Gambar 4.16 Isopleth konsentrasi NO (μg/m3_{) jam sore hari (a) pra-}

Gambar 4.17 Isopleth konsentrasi CO (mg/m3) jam pagi hari (a) pra-

Gambar 4.18 Isopleth konsentrasi CO (mg/m3) jam sore hari (c) pra-

implementasi dan (b) pasca-implementasi Trans-Jakarta

(15)

DAFTAR LAMPIRAN

LAMPIRAN A - Data Input Model Caline4 LAMPIRAN B - Perhitungan Model Caline4 LAMPIRAN C - Hasil dan Output Model Caline4 LAMPIRAN D - Validasi Model

LAMPIRAN E - Baku Mutu Udara Ambien dan Foto-foto Studi LAMPIRAN F - Surat-surat