PEMANTAUAN LUAS DANAU LIMBOTO MENGGUNAKAN
CITRA MULTI TEMPORAL DAN MULTI SENSOR
Arthur Gani Koto
1, Sunarti Pakaya
2, Masrin Melangi
3 1Geografi Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Muhammadiyah Gorontalo 2
Alumni Geografi Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Muhammadiyah Gorontalo 3
Mahasiswa S1 Geografi Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Muhammadiyah Gorontalo 1
Email : arthur@umgo.ac.id
ABSTRAK
Pemantauan danau dapat dianalisis dengan memanfaatkan teknologi penginderaan jauh. Pemanfaatan teknologi penginderaan jauh telah banyak digunakan sebagai kajian untuk pengukuran, pemetaan, pemantauan, dan pemodelan sumberdaya alam. Beberapa metode dalam penginderaan jauh yang dikembangkan untuk pemantauan luasan perairan yaitu melalui saluran spektral, klasifikasi dan water index. Penelitian ini bertujuan untuk memantau luasan Danau Limboto dengan memanfaatkan data penginderaan jauh multi temporal dan multi sensor. Wilayah penelitian terletak di Danau Limboto Propinsi Gorontalo. Pra pengolahan citra dilakukan proses layer stacking, koreksi geometrik dan radiometrik. Pengolahan citra menggunakan klasifikasi supervised algoritma maximum likelihood. Klasifikasi dibagi atas dua kelas yaitu danau dan non-danau. Luas danau ditandakan dengan batas tepian perairan yang memiliki nilai spektral air, dan vegetasi air (enceng gondok) yang tumbuh di dalam perairan danau termasuk dalam wilayah danau. Hasil penelitian yang diperoleh mengindikasikan bahwa Danau Limboto dari tahun ke tahun telah mengalami perubahan luasan yang semakin menyempit.
Kata kunci : Pemantauan, Luas, Danau Limboto, Multi Temporal, Multi Sensor.
PENDAHULUAN
Air permukaan yang termasuk didalamnya adalah sungai, terusan/kanal, kolam, danau, dan waduk (Langbein, 1960 ; Jiang et al 2014). Danau tiap waktu mengalami perubahan luasan akibat proses alami maupun akibat aktivitas manusia yang tidak berkesinambungan dan berkelanjutan. Danau memiliki peran strategis, diantaranya: (i) aspek ekologis sebagai reservoir alami limpasan air sungai yang masuk dari daerah tangkapan airnya atau pengendali banjir, (ii) menyediakan sumberdaya ekonomi penting perikanan (budidaya dan tangkap), (iii) pengembangan wisata alam, (iv) sumber potensial air bersih, (v) mengandung biodiversity untuk laboratorium alami, dan (vi) untuk pertanian (Kementerian Lingkungan Hidup, 2008).
Pemantauan luasan danau dapat dianalisis menggunakan teknologi penginderaan jauh. Teknologi penginderaan jauh saat ini berkembang pesat seiring tersedianya dalam beragam karakteristik spasial, temporal, spektral dan radiometrik yang dapat dimanfaatkan untuk berbagai kajian permukaan bumi dan sumberdaya alam. Beberapa metode dalam teknologi penginderaan jauh yang dikembangkan untuk pemantauan luasan perairan yaitu melalui saluran spektral, klasifikasi dan water index (Jiang et al 2014).
Terdapat beberapa peneliti yang memanfaatkan teknologi penginderaan jauh untuk mengkaji wilayah danau. Jiang et al (2014) mengekstrak tiga wilayah danau (Hebei, Jiangxi, dan Nigxia) dan sungai di Negara Tiongkok menggunakan citra Landsat berdasarkan water index (NDWI, MNDWI, AWEIsh, dan AWEInsh). Zhu et al (2011) mengembangkan metode hybrid untuk mendelineasi Danau Balqash di Kazakhstan menggunakan data penginderaan jauh
dengan menghitung index spektral dan menurunkan index topografi termasuk NDVI, NDWI, TVDI, dan kemiringan lereng.
Hal serupa dilakukan pula oleh Trisakti (2012) yang mengkaji metode penentuan luas permukaan air Danau Limboto menggunakan data satelit berbeda waktu dan sensor perekaman (Landsat dan SPOT-4) dengan melakukan standarisasi data, identifikasi vegetasi air dengan komposit citra dan pemetaan luas permukaan air danau dengan mempertimbangkan sebaran vegetasi air. Begitu pula Trisakti dkk (2014a) memantau perubahan luas permukaan air danau dan sebaran vegetasi air di Danau Limboto, Tondano dan Tempe selama periode 1990-2011 dengan citra satelit multi temporal Landsat dan SPOT-4.
Landsat 5 TM memiliki 7 saluran spektral, terdiri atas resolusi spasial 30 m (saluran 1-5, dan 7), dan resolusi spasial 120 m (saluran 6). Dalam tulisan ini menggunakan resolusi spasial 30 m yang terdiri atas panjang gelombang visible, near infrared (NIR), dan short wave infrared (SWIR).
Landsat 8 dirancang untuk melanjutkan Landsat TM dan ETM+ yang telah berhenti beroperasi. Landsat 8 mempunyai dua sensor yaitu Operational Land Imager (OLI) dan Thermal Infrared Sensor (TIRS). Perbandingan saluran spektral yang terdapat pada Landsat 7 ETM+ dan Landsat 8 disajikan dalam Tabel 1.
Tabel 1. Perbandingan saluran spektral Landsat 8 OLI/TIRS dengan Landsat 7 ETM+
Landsat 8 OLI dan TIRS Landsat 7 ETM+
Resolution (m) Bands Wavelength (µm) Bands Wavelength (µm)
Band 1 - Coastal aerosol 0.43 - 0.45 NA - 30
Band 2 - Blue 0.45 - 0.51 Band 1 0.45 - 0.52 30
Band 3–Green 0.53 - 0.59 Band 2 0.52 - 0.60 30
Band 4–Red 0.64 - 0.67 Band 3 0.63 - 0.69 30
Band 5 - Near Infrared (NIR) 0.85 - 0.88 Band 4 0.77 - 0.90 30
Band 6 - Short-wave infrared
(SWIR1)
1.57 - 1.65 Band 5 1.55 - 1.75 30
Band 7 - Short-wave infrared
(SWIR2)
2.11 - 2.29 Band 7 2.09 - 2.35 30
Band 8–Panchromatic 0.50 - 0.68 Band 8 0.52 - 0.90 15
Band 9–Cirrus 1.36 - 1.38 NA - 30
Band 10 - Thermal infrared (TIRS)
1 10.60 -11.19 Band 6 10.40 -12.50 TIRS/ETM+
Band 11 - Thermal infrared (TIRS)
2 11.50 -12.50 100/60 (Sumber : Li et al, 2014) METODE PENELITIAN A. Wilayah Kajian
tingkat kerusakan dan dampaknya terhadap kehidupan masyarakat (Trisakti et al, 2014b). Salah satu danau yang menjadi prioritas tersebut adalah Danau Limboto. Secara administratif, Danau Limboto terletak di dua wilayah yaitu Kabupaten Gorontalo dan Kota Gorontalo Propinsi Gorontalo.
Kawasan danau berada di dataran rendah kawasan ekosistem lahan basah dengan karakteristik memiliki ketinggian 0-100 m dpl kemiringan 8% dan kedalaman efektif lapisan tanah > 50 cm, berada pada wilayah DAS LBB (Daerah Aliran Sungai Limboto-Bone-Bolango). Pada Tahun 1932 kedalaman air berkisar 30 meter dengan luas 7.000 ha diukur pada bagian terdalam dan pada tahun 1955 kedalamannya menurun hingga 16 meter dan luasnya tinggal 4.500 ha (SLHD, 2014). Kemudian pada Tahun 2007 kedalamannya menjadi 2,5 meter dengan luas 3.000 ha (Akuba dan Biki, 2008 ; Hasim dkk 2012). Lokasi wilayah penelitian disajikan pada Gambar 1.
Gambar 1. Wilayah penelitian
B. Data
Citra yang digunakan yaitu Landsat dan ASTER. Citra Landsat yang digunakan dalam penelitian ini adalah sensor TM 5, ETM+, dan OLI yang masing-masing berada pada path 113 dan row 60. ASTER yang digunakan terdiri atas tiga saluran yaitu dua saluran visible dan satu saluran NIR. Perbandingan citra masing-masing sensor disajikan pada Tabel 2. Semua citra diunduh dari website United States Geological Survey (USGS) pada alamat www.earthexplorer.usgs.gov. Wilayah kajian nampak jelas dan tidak tertutupi awan sehingga memudahkan dalam pengamatan dan analisis citra.
P. Sulawesi
Laut Sulawesi
Teluk Tomini
Danau Limboto
Tabel 2. Data yang digunakan : Landsat sensor TM5, ETM+, OLI dan citra ASTER VNIR
Sensor Perekaman Path/row
Tutupan awan (%) Saluran Tipe data Resolusi spasial (m) TM 5 17 Desember 1996 113/60 13,00 1,2,3,4,5,7 L1T 30 ETM+ 16 Juli 2001 113/60 4,00 1,2,3,4,5,7 L1T 30 OLI 20 April 2013 113/60 35,57 1,2,3,4,5,6, 7 L1T 30 OLI 6 Desember 2015 113/60 20,56 1,2,3,4,5,6, 7 L1T 30 OLI 11 Maret 2016 113/60 31,86 1,2,3,4,5,6, 7 L1T 30 ASTER VNIR 3 Maret 2016 - 5,00 1,2,3N L1T 15 C. Metode Penelitian
Pra pengolahan citra (TM5, ETM+, OLI, dan ASTER) dilakukan proses layer stacking, koreksi geometrik, dan radiometrik kecuali ASTER yang telah terkoreksi radiometrik. Citra Landsat yang diperoleh memiliki luasan 185x185 km sehingga perlu dipotong sesuai dengan wilayah kajian agar lebih fokus dan memudahkan dalam analisis. Analisis luas permukaan Danau Limboto diukur sepanjang tepian danau dan semua vegetasi air (enceng gondok, kangkung) yang berada dalam wilayah danau dimasukkan. Vegetasi non-air (pisang, jagung) yang dibudidayakan oleh masyarakat di sepanjang tepian danau tidak dimasukkan dalam wilayah danau. Jadi yang difokuskan disini adalah batas tepi wilayah danau yang masih mempunyai nilai spektral perairan.
Penghitungan luasan danau dilakukan melalui proses klasifikasi supervised menggunakan algoritma maximum llikelihood. Pengambilan sampel nilai spektral danau menggunakan komposit RGB yang dikembangkan Trisakti (2012) yaitu Red: NIR+SWIR, Green: NIR, Blue: NIR-Merah. Komposit RGB tersebut dapat memisahkan secara tegas vegetasi air dan vegetasi air. Klasifikasi dibagi atas dua kelas yaitu danau dan non-danau. Kemudian melakukan survei lapangan untuk mengecek perubahan penutup lahan sepanjang tepian danau menggunakan alat ukur navigasi GPS dengan mengambil beberapa tiik sampel.
Citra ASTER VNIR digunakan sebagai data pembanding karena memiliki resolusi spasial yang lebih besar dari Landsat, yaitu 15 m. Selengkapnya diagram alir penelitian disajikan pada Gambar 2.
Gambar 2. Diagram alir penelitian
HASIL DAN PEMBAHASAN
Masing-masing sensor berbeda waktu dibuat komposit RGB untuk pengamatan dan pengambilan nilai spektral perairan. Kenampakan citra Danau Limboto secara multi temporal dan multi sensor disajikan pada Gambar 3.
Gambar 3. Kenampakan citra Landsat Danau Limboto multitemporal komposit RGB (Red : NIR+SWIR, Green : NIR, Blue : NIR-Merah) dan ASTER VNIR (RGB 321)
TM 5 (17 Des 1996) ETM+ (16 Juli 2001) OLI (20 April 2013)
OLI (6 Des 2015) OLI (11 Maret 2016) ASTER VNIR (3 Maret 2016)
Citra terkoreksi radiometrik
Klasifikasisupervised Cek lapangan
Sensor TM5 (Des 1996) Sensor ETM+ (Juli 2001) Sensor TM5 (200) Sensor OLI (April 2013) Sensor OLI (Des 2015) Sensor OLI (Mar 2016) ASTER Visible (Mar 2016)
Layer Stacking
Citra Landsat TM5 (Des 1996) Citra Landsat ETM+(Juli 2001) Citra Landsat TM (200) Citra Landsat OLI (April 2013) Citra Landsat OLI (Des 2015) Citra Landsat OLI (Mar 2016)
(Band Combination)
Koreksi Radiometrik
Pemotongan citra
wilayah penelitian Citra terkoreksigeometrik
Analisis luasan danau
Layer Stacking (Band Combination)
Koreksi Geometrik Citra ASTER VNIR
Gambar 3 menunjukkan bahwa pada Tanggal 17 Des 1996, danau mengalami penyempitan luas perairan (1.974,69 ha) yang ditumbuhi oleh vegetasi air (enceng gondok) sepanjang tepian. Sedangkan pada Tanggal 16 Juli 2001 nampak bahwa perairan danau luasannya bertambah (3.046,77 ha), dan tutupan vegetasi air pada seluruh tepian danau mulai berkurang. Berkurangnya enceng gondok diperanguhi oleh aktivitas manusia yang memanfaatkannya untuk dibuat kerajinan tangan dan pengelolaannya untuk dijadikan pupuk hijau (kompos hijau).
Selang dua belas tahun kemudian (20 April 2013), luas perairan danau semakin menyempit menjadi 2.338,20 ha. Sedimentasi menutupi hampir seluruh tepian danau terutama pada sisi barat karena aliran dari hilir DAS Limboto. Kondisi tersebut dimanfaatkan oleh masyarakat menjadi lahan pertanian, budidaya ikan keramba jaring apung, dan aktivitas perekonomian, sementara vegetasi air semakin banyak tumbuh dalam wilayah perairan danau. Masukan bahan organik dan unsur hara dari beberapa sungai pada DAS Limboto menyebabkan kondisi perairan danau menjadi subur sehingga vegetasi air mudah berkembang.
Kenampakan citra pada Tanggal 6 Desember 2015 menunjukkan vegetasi air berkurang dan luasan perairan danau semakin menyempit menjadi 1.605,96 ha. Berselang 3 tahun kemudian nampak danau semakin menyempit menjadi 1.463,13 ha. Perubahan luas Danau Limboto selengkapnya disajikan pada Tabel 3.
Tabel 3. Perubahan luas Danau Limboto
Sensor Perekaman Luas (ha)
TM 5 17 Desember 1996 1.974,69 ETM+ 16 Juli 2001 3.046,77 OLI 20 April 2013 2.338,20 OLI 6 Desember 2015 1.605,96 OLI 11 Maret 2016 1.463,13 ASTER VNIR 3 Maret 2016 1.500,48
Faktor sedimentasi, rusaknya lingkungan DAS Limboto, dan aktivitas tangkapan nelayan di tepian danau terus terjadi dari tahun ke tahun. Faktor-faktor tersebut merupakan sebab semakin menyempitnya perairan danau dan kedalamannya pun berkurang (SLHD, 2014). Saat ini, Pemprov Gorontalo bersama Pemkab Gorontalo terus melakukan pengerukan sedimentasi dasar danau dan pembersihan vegetasi air yang tumbuh dalam wilayah perairan dan tepian danau. Kenampakan perubahan luasan Danau Limboto dari tahun ke tahun disajikan pada Gambar 4.
Gambar 4. Kenampakan perubahan luasan Danau Limboto
Beberapa penutup lahan sepanjang tepi Danau Limboto beralihfungsi menjadi sedimentasi yang ditumbuhi vegetasi air, lahan pertanian, dan pemukiman, selengkapnya disajikan pada Tabel 4.
Tabel 4. Titik sampel wilayah pesisir Danau Limboto
Sampel Koordinat Lokasi Keterangan
1 0.6109450BT 123.0023230LU Hutuo Vegetasi Air 2 0.6075320BT 122.995130LU Hutuo Vegetasi Air 3 0.6019620BT 122.9873980LU Kayu Bulan Semak Belukar 4 0.5965720BT 122.9785870LU Kayu Bulan Semak Belukar 5 0.5981890BT 122.9710350LU Kayu Bulan Semak Belukar 6 0.5893860BT 122.9631230LU Tenilo Jagung
7 0.5838160BT 122.9552110LU Lindalo Kangkung 8 0.575280BT 122.9498160LU Limehe Timur Semak Belukar 9 0.5690840BT 122.9584470LU Payunga Kangkung 10 0.5629570BT 122.9667190LU Huntu Semak Belukar 11 0.5579450BT 122.9794860LU Huntu Kangkung 12 0.5520630BT 122.9909560LU Iluta Jalan 13 0.5502890BT 123.0064990LU Dembe Pemukiman 14 0.5751920BT 123.0095150LU Hutadaa Semak Belukar Pengambilan sampel berjumlah 14 buah yang dilakukan pada Bulan Juni 2016. Titik sampel terletak di Kec. Limboto, Limboto Barat, Hutuo, Batudaa, dan Telaga. Lokasi pengambilan titik sampel disajikan pada Gambar 5.
1996 TM5 2001 ETM+ 2013 OLI 2015 OLI 2016 OLI 2016 ASTER VNIR
Gambar 5. Lokasi Pengambilan titik sampel
Citra ASTER VNIR dijadikan data pembanding untuk uji validasi luas danau. Pada Gambar 4 memperlihatkan kenampakan tumpang tindih hasil klasifikasi OLI dengan ASTER VNIR, dimana secara visual nampak tidak jauh berbeda. Hasil penghitungan yang menggunakan sensor OLI dan ASTER VNIR dalam bulan dan tahun yang sama tersebut memperlihatkan selisih 2,5 % seperti yang disajikan pada Tabel 5.
Tabel 5. Perbandingan luas danau multi temporal dan multi spasial
Sensor Perekaman Luas danau
(ha) Selisih (ha) Selisih (%) OLI 3 Maret 2016 1.463,13 37,35 2,5
ASTER VNIR 11 Maret 2016 1.500,48
KESIMPULAN
Teknologi penginderaan jauh dapat digunakan sebagai pendekatan untuk pengukuran, pemetaan, pemantauan dan pemodelan wilayah perairan secara efektif dan efisien dibanding survei terestrial yang memerlukan waktu, tenaga dan biaya relatif besar. Ketersediaan data yang terekam sebagai citra digital beberapa tahun ke belakang (multi temporal) dan multi sensor dapat digunakan sebagai informasi untuk analisis perubahan wilayah dan juga sebagai informasi kejadian secara spasial di masa mendatang. Hasil penelitian yang diperoleh mengindikasikan bahwa luas Danau Limboto semakin menyempit dari tahun ke tahun.
UCAPAN TERIMAKASIH
Penulis mengucapkan terimakasih kepada pihak NASA & USGS yang telah memberikan izin untuk mengunduh secara gratis citra Landsat 5 TM, ETM+, OLI/TIRS, dan ASTER. Penulis juga menyambut baik dan menghaturkan terimakasih atas kerjasama dan bantuan yang diberikan Universitas Muhammadiyah Gorontalo yang telah memfasilitasi penelitian ini.
DAFTAR PUSTAKA
Hasim, Sapei A., Budiharsono S., dan Wardiatno Y. 2012. Analisis Status Keberlanjutan untuk Pengembangan Pengelolaan pada Danau Limboto Propinsi Gorontalo. Prosiding Seminar Nasional Limnologi VI hal 296-306.
Jiang Hao, Min Feng, Yunqiang Zhu, Ning Lu, Jianxi Huang, and Tong Xiao. 2014. An Automated Method for Extracting Rivers and Lakes from Landsat Imagery. Remote Sensing, vol. 6: pp 5067-5089.
Kementerian Negeri Lingkungan Hidup. 2008. Pedoman Pengelolaan Ekosistem Danau.. Jakarta.
Peng Li, Luguang Jiang, and Zhiming Feng. 2014. Cross-Comparison of vegetation indices from Landsat-7 enhanced thematic mapper plus (ETM+) and Landsat-8 operational land imager (OLI) sensors. Remote Sensing, vol. 6: pp 310-329.
Status Lingkungan Hidup Daerah (SLHD) Kabupaten Gorontalo. 2014. Pemkab Gorontalo, Propinsi Gorontalo.
Trisakti B. 2012. Kajian Metode Penentuan Luas Permukaan Air Danau dan Sebaran Vegetasi Air Berbasis Data Penginderaan Jauh. Prosiding Seminar Limnologi VI hal 327-347. Trisakti B., Suwargana N., dan Nugroho G. 2014a. Pemantauan Perubahan Kualitas Danau
Selama Periode 1990-2011 Menggunakan Ctra Satelit Multi Temporal. Pemanfaatan Penginderaan Jauh Satelit untuk Pemantauan Daerah Tangkapan Air dan Danau. Crestpent Press, Bogor, ISBN 987-602-14437-2-9.
Trisakti B., Tjahyaningsih A.¸ Mukhoriyah, Suwargana N., Cahyono J.S., dan Yudhatama D. 2014b. Pemanfaatan Teknologi Penginderaan Jauh untuk Menilai Status Ekosistem Danau. Prosiding Seminar Limnologi VI hal 552-565.
Zhu Changming, Jiancheng Luo, Zhanfeng Shen, and Chudong Huang. 2011. Wetland mapping in the Balqash Lake Basin Using Multi-source Remote Sensing Data and Topographic features Synergic Retrieval. Procedia Environmental Sciences 10 pp : 2718–2724.
