SIMULASI MODEL DISPERSI POLUTAN KARBON MONOKSIDA DI PINTU MASUK TOL (Studi Kasus Line Source Di Ruas Tol Dupak, Surabaya ) TESIS

SIMULASI MODEL DISPERSI POLUTAN KARBON

MONOKSIDA DI PINTU MASUK TOL

(Studi Kasus Line Source Di Ruas Tol Dupak, Surabaya )

TESIS

Oleh : Endrayana Putut L.E.

NRP. 1209201004

Dosen Pembimbing :

ABSTRAK

Polusi udara adalah masalah yang sangat penting karena berkaitan dengan penyakit akibat

emisi kendaraan bermotor, yang mengandung SO

₂

, CO

₂

, CO, NO

_x

, dan gas – gas lainnya. Sementara itu,

simulasi model dispersi udara adalah salah satu cara/metode untuk mempelajari kualitas udara yang

sangat dibutuhkan dalam hal ini. Pada penelitian ini dibahas tentang model matematika dari dispersi

emisi gas CO dari kendaraan bermotor roda empat yang memasuki pintu masuk tol Dupak, Surabaya.

Persamaan Gauss untuk line source disusun berdasarkan mekanisme transpor polutan secara dispersi,

difusi dan adveksi. Dari persamaan tersebut dapat dihitung nilai konsentrasi gas CO untuk level ground

downwind. Validasi model dilakukan dengan membandingkan konsentrasi gas CO hasil perhitungan

model dengan hasil pengukuran konsentrasi gas CO di lapangan. Dengan menggunakan uji R

2

_diperoleh

nilai R

2

_{yang mendekati satu. Karena itu model Gaussian line source digunakan sebagai model dispersi}

polutan CO. Model ini selanjutnya diselesaikan dan disimulasikan dengan komputer menggunakan

bahasa pemrograman Fortran dan divisualisasikan menggunakan perangkat lunak Surfer.

Hasil pemodelan menunjukkan bahwa model Gaussian line source dapat digunakan untuk

memodelkan pola dispersi gas CO level ground downwind di pintu masuk tol Dupak 3, Surabaya. Hasil

visualisasi bulan Januari sampai dengan Maret 2011 menunjukkan bahwa pola dispersi gas CO

dipengaruhi oleh arah dan kecepatan angin. Konsentrasi CO pada malam hari lebih tinggi daripada pada

siang hari. Dari pola dispersi CO, diusulkan agar di sekitar pintu masuk tol terdapat ruang udara terbuka

yang cukup agar bahaya yang ditimbulkan dari polutan CO yang teremisi dari sumber emisinya dapat

diminimalkan.

•

Berasal dari pembakaran bahan bakar fosil dengan udara,

berupa gas buangan yang sangat beracun

•

Gas yang tidak berwarna, tidak berbau dan juga tidak berasa

•

Konsentrasi CO di udara pada tempat tertentu dipengaruhi

oleh kecepatan emisi (pelepasan) CO di udara dan kecepatan

dispersi dan pembersihan CO dari udara.

•

CO dapat bereaksi dengan hemoglobin darah membentuk

karboksi hemoglobin (Hb-CO) yang tidak bisa mengangkut

oksigen dalam sirkulasi darah ( Mukono, 1997)

•

Kendaraan bermotor ( Fardiaz, 1992) terutama

yang berbahan bakar bensin (Bardeschi dkk,

1991).

•

Pembakaran hutan

•

Pembakaran sampah

•

Metabolisme tubuh manusia

•

mengalami gejala sakit kepala

•

gangguan mental (mental dullness)

•

Pusing

•

Lemah

•

Mual

•

Muntah

•

kehilangan kontrol otot, diikuti dengan penurunan denyut nadi dan

frekuensi pernapasan, pingsan, dan bahkan meninggal

•

perempatan jalan

•

jalan protokol ( A.Yani, Darmo, Mayjen

Sungkono, dll)

•

pintu masuk tol ( Tol Dupak, Tol Waru, Tol

Perak )

•

kawasan industri ( Rungkut Industri, Berbek )

Lokasi konsentrasi CO yang tinggi di Surabaya

a. Bagaimanakah merumuskan Gaussian Model

Line Source dari modifikasi persamaan

Gaussian Plume Model ?

b.Bagaimana validitas dari hasil perhitungan

konsentrasi CO dengan Gaussian Model Line

Source terhadap data primer yang diperoleh

dari hasil pengamatan langsung di lapangan?

c.Bagaimana visualisasi pola dispersi CO di pintu

masuk tol Dupak 3, Surabaya ?

•

Penerapan Gaussian Model Line Source hanya pada polutan CO.

•

Sumber polutan adalah kendaraan bermotor roda empat berbahan bakar bensin.

•

Lingkup kajian adalah pintu masuk tol Dupak 3, Surabaya.

•

Atmosfer udara yang ditinjau adalah atmosfer udara ambien di atas kota Surabaya.

•

Tinggi penerima (receptor) tertentu, yaitu z bernilai konstan.

•

Data meteorologi ( suhu udara, kelembaban udara, kecepatan angin, arah angin )

yang digunakan di dalam penelitian ini diperoleh dari BMKG Tanjung Perak,

Surabaya.

•

Data primer yakni data konsentrasi CO dari pengambilan sampling langsung di

lapangan selama 1 (satu) minggu pada bulan Maret 2011 dengan menggunakan

peralatan inpanger.

•

Data jumlah kendaraan yang masuk di dalam pintu tol Dupak 3 diperoleh dari

pengamatan langsung antara bulan Maret – April 2011 dengan menggunakan

peralatan manual counter

•

Data kecepatan rata-rata kendaraan saat melintasi pintu masuk tol dihitung

dengan menggunakan stopwatch

•

Line source untuk sumber polutannya adalah lurus.

•

Data meteorologi adalah valid.

•

Tidak ada kontribusi polutan dari pabrik di sekitar pintu

masuk tol Dupak 3, Surabaya.

•

Diasumsikan bahwa arah angin di sepanjang tol Dupak

yang mengarah ke pintu tol adalah crosswind.

•

Elevasi muka tanah dan topografi daerah penyebaran

polutan sama dengan elevasi sumber polutan.

•

Polutan CO tidak bersifat reaktif, yaitu tidak mengalami

perubahan fisis dan kimia akibat bereaksi dengan

partikel lain. Laju perubahan bentuk serta

penghilangannya tidak diperhitungkan.

Tujuan Penelitian

1. Merumuskan Gaussian Model Line Source dengan

memodifikasi persamaan Gaussian Plume Model

untuk mengetahui pola dispersi polutan CO di

pintu masuk tol Dupak 3, Surabaya

2. Validasi hasil perhitungan konsentrasi CO dengan

Gaussian Model Line Source terhadap data primer

yang diperoleh dari hasil sampling di lapangan

3. Visualisasi pola dispersi CO di pintu masuk tol

•

Memberikan informasi kepada pemerintah kota Surabaya

yang dapat digunakan sebagai dasar pengambil kebijakan

atau peraturan daerah berkenaan dengan ambang batas

emisi CO yang dihasilkan oleh kendaraan bermotor minimal

beroda empat.

•

Memberikan hasil penelitian kepada pihak terkait

mengenai pola dispersi polutan CO, sehingga dapat

diterapkan dalam rangka penyempurnaan upaya

pengelolaan kualitas udara di kota Surabaya.

•

Menambah pengetahuan dalam bidang matematika

terapan, sehingga dapat dimanfaatkan dalam pengajaran di

sekolah.

•

Sebagai referensi bagi penelitian selanjutnya.

Menurut Moestikahadi(2001), sumber

pencemar udara meliputi :

1. Sumber titik ( point source ),contohnya emisi

dari cerobong pabrik

2. Sumber kawasan ( area source ), contohnya

pencemaran di kawasan industri

3. Sumber garis ( line source ), contohnya

pencemaran udara di jalan raya

Beberapa penelitian yang telah dilakukan menggunakan

model Gaussian line source :

1.Irfan (2006) menggambarkan pola penyebaran pencemar

PM

₁₀

.

2.Dewi (2005) untuk dalam perumusan strategi pengelolaan

pencemar gas CO dari aktifitas transportasi di jalan Akhmad

Yani, Surabaya.

3.Sathinukarat dan Satayopas (2003) untuk menggambarkan

pola dispersi polutan CO di Chiang Mai, Thailand.

4. Hassan, dkk.(2000) melakukan penelitian tentang pola

dispersi CO di kota Bandar Seri Begawan, Brunei

Darussalam

•

Gaussian model line source ini adalah perkembangan dari Gaussian plume

dengan mengasumsikan bahwa sebuah line source adalah deretan point

source yang mutually independent, masing – masing menghasilkan

kepulan polutan. Sehingga konsentrasi pada suatu titik di jalan dihitung

sebagai jumlah konsentrasi titik – titik sumber pada jalan tersebut (

Hassan, 2000)

•

Parameter q adalah emisi gas buang kendaraan dalam satu detik pada

saat kendaraan berjalan dalam range satu meter ( Dewi,2005 ). Nilai

dapat dicari dengan menghitung jumlah kendaraan dalam waktu

pengamatan dikalikan dengan kecepatan rata-rata emisi gas buang

kendaraan (2 x 10

-3

_{g/s), kemudian dibagi dengan kecepatan rata-rata}

kendaraan dalam m/detik ( Wark dan Warner, 1976).

•

Hassan dkk(2000) menyatakan bahwa hasil perhitungan konsentrasi

polutan dalam satuan µg/m

3

_{apabila dinyatakan dalam ppm,}

•

Noenik (1987) menyatakan bahwa fungsi

gamma didefinisikan sebagai berikut:

•

Pengumpulan data sumber emisi utama dengan menentukan

jumlah kendaraan yang melintas di lokasi penelitian berdasarkan

jenisnya pada waktu yang ditentukan dan kecepatan rata – rata

kendaraan

•

Pengumpulan data sekunder ( data meteorologi dari BMKG )

•

Penggunaan model matematika yang sudah ditentukan berdasarkan

data – data yang sudah dikumpulkan

•

Penyelesaian model matematika yang diikuti dengan penggunaan

program komputer untuk penyelesaian model matematika tersebut

•

Pengambilan data primer berupa konsentrasi CO di udara ambien

dan data meteorologi lapangan

•

Validasi model dengan data primer yang diperoleh dari lapangan

•

Simulasi pola dispersi polutan CO

•

Dokumentasi hasil

•

Jumlah kendaraan yang melintas di pintu

masuk tol Dupak 3, antara pukul 06.00 – 21.00

pada waktu sampling.

•

Penentuan ketinggian sumber emisi ( tinggi

knalpot )

•

Kecepatan rata – rata kendaraan

•

Data meteorologi ( kecepatan dan arah angin,

temperatur dan kelembaban udara, kembang

angin selama bulan Januari – Maret 2011)

•

Sampling udara menggunakan inpanger.

Sampel udara akan masuk, lalu diserap oleh

larutan KI 2%, setelah itu larutan KI akan

disimpan dan dianalisis di laboratorium

•

Data meteorologi lapangan, yaitu : arah dan

kecepatan angin saat sampling, temperatur

dan kelembaban udara. Juga cuaca untuk

memperkirakan tutupan awan.

Nilai q = 0,05 g/s

banyak kendaraan rata – rata = 75

faktor emisi CO 0,002 g/s

kecepatan rata – rata kendaraan saat melintasi pintu masuk tol yaitu 3 m/s.

Data meteorologi : arah dan kecepatan angin, kelembaban udara, temperatur

Validasi Model

•

Pada bab ini, model Gaussian line source

digunakan untuk simulasi model dispersi

polutan CO level ground downwind pada

bulan Januari, Februari dan Maret tahun 2011

pada siang hari dan malam hari. Data

meteorologi untuk simulasi model dispersi

polutan CO masing – masing terdapat pada

Tabel 5.1.1, Tabel 5.2.1 dan Tabel 5.3.1 di

bawah ini.

Simulasi Dispersi Polutan CO Bulan

Januari

Simulasi Dispersi Polutan CO Bulan

Februari

Simulasi Dispersi Polutan CO Bulan

Maret

•

Konsentrasi CO tertinggi bulan Maret 2011,

namun masih < baku mutu

•

Konsentrasi CO malam hari > siang hari

a. Model Gaussian line source dapat dirumuskan dengan

memodifikasi model Gaussian plume

b. Validasi model menggunakan

uji R

2

menunjukkan bahwa

model Gaussian line source ini dapat digunakan untuk

menentukan konsentrasi polutan CO di pintu masuk tol

Dupak 3, Surabaya.

c. Dari hasil visualisasi, didapat bahwa konsentrasi CO

maksimum pada siang hari terbesar pada bulan Maret

yakni 2622 µg/m

3

_{dan terkecil pada bulan Januari yaitu}

2268 µg/m

3

_{. Sedangkan konsentrasi CO maksimum pada}

malam hari terbesar pada bulan Maret yakni 5167 µg/m

3

dan terkecil pada bulan Januari 4846 µg/m

3

_{. Arah angin}

selama bulan Januari sampai dengan Maret 2011

dominan dari Barat ke Timur.

1. Penelitian lebih lanjut di pintu masuk tol yang lain,

selain Dupak 3, dan juga tidak hanya untuk dispersi

polutan CO pada level ground downwind.

2. Selain itu, agar dilakukan simulasi untuk bulan –

bulan selain Januari, Februari dan Maret, juga untuk

arah angin yang tidak tegak lurus dengan jalan raya.

3. Rekomendasi kepada PT. Jasa Marga (Persero), Tbk.

Cabang Surabaya Gempol diharapkan menyediakan

ruang udara terbuka yang cukup di sekitar pintu

masuk tol agar bahaya yang ditimbulkan dari polutan

CO yang teremisi dari sumber emisinya dapat

diminimalkan.

• Alina (2010), Statistical Models for Test Equating, Scaling and Linking, Springer

• Atkinson, R., Bremner, S., Anderson, H., Strachan, D., Bland, J.M., (1999), “Short- term Association between Emergency Hospital Admissions for Respiratory and Cardiovascular Disease and Outdoor Air Pollution in London”, Arch Environ health 54(6): 399-411

• Atmakusumah, Maskun, I., Djajanto, W.(1996), Mengangkat Masalah Lingkungan

• Ke Media Massa, Yayasan Obor Indonesia

• Bardeschi, A., Colluci A., Gianelle, V., Gnagnetti, M., Tamponi, M., Tebaldi, G. (1991) Analysis of the impact on air quality of motor vehicle traffic in the Milan urban area. Atmospheric Environment, Vol. 25B No. 3, hal. 415 – 428.

• Chamida. (2004), Strategi Pengendalian Pencemaran Udara Berupa Kebijakan Berdasarkan Pemanfaatan Model Matematika

Dispersi Pencemar Udara (PM₁₀) di Kota Surabaya, Tesis Magister, Jurusan Teknik Lingkungan, Institut Teknologi Sepuluh

Nopember Surabaya, Surabaya.

• Costabile, F., Allegrini, I. (2008) A new approach to link transport emission and air quality: An intelligent transport system based on the control of traffic air pollution. Environmental Modelling and Software, Vol.23, hal. 258 – 267.

• Dewi, R. (2005), Penerapan Gaussian Line Source Model Dalam Perumusan Strategi Pengelolaan Pencemar Gas CO Dari

Aktifitas Transportasi Di Sepanjang Jalan Akhmad Yani Kota Surabaya, Tesis Magister, Jurusan Teknik Lingkungan, Institut

Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya, Surabaya.

• Fardiaz, Srikandi (1992), Polusi Air dan Udara. Kanisius, Yogyakarta

• Hassan Hasnah, Singh,M.P., Gribben, R.J., Srivastava, L.M., Radojevic, M., Latif Azahar (2000),”Application of a line source air quality model to the study of traffic carbon monoxide in Brunei Darussalam”. ASEAN Journal on Science and Technology for

Development, Vol. 17 No 1.

• Hewitt, C.N. dan Jackson, A.V., (2003), Handbook of atmospheric science: principles and applications, Wiley - Blackwell, Inc., New York.

• Sathitkunarat, S., Satayopas, B. (2003). “Effect of Traffic on Carbon Monoxide Concentration in Chiang Mai Urban Area”.

Proceedings of the 2nd Regional Conference on Energy Technology Towards a Clean Environment, Phuket, Thailand

• Setyorini, Titin (2003), Faktor Penentu Indeks Standar Pencemar Udara (ISPU) Area Transportasi Dengan Indikator CO, Tesis, Jurusan Teknik Lingkungan, ITS, Surabaya.

• Singh, M.P.(1997). Lecture notes delivered in the Workshop on Air Pollution Modelling conducted at the University of Brunei Darussalam, Brunei Darussalam.

• Soedomo, Moestikahadi, (2001), Pencemaran Udara. ITB, Bandung

• Soenarmo, S, H., (1999), Diktat Kuliah Meteorologi Pencemaran Udara, Penerbit ITB, Bandung

• Sutini, (2009), Simulasi Model Matematika Dari Dispersi Pencemaran SO₂Di Kawasan Industri PT. Semen Gresik, Tesis, Jurusan Matematika, ITS, Surabaya.

• Wark, K., Warner, C.,(1976), Air Pollution. Harper & Row. Publishers, New York.

• Widodo, Basuki (2010). MSc in Computational Fluid Dynamics Atmospheric Dispersion. Lecture handouts, Jurusan

Matematika, Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya, Surabaya.