TESIS – RG 092999
STUDI PENURUNAN TANAH (LAND SUBSIDENCE) DENGAN PENGUKURAN GLOBAL POSITION SYSTEM (GPS) DAN VLF-EM DI DAERAH LUMPUR SIDOARJO
JUAN PANDU GYA NUR ROCHMAN 3512 201 005
DOSEN PEMBIMBING
Dr. Ing. Teguh Hariyanto, M.Sc Dr.A.Syaeful Bahri, S.Si, MT Ira Mutiara A. ST, M.Phil, PhD
PROGRAM MAGISTER
BIDANG KEAHLIAN MANAJEMEN SURVEY DAN PEMETAAN JURUSAN TEKNIK GEOMATIKA
FAKULTAS TEKNIK SIPIL DAN PERENCANAAN INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA
2014
THESIS – RG 092999
STUDYING LAND SUBSIDENCE USING GPS AND VLF-EM METHODS IN LUSI MUD VOLCANO
JUAN PANDU GYA NUR ROCHMAN 3512 201 005
SUPERVISORS
Dr. Ing. Teguh Hariyanto, M.Sc Dr.A.Syaeful Bahri, S.Si, MT Ira Mutiara A. ST, M.Phil, PhD
MASTER PROGRAM
SURVEYING AND MAPPING MANAGEMENT EXPERTISE DEPARTMENT OF GEOMATICS ENGINEERING
THE FACULTY OF CIVIL AND PLANNING
SEPULUH NOPEMBER INSTITUTE OF TECHNOLOGY SURABAYA
2014
KATA PENGANTAR
Segala puji bagi Allah SWT, yang selalu melimpahkan Rahmat dan PetunjukNYA sehingga Tesis berjudul “STUDI PENURUNAN TANAH (LAND SUBSIDENCE) DENGAN PENGUKURAN GLOBAL POSITION SYSTEM (GPS) DAN VLF-EM DI DAERAH LUMPUR SIDOARJO” dapat selesai dengan baik dan tepat waktu.
Selesainya tesis ini tidak lepas dari bantuan dan dukungan berbagai pihak, karena itu penulis sampaikan terimakasih kepada pihak-pihak yang telah banyak membantu selesainya tesis ini, terutama kepada :
1. Kedua Orang Tua (Ibu & Ayah), Keempat adik-adik dan Keluarga besar yang selalu mendukung dengan doa ataupun support yang lain sehingga penyusun dapat menyelesaikan Tugas akhir ini dengan baik.
2. Direktur Jendral Perguruan Tinggi (DIKTI) atas pemberian beasiswa Unggulan kepada penulis.
3. Dr-Ing. Ir. Teguh Hariyanto, M.Sc selaku Pembimbing I dan Koordinator Magister Teknik Geomatika atas kesempatan, bimbingan, dukungan dan bantuan yang telah diberikan hingga tesis ini dapat terselesaikan.
4. Dr. A. Syaeful Bahri, S.Si MT, selaku pembimbing II yang dengan sabar membantu dan memberi diskusi sehingga Thesis ini dapat terselesaikan dengan baik.
5. Ira Mutiara A. ST, M.Phil, PhD selaku pembimbing III atas segala masukan dan sarannya.
6. Prof.Dr. Ir. Bangun MS DEA DESS dan M. Nur Cahyadi, D.Sc selaku penguji atas saran dan masukannya.
7. Seluruh Bapak dan Ibu dosen dan karyawan Teknik Geomatika ITS, yang telah memberikan ilmu dan bimbingannya.
8. Teman-teman S2 Teknik Geomatika atas persahabatan dan persaudaraannya.
10. Teman – teman laboratorium Geofisika ITS atas bantuan pengambilan data.
Penulis menyadari bahwa laporan ini jauh dari sempurna. Untuk itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun dari semua pihak demi perbaikan di masa mendatang. Semoga Tesis ini bermanfaat bagi pembaca dan teman-teman Jurusan Teknik Geomatika ITS.
Surabaya, Juli 2014
Penulis
STUDI PENURUNAN TANAH (LAND SUBSIDENCE) DENGAN PENGUKURAN GLOBAL POSITION SYSTEM (GPS) DAN
VLF-EM DI DAERAH LUMPUR SIDOARJO
Nama Mahasiswa : Juan Pandu G.N.R
NRP : 3512201005
Pembimbing : Dr. Ing. Teguh Hariyanto, M.Sc Dr.A.Syaeful Bahri, S.Si, MT Ira Mutiara A. ST, M.Phil, PhD ABSTRAK
Semburan lumpur yang terjadi sejak 29 Mei 2006 sudah sampai umur 8 tahun sampai sekarang (2014) di daerah Porong Sidoarjo masih menunjukkan semburan dan dinamika yang menarik. Fenomena yang dikenal dengan nama “LUSI” mud volcano tersebut telah menutupi area seluas lebih dari 6.5 km dan telah menelantarkan lebih dari 30.000 orang. Fenomena semburan lumpur yang terus terjadi ini mengakibatkan ketidakstabilan sistem di dearah tersebut, mengingat efek dari muatan lumpur, runtuhnya over burden karena penghilangan permukaan tanah akibat semburan, pembuatan tanggul, terjadi retakan pada dinding rumah, jalan, rel kereta api bengkok memungkinkan besar terjadi ground diplacement dan land subsidence.
Dalam thesis ini dilakukan pengukuran land subsidence dengan metode GPS. Pada prinsipnya pemanfaatan metode GPS adalah pada perubahan posisi dari titik pantau yang ada pada suatu kawasan tersebut. Pemantauan dilakukan dengan melakukukan pengukuran posisi titik pantau menggunakan GPS tipe geodetik pada waktu (kala) yang berbeda. Perbedaan posisi titik pantau yang sama pada waktu pengukuran yang berbeda menunjukkan adanya pergerakan tanah.
Untuk itu dalam thesis ini dilakukan pengukuran GPS selang waktu untuk mengetahui perkembangan land subsidence di daerah sekitar Porong Sidoarjo.
Selain pengukuran GPS dilakukan pengukuran VLF-EM untuk mengetahui struktur bawah permukaan tanah. Dengan informasi dari data VLF-EM ini dapat diketahui perkembangan struktrur bawah permukaan daerah porong dan korelasinya terhadap pergerakan tanah di daerah sekitar lumpur lapindo.
Dari 19 titik pengukuran GPS daerah Lusi mud volcano mengalami subsidence (penurunan) dan uplift (pengangkatan). Pengukuran GPS pada bulan April-Maret 2014 didapatkan nilai perubahan tinggi antara -0.952 m (BT01) sampai 0.367 m (DG11). Tingkat perubahan tinggi di daerah Porong pada bulan April - Maret didapatkan -0-.028 m/bulan sampai 0.010 m/bulan dengan penurunan tinggi mengarah ke Barat Daya . Sedangkan perubahan tinggi pada bulan Mei-April 2014 antara -0.996 m (DGIJK) sampai 0.255 m (DG09). Tingkat perubahan tinggi di daerah Porong pada bulan April didapatkan -0-.026 m/bulan sampai 0.059 m/bulan dengan penurunan tinggi mengarah ke barat. Hasil pengukuran 7 lintasan VLF-EM didapatkan nilai resitivitas 2D bawah permukaan tanah yang bervariasi. Nilai resitivitas <30Ωm menunjukkan daerah yang tergenang air dari buble sedangkan nilai resitivitas >30Ωm merupakan daerah rekahan dan patahan.
Kata kunci: Lumpur Sidoarjo, Land subsidence, Pengukuran GPS, VLF-EM
STUDYING LANDSUBSIDENCE USING GPS AND VLF-EM METHODS IN LUSI MUD VOLCANO
Student Name : Juan Pandu G.N.R
NRP : 3512201005
Supervisors : Dr. Ing. Teguh Hariyanto, M.Sc Dr.A.Syaeful Bahri, S.Si, MT Ira Mutiara A. ST, M.Phil, PhD ABSTRACT
Mud volcano that occurred in Porong Sidoarjo since May 29, 2006 until now (2014) has reached the age of 8 years old which has been showing bursts and interesting dynamics. The phenomenon known as “LUSI” mud volcano has covered more than 6.5 km area and has displaced more than 30,000 people.
Mudflow phenomenon that still occurred until now results instability systems, such as cracks in the walls of houses, roads, crooked railroads that allow ground displacement and land subsidence.
In this thesis proposed land subsidence measurement with GPS method. In principle, the use of the GPS method is on the changing position from monitoring position that existed in the area. Monitoring is done by measuring the position of monitoring points using GPS geodetic at a different time. Different position of the same monitoring point at different measuring times indicates there is the movement of the ground. Because of that in this thesis was carried out the GPS measurement to determine the development of land subsidence in the area around Porong Sidoarjo. Besides GPS measurement, VLF-EM measurement is carried out to determine the subsurface structure. With the information from the VLF-EM data can be known subsurface structure development in Porong area and its correlation to the movement of the ground in the area around the lapindo mud.
From GPS measurements in April-March 2014 obtained a change of high level (subsidence and uplift) between -0.952 m to 0.367 m. High level change in the area of Porong in April-March 2014 obtained -0.028 m/month up to 0.010
May-April 2014 is between -0.996 m to 0.255 m. high level change in the Porong area in April 2014 obtained -0.026 m/month up to 0.059 m/month with a decreasing high towards to soouthwest. The results of 5 lines of VLF-EM obtained the value of 2D resistivity of subsurface that is varying. Resistivity values < 30 Ωm shows flooded area of the bubble, while resistivity value > 30 Ωm is a fractures and faults area.
Key word: LUSI mud volcano, Land subsidence, GPS, VLF-EM
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ... i
HALAMAN PENGESAHAN ... v
ABSTRAK ... vii
KATA PENGANTAR ... xi
DAFTAR ISI ... xiii
DAFTAR GAMBAR ... xv
DAFTAR TABEL ... xix
DAFTAR LAMPIRAN ... xxi
BAB 1 PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ... 1
1.2 Perumusan Masalah ... 4
1.3 Tujuan Penelitian ... 4
1.4 Manfaat Penelitian ... 4
1.4 Batasan Masalah ... 4
BAB 2 KAJIAN PUSTAKA DAN DASAR TEORI 2.1 Kondisi Umum Daerah Penelitian ... 7
2.1.1 Struktur Geologi ... 7
2.2 Penurunan Tanah (Land Subsidince) ... 8
2.3 Pengamatan dengan GPS ... 10
2.4 Kesalahan dan Bis ... 11
2.4.1 Kelasahan Emphemiris ... 11
2.4.2 Bias Ionosfer ... 12
2.4.3 Bias Troposfer ... 12
2.5 Penentuan Posisi dengan GPS ... 12
2.6 Penentuan Tinggi dengan GPS ... 15
2.7 Perhitungan Land Subsidence dari data GPS ... 17
2.8 Uji T-Student ... 17
2.9 Pengukuram dengan VLF-EM ... 18
2.10 Penelitian terdahulu ... 19
BAB 3 METODA PENELITIAN 3.1 Lokasi Penelitian ... 25
3.2 Alat dan Data... 26
3.3 Metodologi Penelitian ... 27
BAB IV ANALISA HASIL 4.1 Hasil Pengukuran data GPS ... 31
4.1.1 Uji t -Student ... 35
4.2 Hasil Pengukuran data VLF-EM ... 36
4.1.1 Pengukuran data VLF-EM ... 36
4.2.2 Pengolahan data VLF-EM ... 36
4.3 Korelasi Nilai Penurunan Tanah dengan Pengukuran VLF-EM... 51
BAB V KESIMPULAN 5.1 Kesimpulan ... 57
5.2 Saran ... 58
DAFTAR PUSTAKA ... 59 LAMPIRAN ...
BIOGRAFI PENULIS ...
DAFTAR GAMBAR
Gambar1.1Gambar Lokasi LUSI mud volcano berada pada kelurusan
patahan watu kosek ... 1
Gambar1.2 Gambar Kondisi LUSI mud volcano sampai Agustus 2013 ... 2
Gambar2.1 PetaGeologi dan persebaran mud volcano di Jawa Timur dan Jawa Tengah. Titik – titik merah merupakan lokasi mud volcano Ukuran foto udara ... 8
Gambar2.2 Prinsip dasar penentuan posisi dengan GPS(pendekatan vektor) .. 13
Gambar2.3 Prinsip dasar penetuan posisi dengan GPS ... 14
Gambar2.4 Tinggi ellipsoid dan tinggi orthometrik ... 15
Gambar2.5 Penentuan tinggi secara diferensial ... 16
Gambar2.6 Distribusi Medan Elektromagnetik untuk metode VLF-EM dalam polarisasi listrik dengan sinyal yang mengenai sebuah dike konduktif vertik ... 19
Gambar3.1 Lokasi penelitian ... 23
Gambar3.2 Peralatan GPS Geodetik Topcon Hiper Pro Dual Frequency...24
Gambar3.3 Peralatan VLF-EM Envi Scientrex...24
Gambar3.4 Diagram alir pengolahan data...28
Gambar4.1 Sebaran titik pengukuran GPS...29
Gambar4.2 Standar Deviasi masing titik kala 1- 3...31
Gambar4.3 Penurunan Tanah di titik –titik pantau GPS...33
Gambar4.4 Hasil Pengukuran Lapangan Lintasan 1 data VLF-EM komponen inpahse dan quadrature . Data inphase memiliki frekuensi tinggi...35
Gambar4.5 Data pengukuran VLF-EM lapangan komponen inphase dan quadrature dan IMF Hasil dekomposisi dari filter MEMD...36 Gambar4.6 Hasil inversi dari filter MEMD: (a) Perbandingan antara hasil
filter dari data pengukuran lapangan (bintang) dan hasil
inversi (garis) dan (b) Penampang Resistivitas 2D hasil inversi menggunakan Inv2DVLF dengan inisial resitivitas 50 Ωm
lintasan...37 Gambar 4.7 Hasil Pengukuran lapangan lintasan 2a data VLF-EM komponen
inphase dan quadrature . Data inphase memiliki frekuensi
tinggi...38 Gambar 4.8 Data pengukuran VLF-EM lapangan komponen inphase dan
quadrature dan IMF Hasil dekomposisi dari filter MEMD ...39 Gambar 4.9 Penampang Resistivitas 2D hasil inversi menggunakan
Inv2DVLF dengan inisial resitivitas 50 Ωm lintasan 2a...40 Gambar 4.10 Hasil Pengukuran lapangan lintasan 2b data VLF-EM komponen
inphase dan quadrature . Data inphase memiliki frekuensi
tinggi...41 Gambar 4.11 Data pengukuran VLF-EM lapangan komponen inphase dan
quadrature dan IMF Hasil dekomposisi dari filter MEMD ...41 Gambar 4.12 Penampang Resistivitas 2D hasil inversi menggunakan
Inv2DVLF dengan inisial resitivitas 50 Ωm lintasan 2a...42 Gambar 4.13 Hasil Pengukuran lapangan lintasan 3 data VLF-EM komponen
inphase dan quadrature . Data inphase memiliki frekuensi
tinggi...43 Gambar 4.14 Data pengukuran VLF-EM lapangan komponen inphase dan
quadrature dan IMF Hasil dekomposisi dari filter MEMD ...43 Gambar4.15 Penampang Resistivitas 2D hasil inversi menggunakan
Inv2DVLF dengan inisial resitivitas 50 Ωm lintasan 3...44 Gambar 4.16 Hasil Pengukuran lapangan lintasan 4 data VLF-EM komponen
inphase dan quadrature . Data inphase memiliki frekuensi
tinggi...45 Gambar 4.17 Data pengukuran VLF-EM lapangan komponen inphase dan
quadrature dan IMF Hasil dekomposisi dari filter MEMD ...45 Gambar 4.18 Penampang Resistivitas 2D hasil inversi menggunakan
Inv2DVLF dengan inisial resitivitas 50 Ωm lintasan 4...46 Gambar 4.19 Hasil Pengukuran lapangan lintasan 5 data VLF-EM komponen
inphase dan quadrature . Data inphase memiliki frekuensi
tinggi...47
Gambar4.20 Data pengukuran VLF-EM lapangan komponen inphase dan quadrature dan IMF Hasil dekomposisi dari filter MEMD ...47
Gambar4.21 Penampang Resistivitas 2D hasil inversi menggunakan Inv2DVLF dengan inisial resitivitas 50 Ωm lintasan 3...48
Gambar4.22 Kontur tingkat penurunan tanah dari turunan data GPS di Sekitar Lokasi mudvolcano bulan Maret-April...49
Gambar4.23 Kontur tingkat penurunan tanah dari turunan data GPS di Sekitar Lokasi mudvolcano bulan April-Mei...50
Gambar 4.24 Peta Anomali time lapse mikrograviti (Istiadi, 2009)...53
Gambar4.25 Peta Subsidence dan uplift menggunakan INSAR...51
Gambar4.26 Foto Lokasi Rel Kereta Pinggir Tanggul 13 Januari 2013...52
Gambar4.27 Peta Geologi di sekitar LUSI Mud volcano...53
Gambar4.28 Foto lokai pada lintasan 1 VLF...54
“Halaman ini sengaja dikosongkan”
DAFTAR TABEL
Tabel 4.1 Titik Pengukuran GPS ... 30 Tabel 4.2 Hasil Pengukuran di Titik – Titik GPS ... 30 Tabel 4.3 Beda Tinggi Pengukuran Titik – Titik GPS pada Kala 1 dan Kala 2 31 Tabel 4.4 Nilai Kecepatan Penurunan titik GPS Kala 1 dan kala 2 ... 32 Tabel 4.5 Hubungan beda tinggi, kecepatan dan nilai resistivitas VLF-EM ... 50
“Halaman ini sengaja dikosongkan”
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1 Hasil Pengukuran Data GPS...63 Lampiran 2 Dokumentasi Pengukuran Titik – Titik GPS...67 Lampiran 3 Hasil Pengukuran VLF-EM...71
“Halaman ini sengaja dikosongkan”
BAB 1
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Semburan lumpur yang terjadi sejak 29 Mei 2006 sudah sampai umur 8 tahun sampai sekarang (2014) di daerah Porong Sidoarjo masih menunjukkan semburan dan dinamika yang menarik karena daerah tersebut memiliki kondisi struktur geologi unik (Gambar 1.1). Fenomena yang dikenal dengan nama “LUSI”
mud volcano tersebut telah menutupi area seluas lebih dari 6.5 km dan telah menelantarkan lebih dari 30.000 orang (Cyranoski, 2007). Aktifitas semburan LUSI meningkat dari 5000 m3/hari sampai 120.000 m3/ hari pada Agustus 2006, dan berada pada puncak semburan pada Desember 2006 mencapai 180.000 m3/hari. Pada Juni 2007 volume semburan menurun menjadi 110.000 m3/hari (Mazzini dkk., 2007). Sedangkan pada April 2010 mengalami perubahan mendasar intensitas dari semburan mulai menurun. Perkiraan kecepatan semburan Agustus – September 2013 dari material di atas sangat berfluktuatif antara fase semburan tenang dan yang bergejolak desertai mud kick, kisarannya diperkirakan 15.000 – 45.000 m3/hari dengan rata – rata 30.000 m3/hari (Hardi Prasetyo, 2013).
Gambar 1. 1 Lokasi LUSI mud volcano berada pada kelurusan patahan watu
Penyebab semburan lumpur ini masih diperdebatkan oeh beberapa peneliti (Mazzini, dkk., 2007);(Davies, dkk., 2008);(Tingay, dkk., 2008);(Sawolo, dkk., 2009);(Sawolo, dkk., 2010);(Istadi, dkk., 2009). Secara umum (Hardi Prasetyo, 2013) telah mengelompokkan tiga kelompok besar yaitu : 1) Lusi sebagai fenomena geologi yang dipicu oleh gempa bumi Yogyakarta pada 27 Mei 2006, yang terjadi dua hari sebelum semburan. Diikuti oleh reaktifasi Patahan Watukosek selanjutnya terjadi fluidasasi dari sumber lumpur di Formasi Kalibeng (Mazzini dkk., 2007) ; 2) Lusi sebagai ledakan bawah permukaan (underground blowout) (Davies dkk., 2008), dipicu kesalahan pada pelaksanaan pemboran dari sumur eksplirasi Banjar Panji-1; 3) Gabungan dari kedua teori tersebut. Namun saat ini, berdasarkan fakta faktual dari postur dan perilaku semburan, luapan dan morfologi serta pengendalian mekanismenya. Umumnya telah diterima dikalangan ahli kebumian dan publik secara universal, bahwa LUSI merupakan suatu mud volcano aktif (active mud vulcano), dimana perkembangannya mengikuti kaidah dari suatu mud volcannism ( Prasetya Hardi, 2013).
Gambar 1. 2 Gambar Kondisi LUSI mud volcano sampai Agustus 2013 (Prasetya Hardi, 2013)
Fenomena semburan lumpur yang terus terjadi ini mengakibatkan ketidak stabilan sistem di dearah tersebut dan mengalami ground displacemet. Menurut Abidin (2008) daerah tersebut mengalami uplift dan subsidence sebesar 0.5- 2cm/hari dan 0.1-4cm/hari. Monitoring Perkembangan Lusi seterusnya dilakukan Andreas (2009) didapatkan tingkat horizontal dan vertikal displacment/
subsidence 0.1 dan 4cm/hari; dan Andreas (2010) , ground dicplacement yang terjadi disana mengalami penurunan secara eksponensial sekitar 2-4 cm/hari.
Dalam penilitian ini difokuskan pada monitoring ground displacement arah vertikal atau yang dikenal land subsidence . Penelitian tentang land subsidence di dengan GPS yang sudah terbukti efektif memantau tingkat subsidence di bebarapa suatu daerah (Abidin dkk., 2001; Abidin, Andreas, dkk., 2008; Abidin dkk., 2013; Abidin, H. Z. dkk., 2009); (Abidin, H. Z. dkk., 2010).
Monitoring di sekitar lusi sudah banyak dilakukan dengan menggunakan GPS (Abidin dkk., 2008) (Andreas dkk, 2010,2011); SAR interferometry (Fukushima dkk., 2009) Geologi dan Geofisika (Sumintadirejo, dkk, 2007). Pada prinsipnya pemanfaatan metode GPS adalah pada perubahan posisi dari titik pantau yang ada pada suatu kawasan tersebut. Pemantauan dilakukan dengan melakukan pengukuran posisi titik pantau menggunakan GPS tipe geodetik pada waktu (kala) yang berbeda. Perbedaan posisi titik pantau yang sama pada waktu pengukuran yang berbeda menunjukkan adanya pergerakan permukaan tanah.
Selain kondisi pergerakan permukaan tanah, Informasi mengenai kondisi bawah permukaan tanah juga perlu dilakukan dalam penelitian ini karena letak LUSI mud volcano berada pada struktur kelurusan patahan watukosek (Istadi dkk., 2009). Metode Very Low Frequency Electromagnetic (VLF-EM) merupakan metode geofisika yang cukup murah dan efektif untuk memetakan struktur bawah permukaan tanah dangkal (Ming-Juin Lin and Yih Jeng, 2010; Monteiro Santos dkk., 2006; Yih Jeng dkk., 2012). Metode ini memanfaatkan sinyal dengan rentang frekuensi 15-30 kHz yang dipancarkan gelombang radio militer. Untuk itu dalam thesis ini dilakukan pengukuran GPS selang waktu untuk mengetahui perkembangan land subsidence dan pengukuran VLF-EM untuk mengatahui kondisi bawah permukaan di daerah sekitar Porong Sidoarjo.
1.2 Perumusan Masalah
Dari uraian di atas, permasalahan yang muncul adalah :
1. Bagaimana memahami metode GPS untuk memantau pergerakan tanah (land subsidence ) di daerah sekitar mud volcano Porong .
2. Bagaimana memetakan struktur bawah permukaan dengan metode VLF-EM di daerah mud volcano di daerah sekitar mud volcano Porong .
3. Bagaimana hubungan antara kondisi pergerakan tanah (land subsidence ) dan kondisi bawah permukaan di daerah mud volcano Porong Sidoarjo.
1.3 Tujuan Penelitian
Tujuan dalam penelitian ini adalah :
1. Memetakan perkembangan land subsidence di daerah LUSI Porong Sidoarjo selama 8 tahun terakhir ini dengan menggunakan GPS.
2. Memetakan struktur bawah permukaan dengan VLF-EM di daerah LUSI Porong Sidoarjo.
3. Mengetahui hubungan kondisi perkembangan pergerakan tanah (land subsidence ) dengan kondisi bawah permukaan tanah.
1.4 Manfaat Penelitian
Adapun manfaat penelitian ini yaitu :
1 Mengetahui perkembangan land subsidence dan kondisi struktur bawah permukaan di daerah Porong Sidoarjo selama 8 tahun.
2 Memberikan rekomendasi kepada pihak terkait dalam menyusun rencana penanganan lumpur di daerah Porong Sidoarjo setelah 8 tahun semburan lumpur.
1.5 Batasan Masalah
Penelitian ini di batasi dengan :
1. Penelitian ini dilakukan di daerah sekitar mud volcano Porong Sidoarjo dengan radius kurang lebih 5 km dari pusat semburan.
2. Pengukuran koordinat dilakukan dengan GPS Geodetik dengan metode statik diferensial.
3. Pengolahan data GPS dilakukan dengan software Topcon Tools.
4. Pengolahan VLF-EM menggunakan filter Multivariate Empirical Mode Decomposition (M-EMD) dan inversi data dengan software Inv2DVLF.
“Halaman ini sengaja dikosongkan”
BAB 2
KAJIAN PUSTAKA DAN DASAR TEORI
2.1 Kondisi Umum Daerah Penelitian
Sidoarjo merupakan Ibu kota kabupaten yang terletak di dataran rendah Daerah Aliran Sungai (DAS) Brantas yang terdapat dua Cabang sungai utama yaitu Kali Porong dan Kali Surabaya. Kota ini merupakan daerah Delta dari aliran aliran sungai Brantas, sehingga terkenal dengan sebutan Kota delta. Kabupaten ini berbatasan dengan Kabupaten Surabaya dan Gresik di bagian Utara, Sebelah Selatan Kabupaten Pasuruan, Sebelah Barat Kabupaten Mojokerto dan Sebelah timur Selat Madura (“On East Java - Sidoarjo”, 2009)
2.1.1 Strukur Geologi
Sidoarjo terletak di Cekungan Jawa Timur pada batas tenggara paparan Sunda dimana batuan dasar Mesozoic dan melange ditemukan (Ikatan Ahli Geologi Indonesia, 2006). Cekungan Jawa timur merupakan cekungan inverted extensional (Stephen J. Matthews, 1995), di dalam (Davies, dkk., 2007). Di bagaian bawah jawa terdapat serangkaian graben dari arah timur ke barat yang dipenuhi dengan marine mud (lumpur laut) dan karbonat. Cekungan jawa memiliki geologi yang aktif sejak zaman Paleogen. Cekungan mulai mengalami over-preasure selama periode Oligo-Miocene (Osborne dan Swarbrick, 1997), dalam (Davies, dkk., 2007). Beberapa sedimen ini berubah menjadi mud volcano, yang telah diamati di Sangiran dome dan Bleduk kuwu dekat Purwodadi 200 km dari Sidoarjo
Beberepa struktur utama yang mendominasi bagian utara Basin Jawa Timur (Guntoro, 2007) di dalam (Rifai, dkk., 2009) adalah pola struktur arah Timur Laut- Barat Daya dan dikoontrol oleh patahan batuan dasar, Barat-Timur (patahan strike-slipe) dan lipatan dengan arah Barat-Timur dikenal dengan Lipatan kendeng.
Di sekitar mud volcano Porong Sidoarjo, terdapat kelurusan yang dapat diidentidikasi sampai di Madura. Itu memisahkan dua sistem pelipatan. Seperti yang dijelaskan (Guntoro, 2007) dan Kadar dkk (2006) didalam (Rifai, dkk., 2009), di lingkungan Porong diidentifikasikan merupakan patahan watukosek.
Mud volcano memiliki kesamaan bentuk dan arah antara patahan dan mud volcano yang menunjukkan hubungan keduanya (Guntoro, 2007); Kadar dkk, 2006) di dalam (Rifai dkk., 2009).Beberapa mud volcano yang terletak segaris dengan Porong mud volcano adalah Pulungan mud volcano, Gunung Anyar mud volcano dan Bujeltasek di Pulau Madura (Kadar dkk, 2006) di dalam (Rifai dkk., 2009) (Gambar 2.1)
Gambar 2. 1 Peta Geologi dan persebaran mud volcano di Jawa Timur dan Jawa Tengah.
Titik – titi merah merupakan lokasi mud volcano. (Peta dimodifikasi oleh (Istiadi dkk., 2009) dari (Gafoer dam Ratman, 1998)
2.2 Penurunan Tanah (Land subsidence )
Di dalam dinamika bumi, permukaan tanah akan selalu mengalami deformasi dengan berbagai macam faktor penyebab. Perubahan Permukaan tanah dapat diketahui dengan melakukan pengukuran ketinggian pada titik – titik kontrol yang dapat dilakukan secara periodik maupun kontinyu.
Deformasi merupakan perubahan bentuk, posisi dan dimensi dari suatu materi, atau sebagai perubahan kedudukan (pergerakan) suatu materi baik secara absolut (ditinjau dari perilaku materi itu sendiri maupun relatif perilaku ditinjau dari materi lain) dalam suatu kerangka referensi tertentu akibat suatu gaya yang bekerja terhadap materi tersebut (Kuang, 1996). Deformasi vertikal dapat menyebabkan naiknya permukaan tanah (uplift) atau turunnya permukaan tanah (subsidence). Uplift terjadi sebagai akibat pengaruh gaya dari dalam bumi atau gaya reaksi akibat adanya beban yang berpengaruh pada daerah sekitarnya.
Subsidence merupakan perubahan struktur permukaan bumi yang disebabkan secara alami ataupun olah manusia sehingga menyebabkan perubahan strukturnya (Stingelin dkk., 1975). Menurut Sulasdi (2000) di dalam (Leonard, 2000).
Penurunan tanah (land subsidence ) atau disebut juga deformasi vertikal adalah perubahan konfigurasi permukaan tanah ke arah vertikal, dimana arah vertikal ditentukan dari datum vertikal atau disebut juga bidang referensi tinggi.
Penurunan muka tanah (land subsidence ) merupakan suatu permasalahan geologi teknik yang sangat dipengaruhi oleh sifat fisik keteknikan lapisan batuan/tanah penyusunnya. Penurunan tanah dapat diakibatkan oleh bertambahnya beban atau berkurangnya tekanan hidraulik pada lapisan tanah. Penambahan beban dapat terjadi akibat beban bangunan diatasnya maupun beban tanah itu sendiri atau hilangnya bouyansi tanah akibat hilangnya air dalam ruang antar pori sehingga tekanan efektif menjadi bertambah. Sedangkan berkurangnya tekanan hidraulik dapat diakibatkan oleh hilangnya kompresibilitas tinggi, penambahan beban bagian atasnya dapat menyebabkan air dalam pori akan terperas keluar dan menyebabkan terjadinya konsolidasi yang menerus menyebabkan terjadinya penurunan tanah (Sophian, 2010).
Dari penelitian yang dilakukan oleh (Andreas, dkk., 2010) disebutkan bahwa penurunan tanah di sekitar lumpur Sidoarjo diakibatkan oleh: 1. Beban lumpur yang ada di atasnya; 2. Naiknya lumpur yang ada dibawah permukaan; 3. Lahan pemukiman yang ada diatasnya karena adanya pekerjaan permukaan; seperti pembuatan tanggul.
2.3 Pengamatan dengan GPS
Pada pengamatan GPS, beberapa titik yang ditempatkan pada beberapa lokasi yang dipilih, secara periodik ditentukan koordinatnya secara teliti dengan menggunakan metode GPS. Sebagai referensi digunakan titik ikat yang berada di lokasi stabil di luar wilayah pemantauan atau dapat juga di dalam wilayah yang mengalami penurunan asalkan titik tersebut dimonumentasi sampai di lapisan tanah keras (bed rock). Dengan mempelajari pola perubahan tinggi dari titik-titik tersebut, maka karakteristik penurunan tanah dapat diketahui dan dipelajari lebih lanjut. Studi penurunan tanah dengan metode GPS, mempunyai beberapa keunggulan dan keuntungan (Abidin 2006), yaitu antara lain:
1. GPS memberikan nilai penurunan tanah dalam suatu sistem koordinat referensi yang tunggal, sehingga dapat digunakan untuk memantau fenomena penurunan tanah di suatu wilayah yang relatif luas secara efektif dan efisien.
2. GPS dapat memberikan komponen beda tinggi ellipsoid dengan tingkat presisi sampai beberapa mm, dengan konsistensi yang tinggi baik secara spasial maupun temporal. Dengan tingkat presisi yang tinggi dan konsistensi ini maka fenomena penurunan tanah yang kecil sekalipun akan terdeteksi dengan baik.
Pengamatan yang digunakan dalam penentuan posisi antara lain menggunakan pseudorange dan carrier phase. Pseudorange merupakan jarak antara satelit dengan receiver pada epok tertentu yang didapatkan dari penerimaan sinyal dari satelit GPS. Persamaan pada data pengamatan GPS melalui jarak semu (pseudorange) dan jarak fase (phase range) (Abidin, H. Z., 2006) :
( ) ...(2.1) ( ) ...(2.2)
Dimana:
Pi : pseudorange pada frekuensi fi (m), (i=1,2) Li : jarak fase pada frekuensi fi (m), (i=1,2)
p : jarak geometris antara pengamat dengan satelit (m) c : kecepata cahaya dalam vakum (m/s)
𝝀 : panjang gelombang (m)
dρ : kesalahan jarak yang diakibatkan kesalahan orbit dtrop : bias yang disebabkan oleh refraksi troposfer (m) dion : bias yang disebabkan oleh refraksi ionosfer (m) dt,dT : kesalahan pada jam receiver dan jam satelit (m) M Pi, MCi : efek multipath pada hasil pengamatan Pi dan Li (m)
N1,N2 : ambiguitas fase dari sinyal L1 dan L2 (dalam jumlah gelombang) , : gangguan (noise) dalam hasil pengamatan Pi dan Li (m)
2.4 Kesalahan dan Bias
Pada saat pengambilan data menggunakan GPS, sinyal satelit yang sampai ke bumi akan dipengaruhi oleh beberapa kesalahan dan bias.
Kesalahan dan bias pada dasarnya dapat dikelompokkan menjadi:
1. Satelit, seperti kesalahan ephemeris, jam satelit, dan selective availability (SA)
2. Medium propagansi, seperti bias ionosfer dan bias troposfer
3. Receiver GPS, seperti kesalahan jam receiver, kesalahan yang terkait dengan antena, dan noise
4. Data pengamatan, ambiguitas fase dan cycle slips
5. Lingkungan sekitar GPS receiver seperti multipath dan imaging 2.4.1 Kesalahan Emphemiris
Kesalahan Ephemeris (orbit) adalah kesalahan dimana orbit satelit yang dilaporkan oleh ephemeris satelit tidak sama dengan orbit satelit yang sebenarnya. Dengan kata lain, posisi satelit yang dilaporkan tidak sama dengan posisi yang sebenarnya.
Cara untuk mereduksi efek dari kesalahan orbit dengan menerapkan metode differential positioning, memperendek panjang baseline, memperkeceil interval waktu pengamatan, menetukan parameter kesalahan dalam proses estimasi, dan dengan menggunakan precise ephemeris atau rapid ephemiris (Abidin, 2006)
2.4.2 Bias Ionosfer
Bias ionosfer terjadi akibat adanya konsentrasi ion – ion bebas (elektron) yang terdapat lapisan ionosfer yang menghambat propagasi sinyal GPS. Efek ionosfer ini berpengaruh terhadap kecepatan, arah, polarisasi, dan kekuatan sinyal, dimana akan mempengaruhi jarak ukuran yang diperoleh. Cara mereduksi efek bias ionosfer adalah menggunakan data GPS dual frekuensi (L1 dan L2), melakukan differencing hasil pengamatan, memperpendek panjang baseline, melakukan pengamatan pagi atau malam hari, menggunakan model Bent dan Klobuchar, dan menggunakan parameter koreksi yang dikirim oleh sistem Wide Area Differential GPS (WADGPS) (Abidin, 2006).
2.4.3 Bias Troposfer
Troposfer adalah lapisan atmosfer yang paling (0-16 km) dengan tebal laisan bervariai tergantung waktu dan tempat. Refraksi sinyal yang terjadi di lapisan ini mengakibatkan bias troposfer. Akibat dari bias troposfer ini memperlambat dan merubah laju psedurange dan fase, sehingga akan berpengaruh terhadap ketelitian dan hasil ukuran jarak. Untuk memodelkan bias troposfer bisa menggunakan metode Goad dan Goodman (1974) yang telah dimodifikasi model Hopfield dengan mengasumsikan bahwa suhu menurun secara linear dengan meningkatnya ketinggian di troposfer, tetapi itu tetap konstan di stratosfer (dua lapisan atmosfer).
2.5 Penentuan Posisi dengan GPS
Pada dasarnya penentuan posisi dengan GPS adalah reseksi (pengikatan ke belakang dengan jarak, yaitu pengukuran jarak secara simultan ke beberapa satelit GPS yang koordinatnya telah diketahui. Secara vektor, prinsip dasar penentuan posisi dengan GPS diperlihatkan oleh Gambar 2.2 dibawah ini. Dalam hal ini, parameter yang akan ditentukan adalah vektor posisi geosentrik pengamat (R).
Untuk itu, karena vektor posisi geosentrik satelit GPS (r) telah diketahui, maka
yang perlu ditentukan adalah vektor posisi toposentris satelit terhadap pengamat (ρ).
Gambar 2.2 Prinsip dasar penentuan posisi dengan GPS (pendekatan vektor) (Abidin, 2006)
...(2.3) R= Jarak yang dicari r= Jarak yang diketahui
= Jarak yang diperlukan
Pada pengamatan dengan GPS, yang bisa diukur hanyalah jarak antara pengamat dengan satelit dan bukan vektor-nya. Oleh sebab itu, Persamaan 2.3 tidak dapat diterapkan. Untuk mengatasi hal ini, penentuan posisi pengamat dilakukan dengan melakukan pengamatan terhadap beberapa satelit sekaligus secara simultan, dan tidak hanya terdapat satu satelit, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.3
Perlu dicatat bahwa posisi yang diberikan oleh GPS adalah posisi tiga dimensi (X,Y,Z) yang dinyatakan dalam datum WGS (World Geodetic System) 1984. Dengan GPS, titik yang akan ditentukan posisinya dapat diam (static positioning) ataupun bergerak (kinematic positioning). Posisi titik
bumi dengan menggunakan metode absolute (point) positioning, ataupun titik yang telah diketahui koordinatnya (station reference) dengan menggunakan metode differential (relative) positioning yang menggunakan minimal dua receiver GPS.
Gambar 2.3 Prinsip dasar penetuan posisi dengan GPS (Abidin, 2006) Secara garis besar penentuan posisi dengan GPS ini dibagi menjadi dua metode yaitu metode absolute dan relative.
1. Metode absolute atau juga dikenal dengan point positioning, merupakan metode untuk menentukan posisi hanya berdasarkan pada satu pesawat penerima (receiver) saja dan tipe receiver yang digunakan untuk keperluan ini adalah tipe navigasi. Ketelitian posisi yang diperoleh sangat tergantung pada tingkat ketelitian data serta geometri satelit. Metode ini tidak digunakan untuk penentuan posisi yang teliti. Aplikasi utama metode ini adalah untuk keperluan navigasi atau aplikasi-aplikasi lain yang memerlukan informasi posisi yang tidak perlu terlalu teliti tetapi tersedia secara instan (real time), seperti untuk keperluan reconnaissance dan ground truthing.
2. Metode relative atau sering disebut differential positioning, merupakan metode untuk menentukan posisi dengan menggunakan lebih dari sebuah receiver. Satu GPS dipasang pada lokasi tertentu di muka bumi dan secara terus menerus menerima sinyal satelit dalam jangka waktu tertentu dijadikan sebagai referensi bagi yang lainnya.
Metode ini menghasilkan posisi berketelitian tinggi (umumnya kurang dari 1 mm) dan diaplikasikan untuk keperluan survei Geodesi ataupun pemetaan yang memerlukan ketelitian tinggi.
2.6 Penentuan Tinggi dengan GPS
Ketinggian titik yang diberikan oleh GPS adalah ketinggian titik diatas permukaan ellipsoid, yaitu ellipsoid WGS 84. Tinggi ellipsoid (h) tersebut tidak sama dengan tinggi orthometrik (H) yang umum digunakan untuk keperluan praktis sehari-hari yang biasanya diperoleh dari pengukuran sipat datar (levelling). Tinggi orthometrik suatu titik adalah titik tinggi tersebut diatas geoid diukur sepanjang garis gaya berat yang melalui titik tersebut, sedangkan tinggi ellipsoid suatu titik adalah tinggi titik tersebut di atas ellipsoid dihitung sepanjang garis normal ellipsoid yang melalui titik tersebut (Gambar 2.4) (Abidin, H. Z., 2006)
Gambar 2.4 Tinggi ellipsoid dan tinggi orthometrik (Hofmann-Wellenhof, dkk 2006)
H = h – N ...(2.4)
H = tinggi ortometrik (bereferensi ke geoid) N = tinggi (undulasi) geoid di atas ellipsoid h = tinggi ellipsoid (bereferensi ke ellipsoid)
Untuk mendapatkan hasil yang relatif teliti, transformasi tinggi GPS ke tinggi orthometrik umumnya dilakukan secara diferensial, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.5. Karena dh dapat ditentukan lebih teliti dibandingkan h, dan dN dapat ditentukan lebih teliti dibandingkan N, maka dapat diharapkan bahwa dH yang diperoleh pun akan lebih teliti.
Karena tingkat fleksibilitas operasionalnya yang tinggi serta tingkat
tinggi dengan GPS akan punya peran yang cukup besar di masa mendatang.
Beberapa contoh aplikasi yang dapat dipertimbangkan adalah:
Penentuan beda tinggi antar titik di kawasan yang sulit dilayani dengan pengukuran sipat datar, seperti kawasan pegunungan, rawa- rawa, dan daerah-daerah terpencil,
Pemantauan perubahan beda tinggi antar titik (berguna untuk mempelajari deformasi struktur, pergerakan lempeng, dan survei rekayasa
Penentuan tinggi orthometrik titik (seandainya geoid yang diteliti diketahui),
Penentuan geoid (seandainya tinggi orthometrik diketahui), dan
Transfer datum tinggi antar pulau.
Gambar 2.5 Penentuan tinggi secara diferensial (Abidin, H. Z., 2006)
Untuk mendapatkan hasil yang relatif teliti penentuan tinggi harus dilakukan secara differensial untuk mengeliminir kesalahan. Pada Gambar 2.5 adanya differensial tinggi N (dN) dan H (dh) dapat meningkatkan ketelitian yang ada.
Karena ketelitian komponen tinggi yang ditentukan dengan GPS umumnya 2-3 lebih rendah dibandingkan komponen horizontalnya. Kadangkala bahkan 4-5 kali lebih rendah. (Abidin, 2005)
2.7 Perhitungan Land subsidence dari data GPS
Pemodelan data GPS dilakukan dengan mencari besar perubahan geometri melalui perpindahan posisi titik pantau di daerah sekitar lumpur lapindo.
Perpindahan posisi titik pantau dinyatakan dengan perubahan koordinat titik pantau dE,dN, dh. Pemodelan dilakukan dengan menggunakan sistem koordinat proyeksi karena perpindahan posisi secara horizintal dan vertikal langssung menggambarkan perilaku perubahan geometri di lapangan.
Pemodelan dilakukan secara statik untuk menghitung selisih koordinat titik pantau antar 2 kala pengamatan untuk memperoleh vektor perpindahan posisi.
Persamaan yang digunakan adalah (Yalcinkaya dkk., 2003) :
( ) ( ) (2.5)
Dengan:
: vektor perubahan koordinat (m)
( ) ( ) : vektor koordinat dari periode 1 dan 2 J : nomer titik pantau
Kecepatan pergeseran dihitung dengan membagi besat perpindahan dengan selang waktu pengamatan, sedangkan percepatan dihitung dengan membagi besar perpindahan dengan kuadrat selang waktu pengamatan pada persamaan persamaan 2.6 dan 2.7 :
(2.6)
Dengan
V : kecepatan (mm/tahun)
: selang waktu pengamatan (bulan atau tahun)
2.8 Uji T-Student
Uji T- student digunakan untuk membandingkan rata – rata populasi dengan rata – rata sampel berdasarkan derajat kebebasan yang ditetapkan. Uji ini
digunakan untuk sampel kecil (n < 30) (Wolf dan Ghilani, 1997). Persamaan yang digunakan dalam pada uji T – Student adalah sebagai berikut :
√ Persamaan (2.7) Keterangan
= nilai pengukuran
= nilai rata – rata pengukuran = standart deviasi
= jumlah pengukuran
Secara statistik, nilai pengukuran dapat diterima apabila hasil perhitungan uji T – Student berada pada dengan derajat kebebasan ( ) tertentu.
2.9 Pengukuran Bawah Permukaan dengan Metode VLF-EM
Metode VLF-EM adalah salah satu metode elektromagnetik yang digunakan untuk memprediksi nilai resistivitas struktur bawah permukaan berdasarkan medan elektromagnetik alam. Metode ini termasuk metode pasif karena hanya menerima sinyal yang berasal dari pemancar radio militer (untuk navigasi) sebagai gelombang primer. Pemancar ini menghasilkan gelombang EM yang dapat menginduksi arus sekunder, terutama pada daerah yang memiliki nilai konduktivitas pada daerah target 2D yang memanjang. Paal (1965) mengamati pada gelombang radio pada VLF bisa digunakan memetakan daerah yang memiliki deposit mineral. Selanjutnya pemancar VLF-EM di seluruh dunia bisa digunakan sebagai sumber EM untuk pemetaan kondisi geologi dekat permukaan atau dangkal (Ramesh Babu dkk, 2007).
Medan elektromagnetik primer dari pemancar radio, memiliki komponen medan listrik vertikal Epz dan komponen medan magnetik horizontal Hpy yang tegak lurus terhadap arah perambatan sumbu x. Pada jarak yang cukup jauh dari antena pemancar, komponen medan eletromagnetik primer dapat dianggap sebagai gelombang yang berjalan secara horizontal. Jika di bawah permukaan terdapat suatu medium yang konduktif, maka komponen medan magnetik dari gelombang elektromagenetik primer akan menginduksi medium tersebut sehingga akan menimbulkan arus induksi (Eddy Current).
Prinsip metode VLF EM adalah arus induksi (Gambar 2.5) akan menimbulkan medan elektromagnetik baru yang disebut medan elektromagnetik sekunder Hs, yang mempunyai komponen horizontal dan komponen vertikal.
Medan magnetik ini mempunyai bagian yang sefase (inphase) dan berbeda fase (quadrature ) dengan medan primer. Adapun besar medan elektromagnetik sekunder sangat tergantung dari sifat konduktivitas benda di bawah permukaan.
2.10 Penelitian Terdahulu
Usulan thesis yang akan diajukan didasarkan pada penelitian yang sudah dilakukan peneliti – peniliti terdahulu. Selama 7 tahun setelah meluapnya lumpur Sidoarjo telah banyak penelitian mengenai LUSI mud volcano. Pertama terkait dengan penyebab terjadinya semburan lumpur sidoarjo yang masih diperdebatkan oleh ( Mazzini dkk., 2007; Davies dkk., 2007, 2008; Tingay dkk., 2008; Sawolo dkk., 2008, 2009; Istadi dkk., 2008), kedua metode – metode yang dapat Gambar 2 6 Distribusi Medan Elektromagnetik untuk metode VLF-EM dalam polarisasi listrik dengan sinyal yang mengenai sebuah dike konduktif vertikal
(Bosch dan Muler, 2001)
Sumintadireja, dkk (2007) telah Pengukuran dengan menggunakan photo udara, gravity dan mikrogravity, Very Low Frequency (VLF), mikroseismik, GPS (Global Position System) di LUSI mud volcano. Di di dapatkan keberadaan over preasure dan patahan watu kosek berpengaruh terhadap keluarnya lumpur ke permukaan.
Abidin (2008) telah melakukan pengukuran dan monitoring GPS untuk pergerakan tanah (land deformation). Dari Hasil pengukuran data GPS antara Juni 2006-September 2007 mengalami subsidence 0.1-4cm/hari. Pada arah Horizontal displacement sebesar 0.03-0.9 cm/hari, Uplift 0.09 cm/hari. Dari Data Insar di didapatkan hasil daerah LUSI mengalami uplift dan subsidence. Subsidence berada pada pusat semburan menuju barat laut dan uplift terjadi setelah 3-4 bulan semburan akibat pergerakan patahan watukosek. Subsidence diakibatkan berat lumpur dan tanggul buatan. Besar Subsidence diperkirakan 44 m pada 3 tahun dan 16 m selama 10 tahun.
Istiadi (2009) memperkenalkan model simulasi 3 dimensi untuk memprediksi daerah terdampak selama periode 10 tahun hasilnya sebaran lumpur cenderung mengarah ke barat dan terutama ke arah timur dan utara dari pusat semburan. Model ini memperkiraakan peningkatan lumpur sampau 26 meter diatas permukaan tanah, maksimum penuruan tanah 63 meter, dengan luasan area seluas 8.4 km.
Fukhusima, dkk ( 2009) menggunaan Interferometric SAR (InSAR) pada data PALSAR mengidentifikasi terdapat subsidence di sekitar pusat semburan lumpur.
Andreas, dkk (2010) melalukan pengukuran data GPS didalam tanggul dan luar tanggul. Dari pengukuran data GPS pada Juni 2006-Desember 2010 yang melingkupi 10 km dari pusat semburan di dapatkan tingkat horizontal and vertikal displacment subsidence 0.1 dan 4cm/hari. GPS conntinyu yang di pasang di RW2 dan 1 antara September 2006 dan 2007 tingkat vertikal displacement dan subsidence 3.8 cm/ hari dan 1.8 cm/hari. Horizontal displacement 1.0 cm/hari dan 0.6 cm/hari.
Andreas (2011) melakukan analisa selama 4 tahun pengukuran data GPS di sekitar lumpur. Hasilnya 4 bulan pertama tinggkat tingkat pergeserannya sebesar
0-4 2.5 cm/hari dan meningkat selama 8 sampai 12 bulan kemudian menjadi 0.6 – 3.8 cm/hari. Setelah 4 tahun berlangsung semburan tingkat pergeserannya mengalami penurunan secara eksponensial.
Rudolph, dkk (2013) menggunakan Multitemporal interferometri daerah LUSI dengan metode Band L dari analisis di dapatkan Lusi akan berhenti lebih cepat dari pada yang diantisipasi sebelumnya. Dengan analisis Principal Component Analysis di dapatkan tingkat deformasi lusi telah menurun secara ekponensial 2.1 ±0.4 tahum.
“Halaman ini sengaja dikosongkan”
BAB 3
METODA PENELITIAN
3.1 Lokasi Penelitian
Lokasi penelitian ini di sekitar semburan lumpur sidoarjo yang terletak di Kecamatan Porong Kabupaten Sidoarjo . Secara geografis terletak pada 112º 30'- 112º 54' Bujur Timur dan 7º 18'- 7º 30' Lintang Selatan.
= Titik pantau GPS = Lintasan VLF-EM
Gambar 3. 1 Lokasi Penelitian
3.2 Alat dan Data
Peralatan yang digunakan pada penelitian ini terdiri dari : 1. Peralatan untuk Pengukuran GPS Geodetik :
a. 2 Set Reciever GPS Geodetic – Topcon Hiper Pro Dual Frequency yang digunakan untuk pengambilan data 19 titik pengamatan b. Perangkat lunak untuk mengolah data GPS yaitu Topcon Tool
6.11
Gambar 3. 2 Peralatan GPS Geodetik Topcon Hiper Pro Dual Frequency 2. Peralatan untuk pengukuran VLF-EM
a. VLF-EM Envi Scientrex
b. Perangkat lunak Matlab dan software inversi Inv2DVLF yang dikembangkan oleh (Santos, dkk., 2006)
Gambar 3. 3 Peralatan VLF-EM Envi Scientrex
3. Data yang dibutuhkan :
a. Peta Geologi dan struktur Sidoarjo untuk identifikasi struktur geologi yang ada di wilayah Porong
b. Data pengamatan di BM yang tersebar di sekitar lokasi lumpur lapindo
c. Data CORS-GPS ITS sebagai titik ikat
d. Data precise ephemiris tanggal 18 Maret – 26 Maret 2014, 21 April – 26 April 2014, 26 Mei – 30 Mei 2014 digunakan untuk koreksi jam satelit yang disediakan di http://igscb.jpl.nasa.gov
3.3 Metodologi Penelitian
Secara umum pelaksanaan penelitian sebagaimana ditunjukkan pada Gambar 3.3. Diagram alir penelitian tersebut dapat dijabarkan sebagai berikut :
1. Studi Literatur
Studi literatur diperlukan untuk mengumpulkan dan mempelajari literatur ilmiah penelitian yang telah dilakukan, penggunaan metode tentang, peta geologi, peta topografi, dan land subsidence di daerah penelitian. Peta geologi daerah penelitian digunakan untuk mengetahui secara global geologi, formasi dan jenis batuan daerah penelitian. Pengetahuan ini diperlukan sebagai bekal awal untuk survey pendahuluan. Sedangkan peta topografi digunakan untuk mengetahui jalan-jalan yang dapat dilewati dengan mudah dalam melakukan survey dan untuk mengetahui wilayah-wilayah Porong.
2. Survey Pendahuluan
Survey ini dilakukan dengan membandingkan antara geologi yang ada dilapangan dan peta geologi. Hasil survey ini, digunakan sebagai acuan dalam sebaran pengambilan dan strategi pengambilan data GPS. Sebaran pengambilan data harus mewakili kondisi geologi yang ada, dan daerah yang mengalami land subsidence di Porong.
3. Pengambilan Data
a. Pengambilan data VLF-EM yang memanfaatkan medan elektromagnetik yang dibangkitkan oleh pemancar radio berfrekuensi sangat rendah
selam. Dari data ini di dapat didapatkan dugaan struktur bawah permukaan tanah yang dapat digunakan untuk melengkapi data GPS b. Pengumpulan data menggunakan GPS Topcon HyperPro yang dilakukan
di sekitar semburan lumpur selama 6 – 7 jam sebanyak 19 titik yang berjarak ± 5 km dari pusat semburan selama 3 kala waktu yang berbeda.
Pengukuran pada bulan Maret, April dan Mei 2014
c. Data GPS harian diambil dari CORS ITS dan data emphiris satelit di International GNSS Service. Data precise ephemiris digunakan untuk mereduksi semua kesalahan karena kesalahan satelit GPS sendiri.
Sehingga diharapakan mendapatkan hasil yang lebih akurat.
4. Pengolahan Data
a. Pengolahan Data VLF-EM
1. Data yang di dapatkan dari VLF-EM adalah data inphase, quadrature , tillt, dan total field
2. Filtering data VLF-EM dengan menggunakan MEMD (Multivariate Epirical Mode Decomposotion). Filter ini mampu mereduksi noise non linier dan non stasoner yang tidak dapat di reduksi dengan filter linier dengan simultan dan cepat (Sungkono, dkk., 2014)
3. Inversi data inphase dan quadrature dengan menggunakan software Inv2DVLF yang dikembangkan oleh Santos (2006) dengan nilai resistivitas dengan fungsi kedalaman
b. Pengolahan data GPS
Pengolahan data dilakukan dengan sotfware Topcon Tools. Input data berupa data hasil pengukuran lapangan, data baseline dari CORS ITS dengan Titik BM yang ada di dalam penelitian. Hasil dari pengolahan data tersebut berupa vektor perpindahan posisi ( E, N, H) dan turunannya yaitu kecepatan dan percepatan. Kemudian dilakukan pemodelan dilakukan secara statik untuk menghitung selisih koordinat titik pantau antar 2 kala pengamatan untuk memperoleh vektor perpindahan posisi. Persamaan yang digunakan adalah (Yalcinkaya dkk., 2003) Pada persamaan 3.
Pengolahan data pada sotfware tersebut menggunakan metode perataan kuadrat terkecil (least square).
5. Tahap Analisa dan Hasil
Pada tahap ini analisis ini dilakukan uji ketelitian terhadap data hasil pengukuran GPS dengan Uji T-student. Sehingga dapat disimpulkan bahwa titik tersebut mengalami penuruan atau tidak. Dari dari VLF-EM di dapatkan data resistivitas dengan fungsi kedalaman yang dapat diintepretasikan struktur bawah permukaan tanah. Data VLF-EM ini dapat digunakan untuk menganalisis arah pergerakan data GPS tentang struktur bawah permukaan apakah dipengaruhi oleh patahan atau rekahan.
Studi Literatur :
· Struktur Geologi dan stratigrafi
· Penelitian Landsubsidence terdahulu dengan GPS
Survey Pendahuluan:
Strategi pengambilan data Penentuan Lokasi pengambilan
data GPS
Pengolahan Data GPS terjadi penurunan atau
tidak Pengambilan
data dengan GPS
Data Kala 1 Data Kala 1 Data Kala 1
Uji Statistik dengan t-student
T hitung > t tabel terjadi penurunan
T hitung<t tabel tidak terjadi penurunan tanah
Analisis Hasil : Analisi perpindahan titik
pantau dengan memperhatikan kondisi bawah permukaan tanah
Pengambilan Data VLF EM : Mengetahui kondisi
bawah permukaan tana
Gambar 3.3. Diagram Alir Penelitian
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Hasil Pengukuran Data GPS
Pengukuran data GPS dilakukan pada 19 titik yang tersebar di sekitar LUSI mud vulcano dengan radius 5 km dari pusat semburan (Gambar 4.1). Lokasi dan jumlah titik pengamatan ini didasarkan penelitian terdahulu oleh Prawoko (2008) dan BPLS yang telah mengamati land subsidence dengan GPS di sekitar lusi mud volcano. Jumlah pengukuran sebanyak 3 kala yaitu pada bulan Maret – Mei 2014, dengan lama pengukuran 5 jam. Alat yang digunakan dalam pengukuran ini dengan menggunakan 2 Set Reciever GPS Geodetic – Topcon Hiper Pro Dual Frequency dan CORS di Teknik Geomatika sebagai Titik Referensi. Titik – titik pengukuran GPS dapat dilihat pada Tabel 4.1.
Gambar 4. 1 Sebaran Titik Pengukuran GPS
Tabel 4. 1 Titik Pengukuran GPS
NO Nama Titik Lokasi
1 TTG - 1307 Jembatan Timbang 2 PT11 Desa Randegan 3 BT01 Jembatan Tol
4 ESDM Tepi Sungai Desa Wunut, Porong 5 TTG - 1304 JAPANAN BASE
6 DG 05 B Selatan jembatan tanggul angina 7 DG 09 Tol besuki
8 DG 10a Glagaharum 9 DG 11 Gempolsari 10 DG 12 Keboguyang
11 PT06 Pinggir sawah Banjarsari 12 DG-18 Ds Kedong Solok 13 DG-24 kali dawir
14 VK 23 Ketapang
15 DG ljk Ds, lajuk 16 DG - 34 ds tambak rejo 17 BPN SIRING SIRING BARAT
18 BW 13 Sebelah rel Kereta Porong 19 TTG-1305 PU Pengairan
Tabel 4. 2Hasil Pengukuran di Titik – Titik GPS
NO Nama Titik Tinggi (m) Standart Deviasi (m)
KALA1 KALA2 KALA2 KALA1 KALA2 KALA2
1 TTG - 1307 34.388 33.458 34.440 0.031 0.016 0.024
2 PT11 36.026 35.371 36.234 0.037 0.018 0.017
3 BT01 34.380 33.428 34.577 0.030 0.048 0.019
4 ESDM 34.650 34.656 33.903 0.038 0.033 0.013
5 TTG - 1304 44.590 44.635 44.606 0.026 0.030 0.007
6 DG 05 B 34.868 33.984 34.818 0.037 0.021 0.009
7 DG 09 36.196 36.239 36.451 0.015 0.023 0.039
8 DG 10a 32.873 32.831 33.059 0.016 0.011 0.051
9 DG 11 32.868 32.799 32.745 0.021 0.025 0.019
10 DG 12 32.699 32.536 32.817 0.001 0.022 0.068
11 PT06 32.022 31.411 33.545 0.025 0.065 0.065
12 DG-18 37.244 37.611 36.799 0.015 0.015 0.018
13 DG-24 32.234 32.162 32.033 0.024 0.035 0.015
14 VK 23 33.741 33.306 33.356 0.018 0.022 0.020
15 DG ljk 35.440 35.501 34.505 0.068 0.056 0.050
16 DG - 34 37.603 37.793 37.156 0.024 0.015 0.020 17 BPN SIRING 33.340 32.786 32.912 0.039 0.065 0.015
18 BW 13 34.687 34.858 34.855 0.015 0.015 0.007
19 TTG-1305 40.037 40.381 39.786 0.024 0.018 0.021
Gambar 4. 2 Standar Deviasi masing titik kala 1 - 3
Nilai standar deviasi dari masing – masing titik pengukuran pada kala 1 – 3 dapat dilihat di Gambar 4.2. Rentang standar deviasi pengukuran 1 mm – 6.5 cm. Hal ini bisa saja dipengaruhi lokasi titik pengukuran yang terkena efek obstuksi dari pepohonan.
Pada Pengukuran GPS ini, pengukuran data GPS kala 1 dijadikan sebagai referensi dalam perhitungan nilai subsidence. Beda nilai tingi pengukuran GPS masing kala di dapatkan dengan Persamaan 2.15. Nilai Perambatan kesalahan pada Tabel 4.3 di dapatkan dengan menghitung turunan parsial dari Persamaan 2.15.
Tabel 4. 3 Beda Tinggi Pengukuran Titik – Titik GPS pada Kala 1 dan Kala 2 NO Nama Titik Penurunan Kala2-1 (m) Penurunan Kala3-1(m)
Beda
Tinggi Standar deviasi Beda
Tinggi Standar deviasi
1 TTG – 1307 -0.031 0.035 0.052 0.039
2 PT11 -0.655 0.041 0.208 0.041
3 BT01 -0.952 0.057 0.197 0.036
0 1 2 3 4 5 6 7 8
TTG - 1307 PT11 BT01 ESDM TTG - 1304 DG 05 B DG 09 DG 10a DG 11 DG 12 PT06 DG-18 DG-24 VK 23 DG ljk DG - 34 BPN SIRING BW 13 TTG-1305
Standart DEviasi (cm)
TItik - Titik Pengamatan GPS
Kala1 Kala 2 Kala3
5 TTG - 1304 0.045 0.040 0.016 0.027
6 DG 05 B -0.884 0.043 -0.050 0.038
7 DG 09 0.043 0.027 0.255 0.042
8 DG 10a -0.042 0.019 0.186 0.053
9 DG 11 -0.069 0.033 -0.123 0.028
10 DG 12 -0.163 0.022 0.118 0.068
11 PT06 -0.611 0.070 0.048 0.070
12 DG-18 0.367 0.021 -0.445 0.023
13 DG-24 -0.072 0.042 -0.201 0.028
14 VK 23 -0.435 0.028 -0.385 0.027
15 DG ljk 0.061 0.088 -0.935 0.084
16 DG - 34 0.190 0.028 -0.447 0.031
17 BPN SIRING -0.554 0.076 -0.428 0.042
18 BW 13 0.171 0.021 0.168 0.017
19 TTG-1305 0.344 0.030 -0.251 0.032
Beda tinggi dengan tanda negatif ( - ) menunjukkan daerah tersebut terjadi penurunan tanah (land subsidence) sedangkan tanda positif ( +) menunjukkan daerah tersebut mengalami kenaikan (uplift). Hasil pengamatan titik GPS pada Kala 1 di dapatkan penurunan terbesar pada titik BT01 yaitu -0.0952 m , dan kenaikan terbesar pada DG 18 yaitu 0.367 m. Pada pengamatan titik GPS pada kala 2 didapatkan penurunan terbesar pada titik DGIJK yaitu -0.935 m sedangkan kenaikan terbesar terjadi pada titik DG09 yaitu 0.255 m.
Dari perhitungan beda tinggi pada masing – masing titik GPS dapat dihitung juga besar kecepatan land subsidence. Besar kecepatan land subsidence dapat dihitung dengan Persamaan 2.10. Hasil perhitungan kecepatan land subsidence dapat dilihat pada Tabel 4.4.
Tabel 4. 4 Nilai Kecapatan Penurunan titik – titik GPS pada kala 1 dan kala 2
NO Nama Titik Pengukuran Kala2-1 Pengukuran Kala3-2
Beda Tinggi
(m) Kecepatan (m/bln) Beda Tinggi
(m) Kecapatan (m/bln)
1 TTG - 1307 -0.031 -0.001 0.052 0.001
2 PT11 -0.655 -0.019 0.208 0.006
3 BT01 -0.952 -0.028 0.197 0.005
4 ESDM 0.006 0.000 -0.747 -0.021
5 TTG - 1304 0.045 0.001 0.016 0.000
6 DG 05 B -0.884 -0.026 -0.050 -0.001
7 DG 09 0.043 0.001 0.255 0.008
8 DG 10a -0.042 -0.001 0.186 0.006
9 DG 11 -0.069 -0.002 -0.123 -0.004
10 DG 12 -0.163 -0.005 0.118 0.004
11 PT06 -0.611 -0.020 0.048 0.001
12 DG-18 0.367 0.010 -0.445 -0.012
13 DG-24 -0.072 -0.002 -0.201 -0.006
14 VK 23 -0.435 -0.016 -0.385 -0.011
15 DG ljk 0.061 0.002 -0.935 -0.025
16 DG - 34 0.190 0.005 -0.447 -0.012
17 BPN SIRING -0.554 -0.020 -0.428 -0.013
18 BW 13 0.171 0.005 0.168 0.005
19 TTG-1305 0.344 0.010 -0.251 -0.008
Kecepatan penurunan tanah paling besar pada kala 2 berada pada titik BT 01 yaitu -0.028 m/bulan, sedangkan penurun tanah paling besar pada kala 2 berada pada titik DG IJK yaitu -0.025 m/ bulan.
Gambar 4. 3 Penurunan Tanah di titik –titik pantau GPS 4.1.1 Uji t – Student
Uji statistik ini dilakukan untuk mengetahui signifikansi nilai pengukuran tanah dari masing- masing titik dan kala pengukuran. Pada pengukuran GPS ini dilakukam dengan uji T student karena data yang digunakan kurang dari 30 (Leland Blank, 1982). Nilai X didapatkan dengan Persamaan 2.7.
-0.030 -0.025 -0.020 -0.015 -0.010 -0.005 0.000 0.005 0.010 0.015
TTG - 1307 PT11 BT01 ESDM TTG - 1304 DG 05 B DG 09 DG 10a DG 11 DG 12 PT06 DG-18 DG-24 VK 23 DG ljk DG - 34 BPN SIRING BW 13 TTG-1305
m/bulan
Titik Pengamatan GPS
Kala 2 Kala 3
