Oseana, Volume XXI, Nomor 3, 1996 : 1 - 11 ISSN 0216- 1877
MENGENAL DIRECT READING ACOUSTIC DOPPLER CURRENT PROFILER
oleh
Edikusmanto, Bonita N. Ersan, Dharma Arief1)
ABSTRACT
INTRODUCTION TO DIRECT READING ACOUSTIC DOPPLER CUR-RENT PROFILER. Direct Reading Acoustic Doppler Current Profiler (DR-ADCP) is high technology instrument to measure currents. The DR-ADCP uses sonar and applies Doppler Effect to estimate magnitude and direction of water movement at the maximum of 128 equally space layer vertically in the water temperature at instrument depth, the observation track, and the water depth. The most advantage of DR-ADCP over conventional currentmeter is its capability to measure both lateral and vertical current component at short time inteval, about each 3 seconds at water depth of 30-35m. In addition, the observed informations is displayed in real time during the measurement. The principle of DR-ADCP, comparison with conventional currentmeter, operational procedure, and the observation results are discussed.
PENDAHULUAN
Alat ukur "Acoustic Doppier Current Profiler", yang dikenal dengan ADCP, merupakan salah satu alat pengukur kecepatan arus air berteknologi tinggi. ADCP menggunakan gelombang suara (sonar) sebagai alat pendeteksinya dan mempunyai akurasi yang tinggi. Informasi yang diukur oleh alat tersebut adalah meliputi besar dan arah arus air hingga 128 titik di kolom air dengan maksimum kedalaman pengukuran mencapai beberapa ratus meter, tergantung
pada frekwensi suara yang digunakannya. Selain itu, alat inipun memberikan informasi mengenai suhu air laut, lintasan kapal, topo- grafi dasar perairan serta dapat dihubungkan dengan Global Positioning System (GPS) untuk penentuan posisi pengukuran. Ada tiga konfigurasi ADCP yang diproduksi RD Instruments (RD Instruments, 1995), yaitu : 1. Direct-reading ADCP (RD-ADCP) :
dioperasikan dari kapal / perahu dan dihubungkan langsung ke komputer sehingga hasil pengukuran dapat diamati secara langsung;
1) Balai Penelitian dan Pengembangan Oseanografi, Pusat Penelitian dan Pengembangan Oseanologi - LIPI, Jakarta
1 Oseana, Volume XXI no. 3, 1996
2. Hull-mounted ADCP : terpasang permanen di kapal. Pengoperasiannya seperti halnya Direct-reading ADCP.
3. Mooring ADCP : dimaksudkan untuk pengukuran arus pada suatu titik tetap pada jangka waktu tertentu. Hasil pengukuran direkam pada memory di alat tersebut.
Selanjutnya, pembahasan dititik-beratkan pada konfigurasi Direct-reading ADCP. Tipe ADCP ini telah dioperasikan oleh Puslitbang Oseanografi sejak tahun 1995, dan merupakan alat pertama di Indonesia.
Pada prinsipnya, ADCP bekerja dengan mentransmisikan gelombang suara dengan pola tertentu ke kolom air dan menerima pantulannya yang disebabkan oleh partikel-partikel yang ada di dalam air. Informasi tersebut dianalisa berdasarkan pergeseran frekwensi menurut teori Doppler. Teori Doppler menjelaskan mengenai perubahan frekwensi gelombang yang berasal atau dipantulkan oleh objek yang bergerak. Jikalau objek bergerak mendekati. maka gelombang suara tersebut akan makin tinggi frekuensinya dibandingkan dengan frekuensi asalnya. Jikalau objeknya menjauhi, frekuensi gelombang yang diterima menjadi lebih rendah. Besarnya perbedaan frekuensi tersebut sebanding dengan kecepatan relatif antara ADCP dan partikel. Besarnya perbedaan nilai tersebut kemudian dikonversikan ke dalam bentuk komponen kecepatan arus.
Oleh karena itu, sesungguhnya yang diukur oleh ADCP adalah kecepatan partikel-partikel di dalam air. Oleh karena sifat gerak karakter tersebut mengikuti gerakan air, kecepatan gerak partikel tersebut juga merupakan kecepatan gerak air. Besarnya kecepatan gerakan air yang diukur oleh currentmeter' konvensional diturunkan dari tenaga dorong air untuk menggerakan baling-balingnya.
Perbedaan mendasar lainnya antara ADCP dan currentmeter konvensional terletak pada kemampuan pengambilan data profil arus dari kolom air sampai kedalaman tertentu. Pengukuran yang dilakukan oleh satu ADCP setara dengan pengukuran 128 currentmeter konvensional yang dipasang secara bersamaan pada kolom air. Perbedaannya terletak pada nilai pengukuran yang terwakili. ADCP mengukur rata-rata arus di antara dua lapisan, sedangkan currentmeter konvensional mengukur lebih lengkap mengenai kondisi profil arus. Pada gam bar 1 memperlihatkan diagram perbedaan antara ADCP dengan 'currentmeter' konvensional.
Kelebihan lain yang dimiliki ADCP atas currentmeter konvensional adalah kemampuannya untuk mengukur komponen arus vertikal. Currentmeter biasa hanya memberikan informasi komponen arus mendatar. Selain itu, ADCP mampu mengukur dengan selang waktu yang pendek. yaitu sekitar 3 detik pada kedalaman air 30-35m. Dengan kemampuan ini, data yang dihasilkan merupakan data dengan resolusi tinggi dalam dimensi ruang dan waktu.
Alat ukur ADCP ini tidak dapat berfungsi pada air yang sangat jernih, yang tidak cukup mempunyai objek untuk memantulkan gelombang suara. Akan tetapi, kelemahan ini tidak menjadi kendala untuk pengukuran di laut, sungai atau danau karena air di dalam selalu mengandung partikel -partikel sedimen atau organisme yang memantulkan gelombang suara.
Data yang dihasilkan dari suatu pengukuran yang intensif akan menjadi sangat besar. Tersedianya komputer dengan kapasitas hard-disk yang cukup besar menjadi salah satu kebutuhan. Penggunaan piranti lunak dari alat DR-ADCP, yaitu Transect (RD Instrument 1994), mencukupi untuk proses data sementara di lapangan, akan tetapi untuk
pengolahan data secara maksmimun, kemampuan personil dalam membuat pro-gram komputer merupakan salah satu hal penting. Hal ini dikarenakan jumlah data yang diperoleh tidak mungkin lagi dianalisa secara manual.
SISTEM ADCP
Sistem ADCP terdiri dua bagian yaitu profiler dan kontrol. Bagian profiler meliputi beberapa komponen, yaitu komponen tranducer, sensor suhu, kompas dan komponen elektronik pengolah sinyal. Bagian kontrol meliputi komponen catu-daya (power sup-ply), komponen komunikasi elektronik, komputer dan peranti lunak untuk mengontrol kinerja ADCP dan pengolahan data.
Pengoperasian ADCP selalu dibarengi dengan program komputer yang mengontrol profiler, perekaman data dan analisa data. Analisa data yang umum dilakukan sewaktu pengoperasian alat meliputi perata-rataan pengukuran untuk meningkatkan akurasi pengukuran. Penampilan data secara langsung di monitor komputer dalam bentuk grafik sangat membantu dalam pemahaman sistem arus yang diukur pada saat itu juga.
PENGOPERASIAN ADCP ADCP selain dipasang sebagai moor-ing (tambatan) di permukaan atau di dasar laut, juga dapat dipasang di kapal secara permanen ataupun temporal untuk pengambilan data profil arus, tergantung pada konfigurasi alatnya. Tipe Direct-reading ADCP merupakan tipe yang tepat bagi pengukuran pola arus di suatu perairan terbatas, misalnya perairan Teluk Jakarta. Sarana yang diperlukan dalam pengoperasian DR-ADCP ini adalah sebuah perahu yang cukup stabil dan memadai untuk dibebani
oleh DR-ADCP di salah satu sisinya. Berat sensor DR-ADCP sekitar 40 kg. DR-ADCP dipasang pada suatu kerangka aluminium sedemikian rupa sehingga sensornya terletak di dalam air dan posisinya tidak berubah sewaktu kapal bergerak. Pengoperasian DR-ADCP dapat dilakukan sambil perahu berjalan dengan kecepatan hingga 10 knot.
Sumber tenaga listrik yang digunakan dalam pengoperasian DR-ADCP dapat berasal dari sebuah generator AC yang dilengkapi dengan Stabilizer. Stabilizer ini berfungsi untuk menstabilkan tegangan listrik dari gen-erator sehingga operasional DR-ADCP dan komputer tidak terganggu. Selain generator, dapat pula digunakan baterai atau accu walaupun jenis sumber listrik ini mempunyai daya yang terbatas sehingga kurang tepat untuk suatu pengukuran yang cukup lama.
PERENCANAAN DAN EVALUASI Perencanaan yang matang dalam mengoperasikan DR-ADCP merupakan suatu hal utama. Rencana perjalanan. perkiraan kondisi laut dan memilih konfigurasi parameter -parameter pengontrol operasi DR-ADCP yang paling optimal perlu dilakukan sebelum kegiatan dilakukan. Hal ini dimaksudkan untuk mendapatkan data secara optimal baik dalam segi kualitas maupun jumlahnya, yang sesuai dengan tujuan kerja. Disamping itu, selama kegiatan berlangsung hasil yang di dapat harus dievaluasi terus menerus berdasarkan penampilan data di komputer. Modifikasi setting DR-ADCP atau perubahan rencana pengukuran seringkali terpaksa dilakukan di lapangan akibat kondisi laut di luar perkiraan sebelumnya.
Pertimbangan di atas harus dilakukan karena kinerja peralatan elektronik sangat dipengaruhi oleh kondisi lingkungan yang dapat berpengaruh pada akurasi dan
3 Oseana, Volume XXI no. 3, 1996
kemampuannya. Disamping itu, DR-ADCP merupakan alat yang sensitif dan mempunyai banyak hal yang dapat dikontrol untuk menyesuaikan operasional sesuai dengan kondisi yang dihadapi. Kualitas datanya sangat tergantung pada pemilihan kontrol operasional.
PENGUJIAN DI LABORATORIUM Pengujian DR-ADCP di laboratorium bukan merupakan kalibrasi alat akan tetapi hanya merupakan pengecekan secara cermat dilingkungan laboratorium. Pengujian ini sangat disarankan sebelum DR-ADCP dioperasikan. pengujian ini meliputi pemeriksaan terhadap komunikasi antara transduser, deck elektronik dan komputer, memori DR-ADCP, spesifikasi (frekuensi, konfigurasi. sudut transduser. nomor sen, bentuk beam dll), dan sensor (orientasi, head-ing, pitch, roll, dan temperatur). kalibrasi alat DR-ADCP dan elektroniknya hingga saat ini hanya dapat dilakukan di pabrik pembuatnya.
Aspek yang perlu diperhatikan sebelum mengoperasikan DR-ADCP antara lain frekuensi dan sudut yang dibentuk oleh tranduser terhadap posisi vertikal DR-ADCP. Setiap DR-ADCP mempunyai frekuensi tertentu. Frekuensi ini tetap untuk setiap tipe DR-ADCP, 300 KHz misalnya, hanya mampu mengukur arus sampai pada kedalaman 130 meter mulai pada kedalaman 4 meter (RD Instrument, 1995).
Sudut yang dibentuk oleh tranduser bervariasi, 15, 20 atau 30 derajat. Sudut yang dibentuk oleh tranduser ini akan mempengaruhi akurasi DR-ADCP. Pemilihan konfigurasi yang tepat sesuai dengan kedalaman lokasi yang akan diteliti berdasarkan pada sudut yang dibentuk oleh tranduser dan frekuensi yang dimiliki oleh DR-ADCP akan diperoleh data dengan akurasi
yang tinggi. Misalnya frekuensi DR-ADCP 300 KHz, sudut trandusernya 30 derajat maka data yang masih mempunyai akurasi tinggi maksimum pada kedalaman kolom air 110.5 meter (RD Instrument, 1995).
HASIL PENGUKURAN
Berikut ini disajikan sejumlah hasil pengukuran yang dilakukan di perairan Teluk Jakarta bulan Juli, Agustus 1995 oleh Puslitbang Osenologi - LIPI, sebagai ilustrasi mengenai kemampuan alat. Data diproses dengan menggunakan piranti lunak alat DR-ADCP, Transect (RD Instrument, 1994).
Sewaktu pengukuran dilakukan, kondisi arus dapat dimonitor di layar komputer seperti yang ditunjukkan oleh Gambar 2. Profil menegak komponen arus timur-barat, utara-selatan, arus vertikal dan estimasi stan-dard deviasi pengukuran arus ditampilkan untuk tiap data yang diukur. Selain itu, ditampilkan pula informasi mengenai kecepatan kapal, kedalaman air, panjang lintasan yang telah diukur dan estimasi debit aliran arus sepanjang lintasan pengukuran. Semua informasi tersebut sangat penting karena digunakan untuk menilai sesuai tidaknya penyetelan DR-ADCP untuk kondisi perairan yang diukur. Disamping itu, adanya fenomena aliran air dapat segera diketahui.
Dari data yang telah diperoleh, kemudian dilakukan perata-rataan data untuk mengurangi pengaruh proses lokal. hasil proses tersebut ditampilkan pada Gambar 3 dalam bentuk penggambaran vektor kecepatan. Dari penampilan ini hasil pengukuran arus dapat dengan mudah dikaitkan dengan kondisi lapangan sebenarnya. Gambar 4 adalah profil menegak debit air sepanjang lintasan pengukuran. Dari gambar ini, besarnya debit dikalikan dengan konsentrasi zat dalam air
memberikan jumlah zat yang dipindahkan per satuan waktu. Informasi analisa arus ini sangat bermanfaat dalam studi kimia, biologi dan pencemaran laut.
Tampilan data lainnya yang sangat bermanfaat selama kegiatan lapangan adalah distribusi menegak besarnya kecepatan komponen arus timur-barat (Gambar 5) dan komponen arus utara-selatan (Gambar 6). Dan gambar tersebut dapat segera disimpulkan adanya pelapisan aliran arus dalam kolom air. Sebagai contoh, kondisi arus pada Gambar 5 dan 6 menunjukkan terjadinya sistem aliran 2 lapis dan pengaruh topografi dasar pada aliran arus. Pada bagian permukaan air mengalir ke arah barat daya. sedangkan air di bawah 9m arus mengalir ke arah tenggara yang terkonsentrasi pada bagian kiri gosong.
KESIMPULAN
Acoustic Doppler Current Profiler merupakan suatu alat ukur yang sangat bermanfaat untuk memetakan kondisi aliran air secara mendetail. Kemampuan ini tidak dimiliki oleh alat ukur lainnya. Peranan aliran air laut yang menentukan dalam pola penyebaran zat hara, larva biota, sedimen, maupun zat pencemar, menunjukkan pentingnya informasi dari DR-ADCP ini dalam suatu program pengelolaan wilayah perairan.
DAFTAR PUSTAKA
RD Instruments, 1994. User's manual for the RD Instruments Transect Program : 190 pp.
RD Instruments, 1995. Direct Reading and Self-contained Broadband Acoustic Doppler Current Profiler. Technical Manual : 396 pp.
5
Ga mba r 1. Per b andi nga n kemam p ua n ant ara A DC P d an Cur rre ntmeter con v en sio n al
Gam b ar 2 . Ta mpi la n p ro fi l mene gak ar us dan i n fo rmasi l ai n n y a sel ama di la ku ka n pe ng uk u ran . 7 Oseana, Volume XXI no. 3, 1996
