26
MEKANISME PENGENDAPAN LAHAR SUNGAI BOYONG DI
GUNUNG MERAPI BERDASARKAN ANALISA GRANULOMETRI
Dewi Sri Sayudi1, A.D. Wirakusumah2, Raditya Putra3 1,3
Balai Penyelidikan dan Pengembangan Teknologi Kegunungapian, Jl. Cendana 15, Yogyakarta 2STEM Akamigas, Jl. Gajah Mada No. 38, Cepu
E-mail: dewisri.sayudi@ yahoo.com
ABSTRAK
Sejak erupsi Gunung Merapi pada tanggal 26 Oktober 2010, dataran sisi selatan daerah ini mengan-dung bahan klastika gunung api, baik material piroklastik maupun lahar. Lahar mengalir melalui lem-bah-lembah sungai, yang salah satunya mengalir ke Sungai Boyong. Material hasil letusan Gunung Merapi diselidiki lebih lanjut menggunakan analisa granulometri. Proses penelitian dilakukan melalui beberapa tahap yang diantaranya; studi literatur, pengumpulan data dan informasi, tahapan lapangan dan yang terakhir adalah tahapan analisa data. Dari analisa granulometri didapatkan nilai sortasi,
skewnes, dan kurtosis yang beragam di setiap lokasi pengambilan sampel, namun pada umumnya ma-terial endapan menunjukkan kecenderungan menghalus ke arah hilir Sungai Boyong. Sedangkan dari mekanisme pengendapannya, daerah hulu lebih didominasi oleh pengaruh arus traksi dan pada daerah hilir didominasi oleh pengaruh arus saltasi, hal ini mencirikan material yang diendapkan di Sungai Boyong merupakan material lahar.
Kata kunci: lahar, granulometri, sortasi, kurtosis, skewnes
ABSTRACT
Since the eruption of Mount Merapi on October 26,2010 the plains of the south side of this area have consisted of volcanic clastic material, such as pyroclastic and lahar deposits. Lahars flew through the river valleys, which one of them flew into Boyong River. The volcanic materials as the products of the 2010 eruption were investigated by using granulometry analysis. The research was conducted through several stages including: literature study, acquisition of data and information, and data analysis. According to the analysis of granulometry, values of Sorting, Skewnes, Kurtosis and diverse depo-sitional mechanisms at each sampling site were obtained, and in general they showed a tendency to become finer sorting towards downstream in Boyong River. Yet based on the depositional mechanism, the upstream region was dominated by traction current effect and the downstream region was domi-nated by saltation current effect. This condition of deposited material in Boyong River was character-ized as lahar material deposit.
Key words: lahar, granulometry, sorting, kurtosis, skewnes.
1. PENDAHULUAN
Erupsi Gunung Merapi, Jawa Tengah (Gambar 1) yang terjadi 26 Oktober 2010 telah banyak menghasilkan endapan-endapan vulkanik yang pada hakikatnya memiliki sangat banyak manfaat terutama dalam per-kembangan ilmu pengetahuan. Salah satu material yang dihasilkan dari erupsi tersebut adalah lahar-lahar yang sekarang membanjiri
sungai-sungai yang berhulu yang ada di se-kitar Gunung Merapi. Lahar-lahar tersebut memiliki sortasi atau perbedaan ukuran butir yang beragam.
Adanya perbedaan sebaran ukuran butir pada endapan material vulkanik klastik hasil dar erupsi Gunung Merapi mencakup keselu-ruhan daerah Yogyakarta termasuk daerah kawasan Sungai Boyong merupakan hal yang sangat menarik untuk dipelajari.
27 Gambar 1. Lokasi Gunung Merapi di
Jawa Tengah1)
Sungai Boyong memiliki endapan mate-rial lepas yang melibatkan hasil letusan Gu-nung Merapi yang terbaru yaitu letusan ta-hun 2010. Di samping itu belum ada penulis yang membahas penelitian melalui analisa granulometri untuk produk letusan Gunung Merapi 2010 tersebut. Perbedaan dari
sort-asi, skewnes, kurtosis dan mekanisme dari
pengendapan yang terletak di tubuh sungai bagian tengah (chanel bar) dan bagian tepi
(point bar) merupakan representasi dari
mor-fologi sungai2).
Penelitian melalui analisa granulometri terhadap endapan di Kali Boyong ini dapat diterapkan pada sungai-sungai yang lainnya dan menjadi acuan dalam mempelajari meka-nisme pengendapan di sungai-sungai yang berada diseputar Gunung Merapi, sehingga mekanisme pengendapan di seluruh kawasan Gunung Merapi dapat dipahami.
2. METODA
A. Pengumpulan data dan informasi
Pada tahapan ini yang dilakukan adalah mengumpulkan data pada bulan Desember 2010 sampai dengan bulan Januari 2011
me-lalui pendekatan lapangan dan analisa granu-lometri, meliputi:
Pembacaan GPS.
Pengambilan contoh, deskripsi
Analisa Granulometri
Melakukan perhitungan analisis butir
Pembuatan Kurva Kumulatif.
Gambar 2. Peralatan Analisa Granulometri
Pada tahap lapangan ini yang dilakukan adalah pengambilan contoh endapan material vulkanik letusan Gunung Merapi tahun 2010 sebanyak satu kilogram setiap lokasi pada 15 lokasi yang berbeda untuk keperluan analisa granulometri dan mengamati jenis litologi penyusun pada tebing Sungai Boyong.
B. Analisa Granulometri
Pada tahapan ini data-data yang telah di-kumpulkan akan dianalisa. Proses analisa yang dilakukan adalah analisa granulometri. Pada analisa ini didapatkan hasil kurva yang akan menunjukkan tingkat keseragaman bu-tir serta jenis sortasi dari endapan lahar di Sungai Boyong, dengan menganalisa data-data yang melalui proses:
Pengeringan.
Sampel splitting
Pengayakan
Penyusunan fraksi dan penimbangan
28
Menurut gerakan air dan udara biasanya akan menyebabkan partikel-partikel terpisah berdasarkan ukuran butirnya3). Ukuran butir-an dalam sedimen atau batubutir-an akbutir-an men-cerminkan :
Resistensi batuan terhadap proses pela-pukan, erosi dan abrasi
Proses-proses sedimentasi meliputi peng-angkatan dan pengangkutan (antara lain dengan roling, saltasi, traksi, sliding dan suspensi).
Kedua proses tersebut akan membentuk kenampakan tekstur dan struktur batuan ber-dasarkan geomorfologi.
Aspek tekstur yang dapat dianalisa de-ngan cara metode Granulometri antara lain
mean, median, modus, koefisien
kepenceng-an, standar deviasi dan kurtosis yang dipe-roleh dengan rumus Fall and Ward4) :
- Mean adalah harga rata-rata dari suatu kurva. Mean (Mz) dapat dihitung dengan Rumus :
...….. (1)
- Median (Mdø) adalah nilai tengah dari
suatu kurva yang dapat dihitung dengan menggunakan rumus :
...…...(2)
- Modus merupakan puncak maksimal
pe-nyebaran kelas ukuran butir tertentu. - Sortasi (sorting) ini merupakan tingkat
keseragaman ukuran butir. Sortasi (σø) dapat tercermin dari tinggi-pendek atau lebar-sempitnya suatu kurva.
Gambar 3. Kurva Frekuensi yang Memperlihatkan Jenis Sortasi
Kurva yang tinggi dan sempit mencer-minkan sortasinya baik, sedangkan kurva yang pendek dan lebar menunjukan sortasi yang buruk (Gambar 3). Sortasi (σø) dapat dihitung melalui rumus :
…..…(3)
- Standar deviasi (s) merupakan nilai sta-tistik yang mencerminkan sejauh mana klas besar butir menyimpang dari harga rata-rata. Semakin kecil harga standar de-viasi semakin baik harga sortasinya dan sebaliknya.
- Skewness adalah ukuran untuk tingkat
ke-condongan penyebaran besar butir (Gam-bar 4). Skewness (Sk) dapat dihitung me-lalui rumus :
...…(4)
Gambar 4. Hubungan antara Modus, Mean, Median, dan Skewness
- Kurtosis adalah derajat kemancungan suatu kurva yang menunjukkan harga perbandingan antara pemilahan bagian Sortasi buruk Sortasi baik Mean Median Modus Modus Median Mean Modus Median Mean Skewness negatif Skewness positif
29
tengah terhadap pemilahan bagian dari suatu kurva. Kurtosis dihitung dari mo-men ke empat terhadap Mean. Distribusi normal (mesokurtik) memiliki nilai kurto-sis 3, sedangkan distribusi yang lepto-kurtik biasanya mempunyai kurtosis > 3, dan platikurtik < 3 (Gambar 5).
Kurtosis (υ) dihitung melalui rumus : ...(5)
Gambar 5. Bentuk Kurva dengan Berbagai Kurtosis
Material-material yang diangkut oleh media pengangkut akan terdistribusi menjadi berbagai macam ukuran. Distribusi ukuran butir akan mencerminkan :
Variasi diameter (lithologi) butir yang ter-dapat pada source (sumber) dimana tidak harus berupa batuan tetapi juga endapan.
Proses-proses yang berlangsung selama pengendapan terutama menyangkut arah dan kekuatan arus, perubahan-perubahan atau variasi yang terdapat pada arus itu.
Kurva distribusi normal merupakan kur-va hasil dari pengeplotan kurkur-va hasil fre-kwensi dengan berbagai variasi dari suatu populasi yang terdiri dari beberapa klas.
Kurva distribusi normal mengandung penyebaran fraksi kasar dan halus kearah ka-nan dan kiri seimbang. Semakin runcing kur-va distribusi normal semakin sempit standar deviasinya sehingga semakin baik sortasinya (Gambar 6).
Gambar 6. Kurva Distribusi Kurva Frekuensi Kumulatif
Kurva yang menggambarkan hubungan antara frekuensi jumlah kumulatif (%) de-ngan penyebaran ukuran butir (skala phi) pa-da klas-klas tertentu mencerminkan perbepa-da- perbeda-an kelompok nilai tertentu. (Gambar 7).
Gambar 7. Kurva Kumulatif dengan Memakai Kertas Probabilitas 3. PEMBAHASAN
Setiap endapan lahar memiliki mekanis-me transportasi yang berbeda-beda tergan-tung dari arusnya, baik kecepatan arus mau-pun kuat arus yang mempengaruhi pada saat lahar diendapkan, atau dari banyaknya mate-rial yang diendapkan disuatu tempat. Meka-nisme transportasi endapan dapat diketahui
Ukuran butir (Skala phi) Ukuran butir (Skala Phi)
Fr e k u e n s i (% )
Ukuran Butir (Skala phi)
F rek ue ns i K um ul ati f ( %) S k al a P ro ba bi lit as
30
dari hasil analisa laboratorium dengan meng-gunakan metoda granulometri.
Dari hasil analisa terhadap contoh-con-toh endapan dari 15 lokasi yang berbeda te-lah diketahui (Gambar 8) beberapa hal yaitu persen berat dari contoh yang dianalisa dan penyebaran fraksinya. Penghitungan untuk nilai mean, median, modus, skewness,
kur-tosis dan sortasi dilakukan dengan meng-gunakan persamaan 1 sampai 5. Seluruh ha-sil analisa diplot pada Tabel 1. Selanjutnya mekanisme transportasi yang terjadi pada saat proses pengendapan lahar yang meliputi nilai pengaruh arus traksi, saltasi, dan sus-pensi dengan menggunakan metoda seperti gambar 7.
Gambar 8. Peta Lokasi Contoh Batuan Beserta Histogram Hasil Pengayakan Sungai Boyong
31
Hasil perhitungan berat (Table 1) yang digunakan didalam analisa granulometri dan merupakan tabel yang merekam data awal atau data mentah dari contoh yang telah pisah dan ditimbang. Dari tabel ini dapat di-amati persen berat dan persen komulatif yang diperoleh dari berat contoh yang ter-tinggal di atas ayakan (mesh) pada tiap-tiap besar mesh (mesh 8 sampai yang terkecil atau “PAN”).
Sedangkan kurva Histogram adalah kur-va yang membahas tentang beberapa nilai yang akan digunakan dalam perhitungan- perhitungan didalam tabel serta kurva-kurva berikutnya. Untuk dapat mengetahui meka-nisme transportasi di interpretasikan berda-sarkan Kurva Mekanisme Transportasi.
Kur-va ini memperlihatkan tipe mekanisme trans-portasi yang terjadi pada saat material dien-dapkan. Kurva ini dibuat dari data nilai skala Phi yang menggambarkan besarnya butir. Makin minus/kecil skala Phi maka meng-gambarkan semakin besar ukuran butirnya sedangkan semakin besar skala Phi maka se-makin halus ukuran butirnya.
Hubungan antara hasil perhitungan per-sen kumulatif dengan ukuran butir skala Phi untuk setiap contoh yang menghasilkan 3 ga-ris berat mencerminkan nilai dari pengaruh arus traksi, saltasi dan supensi. Dilihat dari garis berat, Jumlah persen traksi selalu ber-ada paling kiri, sedangkan saltasi umumnya berada di bagian tengah dari garis berat, dan suspensi berada paling kanan atau atas.
Tabel 1. Hasil Analisa Ukuran Butir dengan Metoda Granulometri di Laboratorium terhadap Contoh Batuan dari Kali Boyong
No.
Lokasi Mean Median Modus Skewness Kurtosis Sortasi Traksi Saltasi Suspensi
Coarse Track (CT) Fine Track (FT) Arah Pengam bilan sampel 1 0,7 1,75 0,75 Coarse Platykurtic Buruk 58,87% 33,23% 7,90% 0,75 Phi 3,75 Phi HULU
HILIR 2 0,755 1,75 0,75 Coarse Platykurtic Buruk 76,22% 18,17% 5,60% 1,75 Phi 3,75 Phi
3 0,75 1,75 0,75 Coarse Platykurtic Buruk 58,61% 35,43% 5,96% 0,75 Phi 3,75 Phi
4 3,76 1,75 3,75 Fine Leptykurtic Baik 13,44% 60,56% 2,60% 0,75 Phi 3,74 Phi
5 1,75 1,75 1,75 Fine Leptykurtic Baik 6,83% 87,11% 6,06% -0,25 Phi 2,45 Phi
6 0,85 1,75 0,75 Coarse Platykurtic Buruk 26,97% 70,85% 2,18% -0,25 Phi 3,65 Phi
7 0,95 1,75 0,75 Coarse Platykurtic Buruk 22,07% 64,98% 12,95% -0,25 Phi 3,75 Phi
8 0,85 1,75 4,75 Coarse Platykurtic Buruk 28,56% 52,04% 19,40% 0,75 Phi 3,65 Phi
9 0,95 1,75 0,75 Coarse Platykurtic Buruk 42,76% 49,37% 7,87% 0,75 Phi 3,75 Phi
10 2,7 1,75 2,75 Fine Platykurtic Buruk 4,50% 89,50% 6% 0,35 Phi 3,85 Phi
11 0,75 1,75 0,75 Coarse Platykurtic Buruk 8,40% 80,6% 5% 1,75 Phi 4,05 Phi
12 3,65 1,75 3,75 Fine Leptykurtic Baik 1,20% 87,80% 11% 1,85 Phi 3,75 Phi
13 3 1,75 2,75 Fine Platykurtic Buruk 18% 73,50% 8,50% 1,55 Phi 3,95 Phi
14 1,95 1,75 1,75 Fine Leptykurtic Baik 29% 63,00% 8% 2,25 Phi 3,55 Phi
32
Untuk mendapatkan nilai coarse track (CT) diambil dari perpotongan pertama an-tara garis berat traksi dengan garis berat salt-asi, sedangkan untuk mendapatkan nilai fine
track (FT) yaitu dari perpotongan garis berat
mendapatkan nilai CT dan FT tersebut. (Gambar 9) memperlihatkan contoh penen-tuan mekanisme transportasi untuk salah satu di antara 15 contoh lokasi di Sungai Boyong. Hasil penentuan mekanisme transportasi dari ke 15 lokasi tersebut diperlihatkan pada Ta-bel 1.
Titik perpotongan CT dan FT ditarik ga-ris ke bawah dan dibaca pada nilai skala Phi-nya. Pada lokasi pengamatan 1-3 tampak
sortasinya buruk dengan nilai traksi lebih do-minan dari pada saltasi dan suspensi. Persen-tase traksi berkisar antara 58,61% sampai 76,22% dan ini berarti mekanisme transpor-tasinya didominasi oleh mekanisme bed load yang terdapat pada kawasan hulu sungai (Ta-bel 1).
Dari contoh batuan di lokasi 4 sampai dengan 15 memperlihatkan sortasi makin ke arah lokasi 15 membaik yang berarti makin ke hilir sortasinya akan membaik dengan mekanisme transportasinya didominasi oleh pengaruh arus saltasi yang nilainya 49,37 sampai 87,80%.
Gambar 9. Kurva Hubungan Persentase Berat dengan Ukuran Butir untuk Contoh di Lokasi 3 dalam Menentukan Pengaruh Arus saat Batuan
33
Sortasi buruk dengan nilai traksi juga tetap mendominasi di antara nilai saltasi dan suspensi yang berarti material pada singka-pan ini masih bersentuhan dengan dasar su-ngai karena dari kurva tersebut terlihat nilai saltasi yang paling besar yaitu 89,50 % se-perti pada lokasi 10. Sedangkan untuk sus-pensinya tidak memperlihatkan prosentase terbesar. Untuk lokasi pengamatan 14 dan 15 memiliki sortasi yang baik ke arah hilir yang menandakan arus yang membawa endapan relatif tenang pada daerah hilir.
Dari hasil analisa granulometri dari lo-kasi 1 hingga lolo-kasi 15 yang dapat dilihat pa-da (Gambar 10) dipa-dapatkan kurva yang me-nunjukkan harga dari suatu mean yang nilai-nya bertambah semakin ke arah hilir, dengan median 1,75 dan modus bertambah pula ke hilir. Tingkat kecondongan penyebaran besar butir yang didapat menunjukkan coarse (-) cenderung mendominasi untuk daerah hulu dan fine (+) untuk daerah hilir, yang menan-dakan semakin ke arah hilir besar butirnya semakin halus.
Sedangkan untuk nilai kurtosis yang di-dapat dari hulu ke hilir nilainya acak, baik
platykurtic maupun leptykurtic dapat terjadi
di hulu maupun di hilir, hal ini menandakan bahwa kurtosis pada endapan lahar dicirikan dengan nilai tidak merata di semua lokasi.
Dari hasil-hasil penelitian nilai sortasi diketahui bahwa nilai sortasi di daerah pene-litian mengalami perubahan dari sortasi
bu-ruk (poorly sorted) pada daerah hulu menjadi sortasi baik (well sorted) pada daerah hilir. Pada daerah hulu butiran belum mengalami pemilahan secara baik dengan tingkat energi pengendapan yang tinggi dan berlangsung secara cepat. Namun seiring dengan endapan ke arah hilir tingkat energi peng-endapannya berangsur-angsur menurun se-hingga menghasilkan sortasi yang baik5).
Dari kurva skala probabilitas Coarse
track dan kurva Fine Track didapatkan
ke-cenderungan nilai Phi yang semakin membe-sar, ini menunjukkan bahwa semakin ke arah hilir butiran semakin menghalus.
Dari hasil pembacaan kurva probabilitas diketahui pada lokasi 1-3 yang diambil di Sungai Boyong memperlihatkan traksi lebih dominan, karena pada lokasi ini mengandung material yang relatif kasar. Pergerakan dari material ini dimulai pada saat kekuatan gaya aliran melebihi kekuatan inertia butiran pasir tersebut pada saat diam. Gerakan-gerakan se-dimen tersebut bisa gerak menggelinding, menggeser, atau bahkan bisa mendorong se-dimen yang satu dan lainnya. Sedangkan pa-da lokasi 4-15 mekanisme saltasi justru yang lebih mendominasi ini dapat disebabkan ali-ran fluida yang ada mampu menghisap dan mengangkut fraksi halus sampai akhirnya karena gaya gravitasi yang ada akan mampu mengembalikan fraksi halus tersebut ke ba-gian dasar (Fisher dan Schminke, 1984)6).
Gambar 10. Hubungan antara Sortasi, Skewness, dan Kurtosis dengan Pengaruh Arus terhadap Material yang diendapakan di Masing-Masing Lokasi di Sepanjang Sungai
34
Mekanisme transportasi material seperti tersebut diatas maka menggambarkan gerak-an ygerak-ang khas dialami oleh material ygerak-ang mengalami proses aliran lahar. Pada kenya-taannya endapan yang ada di Sungai Boyong sekarang adalah merupakan endapan lahar meskipun sebagian terutama di bagian hulu-nya awalhulu-nya terendapkan endapan awan pa-nas sebagai hasil letusan Merapi tahun 2010, akan tetapi secara berangsur endapan awan panas tersebut sering mengalami proses pembentukan aliran lahar seiring dengan ter-jadinya hujan yang terjadi berkali-kali.
4. SIMPULAN
1. Material pada daerah penelitian tertrans-portasi dengan mekanisme traksi (pada lokasi 1-3, dengan persentasi 58,61%-76,22%) pada daerah hulu dan dominan saltasi pada daerah hilir (lokasi 4-15, dengan persentasi 49,37%-87,80%) 2. Semakin ke arah hilir butiran material
semakin halus, dan memiliki nilai sortasi yang baik.
3. Adanya perbedaan ukuran butir di setiap lokasi disebabkan oleh kuat arus dan energi pengendapan yang berbeda-beda. 4. Perbedaan skewnes yang beragam di
setiap titik diakibatkan oleh arus lahar.
5. DAFTAR PUSTAKA
1. Wirakusumah, A.D., Djadjulie, A., dan Sayudi, D.S. Mitigasi Bencana Aliran Lahar Dengan Cara Normalisasi Sungai di Gunung Merapi, Jawa Tengah. Jurnal ESDM. 2013; 5(2):80-9.
2. Costa, J.E. Physical geomorphology of debris flow. In Costa, J.E. & Fleischer, P.J, editors. Developments and Applica-tions of Geomorphology. Berlin: Spri-nger-Verlag; 1984. p.268-317.
3. Tucker, M. E. Sedimentary Rocks in The Field. UK: Departement of Geo-logical Sciences University of Durham; 2003.
4. Folk, R. L., Ward, W. C. Brazos River Bar. A Study in the significance of
Grainsize Parameters. J. Sediment, Pet-rol. 1957; 27(1):3-26.
5. Boggs, S.Jr. Principles of Sedimentary and Stratigraphy. Merrill Publishing Company; 1987.
6. Fisher, R., Scihminke, U. Pyroclastic Rocks. New York: Springer Verlag; 1984. Daftar Simbol : Mz = Mean Mdϕ = Median σø = Sortasi Sk = Skewness υ = Kurtosis n = jumlah data
s = simpangan baku (standar deviasi)
= nilai rata-rata.
Φ16 = Nilai kurva (ukuran butir) yang teranalisa sebanyak 16%.
UCAPAN TERIMAKASIH
Penulis mengucapkan terimakasih kepada Labora-torium Sedimentologi UPN “Veteran” Yogyakarta, atas bantuannya untuk penyediaan fasilitas analisa sampel dengan metoda granulometri.
