i

LAPORAN KEMAJUAN

PENELITIAN PASCASARJANA ITS

DANA ITS 2020

Analisa Perubahan Permukaan Tanah di Kawasan Lumpur Sidoarjo dan Sekitarnya dari Pengolahan Data Sentinel-1 A Tahun 2017 - 2020

menggunakan Metode PS-InSAR

Tim Peneliti :

Ira Mutiara Anjasmara (Teknik Geomatika/FTSPK) Muhammad Taufik (Teknik Geomatika/FTSPK)

Saiyidinal Fikri (Teknik Geomatika/FTSPK)

DIREKTORAT RISET DAN PENGABDIAN KEPADA MASYARAKAT

INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER

SURABAYA

2020

Sesuai Surat Perjanjian Pelaksanaan Penelitian No: 922/PKS/ITS/2020

i

Daftar Isi

Daftar Isi ........................................................................................................................................................... i

Daftar Tabel ..................................................................................................................................................... ii

Daftar Gambar ................................................................................................................................................ iii

Daftar Lampiran ............................................................................................................................................. iv

BAB I RINGKASAN ...................................................................................................................................... 1

BAB II HASIL PENELITIAN ........................................................................................................................ 5

BAB III STATUS LUARAN .......................................................................................................................... 9

BAB IV PERAN MITRA (UntukPenelitian Kerjasama Antar Perguruan Tinggi) ....................................... 10

BAB V KENDALA PELAKSANAAN PENELITIAN ................................................................................ 11

BAB VI RENCANA TAHAPAN SELANJUTNYA .................................................................................... 12

BAB VII DAFTAR PUSTAKA .................................................................................................................... 13

BAB VIII LAMPIRAN ................................................................................................................................. 15

LAMPIRAN 1 Tabel Daftar Luaran .............................................................................................................. 16

ii

Daftar Tabel Tabel I.1 Target Luaran Penelitian .................................................................................................................. 4 Tabel II. 1 Jumlah pembentuan PS pada coherence dan ASI yang berbeda .................................................... 6

iii

Daftar Gambar Gambar I.1 Diagram Alir Penelitian .............................................................................................................. 3 Gambar II.1 Ambang batas koherensi 0,25 dengan ASI 0,7, 0,75, dan 0,8 (kiri-kanan) ............................... 5 Gambar II.2 Ambang batas koherensi 0,5 dengan ASI 0,7, 0,75, dan 0,8 ...................................................... 5 Gambar II.3 Ambang batas koherensi 0,75 dengan ASI 0,7, 0,75, dan 0,8 .................................................... 6 Gambar II.4 Cumulative Displacement ambang batas koherensi 0,25 dengan ASI 0,7, 0,75, dan 0,8 .......... 6 Gambar II.5 Cumulative Displacement ambang batas koherensi 0,5 dengan ASI 0,7, 0,75, dan 0,8 ............ 7 Gambar II.6 Cumulative Displacement ambang batas koherensi 0,75 dengan ASI 0,7, 0,75, dan 0,8 .......... 7 Gambar II.7 Velocity (mm/tahun) ambang batas koherensi 0,25 dengan ASI 0,7, 0,75, dan 0,8 .................. 7 Gambar II.8 Velocity (mm/tahun) ambang batas koherensi 0,5 dengan ASI 0,7, 0,75, dan 0,8 .................... 8 Gambar II.9 Velocity (mm/tahun) ambang batas koherensi 0,75 dengan ASI 0,7, 0,75, dan 0,8 .................. 8

iv

Daftar Lampiran

1

BAB I RINGKASAN 1.1 Latar Belakang

Lumpur sidoarjo (LUSI) merupakan peristiwa munculnya semburan lumpur dan gas dari dalam bumi menuju kepermukaan. Gunung lumpur LUSI di kecamatan Porong, Sidoarjo, Jawa Timur, Indonesia mulai meletus pada tanggal 29 Mei 2006. Letusan campuran lumpur, air dan gas yang hampir terus menerus telah terjadi di sekitar erupsi lumpur ini memicu deformasi tanah vertikal dan horizontal. Lebih dari 150 pasang interferogram yang dihasilkan dari 66 scene Advanced Land Observing Satellite (ALOS) PALSAR dari Juni 2006 hingga Desember 2009 juga telah digunakan untuk mempelajari deformasi tanah yang disebabkan oleh lumpur gunung LUSI. Letusan lumpur LUSI dimulai hanya 200 m dari tempat perusahaan minyak Lapindo [1].

Semburan lumpur panas Sidoarjo sampai sekarang masih terus mengalir dan bukti geologis belum menunjukkan tanda-tanda akan berhenti dalam waktu dekat [2]. Semburan lumpur menyebabkan dampak besar pada lingkungan sekitar dan kehidupan sosial ekonomi masyarakat serta meningkatkan spekulasi lain terhadap bukti geologis. Peristiwa ini menunjukkan pelepasan material dari lapisan bawah permukaan yang mengandung tanah liat bertekanan lebih tinggi dari tekanan hidrostatik (over pressure shale), sangat plastis dan bahkan mungkin dalam kondisi bergerak (hidrodinamik). Hal ini sangat umum di cekungan ellisional. Beberapa karakteristik cekungan ellisional [3] yaitu: pengendapan lapisan sedimen muda yang sangat cepat, adanya tekanan fluida yang sangat besar pada lapisan sedimen yang labil dan tempat adanya minyak. Cekungan ini yang disebut gunung lumpur, meskipun ada perbedaan karakteristik LUSI dengan gunung berapi lumpur lainnya, yang memiliki suhu sekitar 100 ℃ di permukaan dengan debit 150.000 m3/hari. Selama hampir 12 (dua belas) tahun mengalir, kegiatan pengamatan dan pengukuran karakteristik dan perilaku terus menjadi konvergensi dengan pendekatan geologi, geokimia, geofisika dan geodetik. Hasil analisis geokimia fluida menunjukkan bahwa LUSI telah terkait dengan fenomena panas bumi. Hasil analisis struktur geologis menunjukkan adanya struktur penindikan yang melintasi pusat erupsi sedangkan analisis geodesi menggunakan InSAR menunjukkan adanya beberapa daerah yang mengalami penurunan (subsidence) dan ada yang terangkat (uplift) [2].

Penentuan deformasi secara umum dapat dilakukan dengan berbagai metode seperti pengukuran sipat datar, pengamatan Global Positioning System (GPS) dan penginderaan jauh. Dalam penelitian ini penulis melakukan penelitian untuk melihat perubahan permukaan tanah menggunakan metode Syntetic Aperture Radar (SAR) dimana metode ini adalah salah satu metode penginderaan jauh dimana penelitian tidak bersentuhan langsung dengan objek yang akan diamati. Secara ketelitian metode SAR memang belum bisa mencapai tingkat akurasi yang lebih teliti dibandingkan dengan penggunaan metode GPS atau Sipat Datar dalam mendapatkan nilai perubahan permukaan tanah. Namun dalam penelitian dengan cakupan yang luas metode SAR dapat meminimalisir biaya, sumber daya manusia maupun waktu pengamatan yang terbilang cukup lama. Metode SAR dalam penentuan deformasi dalam aspek geodesi sudah banyak dilakukan seperti penelitian InSAR-derived crustal deformation and fault models of normal faulting earthquake (Mj 7.0) in the Fukushima-Hamadori area, dimana penelitian ini menerapkan analisis Interferometric Synthetic Aperture Radar (InSAR) menggunakan data ALOS / PALSAR untuk gempa bumi daerah Fukushima - Hamadori [4]. Penelitian berfokus pada pemetaan daerah yang terkena dampak gempa dengan teknik InSAR dan menggunakan pengamatan deformasi permukaan sebagai input untuk proses inversi slip untuk memodelkan gempa dalam InSAR Technique for Earthquake Studies [5].

Penelitian LUSI dengan menggunaan data SAR metode InSAR dan Differential Syntetic Aperture Radar (DInSAR) telah banyak dilakukan dalam kurun waktu 13 tahun terakhir. Beberapa penelitian seperti Fukushima et al., (2009), Gauchet et al., (2011), Shirzaei el al., (2015) dan Andreas et al., (2017) memanfaatkan metode InSAR menggunakan data ALOS PALSAR untuk melihat deformasi yang terjadi pada kawasan sekitar LUSI. Sensor satelit bekerja pada panjang gelombang mikro seperti PALSAR pada L-

2

band merupakan sistem pengindera aktif dengan mempergunakan energi pancaran sendiri dari wahana satelit, kemudian sinyal hambur baliknya ditangkap oleh antena sensor. Dikarenakan sistem aktif dan bekerja pada gelombang mikro maka sensor SAR dapat dipergunakan untuk memantau permukaan bumi tanpa gangguan awan, cuaca dan ketergantungan sumber cahaya matahari [9]. Dalam penelitian Yulyta et al., (2015) dan Thomas et al., (2010) menerapkan metode DInSAR untuk mendapatkan besar deformasi dengan ketelitian mencapai sub-sentimeter. Data yang digunakan dalam penelitian ini adalah empat buah citra satelit ALOS/PALSAR hingga didapatkan besar deformasi yang terjadi pada kawasan LUSI.

Perbedaan penelitian ini dengan penelitian sebelumnya yaitu pada penelitian ini menggunakan data Sentinel-1, metode PS-InSAR, dan menganalisis perubahan permukaan tanah berdasarkan ambang batas koherensi yang berbeda. Pemanfaatan produk data Sentinel-1 ke berbagai bidang aplikasi adalah berdasarkan kemampuan fase sinyal radar yang koheren untuk berhubungan dengan posisi dan perpindahan target poin menggunakan teknik PS-InSAR, kumpulan besar data radar dapat diproses untuk menentukan populasi titik (poin PS-InSAR) dengan informasi geometris yang akurat, termasuk kecepatan. Teknik ini telah divalidasi dan memungkinkan untuk mengukur deformasi tanah beberapa milimeter per tahun [12]. Pengukuran perpindahan yang tepat dapat digunakan untuk memetakan stabilitas tanah dan mengidentifikasi dan mengkarakterisasi pola gerakan. 1.2 Tujuan Penelitian Berdasarkan latar belakang yang telah diuraikan, tujuan dari penelitian ini adalah: a. Untuk analisis perubahan permukaan tanah dengan metode PS-InSAR khususnya kawasan semburan

LUSI. Analisa dan evaluasi deformasi atau perubahan permukaan tanah yang terjadi pada kawasan LUSI dengan nilai ambang batas koherensi yang berbeda pada tahun 2017 – 2020

b. Analisis menggunakan parameter amplitude stability index (ASI) yang berbeda. c. Menganalisa wilayah yang secara signifikan mengalami penurunan tanah dan mengevaluasi faktor-

faktor apa saja yang mempengaruhinya

1.3 Tahapan Metode Penelitian Tahapan dalam pelaksanaan penelitian ini digambarkan dalam diagram alir pada Gambar I.1 berikut:

3

Gambar I. 1 Diagram Alir Penelitian

4

1.4 Target Luaran Target luaran dari penelitian ini adalah artikel jurnal internasional terindeks scopus Q2 dan Tesis

Magister. Tabel I.1 Target Luaran Penelitian

Luaran Tahun Status Jurnal Internasional Q2 2020 Submitted Tesis Magister 2020 Lulus

5

Ringkasan penelitian berisi latar belakang penelitian,tujuan dan tahapan metode penelitian, luaran yang ditargetkan, kata kunci

BAB II HASIL PENELITIAN 2.1 Kemajuan Pelaksanaan Penelitian

Pelaksanaan penelitian ini masih dalam proses pengolahan data namun telah memiliki kesimpulan sementara. Beberapa parameter yang menjadi tujuan dalam penelitian ini telah selesai dilakukan, namun untuk pengolahan selanjutnya masih dalam tahap pergantian parameter dan plotting hasil. Pembentukan titik PS dengan parameter Dispersion < 0,25 atau nilai ASI > 0,75 [13] namun dalam penelitian ini penulis menggunakan parameter ASI sebesar 0,7, 0,75, dan 0,8 untuk mendapatkan jumlah point yang signifikan berbeda.

2.2 Data yang Diperoleh Data yang digunakan pada penelitian ini yaitu:

1. Citra Sentinel 1 (SLC) pada tahun perekeman 2017 hingga 2019 dengan polarisasi VV (pancaran dari sensor vertikal, backscatter dari objek vertikal) descending. Data ini diunduh pada website vertex.daac.asf.alaska.edu/

2. Data DEM (Digital Elevation Model) SRM 1 second dengan resolusi 30 meter.

2.3 Hasil dan Analisis Sementara Dalam proses pengolahan yang telah direncanakan, data Sentinel-1 dengan polarisasi descending

dilakukan pengolahan dengan parameter ambang batas koherensi 0,25, 0,5, dan 0,75 dengan pembentukan titik PS dengan parameter ASI 0,7, 075, dan 0,8. Koherensi yang berbeda pada setiap parameter dapat dilihat pada gambar berikut

Gambar II.1 Ambang batas koherensi 0,25 dengan ASI 0,7, 0,75, dan 0,8 (kiri-kanan)

Gambar II.2 Ambang batas koherensi 0,5 dengan ASI 0,7, 0,75, dan 0,8

6

Gambar II.3 Ambang batas koherensi 0,75 dengan ASI 0,7, 0,75, dan 0,8

Dari plot hasil dari masing – masing ambang batas koherensi dan parameter ASI yang berbeda

didapatkan hasil seperti Tabel II.1 berikut

Tabel II. 1 Jumlah pembentuan PS pada coherence dan ASI yang berbeda

Coherence ASI POINT

0.25 0.7 10260

0.75 5436

0.8 2471

0.5 0.7 10138

0.75 5389

0.8 2454

0.75 0.7 9895

0.75 5377

0.8 2453

Dari Tabel II.1 dapat dilihat bahwa perbedaan jumlah poin yang signifikan dipengaruhi oleh faktor

pembentukan PS berdasarkan nilai ASI. Hal ini juga mempengaruhi kerapatan titik yang terbentuk pada permukaan yang dianggap solid di permukaan bumi [13]. Meskipun menunjukkan jumlah poin yang berbeda secara signifikan antar ASI, cumulative displacement dan velocity yang terlihat pada gambar berikut

Gambar II. 4 Cumulative Displacement ambang batas koherensi 0,25 dengan ASI 0,7, 0,75, dan 0,8

7

Gambar II. 5 Cumulative Displacement ambang batas koherensi 0,5 dengan ASI 0,7, 0,75, dan 0,8

Gambar II. 6 Cumulative Displacement ambang batas koherensi 0,75 dengan ASI 0,7, 0,75, dan 0,8

Dari pengolahan yang telah dilakukan berdasarkan beberapa parameter yang berbeda wilayah kawasan barat dan timur merupakan wilayah yang mengalami penurunan permukaan tanah yang terus terjadi hingga saat ini. Hal ini diperkuat berdasarkan penelitian Aoki & Sidiq (2014) dan Shirzaei et al., (2015) yang menyebutkan wilayah barat mengalami subsidence rata – rata sebesar 200 mm semenjak 2008 hingga 2010 dengan kecepatan velocity rata – rata sebesar 100 mm/tahun. Sedangkan wilayah timur berdasarkan penelitian Fukushima et al., (2009) menyebutkan awal kemunculan LUSI Mei 2006 subsidance terekam 70 – 80 cm pada interferogram data ALOS pada pasangan Oktober hingga November 2006, hal ini terjadi karena awal kemunculan LUSI partikel lumpur berupa air (cairan dan uap), gas, dan partikel padat muncul kepermukaan dengan tekanan yang kuat dan jumlah yang besar, sehingga mempengaruhi perubahan permukaan tanah disekitar kawasan semburan. Set data ALOS dari 2006 – 2007 menunjukkan rata – rata penurunan terjadi disebelah timur LUSI sebesar 120 mm/tahun.

Gambar II. 7 Velocity (mm/tahun) ambang batas koherensi 0,25 dengan ASI 0,7, 0,75, dan 0,8

8

Gambar II. 8 Velocity (mm/tahun) ambang batas koherensi 0,5 dengan ASI 0,7, 0,75, dan 0,8

Gambar II. 9 Velocity (mm/tahun) ambang batas koherensi 0,75 dengan ASI 0,7, 0,75, dan 0,8

Perbedaan yang terlihat antara penelitian sebelumnya dengan penelitian ini adalah perbedaan set data yang digunakan dalam penelitian sebelumnya. Berdasarkan hasil pengolahan data Sentinel-1 pada tahun perekaman 2017 – 2020. Cumulative displacement dan velocity yang cenderung menurun dari awal kemunculannya mengidentifikasikan bahwasaanya semburan LUSI akan berhenti suatu saat [1].

9

BAB III STATUS LUARAN Penelitian ini telah menghasilkan satu judul Tesis Magister dengan judul ‘

10

BAB IV PERAN MITRA (UntukPenelitian Kerjasama Antar Perguruan Tinggi) Tidak ada mitra dalam penelitian ini.

11

BAB V KENDALA PELAKSANAAN PENELITIAN

Kendala dalam pelaksanaan penelitian

Dalam pelaksaan penelitian kendala yang dihadapi adalah pada saat pengolahan data. Data yang diperlukan cukup banyak dengan ukuran yang besar. Untuk pengolahan data diperlukan komputer dengan spesifikasi yang cukup tinggi yang ada di laboratorium Geodesi dan Geodinamika. Pada awal masa pandemi, peneliti tidak mendapatkan akses ke laboratorium sehingga mengakibatkan delay dalam pengolahan data.

Kendala dalam mencapai luaran yang dijanjikan

Untuk publikasi berupa jurnal Q2 masih terdapat kendala proses pengolahan data yang belum selesai. Untuk publikasi ini perlu penambahan data dan validasi sehingga tidak sama dengan luaran Tesis yang telah dihasilkan.

12

BAB VI RENCANA TAHAPAN SELANJUTNYA Tahapan yang masih harus dilakasanakan selanjutnya adalah melakukan pengolahan ascending data,

sehingga memperoleh hasil untuk melakukan analisis lanjutan serta mengevaluasi daerah yang mengalami subsidence yang signifikan seperti wilayah barat dan timur dari pusat semburan LUSI.

13

BAB VII DAFTAR PUSTAKA

[1] Andreas H, Abidin H Z, Sidiq T P, Gumilar I, Aoki Y, Hakim A L and Sumintadiredja P 2017 Understanding the trigger for the LUSI mud volcano eruption from ground deformation signatures Geol. Soc. Spec. Publ. 441 199–212

[2] Wibowo H T, Prastisho B, Prasetyadi C and Yudiantoro D F 2018 The evolution of Sidoarjo hot mudflow (Lusi), Indonesia IOP Conf. Ser. Earth Environ. Sci. 212

[3] Satyana A H and Asnidar 2008 MUD DIAPIRS AND MUD VOLCANOES IN DEPRESSIONS OF JAVA TO MADURA : ORIGINS, NATURES, AND IMPLICATIONS TO PETROLEUM SYSTEM PROCEEDINGS, Indones. Pet. Assoc. Thirty- Second Annu. Conv. Exhib. May 2008 2 1–34

[4] Kobayashi T, Tobita M, Koarai M, Okatani T, Suzuki A, Noguchi Y, Yamanaka M and Miyahara B 2013 InSAR-derived crustal deformation and fault models of normal faulting earthquake (M j 7.0) in the Fukushima-Hamadori area Earth, Planets Sp. 64 1209–21

[5] Liu Y 2015 InSAR Technique for Earthquake Studies Geoscience and Earth Observing Systems Group (GEOS) (The University of New South Wales Sydney,)

[6] Fukushima Y, Mori J, Hashimoto M and Kano Y 2009 Subsidence associated with the LUSI mud eruption, East Java, investigated by SAR interferometry Mar. Pet. Geol. 26 1740–50

[7] Gauchet C, Christophe E, Chia A S, Yin T and Liew S C 2011 InSAR monitoring of the Lusi mud volcano, East Java, from 2006 to 2010 Int. Geosci. Remote Sens. Symp. 1961–4

[8] Shirzaei M, Rudolph M L and Manga M 2015 Deep and shallow sources for the Lusi mud eruption revealed by surface deformation Geophys. Res. Lett. 42 5274–81

[9] Kushardono D 2017 KLASIFIKASI DIGITAL PADA PENGINDERAAN JAUH vol 158, ed A M Sari (Bogor: PT Penerbit IPB Press)

[10] Yulyta S A, Taufik M and Hayati N 2015 STUDI PENGAMATAN PENURUNAN DAN KENAIKAN MUKA TANAH MENGGUNAKAN METODE DIFFERENTIAL INTERFEROMETRI SYNTHETIC APERTURE RADAR ( DInSAR ) ( Studi Kasus : Lumpur Lapindo , Sidoarjo ) GEOID 11

[11] Thomas A, Holley R, Burren R, Shilston D, Waring D and Meikle C 2010 Long-term differential InSAR monitoring of the Lampur Sidoarjo mud volcano (Java, Indonesia) using ALOS PALSAR imagery IAHS-AISH Publ. 339 274–8

[12] ESA 2012 Sentinel-1 ESA’s radar observatory mission for GMES operational services vol 1, ed K Fletcher (Netherlands: ESA Communications)

[13] Ferretti A, Prati C and Rocca F 2001 Permanent scatterers in SAR interferometry IEEE Trans. Geosci. Remote Sens. 39 8–20

[14] Aoki Y and Sidiq T P 2014 Ground deformation associated with the eruption of Lumpur Sidoarjo mud volcano, east Java, Indonesia J. Volcanol. Geotherm. Res. 278–279 96–102

14

15

BAB VIII LAMPIRAN Lampiran berisi tabel daftar luaran (Format sesuai lampiran 1) dan bukti pendukung luaran wajib dan luaran tambahan (jika ada) sesuai dengan target capaian yang dijanjikan

16

LAMPIRAN 1 Tabel Daftar Luaran Program : Penelitian Pascasarjana Nama Ketua Tim : Ira Mutiara Anjasmara Judul : Analisa Perubahan Permukaan Tanah di Kawasan Lumpur

Sidoarjo dan Sekitarnya dari Pengolahan Data Sentinel-1 A Tahun 2017 - 2020 menggunakan Metode PS-InSAR

1.Artikel Jurnal

No Judul Artikel Nama Jurnal Status Kemajuan*) 1 Analysing surface deformation

over the LUSI mud volcano affected area using PSInSAR method

persiapan

*) Status kemajuan: Persiapan, submitted, under review, accepted, published

2. Artikel Konferensi

No Judul Artikel Nama Konferensi (Nama Penyelenggara, Tempat,

Tanggal)

Status Kemajuan*)

*) Status kemajuan: Persiapan, submitted, under review, accepted, presented

3. Paten

No Judul Usulan Paten Status Kemajuan

*) Status kemajuan: Persiapan, submitted, under review 4. Buku

No Judul Buku (Rencana) Penerbit Status Kemajuan*)

*) Status kemajuan: Persiapan, under review, published

5. Hasil Lain No Nama Output Detail Output Status Kemajuan*) *) Status kemajuan: cantumkan status kemajuan sesuai kondisi saat ini

6. Disertasi/Tesis/Tugas Akhir/PKM yang dihasilkan

17

No Nama Mahasiswa NRP Judul Status*) 1 Saiyidinal Fikri 03311850010001 Analisa

Perubahan Permukaan Tanah di Kawasan Lumpur Sidoarjo dan Sekitarnya dari Pengolahan Data Sentinel-1 A Tahun 2017 – 2019 menggunakan Metode PS-InSAR

Lulus

*) Status kemajuan: cantumkan lulus dan tahun kelulusan atau in progress