model sebaran lumpur bor serai_1 bawang putih_1

MODEL SEBARAN PARAMETER KUNCI LUMPUR BOR Serai-1 & Bawang Putih-1 | i

MODEL SEBARAN

PARAMETER KUNCI

LUMPUR BOR

Reference: PT 109

Date: November 2013

Prepared for:

Murphy Semai Oil Co.

Pembuangan Lumpur Bor Serai-1 & Bawang Putih-1

MODEL SEBARAN PARAMETER KUNCI LUMPUR BOR Serai-1 & Bawang Putih-1 | ii

Daftar Isi

Daftar Isi ........................................................................................................................................... ii

1. Pendahuluan ................................................................................................................................ 1

2. Deskripsi Model ........................................................................................................................... 2

2.1. Persamaan Pembangun ...................................................................................................... 2

2.2. Desain Model ...................................................................................................................... 5

2.3. Syarat batas ........................................................................................................................ 7

3. Validasi Model .............................................................................................................................. 8

4. Hasil Model .................................................................................................................................. 9

5. Kesimpulan ................................................................................................................................ 12

Referensi ........................................................................................................................................... I

MODEL SEBARAN PARAMETER KUNCI LUMPUR BOR Serai-1 & Bawang Putih-1 | 1

1. Pendahuluan

Murphy Semai Oil Co. akan melakukan pemboran sumur eksplorasi Serai-1 & Bawang Putih-

1 di laut Seram. Untuk mengantisipasi dampak yang ditimbulkan akibat pembuangan

Lumpur Bor di laut, maka dilakukan pemodelan sebaran konsentrasi parameter kunci dalam

Lumpur Bor untuk mengetahui sejauh mana sebarannya di perairan.

Model yang dijalankan dalam studi ini terbagi menjadi dua bagian, yaitu:

1. Model Hidrodinamika (Arus dan Pasang Surut)

2. Model Sebaran Lumpur Bor

Hasil yang diperoleh dari model hidrodinamika arus dan pasang surut digunakan sebagai

penggerak model sebaran Lumpur Bor. Pemodelan untuk sebaran Lumpur Bor dijalankan

menggunakan persamaan transport yang disandingkan dengan model hidrodinamika.

Model hidrodinamika yang digunakan adalah The Princeton Ocean Model (POM). POM

merupakan model hidrodinamika 3 dimensi dengan permukaan bebas yang menggunakan

koordinat sigma untuk koordinat vertikal serta memasukkan submodel turbulensi di

dalamnya. Model ini dibangun pada akhir 1970 oleh Blumberg dan Mellor dengan kontribusi

dari beberapa ahli lainnya dan terus dimodifikasi hingga saat ini.

POM telah digunakan untuk memodelkan estuari, wilayah pantai, serta lautan global. Karena

dijalankan di bawah platform bahasa pemrograman Fortran, maka pengguna model ini dapat

menuliskan kodenya sendiri untuk diatur sesuai dengan permasalahan yang dihadapi.


2. Deskripsi Model

2.1. Persamaan Pembangun

Persamaan Hidrodinamika

Persamaan dasar aliran yang digunakan merupakan persamaan aliran 2 dimensi pada rerata

kedalaman (depth averaged) untuk kondisi aliran sub kritik. Kondisi aliran terjadi pada

penampang sangat lebar, sehingga variasi kecepatan terhadap kedalaman relatif kecil.

Percepatan gravitasi yang terjadi lebih dominan dibandingkan dengan percepatan aliran

vertikal, sehingga persamaan aliran dapat didekati dengan persamaan aliran dangkal

(shallow water equation).

Integrasi persamaan momentum dan persamaan kontinuitas horizontal terhadap kedalaman

diperoleh persamaan perairan dangkal sebagai berikut:

Persamaan Kontinuitas:

0

ty

VD

x

UD

Persamaan Momentum:

UADx

gVfy

VU

x

U

t

UH

bxsx

0

2

VADy

gUfy

V

x

VU

t

VH

bysy

0

2

dimana:

: elevasi muka air

U and V : kecepatanyang dirata-ratakan terhadap kedalaman;

D : H + : kedalaman total

sx and sy : tekanan permukaan arah x dan y;

bx and by : tekanan dasar arah x dan y;

AH : horizontal eddy viscosity;

2

2

2

2

yx

: operator Laplace 2-dimensi.

Komponen tekanan lateral memasukkan suku gesekan viscous, gesekan turbulent dan

adveksi differensial. Suku-suku tersebut diestimasi menggunakan konsop viskositas eddy

yang dirata-ratakan terhadap gradien kecepatan rata-rata:

(

)


Komponen tekanan dasar dalam arah x dan y diformulasikan sebagai berikut:

dimana adalah koefisien tegangan dasar:

Persamaan Transport Lumpur Bor

Persamaan transport yang digunakan diformulasikan sebagai berikut (Teisson, 1991):

(

)

(

) (

) ( ) ( )

dengan:

C : konsentrasi kandungan Lumpur Bor, mg/liter

t : waktu, detik

u : kecepatan aliran arah x, m/detik

v : kecepatan aliran arah y, m/detik

Kx : koefisien dispersi arah x, m2/detik

Ky : koefisien dispersi arah y, m2/detik

Qc : koefisien suku sumber, 1/detik

Rc : konsentrasi seimbang dari suku sumber, mg/liter/detik

Persamaan di atas dijalankan untuk parameter kunci dalam Lumpur Bor. Masing-masing

parameter dibedakan oleh nilai koefisien suku sumber (Qc) dan koefisien seimbang dari suku

sumber (Rc).

Transport polutan ini diakibatkan karena proses adveksi dan difusi, serta turbulensi laut.

Parameter kecepatan arus diperoleh dari hasil simulasi model hidrodinamika dengan

komponen kecepatan vertikal dihitung dari kecepatan u dan v dengan menggunakan

persamaan kontinuitas. Difusi turbulen horizontal dihitung dengan menggunakan koefisien

distribusi horizontal (Kx dan Ky) dibagi oleh sirkulasi kecepatan arus.

21

2

b

2

b22

fbxy

z

x

z1VUUc

21

2

b

2

b22

fbyy

z

x

z1VUVc

31

H

gn

C

gc

2

2

2f


Pada dasarnya model transport ini memungkinkan untuk memperhatikan adanya pertukaran

udara-laut (gas) yang disinyalir berpengaruh besar pada perubahan air laut akibat adanya

Lumpur Bor, pengaruh distribusi yang lain seperti halnya suspended particulate matter

(SPM) yang ada dalam air laut dan mengalami pengendapan (sinking), dan deposisi partikel

selanjutnya sebagai sedimen dan melihat degradasi dalam air laut. Tinjauan masing-masing

komponen ini, dirangkum dalam suku Rc pada persamaan, dan akan disesuaikan dengan

jenis bahan Lumpur Bor yang akan disimulasikan yang berasal dari outlet (Qc).

Persamaan hidrodinamika dan transport tersebut diselesaikan secara numerik dengan

menggunakan metode beda hingga semi implisit. Variabel yang akan dihitung ( , , dan )

diletakkan dalam staggered ARAKAWA-C grid (Mellor, 2004).

Gambar 1. Diagram Alir Proses Pemodelan Sebaran Lumpur Bor


2.2. Desain Model

Daerah model dalam studi ini meliputi daerah perairan Laut Seram yang dibatasi koordinat :

131°26'54.298"BT ; 2°41'42.199"LS dan 132°24'38.986"BT ; 3°22'6.599"LS. Daerah model

dalam studi ini ditampilkan dalam Gambar 2.

Gambar 2. Daerah Model Hidrodinamika dan Transport Lumpur Bor

Simulasi model dilakukan dengan diskretisasi ruang 50 m dalam koordinat x dan y dengan

jumlah grid horisontal 1800x1800 grid. Dalam studi, pola sirkulasi arus dan elevasi muka air

yang terjadi dibangkitkan oleh pasang surut dan angin permukaan yang terjadi pada daerah

model.

Simulasi model dijalankan selama 10 hari dari tanggal 20 – 30 Desember 2013 disesuaikan

dengan waktu pembuangan lumpur Bor dan dianggap mewakili musim Utara/Barat (Bulan

Desember - Februari). Langkah waktu yang digunakan sebesar t=2 detik dengan

mempertimbangkan syarat kestabilan CFL (Courant Friederich Lewy). Model transport

disimulasikan dengan sumber diskontinyu hingga Lumpur Bor habis dibuang.


Kondisi utama yang mendefinisikan model hidrodinamika adalah sebagai berikut:

• Jenis eddy viskositas horisontal telah dipilih untuk formulasi Smagorinsky dengan nilai

konstan 0,28.

• Jenis resistensi dasar dipilih ketetapan Manning dengan nilai konstan 32 m1/3/s.

• Panjang interval pelan di permulaan (soft start) untuk angin telah dipilih untuk 1 jam

untuk menghindari efek blow out.

• Batas tertutup (daratan) di berlakukan fluks normal nol untuk semua variabel.

• Pada 3 batas terbuka diletakkan elevasi pasang surut, sementara variabel kecepatan

digerakkan dengan menggunakan kondisi batas radiasi Sommerfeld didasarkan pada

teknik propagasi gelombang.

• Tegangan permukaan berasal dari kecepatan dan arah angin sepanjang daerah

pemodelan yang diperoleh dari BMKG.

Kondisi umum yang didefinisikan pada model transport Lumpur Bor adalah:

• Profil dasar laut diterapkan dengan tegangan geser kritis konstan 0,07 N/m2.

• Lapisan Bed digambarkan sebagai lapisan lumpur lembut dengan koefisien erosi

konstan 5.10-5 kg/m2/s dan tegangan geser kritis dari 0,1 N/m2. Kekuatan erosi

memiliki nilai 10 dan kepadatan konstan 200 kg/m3.

• Dispersi dijelaskan oleh formulasi koefisien Dispersi dengan koefisien dispersi konstan

0,045 m2/s (Q. Peishi et al, 2011).

• Selama simulasi konsentrasi pada batas terbuka adalah konstan 0 kg/m3.

• Data konsentrasi kandungan Lumpur Bor berasal dari nilai baku mutu air limbah bagi

kawasan industri dan dimasukkan sebagai input dalam menjalankan model transport

kandungan Lumpur Bor. Nilai konsentrasi masing-masing parameter yang dimodelkan

adalah sebagai berikut:

Produk Volume Konsentrasi (lb/bbl)

Soda Ash 110 lbs 0.25

Potassium Chloride 110 lbs 21.8

Barite 100 lbs 147

Sulfatrol 50 lbs 4


2.3. Syarat batas

Batas darat menggunakan syarat batas tertutup dimana kecepatan yang datang tegak lurus

pantai adalah sama dengan nol (zero flow normal). Pada batas terbuka dapat diberikan

elevasi pasut sedangkan kecepatan arus diselesaikan menggunakan syarat batas radiasi

Sommerfeld berdasarkan teknik penjalaran gelombang.

Pendekatan syarat batas radiasi direpresentasikan oleh persamaan adveksi berikut

(Chapman, 1985 dalam Ningsih et al, 2007):

dimana,

: kecepatan arus dalam arah tegak lurus (normal) bidang batas

c : kecepatan fasa gelombang pasut yang nilainya didekati dengan √ .

Tanda pada bagian atas dan bawah (+ dan -) masing-masing disesuaikan dengan batas

terbuka pada sisi kanan dan kiri.

Bentuk numerik dari persamaan di atas dapat ditulis dengan,

(

(

)

)

dimana subskrip B menyatakan batas, dan superskrip n-1, n, n+1 menyatakan level waktu.

Selanjutnya persamaan dapat ditulis sebagai berikut (Mellor, 2004):

( ( )

)

( )

dengan adalah nilai yang diprediksi di batas (dapat merupakan kecepatan arus atau

elevasi permukaan air). Sedangkan adalah bilangan Courant yang didefinisikan dengan

(Mellor, 2004).


3. Validasi Model

Untuk mengetahui sejauh mana model yang dihasilkan cukup baik, dilakukan langkah

verifikasi hasil model dengan data lapangan. Jika nilai dari model tidak terlalu jauh dengan

data lapangan, maka model dianggap sudah cukup mewakili kondisi sebenarnya. Hal ini

perlu dilakukan karena sebelum dilakukan analisis model penyebaran Lumpur Bor, model

hidrodinamika yang digunakan harus dipastikan memiliki hasil yang baik. Verifikasi model

yang dilakukan adalah verifikasi data pasut, dimana data tersebut adalah komponen utama

penggerak massa air yang menyebabkan transport polutan.

Gambar di bawah ini menunjukkan hasil verifikasi parameter pasang surut. Verifikasi

menunjukkan hasil yang cukup baik dengan beberapa error pada sebagian langkah waktu

yang diakibatkan oleh variasi lokal viskositas eddy pada model.

Gambar 3. Verifikasi Pasang Surut Dinas Hidro-Oseanografi TNI AL stasiun Fakfak dengan

Hasil Model


4. Hasil Model

Secara umum pola sebaran Lumpur Bor mengikuti kondisi musim yang terjadi yang

dipengaruhi oleh arah pergerakan angin dan kontribusi dari arus pasut. Persebaran

berdasarkan hasil model menunjukkan dominasi ke arah Tenggara mengikuti pergerakan

arus yang terjadi.

Pada kondisi angin dominan dari Barat Daya, konsentrasi barite sebesar 0.01 Kg/m3 yang

menyebar ke arah Tenggara mencapai jarak hingga +1,6 Km. Sedangkan konsentrasi

Sulfatrol sebesar 0.01 Kg/m3 mencapai jarak 700 m ke arah Tenggara. Konsentrasi Soda

Ash sebesar 0.01 Kg/m3 pada model terlihat bergerak hingga 400 m dari pusat outlet

Lumpur Bor. Dan konsentrasi Pottasium Chloride sebesar 0.01 Kg/m3 bergerak mencapai

jarak 1,3 Km ke arah Tenggara.

Gambar 4. Hasil Model Sebaran konsentrasi Barite pada Lumpur Bor


Gambar 5. Hasil Model Sebaran konsentrasi Sulfatrol pada Lumpur Bor

Gambar 6. Hasil Model Sebaran konsentrasi Soda Ash pada Lumpur Bor


Gambar 7. Hasil Model Sebaran konsentrasi Potasium Clhorida pada Lumpur Bor


5. Kesimpulan

Hasil pemodelan menyimpulkan hal-hal sebagai berikut:

1. Secara umum, pola sebaran parameter-parameter yang terkandung dalam Lumpur Bor

mengikuti pergerakan arus yang terjadi di lokasi studi,

2. Saat Lumpur Bor dibuang ke laut maka konsentrasinya akan mengalami penurunan

drastis,

3. Pergerakan domina parameter pada Lumpur bor adalah ke arah Tenggara.

Referensi

Le Méhaute, Bernard. 1976. An Introduction to Hydrodynamics and Water Waves. Springer-Verlag.

New York

Mellor, G.L. 2004. Users Guide for a Three-Dimensional, Primitive Equation, Numerical Ocean

Model. Princeton University. Princeton

Ningsih, Sari Nining, B. Priyono, S. Hadi dan A. Tarya. 2007. Studi Awal Pemodelan Numerik

Transpor Sedimen 2D Horisontal di Estuari Mahakam, Kalimantan Timur. Jurnal JTM.

Volume XIV. No.2.

Teisson, C. 1991. Cohesive suspended sediment transport: feasibility and limitations of numerical

modelling. Journal of Hydraulic Research, Vol. 29, No. 6.

Q. Peishi et al. 2011. Mathematical simulation on the oil slick spreading and dispersion in

nonuniform flow fields. Jurnal Momentum. Int. J. Environ. Sci. Tech., 8 (2), 339-350.

model sebaran lumpur bor serai_1 bawang putih_1

Documents