Paper Lingkungan

Evaluasi Sebaran Thermal Di Perairan Semenanjung Muria………….(Heni Susiati, dkk.)

376

EVALUASI SEBARAN THERMAL DI PERAIRAN SEMENANJUNG MURIADALAM RENCANA PEMBANGUNAN PLTN

Heni Susiati1, Wahyu Pandoe2, dan Yarianto SBS.1

1Pusat Pengembangan Energi Nuklir-BATAN,Jl. Kuningan Barat, Mampang Prapatan Jakarta 12710, Email: [email protected]

2Badan Pengkajian dan Pengembangan Teknologi (BPPT)

ABSTRAK

EVALUASI SEBARAN THERMAL DI PERAIRAN SEMENANJUNG MURIA DALAM RENCANAPEMBANGUNAN PLTN. PLTN Muria direncanakan dibangun di Semenanjung Muria - Jawa Tengahdengan mengambil air laut sebagai pendingin pembangkit listrik (power plant), serta membuangnya kembalike laut. Untuk mengetahui kemungkinan terjadinya sirkulasi masuknya kembali air panas ke intake, makaperlu dilakukan kajian dispersi termal dalam rangka perencanaan tersebut. Dalam kajian ini dilakukanpemodelan numerik untuk mengetahui pola sebaran thermal yang keluar dari outlet PLTN. Pemodelandilakukan dengan satu intake dan dua outlet pada musim barat dan musim timur. Asumsi yang digunakanadalah sangat konservatif, dimana buangan thermal dilepas ke laut tanpa melalui paritan (yang fungsinyauntuk menurunkan suhu sebelum dilepas ke laut). Masing-masing dimodelkan untuk beberapa fasa pasangsurut dengan skenario debit aliran yang masuk dari intake (Qin) = 73 m3/detik, debit aliran yang keluar darioutlet (Qout) = 73 m3/detik, suhu polutan yang keluar dari outlet = 36,9 0C, temperatur air laut aktual =29,80C, temperatur seimbang laut-udara = 29,00C dan kecepatan angin (w) = 2 m/detik. Hasil simulasimenunjukkan bahwa pada musim timur tidak terjadi limpahan air panas dari outlet yang masuk ke intake,sedangkan pada musim barat intake masih terpengaruh limpahan air dari outlet 10C lebih panasdibandingkan temperatur air laut normal. Pada musim barat luas penyebaran panas terhadap lingkungan (>10C) sejauh 2,5 km dari outlet ke arah timur. Sedangkan pada musim barat penyebaran panas yang signifikanterhadap lingkungan (> 1 oC) adalah sejauh 5 km dari outlet ke arah barat. Tetapi secara keseluruhan suhupermukaan laut masih dibawah batas ambang yang diijinkan (Kep.Men. LH No. 54 tahun 2004).

Kata kunci: sebaran, thermal, PLTN, pemodelan numerik

ABSTRACT

EVALUATION OF THERMAL DISTRIBUTION AT THE MURIA PENINSULA COAST IN NPP’sDEVELOPMENT. Muria NPP’s are planned to be built on the Muria Peninsula - Central Java by takingsea water as cooling power plants, and throw it back into the sea. To explore the possibilities of re-entry ofthe circulation of hot water to the intake, it is necessary to study the thermal dispersion within the frameworkof those plans. In this study, numerical modeling to determine thermal distribution pattern that comes outfrom NPP outlet. The modelling using a single intake and two outlets on the west and east monsoon season.The assumptions are very conservative, in which thermal effluent released into the sea without going throughthe trenches (whose function is to reduce the temperature prior to disposal into the sea). Each modeled forseveral tidal phase with the incoming flow rate scenario at the intake (Qin) = 73 m3/sec., the exit flow ratefrom the outlet (Qout) = 73 m3/sec., the temperature of pollutants coming out of outlets = 36,90C, the actualsea water temperature = 29,80C, balanced sea-air temperature = 29,00C and wind speed (w) = 2 m / sec. Thesimulation results show that the season does not occur east of the outlet hot water overflows into the intake,while the west monsoon is affected by the abundant water intake from the outlet 10C hotter than normalseawater temperatures. Spread widely in the west season heat to the environment (> 10C) as far as 2,5 kmfrom the outlet to the east. While in the west monsoon heat spread significantly to the environment (> 10C) is5 km from the outlet to the west. But overall, sea surface temperature was still below the allowable threshold(Kep.Men. LH No. 54 years in 2004).

Key words: dispersion, thermal, nuclear power plants, numerical modeling

PENDAHULUAN

Pembangkit listrik seperti PLTU maupunPLTGU selain memasok kebutuhan listrik jugamenghasilkan limbah panas dan langsung dibuangke badan air, demikian juga dengan operasional

PLTN. Pembuangan air limbah secara langsungke badan air sekitarnya tanpa melalui prosespendinginan kembali dapat menyebabkanpengaruh baik langsung maupun tidak langsungberupa perubahan kualitas perairan maupun

Prosiding Seminar Nasional ke-16 Teknologi dan Keselamatan PLTN Serta Fasilitas Nuklir ISSN : 0854 - 2910Hal. 376-386

377

pengaruh terhadap organisme yang hidup didalam badan airnya[1].

Untuk mempersiapkan pembangunan PLTNdi Semenanjung Muria, Jepara sebagai calontapak lokasi PLTN, evaluasi perkiraan terjadinyaperistiwa tersebut juga harus dipersiapkan sejakdini. Hal ini sangat penting karena rancangbangun PLTN mensyaratkan sumber air sebagaibagian tak terpisah dari sistem kerjanya. Olehkarenanya sebagai salah satu alternatif, PLTNdibangun di tapak yang berdekatan dengansungai, danau, atau laut. Untuk PLTN Muriadirencanakan sebagai sumber air pendingindiambil dari air laut di perairan SemenanjungMuria.

Studi yang menjelaskan karakteristikoseanografi dan kualitas air laut di lokasi tapakPLTN, seperti kondisi dinamika transpor sebarantermal merupakan kegiatan yang akan digunakansebagai acuan dalam perencanaan pembangunanPLTN. Limbah thermal sering menimbulkanmasalah pada beberapa biota yang berada diperairan. Penelitian tentang sifat dan dinamikatranspor thermal sangat diperlukan untukmengetahui pola arah transpor sebaran thermaldari hasil pendingin pembangkit.

Sebaran thermal melalui pemodelan numerikuntuk menggambarkan kondisi hidrodinamikaperairan dengan software sudah banyakdikembangkan. Pemodelan numerik dua dimensidengan perangkat lunak yang tersedia saat inisangat memungkinkan untuk dilakukan, salahsatunya adalah dengan menggunakan perangkatlunak Surface Water Modelling System (SMS).Untuk mengetahui aspek hidrodinamikadigunakan pendekatan model matematishidrodinamika dan simulasi transport thermal.

Pada penelitian ini disimulasikan modelhidrodinamika dan model sebaran thermal diperairan Semenanjung Muria.

Mekanisme transport thermal yang terjadi diperairan pantai Semenanjung Muria merupakanbagian dari sifat fisika yang dapat dipengaruhioleh pasang surut (pasut), gelombang, debitsungai, salinitas, kedalaman perairan, batimetri,sumber thermal, bangunan pantai dan perubahanpantai itu sendiri. Oleh karena itu dalam rangkapersiapan pembangunan PLTN, untuk monitoringlingkungan perairan pantai salah satu indikatorfisis yang harus menjadi perhatian adalah prosestransport thermal selain faktor terkait lainnya. Halini juga merupakan salah satu evaluasi dalamrekayasa perlindungan pantai.

Penelitian dengan pemodelan ini diperlukansebagai studi awal untuk mengetahui fenomenafisik perairan yang selanjutnya dapat digunakanuntuk studi lebih lanjut baik pada tahap konstruksimaupun operasional PLTN.

TEORI

Suhu Sebagai Faktor Lingkungan

Suhu merupakan faktor penting di lingkunganbahari karena secara langsung mempengaruhiproses faali biota, terutama laju metabolisme danreproduksi, dan secara tidak langsung melaluifaktor-faktor lingkungan lain seperti kelarutangas, viskositas air dan sebaran densitas air. Suhuambient untuk suatu wilayah spesifik berkaitandengan faktor-faktor oseanografi dan geografi,dan dapat spesifik ekosistem.

Menurut Hukum Van’t Hoff, kenaikan suhu10° akan menaikkan kecepatan reksi kimia duakali lipat. Walaupun hukum ini tidak dapatditerapkan begitu saja terhadap biota, namundapat diperkirakan bahwa perubahan suhulingkungan dapat mempengaruhi proses-proseshayati di dalam organisme karena proses-prosestersebut banyak yang bersifat kimiawi. Suhu jugamerupakan faktor pembatas terhadap sebaranbiota dan mempengaruhi viscositas air. Viscositasair menurun dengan meningkatnya suhu.Mengingat hal-hal tersebut di atas, suhumerupakan faktor ekologis yang penting.

Suhu seringkali merupakan faktor fisikpenentu dalam reproduksi, pertumbuhan,pendewasaan dan umur biota. Meskipundemikian, pengaruh suhu tidak sama untuk semuabiota. Sebagai contoh, suhu dapat mempengaruhipola perkembang-biakan. Suhu tinggi pada musimpanas menetukan perkembang-biakan biota-biotadi wilayah berlintang tinggi, sedangkan suhurendah pada musim dingin menentukanperkembang-biakan spesies-spesies di wilayahberlintang rendah. Spesies-spesies ugahari(temperate) biasanya aktif bereproduksi padamusim panas, sedangkan spesies-spesies tropisbereproduksi sepanjang tahun.

Suhu merupakan salah satu dari faktor-faktorlingkungan utama dalam perkembangan hewantropis. Di wilayah dimana gradien suhu tidakterlalu nyata, zona-sebaran fauna tidakmempunyai batas yang tajam tetapi bercampurdengan zona transisi yang luas. Batas-batas zonasifauna litoral ditentukan oleh iklim dan kondisihidrografi perairan[2].

Pencemaran Limbah Air Thermal

Seperti telah diuraikan di depan bahwapembangkit listrik dalam proses pendinginanmenghasilkan limbah air thermal, yang berasaldari produksinya, akan menimbulkan pencemarandi perairan sekitarnya. Pada umumnyapembangkit listrik sering dibangun di dekatperairan pantai atau estuari. Pembangkit listrikdengan siklus uap yang menggunakan sistemsirkuit terbuka sekali jalan (once through coolingsystem) suhu limbah air thermal hampir selalu


378

lebih tinggi daripada suhu air sekitarnya (ambientlevel). T suhu berkisar 5 sampai 400C, padakenaikan suhu yang tiba-tiba sangatmempengaruhi berbagai sifat fisika dan kimiayang berhubungan dengan kualitas air sepertidensitas, viskositas, oksigen terlarut, karbondioksida, pH serta biota perairan. Terjadinyaperubahan sifat fisika kimia perairan sudah tentuberpengaruh terhadap kehidupan organisme yangdikandungnya.

Luas pengaruh limbah thermal tergantungpada beberapa faktor yaitu volume air limbah,temperatur air limbah, temperatur air tempatpembuangan limbah, arus atau sirkulasi massa airtempat pembuangan limbah thermal.

Pembangunan pembangkit listrik di wilayahpesisir akan memberikan ancaman terhadapkeberadaan ekosistem laut (hutan mangrove,padang lamun dan terumbu karang) yangdiakibatkan peningkatan suhu air buangan/ limbahthermal dari sistem pendingin pembangkit listrik.Peningkatan suhu perairan ini dapat menyebabkankematian bagi komunitas biota bentik maupunpelajik yang sensitif terhadap perubahan suhu.Peningkatan suhu juga berpengaruh terhadapproses metabolisme dan pola perilaku organisme.

TATA KERJA

Daerah Studi

PLTN Semenanjung Muria terletak di Jepara,Jawa Tengah dengan outletnya direncanakanberada pada koordinat (6o 25’ 23,0” LS, 110o 47’12,0” BT) dan (6o 25’ 23.0” LS, 110o 47’ 12,0”BT), sedangkan pada intakenya (6o 25’ 23.0” LS,110o 48’ 21,0” BT) yang kesemuanya berada diperairan pantai Semenanjung Muria. Kedalamnperairan pantai Semenanjung Muria bervariasi

antara 1 meter di tepi garis pantai sampai dengan13 meter ke arah utara (lepas pantai). Secara garisbesar, peta batimetri dan lokasi model dapatdilihat pada Gambar 1.

Desain Model

Daerah model meliputi wilayah perairansekitar PLTN Muria dan PLTU Tanjung Jatidengan batas-batas lintang dan bujur sebagaiberikut :Batas utara : 6.405 0 LSBatas selatan : 6.427 0 LSBatas barat : 110.716 0 BTBatas timur : 110.811 0 BT

Daerah model ini terbagi menjadi 141 x 81grid (148 grid arah barat-timur dan 81 grid arahutara-selatan) dengan ukuran tiap grid dx = dy =100 m. Langkah waktu perhitungan (dt) yangdigunakan adalah 2 detik. Dengan lama simulasi 7hari.

Skenario ModelModel hidrodinamika dan dispersi temperaturdisimulasikan dengan memasukkan data pasangsurut, angin, dan debit air di intake dan outlet.Simulasi dilakukan dalam berbagai skenario denganmemperhatikan kondisi pasang surut dan anginmusim, yaitu: skenario 1 : Musim Timur danskenario 2 : Musim Barat.Masing-masing skenario dimodelkan dalam kondisibeberapa fasa pasut, yaitu : Air menuju ke pasang Air pasang tertinggi Air menuju ke surut Air surut terendah


379

Semua skenario simulasi dilakukan dengan data dibawah ini: Debit aliran yang masuk dari intake (Qin) =

73 m3/detik Debit aliran yang keluar dari outlet (Qout) =

73 m3/detik Suhu Polutan yang keluar dari outlet = 36,9

0C Temperatur air laut aktual = 29,80C Temperatur seimbang laut-udara = 29,00C Kecepatan angin (w) = 2 m/detik

Tahapan Simulasi Model Hidrodinamika

Model hidrodinamika dijalankan untukmensimulasi arus yang dibangkitkan oleh aliran daribuangan air pendingin PLTN. Debit air pendinginini mempengaruhi sirkulasi arus di dekat mulutintake dan outlet PLTN di perairan pantai. Arus diperairan pantai dipengaruhi pula oleh pasang surutdan angin yang bertiup diatas laut. Gelombang lautsebenarnya juga mempengaruhi arus laut di dekatpantai, tapi dalam model yang telah dijalankanpengaruh arus yang dibangkitkan oleh gelombangdianggap kecil.

Gerak sirkulasi arus di perairan pantai yangdangkal diasumsikan sebagai aliran masa air yangbercampur sempurna (homogen) mulai daripermukaan laut sampai kedasar perairan danpengaruh angin dipermukaan diasumsikanmencapai dasar laut. Oleh karena itu persamaanmodel yang dipakai adalah persamaan yangdiintegrasikan terhadap kedalaman. Dalam modelini air laut dianggap sebagai fluida yang takmampu mampat (incompresible fluid).

Metode Permodelan Numerik PenjalaranGelombang dan Arus

Model ADCIRC-2DTR digunakan untukmenghitung sirkulasi air laut di daerah studi.ADCIRC adalah model elemen hingga (finiteelement) yang digunakan untuk menghitungsirkulasi air (laut) untuk memecahkan persamaanperairan dangkal (shallow water equation) padagrid yang tidak terstruktur. Modul hidrodinamikmemberikan solusi tinggi muka air, kecepatan ratakedalaman U dan V. Elevasi muka air dipecahkandalam persamaan kontinuitas yang terintegrasisecara vertikal menggunakan formulasi GWCE(Generalized Wave Continuity Equation):

0

y

VH

x

UH

t

(1a)

Gambar 1. Lokasi Studi Di Kawasan Jepara dan Muria


380

Persamaan konservasi momentum terintegrasisecara vertikal dalam bentuk non-konservatifadalah:

HHH

D

H

Mg

p

xfV

y

UV

x

UU

t

U bxsxxxe

s

000

(1b)

HHH

D

H

Mg

p

yfU

y

VV

x

UV

t

V bysyyye

s

000

(1c)

dimana U dan V adalah kecepatan lateral rata-kedalaman dalam arah –x dan –y., adalahelevasi permukaan laut relative terhadap geoid, f= parameter Coriolis; H = kedalaman air darimuka air hingga dasar, Mx dan My adalah termdepth-integrated lateral momentum diffusionterms; Dx dan Dy = depth-integrated lateralmomentum dispersion terms; g = akselerasigravitasi; ps = tekanan atmosfir di permukaan air, = effective Earth elasticity factor; e =Newtonian equilibrium tide potential; o =referensi density; sx dan sy = applied free surfacestress; bx dan by = lateral bottom stress terms,yang dihitung dengan persamaan:

UVUC ofbx

2/122 (2a)

VVUC ofby

2/122 (2b)

dimana Cf adalah bottom friction coefficient.

Transpor dan Dispersi Temperatur.Persamaan temperatur rata-kedalaman diberikansebagai:

SSy

HTh

Dyx

HTh

Dxy

HTV

x

HTU

t

HT

(3)

dimana C adalah depth-averaged thermalconcentration (g/l atau kg/m3); SS adalahsource/sink term. Dh adalah koefisien dispersihorizontal untuk temperatur (m2/s), dimanakoefisien ini diasumsikan konstan terhadap ruangdan waktu.

Pembuatan model matematik menggunakanperangkat lunak SMS 8.1. dibagi pada tiga tahapproses, yaitu tahap permodelan sertaparameternya (pre-processing unit), tahappemrosesan program komputasi (running) dantahap tampilan hasil running (post-processingunit).

HASIL DAN PEMBAHASAN

Lokasi tapak PLTN berada tepat di tepipantai, sehingga diperkirakan akan berdampakpada kondisi hidrooseanografi perairan disekitarnya sehingga perlu kajian kondisi hidro-oseanografi sebagai bagian dari kajian awaldampak hidro-oseanografi untuk masukanAMDAL.

Keputusan Menteri Negara LingkunganHidup No.51 tahun 2004 tentang Baku Mutu AirLaut mensyaratkan bahwa kenaikan temperaturair yang digunakan dalam proses industri dibatasimaksimal 2°C. Dalam kaitannya dengan prosespembangkitan daya listrik terutama PLTUataupun PLTN, keputusan ini membawakonsekuensi yang perlu dijelaskan dari berbagaisisi.

Sebagai sumber dampak adalahpenggunaan air laut dalam jumlah dan debit yangbesar sebagai bagian dari water cooling systemPLTN. Air laut yang diambil dari water intakebersuhu ambien, disirkulasi untuk mengekstraksipanas yang harus dibuang dari PLTN. Airpendingin yang panas dibuang melalui kanal kewater outlet sehingga tersebar ke badan air. Untukmemprakirakan dampak sebaran panas ini perludilakukan simulasi numerik dispersi panas.Data primer untuk tujuan simulasi diperolehdengan melakukan pengukuran langsung dilapangan yang meliputi: pemeruman, pengukuranpasang surut dan arus.

Grid yang digunakan sebagai domainadalah triangular grid. Pembuatan grid dibuatmenggunakan perangkat lunak SMS 8.1 sepertitelah diuraikan pada bab sebelumnya. Sepertidisajikan pada Gambar 2, grid mencakup daerahyang cukup luas dengan batas wilayah di perairanTegal di sisi batas barat hingga perairan Gresik dibatas timur. Bentang daerah pemodelan dari batasbarat ke batas timur adalah sekitar 473 km.

Batas terbuka (open boundary) dibuatsetengah lingkaran di laut Jawa dari batas barathingga batas timur. Panjang batas terbuka adalah~270 km sepanjang pantai dan 230 km kearah laut(offshore), dengan jumlah node sebanyak 31 titikyang jaraknya bervariasi dari 2 km didekat pantaihingga 15 km di laut terbuka. Jumlah nodes dalamdomain model adalah 16.509 titik dan jumlahelemen sekitar 31.506 elemen segitiga. Kerapatanelemen segitiga bervariasi dari jarak 50 m disekitar rencana pipa outlet PLTN hingga jarak 25km di batas terbuka.

Garis pantai merupakan gabungan dari datagaris pantai hasil pemetaan garis pantai di sekitarlokasi rencana dan data garis pantai dunia skala1:250.000 yang dikeluarkan oleh NOAA.Kedalaman laut pada grid merupakan hasilinterpolasi dari peta batimetri yang tersedia.Simulasi dilakukan pada dua musim: musim baratdan timur, dimana kedua musim tersebut memilikikarakteristik angin yang sangat berbeda. Saatmusim barat angin bertiup dari arah barat-baratlaut sedangkan saat musim timur angin bertiupsecara dominan dari arah timur. Dalampemodelan ini angin diasumsikan konstan dalamruang dan waktu.


381

Gambar 2. Triangulated grid untuk perairandaerah Jepara dan sekitarnya

Selain angin, model dikendalikan olehgaya pasang surut sepanjang batas terbuka.Komponen pasang surut yang digunakan dalamsimulasi berjumlah 8 komponen yaitu: 4komponen pasang surut harian (diurnal): K1, O1,P1, Q1, dan 4 komponen setengah harian (semidiurnal): L2, M2, N2 dan S2. Discharge air panasdari pipa pembuangan air pendingin PLTNdiasumsikan memiliki volume aliran keluar(discharge) yang konstan dalam ruang dan waktu.

Hasil simulasi disajikan pada uraian berikut.

Musim Angin Barat

Pada simulasi ini, sirkulasi hidrodinamikadigerakkan oleh amplitudo dan phase pasang surutdi semua titik batas terbuka pada saat awalsimulasi (t=0) dan angin barat yang bertiup secarakonstan dalam ruang dan waktu dengan kecepatanangin U = 5,2 m/s, dan arah 110N. Gambar 3.menunjukkan arah dan besaran angin yangdigunakan dalam simulasi di musin barat.Discharge air panas dengan temperatur konstan T= 36,7 C dengan volume buangan sebesar 73m3/detik. Temperatur air laut sekeliling (ambientsea water temperature) saat awal simulasi adalah: Tw = 29C

Gambar 3. Arah dan kecepatan angin di area(domain) pemodelan saat musim barat.

Simulasi dilakukan selama 5 hari, time step 4detik dan output setiap 1 jam. Penyebarantemperatur didominasi oleh aliran air yangbergerak dari outlet sehingga penyebarannyabergerak ke satu arah saja dominan ke arah timur,dengan interval kecepatan 0,01 sampai 1,06m/det.Saat kondisi awal, penyebaran thermal masihdisekitar outlet sebagaimana disajikan padaGambar 4 saat t=1 jam. Pada simulasi jampertama hingga jam ke delapan suhu di sekitaroutlet yang masih besar sekitar 36-36,7oC denganjarak 1 km dari outlet ke arah timur.

Pada jam ke sembilan hingga jam keenambelas penyebaran suhu disekitar outletmengalami pengurangan jarak, hanya 10 m darioutlet dibandingkan kondisi sejam sebelumnya.Hal ini menunjukkan bahwa persebaran suhunyatidak sebesar pada awal simulasi.

Gambar 4. Sebaran termal saat kondisi awal t=1 jam dimusim barat. Warna mengindikasikan temparatur air

antara 29ºC hingga 38ºC.

Pada saat t=12 jam (Gambar 5), penyebarantemperatur dari outlet mengalami penyebaransejauh 1 km dari outlet hampir merata ke segalaarah karena pengaruh angin lebih kecil daridominasi kecepatan arus discharge dari outlet.

Hal ini dapat terjadi karena arus yangdihasilkan sangat kecil, yaitu kurang dari 1 m/s,sehingga arus dari outlet mendominasi pergerakan


382

tempertur. Dapat dilihat bahwa luas penyebaranpanas yang signifikan terhadap lingkungan T 0,0– 1,0oC yang terbesar dengan jauh penyebaran 1km dari outlet merambat merata ke arah timur.Luas penyebaran T = (1,0 – 2,0)oC dengan jarakpenyebaran 2,1 km merambat ke arah timur. Jarakpenyebaran temperatur dengan T di atas 2,0oCmencapai sekitar 3,5 km ke arah timur dan 4,2 kmke arah timur laut. Berdasarkan hasil simulasiterlihat bahwa suhu daerah intake akanmeningkat, menjadi sekitar 36,70C (peningkatansebesar 7,70C) dibandingkan kondisi awal. Hal initerjadi karena suhu yang keluar dari outletmenyebar ke segala arah, termasuk masukkembali ke daerah intake.

Gambar 5. Sebaran termal saat kondisi awalt=12-jam di musim barat.

Gambar 6. Sebaran termal saat kondisi t=24-jam(1 hari) di musim barat.

Pada saat t=48 jam, penyebaran termal semakinjauh ke arah timur (Gambar 6). Kenaikantemperatur air laut hingga T=29,5-30,0ºC terlihatjauh ke timur antara 4 km-10 km. Penyebaranpanas menaikkan temperatur hingga T=30,5ºCterlihat hingga 4 km ke arah timur dari outlet.


Pada saat t=72 jam atau t=3 hari, penyebarantermal semakin jauh ke arah timur. Lihat Gambar7. Kenaikan temperatur air laut hingga T=29,5-30,0ºC terlihat jauh sedkitar 18 km ke arah ketimur hingga sisi tenggara P. Mandalika denganlebar penjalaran sekitar 2 km sejajar pantai.Penyebaran panas menaikkan temperatur hinggaT=30,5ºC terlihat hingga 5 km ke arah timur darioutlet. Temperatur sekitar outlet bervariasi dari30,5ºC hingga 37ºC.

Gambar 7. Sebaran termal saat kondisi t=72-jam (3 hari) di musim barat.

Pada akhir hari ke 4 atau saat t=96 jam,penyebaran termal semakin jauh ke arah timur(Gambar 8). Kenaikan temperatur air laut hinggaT=29,5-30,0ºC terlihat jauh sekitar 20 km ke arahke timur hingga daerah pantai Margorejo denganlebar penjalaran sekitar 2km sejajar pantai.Penyebaran panas menaikkan temperatur hinggaT=31ºC terlihat hingga 3 km ke arah timur darioutlet. Temperatur sekitar outlet bervariasi dari31ºC hingga 37ºC.


383


Warna mengindikasikan temparatur air antara29ºC hingga 38ºC.

Pada akhir simulasi di hari ke 5 atau saat t=120jam, penyebaran termal semakin jauh ke arahtimur hingga 28 km dari outlet hingga perairanJuwana (Gambar 9). Kenaikan temperatur air lauthingga T=29,5 – 30,0ºC terlihat ke arah ke timurhingga daerah pantai Juwana dengan lebarpenjalaran sekitar 2 km sejajar pantai. Penyebaranpanas menaikkan temperatur hingga menjadiT=31ºC terlihat hingga 5 km ke arah timur darioutlet. Temperatur sekitar outlet bervariasi dari31ºC hingga 37ºC. Dapat terlihat disini bahwasetelah simulasi 5 hari terjadi kenaikan temperaturair laut hingga 2ºC dari ambient temperature disekitar outlet hingga radius 2-5 km.

Musim Angin Timuran

Pada simulasi ini, sirkulasi hidrodinamikadigerakkan oleh amplitudo dan phase pasang surutdi semua titik batas terbuka pada saat awalsimulasi (t=0) dan angin timur yang bertiup secarakonstan dalam ruang dan waktu dengan kecepatanangin U = 4.8m/s, dan arah 270N. Gambar 10menunjukkan arah dan besaran angin yangdigunakan dalam simulasi di musin timur ini.Discharge/buangan air panas dengan temperaturkonstan T = 36,7 C dengan volume buangansebesar 73 m3/detik. Temperatur air laut sekeliling(ambient sea water temperature) saat awalsimulasi adalah : Tw = 29C.

Gambar 9. Sebaran termal saat kondisi t=120-jam(5 hari) di musim barat. Warna mengindikasikan

temparatur air antara 29ºC hingga 38ºC.

Simulasi dilakukan selama 5 hari, time step 4detik dan output setiap 1 jam. Penyebarantemperatur didominasi oleh aliran air yangbergerak dari outlet sehingga penyebarannyabergerak ke satu arah saja dominan ke arah barat,dengan interval kecepatan 0,01 sampai 1,06m/det.

Gambar 10. Arah dan kecepatan angin di area(domain) pemodelan saat musim barat.

Saat kondisi awal, penyebaran thermal masihdi sekitar outlet, hampir sama dengan situasi padamusim barat sebagaimana disajikan pada Gambar10 saat t=1-jam. Pada simulasi jam pertamahingga jam ke delapan suhu di sekitar outlet yangmasih besar sekitar 36-36,7oC dengan jarak 1 kmdari outlet ke arah barat.


384

Pada jam ke sembilan hingga jam ke enambelaspenyebaran suhu disekitar outlet mengalamipengurangan jarak, hanya 10 m dari outletdibandingkan kondisi sejam sebelumnya. Hal inimenunjukkan bahwa persebaran suhunya tidaksebesar pada awal simulasi. Pada saat t=12 jam(Gambar 11), penyebaran temperatur dari outletmengalami penyebaran sejauh 1 km dari outlethampir merata ke segala arah karena pengaruhangin lebih kecil dari dominasi kecepatan arusdischarge dari outlet.

Gambar 4.11. Sebaran termal saat kondisi awalt=12-jam di musim timur.

Warna mengindikasikan temparatur air antara29ºC hingga 38ºC.

Hal ini dapat terjadi karena arus yang dihasilkansangat kecil, yaitu kurang dari 1 m/s, sehinggaarus dari outlet mendominasi pergerakantempertur. Dapat dilihat bahwa luas penyebaranpanas yang signifikan terhadap lingkungan T 0,0– 1,0oC yang terbesar dengan jauh penyebaran 1km dari outlet merambat merata ke arah barat.Luas penyebaran T = (1,0 – 2,0)oC dengan jarakpenyebaran 2,1 km merambat ke arah barat. Jarakpenyebaran temperatur dengan T di atas 2,0oCmencapai sekitar 3,5 km ke arah barat dan 4,2 kmke arah barat daya. Berdasarkan hasil simulasiterlihat bahwa suhu daerah intake akan meningkatsampai sekitar 36,70C (peningkatan sebesar7,70C) dibandingkan kondisi awal. Hal ini terjadikarena suhu yang keluar dari outlet menyebar kesegala arah, termasuk masuk kembali ke daerahintake.

Hasil simulasi pada jam ke tujuh belashingga jam ke dua puluh empat menunjukkanbahwa suhunya tidak mengalami penyebaran yangsignifikan di sekitar outlet kurang dari 10 m,namun pengaruh suhunya menyebar hingga kearah barat/barat daya termasuk intake denganjarak 3,5 km dengan suhu mencapai 30oC. Araharus yang bergerak dari timur ke barat karenadominasi angin di laut lepas jauh dari outletmenyebabkan penyebaran termal selanjutnya

mengikuti pola yang sama. Simulasi dalam waktusatu hari (t=24 jam), seperti disajikan padaGambar 12, menghasilkan penyebaran menujuarah barat mencapai jarak sejauh 5,3 km ke arahbarat dan suhu di sekitar 30oC.

Gambar 12. Sebaran termal saat kondisi t=24-jam(1 hari) di musim timur. Warna mengindikasikan


Pada saat t=48 jam, penyebaran termal semakinjauh ke arah barat. Lihat Gambar 13. Kenaikantemperatur air laut hingga T=29,5-30,0ºC terlihatjauh ke timur antara 2 km – 9,3 km. Penyebaranpanas menaikkan temperatur hingga T=30,5ºCterlihat hingga 2 km ke arah barat dari outlet.

Gambar 13. Sebaran termal saat kondisi t=48 jam(2 hari) di musim timur.

Pada saat t=72 jam atau t=3 hari, penyebarantermal semakin jauh ke arah barat (Gambar 14).Kenaikan temperatur air laut hingga T=29,5-30,0ºC terlihat jauh sekitar 15 km ke arah ke baratdaya hingga sisi barat pantai Jepara dengan lebarpenjalaran sekitar 2 km sejajar pantai. Penyebaranpanas menaikkan temperatur hingga T=30,5ºCterlihat hingga 2 km ke arah barat dari outlet.Temperatur sekitar outlet bervariasi dari 30,5ºChingga 37ºC.


385

Gambar 14. Sebaran termal saat kondisi t=72-jam(3 hari) di musim timur. Warna mengindikasikan


Pada akhir hari ke 4 atau saat t=96 jam,penyebaran termal semakin jauh ke arah baratdaya (Gambar 15). Kenaikan temperatur air lauthingga T=29,5-30,0ºC terlihat jauh sekitar 20 kmke arah ke barat daya hingga daerah pantai Jeparadengan lebar penjalaran sekitar 2 km sejajarpantai. Penyebaran panas menaikkan temperaturhingga T=31ºC terlihat hingga 3 km ke arah baratdaya dari outlet. Temperatur sekitar outletbervariasi dari 31ºC hingga 37ºC.

Sebaran panas ke arah barat daya terlihattidak menerus (discontinuity) karena pengaruharus pasang-surut sejajar pantai yang dominan kearah timur, sehingga longshore current ke arahbarat daya akan berganti secara periodik sesaatkearah timur laut saat arus pasang surutmaksimum. Akibatnya terjadi pembalikan arussesaat dari dominasi ke arah barat daya menjadike arah timur laut. Saat terjadinya periode ini,sebaran panas menjadi melebar sekitar 3 km arahlaut.

Gambar 15. Sebaran termal saat kondisi t=96-jam(4 hari) di musim timur.

Pada akhir simulasi di hari ke-5 atau saat t=120jam, penyebaran termal semakin jauh ke arahbarat daya hingga 28 km dari outlet hinggaperairan Jepara (Gambar 16). Kenaikantemperatur air laut hingga T=29,5-30,0ºC terlihatke arah ke barat hingga daerah pantai Jepara

dengan lebar penjalaran sekitar 2 km sejajarpantai. Penyebaran panas menaikkan temperaturhingga T=31ºC terlihat hingga 5 km ke arah timurdari outlet. Temperatur sekitar outlet bervariasidari 31ºC hingga 37ºC. Dapat terlihat disinibahwa setelah simulasi 5-hari terjadi kenaikantemperatur air laut hingga 2ºC dari ambienttemperature di sekitar outlet hingga radius 2-5km.

Gambar 16. Sebaran termal saat kondisi t=120-jam (5 hari) di musim timur.

KESIMPULAN

1. Simulasi pada musim timur menunjukkanbahwa massa air menyebar ke arah barat.Hampir tidak ada limpahan dari outlet yangmasuk ke intake karena angin yang berasaldari timur, jadi hampir tidak terjadiresirkulasi air pendingin.

2. Simulasi pada musim barat menunjukkanbahwa penyebaran suhu bergerak ke arahtimur laut karena pengaruh angin yangdominan. Pernyataan ini didukung oleh plotsuhu di intake, yang menunjukkanpeningkatan suhu rata-rata sebesar 1.0 0C.

3. Pada kondisi pasut di musim barat dapatdilihat bahwa luas penyebaran panas PLTNMuria yang signifikan terhadap lingkungan(diatas 1.0 oC) maksimum dengan jauhpenyebaran 2.5 km dari outlet ke arah Timur.Simulasi dalam waktu satu hari menghasilkanpenyebaran menuju arah timur dengan suhudisekitar 32 oC.


386

4. Pada kondisi pasut di musim timur dapatdilihat bahwa luas penyebaran panas PLTNMuria yang signifikan terhadap lingkungan(diatas 1.0 oC) maksimum dengan jauhpenyebaran 5 km dari outlet ke arah barat.Simulasi dalam waktu satu hari menghasilkanpenyebaran menuju arah barat dengan suhusekitar 34 oC.

Rekomendasi1. Hasil simulasi secara umum telah

menggambarkan pola sebaran air pendingindi Semenanjung Muria, walaupun demikianhasil ini masih memerlukan pengujian(verifikasi) lebih rinci lagi.

2. Data yang diperlukan untuk verifikasi modeladalah arus, pasang surut, sebarantemperatur, angin, debit sungai, debit intakedan outlet yang berupa data time series (deretwaktu) serta batimetri terbaru di tiap lokasi.

3. Software sebaran termal disusun dandijalankan dengan data temperatur yang bisadivariasikan, tetapi dengan kondisi sirkulasiarus, untuk tiap musim, berbagai kondisipasang surut dan debit intake – outlet tertentuyang telah ditentukan dari hasil simulasimodel hidrodinamika sebelumnya yangdisimpan dalam bentuk file. Sirkulasi arustersebut disimulasikan dengan input datapasang surut, angin, debit intake dan outlet,serta batimetri sehingga jika inginmemvariasikan data-data tersebut diperlukanmenjalankan model hidrodinamika yang baruyang harus dikerjakan secara khusus.

4. Keakuratan data pendukung untukmenjalankan model secara umum masih perluditingkatkan, misalnya data debit intake-outlet pembangkit sebaiknya diambil daridata pengukuran lapangan.

DAFTAR PUSTAKA

1. HUBOYO, H.S., ZAMAN, B., AnalisisSebaran Temperatur dan Salinitas AirLimbah PLTU_PLTGU Berdasarkan SistemPemetaan Spasial (Studi Kasus: PLTU-PLTGU Tambak Lorok Semarang), ProgramStudi Teknik Lingkungan FT. UNDIP,Semarang (2008).

2. HARDY, R.N., Temperature and animal life.The Camelot Press Ltd. Southampton, U.K.33 pp (1979).

3. ASTUTI, P.: 1998, Model Penyebaran Panasdi Perairan Muara Karang Jakarta Utaradengan Menerapkan Metoda Quickest. TesisMagister, Program Magister Oseanografi

dan Sains Atmosfer, DepartemenGeofisika dan Meteorologi, InstitutTeknologi Bandung.

4. JAMES, A.: 1993, An Introduction to WaterQuality Modelling, second Edition, JohnWiley & Son, Chichester, England.

5. KOUTITAS. C.G.: 1988, MathematicalModels In Coastal Engineering. ArisstotleUniversity, Pentech Press. London.

6. KOWALIK, Z., dan MURTY, T.S.: 1993,Numerical Modelling of Ocean Dynamics.World Scientific. Singapore.

7. LEONARD, B.P.: 1978, Elliptic systems :Finite-Difference Method, Departement ofMechanical Engineering, The University ofAkron, Akton, Ohio.

8. Leonard, B.P.: 1979, A Stable and AccurateConvective Modelling Procedure Based onQudratic Upstream Interpolation, A Journalof Computer Methods in Applied Mechanicsand Engineering, North-Holland PublishingCompany.

9. SUTISNA, H.:1988, Simulasi HidrodinamikaTeluk Jakarta Menggunakan Metode BedaHingga Ke Arah Hulu. Tugas Akhir, ProgramStudi Oseanografi, Departemen Geofisikadan Meteorologi, Institut TeknologiBandung.

10. Van Leer, Bram., 1985. On NumericalDispersion by Upwind Differencing. Dept. of

Mathematics and Informatics of DelftUniversity.

TANYA JAWAB

Pertanyaan:Bagaimana pengevaluasian di pantai daripelepasan air ?

(Findah R. Sholikhah – ITS )

Jawaban:Evaluasi dipantai dari pelepasan air pendinginPLTN dilakukan dengan monitoring temperaturair laut. Air yang dilepaskan di perairan sesuaidengan peraturan Kep. Men LH No. 54 tahun2004, kenaikan suhu perairan tidak boleh lebihdari 2 oC

Paper Lingkungan

Documents

Transcript of Paper Lingkungan