Sistem Pemantau Tinggi Muka Air (PANTIR)

Latar Belakang Kelahiran Inovasi Sistem Pantir

Hubungan Antara Hujan, Muka Air Tanah dan Muka Air Sungai

Gambar A memperlihat sebidang tanah alami yang permukaannya ditumbuhi rerumputan dan sebatang pohon besar. Hujan turun di atas sebidang tanah tadi (Gambar B). Air hujan yang jatuh di permukaan tanah akan meresap ke dalam tanah melalui rongga tanah atau pori-pori tanah atau celah-celah tanah (Gambar C). Pori-pori adalah ruang-ruang kosong di sela-sela butiran-butiran tanah. Tanah yang alami dengan tetumbuhan di atasnya menyediakan pori-pori, rongga-rongga dan celah tanah yang memadai sehingga air hujan bisa leluasa meresap ke dalam tanah.

Air resapan akan turun sampai kedalaman beberapa meter hingga puluhan meter. Air resapan tersebut akan terus bergerak ke bawah hingga mencapai lapisan tanah atau batuan yang bersifat impermeable. Lapisan ini tidak memiliki pori-pori sehingga tidak bisa ditembus air. Karena air tak bisa lagi turun ke bawah, maka air tadi hanya bisa mengisi ruang-ruang antara butiran batuan di atas lapisan impermeabel; dengan kata lain air akan tertampung di atasnya (Gambar D). Air hujan yang datang belakangan akan menambah volume air pengisi rongga-rongga antar butiran dan akan tertampung disana. Penambahan volume air akan berhenti seiring dengan berhentinya hujan (Gambar E). Permukaan air yang tertampung di bawah tanah disebut water table, sementara lapisan tanah yang terisi air disebut zona saturasi air (Gambar F). Air yang tersimpan di bawah tanah itu disebut air tanah.

Pantir dirancang untuk dapat memantau intensitas curah hujan dan mengukur tinggi muka air tanah secara simultan. Dengan teknologi laser, ketelitian tinggi muka air tanah dapat mencapai orde milimeter.

Sungai adalah water table (muka air tanah) yang tersingkap di permukaan tanah. Ketinggian muka air sungai selalu lebih rendah dibandingkan ketinggian muka air tanah di sekelilingnya (gambar kiri). Karena muka air sungai lebih rendah dibandingkan muka air tanah, maka air tanah mengalir ke sepanjang badan sungai dan mensuplai air sungai. Sumber air sungai tidak sepenuhnya berasal dari hulu (gambar kanan).

Saat musim hujan, jarak muka air tanah terhadap pemukaan tanah semakin dekat karena muka air tanah meninggi (naik). Hal ini mengakibatkan tinggi muka air sungai juga meningkat (gambar kiri). Saat musim panas, hujan jarang turun, sehingga muka air tanah semakin menjauh dari permukaan tanah. Sumur warga menjadi kering. Air sungai menjadi surut (gambar kanan).

Pantir juga diberi kemampuan untuk memantau tinggi muka air sungai. Pantir memanfaatkan gelombang elektromagnetik, bukan gelombang ultrasonik, untuk memantau tinggi muka air sungai.

Sebuah Pantir terpasang di jembatan sungai

Departemen Geosains FMIPA Universitas Indonesia menghadirkan produk inovasi yang diberinama Pantir. Pantir adalah singkatan dari Pemantau Air. Pantir adalah sebuah sistem untuk memonitor dinamika air di alam terbuka. Pantir dapat digunakan untuk memantau (monitoring)

  • ketinggian muka air danau, setu atau waduk,
  • ketinggian muka air sungai,
  • ketinggian muka air tanah, dan
  • intensitas curah hujan.

Pantir hadir dengan mikrokontroler 32-bit yang mengendalikan sensor pemantau ketinggian muka air dan sensor intensitas curah hujan. Data hasil pantauan Pantir dapat disimpan dalam SD-Card ataupun dikirim ke database server melalui jaringan internet. Pemantauan oleh Pantir dilakukan secara langsung (real time). Kelebihan lain dari Pantir adalah adanya fitur receiver GPS sehingga waktu pemantauan (tahun, bulan, hari, jam, menit, detik) tersinkronisasi dengan server maupun stasiun Pantir lainnya.

Sumber listrik tenaga surya yang mendayai Pantir membuatnya terbebas dari ketergantungan PLN sehingga Pantir dapat ditempatkan di remote area. Dengan konsumsi daya maksimal 15 Watt, baterai Pantir dapat bertahan hingga 3 hari tanpa suplai dari matahari.

Pantir dapat dihandalkan untuk memitigasi bencana banjir melalui pemantauan tinggi muka air sungai, tinggi muka air tanah dan intensitas curah hujan di wilayah tangkapan air (catchment area). Peningkatan potensi bencana banjir, yang kerap mengancam masyarakat Indonesia saat musim penghujan, dapat diketahui lebih awal dengan Pantir. Sehingga dampak kerugian bisa diminimalisir.

Spesifikasi Pantir sebagai berikut:
Sensor radar microwave 24 GHz – untuk memantau tinggi muka air sungai:
• Jarak maksimum: 15 m
• Ketelitian: ±5 cm
Sensor laser – untuk memantau tinggi muka air tanah:
• Ketelitian: ±2 mm
Sensor curah hujan:
• Akurasi: ±0.36 mm
Komunikasi:
• Support 4G/NB-IOT/GPRS
Daya: solar panel 15 Watt
• Tegangan: 5 V, Arus: 3 A
Kondisi operasi normal:
• suhu operasi: -40ºC to 85ºC
Keuntungan:
• Pengukuran dengan teknologi radar
• Pengaturan status (normal, siaga 3, siaga 2, siaga 1)
• Konfigurasi dapat menggunakan wifi
• Pantauan secara langsung (realtime) melalui website dan aplikasi
mobile (*dalam pengembangan)

Kinerja Pantir Dalam Mencatat Intensitas Curah Hujan

Rentang waktu antara dua titik merah adalah 10 menit. Artinya Pantir mencatat intensitas curah hujan setiap 10 menit sekali. Situasi dikatakan hujan manakala posisi titik merah berada di atas garis nol. Makin tinggi posisi titik merah menandakan intensitas hujan yang makin tinggi.

Pantir mampu mencatat intensitas curah hujan harian. Curah hujan harian tersebut ditampilkan dalam periode satu bulan. Jumlah hari hujan maupun jumlah hari tidak hujan secara otomatis tercatat dalam sistem Pantir. Informasi ini sangat berguna untuk menganalisis perilaku cuaca di suatu wilayah, yang pada gilirannya dapat menjadi pertimbangan dalam perencanaan pembangunan.

Hasil pemantauan curah hujan selama 1 tahun membuktikan kehandalan dan ketangguhan sistem Pantir telah teruji di lapangan yang sesungguhnya.

Kinerja Pantir Dalam Memantau Curah Hujan dan Tinggi Muka Air Tanah

Contoh instalasi Pantir untuk pemantauan tinggi muka air tanah. Sumur pantau dibuat hingga menembus water table.  Permukaan water table adalah ketinggian muka air tanah yang menjadi target pemantauan. Laser pointer, yang berada dipermukaan tanah, menyorot muka air tanah setiap 10 menit sekali. Jarak tempuh sinar laser dikonversi menjadi ketinggian dalam satuan mdpl (meter dari permukaan laut).

Seberapa efektif fungsi sumur resapan?

Sistem Pantir dapat dimanfaatkan untuk mengukur efektifitas fungsi sumur resapan. Sebab Pantir mampu mengukur intensitas curah hujan dan tinggi muka air tanah secara bersamaan atau simultan. Terlebih lagi, durasi hujan dapat diperoleh dengan menghitung jumlah titik merah yang berada di atas garis nol kemudian mengalikannya dengan angka 10 (yang berarti 10 menit).

Grafik memperlihatkan kenaikan muka air tanah setinggi 85 cm pasca hujan lebat/ekstrim yang berlangsung selama 2 jam

Kinerja Pantir Dalam Pemantauan Tinggi Muka Air Sungai

Sistem Pantir mampu mencatat ketinggian muka air sungai setiap 10 menit selama 24 jam. Level ketinggian muka air sungai dinyatakan dalam satuan mdpl (meter dari permukaan laut). Status luapan sungai, yaitu Aman, Siap, Siaga dan Awas dapat ditentukan berdasarkan level tinggi muka air sungai. Waktu perekaman dalam UTC, jadi untuk diubah ke WIB mesti ditambah 7 jam.

Kemampuan Adaptasi Pantir Dalam Pemantauan Tinggi Muka Air Sungai

Pantir dirancang agar mampu melihat pergerakan kenaikan muka air sungai setiap 10 menit secara terus menerus. Namun jika kenaikan muka air sungai melewati level awas, siaga, atau bahaya, seketika Pantir akan mencatat perubahan tinggi muka air sungai menjadi setiap 5 menit sekali atau setiap 3 menit sekali. Histori rekaman tinggi muka air sungai sangat penting untuk mengenali karakteristik sungai.

Pada grafik rekaman, terlihat tinggi muka air terendah adalah 11,5 mdpl, sedangkan ketinggian tertinggi adalah 16,5 mdpl. Kenaikan muka air berlangsung lebih cepat dibandingkan durasi waktu untuk penurunan muka air sungai.

Kenaikan muka air sungai Ciliwung terpantau pernah naik hingga 2 meter saat melintasi jembatan gantung Ciliwung di dekat GDC Kota Depok. Kenaikan setinggi 2 meter berdampak banjir di beberapa kelurahan di Jakarta Timur.

Kenaikan muka air sungai Cibeet terpantau pernah melebihi 5 meter saat melintasi jembatan Siphon Cibeet di Kabupaten Karawang. Warga Karawang dan Bekasi yang bermukim di sekitar sungai Citarum perlu memantau ketinggian muka air sungai Cibeet untuk antisipasi potensi bencana banjir.

Skema Suatu Stasiun Pantir. Sensor#1 adalah sensor curah hujan jenis tipping bucket. Sensor#2 adalah sensor tinggi muka air tanah (memanfaatkan laser pointer). Sensor#3 adalah sensor tinggi muka air sungai (memanfaatkan gelombang microwave 24 GHz)

Instalasi PANTIR di sungai Cibeet

Proses instalasi PANTIR di Jembatan Siphon Cibeet, Karawang, Jawa Barat. Alat PANTIR diposisikan tepat di atas permukaan air sungai Cibeet. Data hasil pantauan dikirim ke server melalui jaringan internet. Daya listrik berasal dari panel surya yang disimpan dalam battery. Kalibrasi tinggi muka air sungai dilakukan menggunakan GPS Geodetik dengan ketelitian dalam orde milimeter. PANTIR dikendalikan oleh Duren board, modul mikrokontroler yang dikembangkan oleh Departemen Geosains, FMIPA, Universitas Indonesia. 

Login & Pantau

Bagi masyarakat yang ingin memantau tinggi muka air tanah, tinggi muka air sungai dan curah hujan di beberapa stasiun Pantir, silakan buka link https://dev-pantir.geosinyal.id. Masukkan email: public@geosinyal.id dan password: public

Jika memerlukan informasi lebih lanjut mengenai Pantir, dapat menghubungi Supriyanto di 0812-960-3651 atau melalui email: supriyanto@sci.ui.ac.id

Pengenalan Pantir#1

Sistem PANTIR, merupakan produk dalam negeri, yang dikembangkan  di Lab. Riset Kebencanaan Kebumian, Departemen Geosains, FMIPA Universitas Indonesia sejak tahun 2019. PANTIR telah melewati uji laboratorium. Lebih jauh lagi PANTIR telah diuji di lapangan yang sesungguhnya selama 3 tahun. Saat ini terdapat 6 stasiun PANTIR dimana 3 stasiun berada di sungai dan 3 stasiun berada di atas tanah. Setiap stasiun dilengkapi dengan sensor intensitas curah hujan guna mengetahui intensitas air hujan yang jatuh di lokasi stasiun berada. Video disamping memperlihatkan pengujian sensor curah hujan dan sensor laser di lingkungan FMIPA UI untuk mendeteksi tinggi muka air tanah. Saat video ini dibuat, baru ada 2 stasiun PANTIR yang terpasang. Hasil pantauannya ditampilkan di layar dashboard.