Pemetaan Zona Bahaya Aliran Piroklastik Gunung Merapi, Jawa Tengah dan Sekitarnya menggunakan Aplikasi Titan2D
Dinar Astari 1 , Najib 1 , Narulita Santi 1* , Wilfridus F.S. Banggur 2
1 Departemen Teknik Geologi, Fakultas Teknik, Universitas Diponegoro, Semarang
2 Pusat Vulkanologi dan Mitigasi Bencana Geologi, Bandung

## Abstrak
Salah satu bahaya primer erupsi gunungapi adalah aliran piroklastik. Pada bulan Desember 2020, sejak letusan  Gunung  Merapi  menghasilkan ash  plumes,  ash  fall, dan  aliran  piroklastik  selama  Oktober 2019-Maret  2020,  tingkat  aktivitas  Gunung  Merapi  masih  relatif  tinggi.  Oleh  karena  itu,  simulasi aliran  piroklastik  dilakukan  sebagai  salah  satu  upaya  untuk  bersiap  menghadapi  erupsi  suatu gunungapi terutama dalam menentukan zona atau daerah yang berpotensi terdampak aliran piroklastik. Aliran piroklastik Gunung Merapi disimulasikan menggunakan perangkat lunak Titan2D dengan input berupa  data  DEM  ( Digitalized  Elevation  Model )  yang  merepresentasikan  bentuk  morfologi  Gunung Merapi dengan resolusi 8  m, memanfaatkan aplikasi Sistem Informasi Geografis (SIG). Output yang dihasilkan berupa representasi dinamis dari kecepatan aliran piroklastik, ketebalan deposit, dan daerah terdampak. Tipe aliran piroklastik yang disimulasikan adalah tipe guguran yang berasal dari runtuhnya kubah  lava  Gunung  Merapi  dengan  skenario  volume  2  juta  m 3 dan  5  juta  m 3 di  mana  sudut  sudut internal friksi sebesar 30° dengan sudut basal friksi 13° dan 15°. Hasil simulasi memperlihatkan aliran piroklastik mengalir ke arah selatan-barat daya Gunung Merapi dengan kisaran kecepatan 32,8 m/det sampai 75,8 m/det dengan jarak jangkauan mencapai 7,7 km melewati batas wilayah Kawasan Rawan Bencana 2 Gunung Merapi.
Kata kunci: aliran piroklastik; Gunung Merapi; Simulasi; Titan2D.

## Abstract
One of the primary hazards of volcanic eruptions is pyroclastic flows. As of December 2020, since the explosion produced ash plumes, ashfall, and pyroclastic flows during October 2019-March 2020, the activity  level  of  Mount  Merapi  is  still  relatively  high.  Therefore,  pyroclastic  flow  simulations  are carried  out  as  an  effort  to  prepare  for the  eruption  of  a  volcano,  especially  in  determining zones  or areas  that  are  potentially  affected  by  pyroclastic  flows.  The  pyroclastic  flow  of  Mount  Merapi  is simulated using Titan2D software with input in the form of DEM (Digitalized Elevation Model) data, which  represents  the  morphological  shape  of  Mount  Merapi  with  a  resolution  of  8  m,  utilizing  the Geographic Information System (GIS) application. The resulting output is a dynamic representation of the  pyroclastic  flow  velocity,  deposit  thickness,  and  area  of  impact.  The  simulated  pyroclastic  flow type  is  the  avalanche  type  originating  from  the  collapse  of  the  lava  dome  of  Mount  Merapi  with  a volume  scenario  of  2  million  m 3 and  5 million  m 3 where  the  internal angle  of  friction  is  25 °  with  a basal angle of friction of 13° and 15°. The simulation results show that pyroclastic flows flow to the south-southwest of Mount Merapi with a speed range of 32.8 m/s to 75.8 m/s with a range of up to 7.7 km over the KRB 2 area of Mount Merapi.
Keywords : pyroclastic flow; Mount Merapi; Simulation; Titan2D.
* ) Korespondensi: narulita.santi@live.undip.ac.id Diajukan: 12 Mei 2021 Diterima: 4 April 2022 Diterbitkan: 20 April 2022

## PENDAHULUAN
Tatanan geologi Indonesia yang terletak di zona pertemuan  3  lempeng  utama;  Indo-Australia, Eurasia  dan  lempeng  Pasifik  (Katili,  1980) menyebabkan  adanya  banyak  sekali  gunungapi di  Indonesia.  Mengacu  pada  data  PVMBG (Pusat  Vulkanologi  dan  Mitigasi  Bencana Geologi)  tahun  2019,  terhitung  127  gunungapi aktif  tersebar  di  seluruh  Indonesia.  Hal  tersebut menyebabkan  Indonesia  sangat  berisiko  terjadi bencana vulkanik.
Merapi  adalah  salah  satu  gunungapi  strato paling  aktif  dan  berbahaya  di  Indonesia  yang terletak  di  daerah  dengan  densitas  populasi tinggi  (Selles  dkk.,  2012),  yang  secara administratif  terletak  di  Kabupaten  Sleman,  DI Yogyakarta  dan  sisanya  berada  di  Kabupaten Magelang,  Kabupaten  Boyolali,  dan  Kabupaten Klaten,  Jawa  Tengah.  Gunung  Merapi  terus menerus aktif selama waktu Holocene (Newhall dkk.,  2000).  Letusan  terakhir  Gunung  Merapi terjadi pada 21 Juni 2020. Sementara itu, letusan pada  tahun  1872  dan  2010  merupakan  letusan terbesar di dalam 200 tahun terakhir dengan VEI ( Volcanic  Explosivity  Index )  =  4  (Nakada  dkk., 2019).
Lokasi  penelitian  aliran  piroklastik  Gunung Merapi  secara  geografis  terletak  pada  posisi  7 o 32’ 05” LS dan 110 o 26’ 05” BT dengan puncak berada  di  ketinggian  2.986  mdpal.  Sementara itu,  secara  administratif  Gunungapi  Merapi terletak  di  empat  Kabupaten  (lihat  Gambar  1.1 halaman  5),  yaitu  Kabupaten  Sleman  Provinsi Daerah Istimewa Yogyakarta, Kabupaten Boyolali,  Kabupaten  Klaten,  dan  Kabupaten Magelang  Provinsi  Jawa  Tengah  (BAPPENAS dan BNPB, 2011).
Simulasi aliran piroklastik dilakukan menggunakan  aplikasi  Titan2D.  Penelitian  rutin menggunakan  Titan2D  telah  diterapkan  secara luas untuk mengevaluasi aliran piroklastik skala kecil, block-ash  flow ,  dan  longsoran  batuan untuk beberapa gunung berapi. Aplikasi-aplikasi yang biasa dipakai untuk mensimulasikan aliran massa  geofisika  seperti  Titan2D,  VolcFlow, LAHARZ, dan ΔH/L atau model kerucut energi, masing-masing  menggunakan  reologi  atau hubungan  empiris  yang  berbeda  dalam  simulasi aliran  piroklastik.  Hasil  menunjukkan  bahwa Titan2D mampu mereproduksi daerah genangan dengan  baik  menggunakan  sumber  fluks, meskipun kecepatannya seringkali terlalu tinggi. Untuk  tujuan  penilaian  kerentanan  bencana
suatu  daerah,  model  geofisika  seperti  Titan2D dapat  berguna  untuk  menghasilkan  peta  daerah bahaya  berbasis  skenario  atau  probabilistik, tetapi  harus  dijalankan  berkali-kali  dengan berbagai parameter input .
Tujuan  dari  penelitian  ini  antara  lain  adalah mengetahui seberapa luas aliran piroklastik hasil erupsi  Gunung  Merapi  berdasarkan  suatu skenario  tertentu,  mengetahui  arah,  jangkauan, dan luasan sebaran aliran piroklastik berdasarkan  model  yang  dibuat,  menentukan luasan  kawasan  di  sekitar  Gunung  Merapi  yang berpotensi  terkena  dampak  aliran  piroklastik. Penenlitian  ini  lebih  spesifik  menggunakan simulasi  dan  Titan  2D  daripada  penelitian ssebeumnya.

## Aliran Piroklastik
Aliran  piroklastik  adalah  aliran  campuran material  dari  batuan  vulkanik  lepas  berasal  dari erupsi  gunung  api  yang  mengalir  mengikuti bentuk  morfologi,  dengan  pola  sebaran  aliran piroklastik  hampir  sepenuhnya  dikontrol  oleh topografi,  dan  pergerakan  alirannya  akan berhenti  pada  daerah  yang  relatif  datar  hingga datar  (daerah  kaki  gunung)  (Blong,  1984  dalam Afatia dkk, 2012) Batuan piroklastik merupakan bentuk  endapan  lepasan  yang  sudah  mengeras, memadat,  atau  terkompresi.  Aliran  piroklastik dapat  terjadi  akibat  runtuhan  tiang  asap  erupsi plinian,  letusan  langsung  ke  satu  arah,  guguran kubah  lava  atau  lidah  lava  dan  aliran  pada permukaan tanah ( surge ).

## Digital Elevation Model
Digital Elevation Model (DEM) adalah representasi  kuantitatif  dari  medan  dan  penting untuk  ilmu  bumi  dan  aplikasi  hidrologi.  DEM dapat  dihasilkan  menggunakan  fotogrametri, interferometri, survei tanah dan laser, dan teknik lainnya  (Mukherjee  dkk,  2013).  DEM  adalah bentuk representasi digital topografi yang paling sederhana.  DEM  digunakan  untuk  menentukan atribut  medan  seperti  ketinggian  di  titik, kemiringan,  dan  aspek  mana  pun.  Saat  ini, aplikasi  GIS  (Geographic  Information  System) bergantung terutama pada DEM (Balasubramanian, 2017).

## Kawasan Rawan Bencana
Kawasan  Rawan  Bencana  (KRB)  gunungapi adalah  kawasan  yang  pernah  terlanda  atau diindentifikasikan  berpotensi  terancam  bahaya
letusan,  baik  secara  langsung  maupun  tidak langsung.  Peta  Kawasan  Rawan  Bencana Gunungapi adalah peta petunjuk tingkat kerawanan  bencana  suatu  daerah  apabila  terjadi erupsi/kegiatan  gunungapi  (BAPPENAS  & BNPB,  2013).  Peta  Kawasan  Rawan  Bencana Gunung Merapi mencakup jenis dan sifat bahaya gunungapi,  daerah  rawan  bencana,  arah  jalur penyelamatan  diri,  lokasi  pengungsian  dan  pos- pos penanggulangan bencana.
Kawasan  rawan  bencana  Gunung  Merapi dibagi  ke  dalam  3  tingkatan,  yaitu:  Kawasan Rawan  Bencana  III,  Kawasan  Rawan  Bencana II,  dan  Kawasan  Rawan  Bencana  I  (peta  detail dalam Gambar 1).
Pembagian  kawasan  rawan  bencana  melalui penyusunan  peta  kawasan  rawan  bencana didasarkan kepada geomorfologi, geologi, sejarah  kegiatan,  distribusi  produk  erupsi terdahulu, penelitian dan studi lapangan.
Kawasan Rawan Bencana III, adalah kawasan  yang  letaknya  dekat  dengan  sumber
bahaya  yang  sering  terlanda  awan  panas,  aliran lava,  guguran  batu,  lontaran  batu  (pijar)  dan hujan abu lebat. Dalam rangka upaya pengurangan  risiko  bencana,  perlu  dilakukan pengendalian tingkat kerentanan.

## METODOLOGI
Pada  Titan2D,  parameter  simulasi  terdiri  atas  2 macam  input,  yaitu  informasi  peta  DEM  dalam bentuk  file  GRASS  dan  parameter  komputasi dengan  panjang  skala  4.000  m.  Aliran piroklastik  yang  disimulasikan  adalah  tipe guguran  yang  berasal  dari  runtuhan  kubah  lava dengan  volume  aliran  3  dan  5  juta  m 3 berkecepatan  awal  nol  (akibat  gravitasi),  nilai internal  friksi  dan  basal  friksi  dianggap  tetap, serta  tidak  memperhitungkan  adanya  jatuhan piroklastik, surge , viskositas magma atau kubah lava,  maupun  faktor  cuaca  (hujan  dan  angin). Langkah  pengerjaan  simulasi      ini  dapat  dilihat pada Gambar 2.
Dalam penelitian ini terdapat dua parameter
Gambar 1. Peta Kawasan Rawan Bencana Gunung Merapi (Badan Nasional Penanggulangan Bencana, 2021).
Gambar 2. Metodologi Penelitian
yang  divariasikan, yaitu volume kubah lava dan basal  friksi.  Besar  volume  kubah  lava  diatur dalam input parameter simulasi. Parameter yang dimasukkan  berupa  kedalaman,  lebar,  dan panjang kubah lava.

## HASIL
Simulasi  Titan2D  tidak  sensitif  terhadap  sudut internal  friksi,  sehingga  besaran  sudut  internal friksi  untuk  material  granular  umumnya  30 o sebagaimana  yang  juga  digunakan  oleh  peneliti lainnya.  Stinton  dkk.  (2004  dalam  Charbonnier dan  Gertisser,  2009)  juga  merujuk  penjelasan bahwa simulasi Titan2D sangat sensitif terhadap basal friksi dan sangat bisa ditingkatkan dengan menggabungkan  variasi  besaran  basal  friksi
secara  spasial,  karena  besaran  basal  friksi tunggal  untuk pemodelan  di atas topografi yang kompleks,  material  permukaan  yang  berbeda, dan  melalui  berbagai  kemiringan channel juga morfologi dapat menyebabkan beberapa
perbedaan dengan kejadian sebenarnya.
Sudut gesekan  atau friksi yang  diukur dalam aliran piroklastik dan longsoran vulkanik dengan runout jauh,  seperti  pada  banyak  batuan,  abu, dan  pasir  lainnya,  adalah  sekitar  30°.  Besar sudut  internal  friksi  juga  dapat  ditentukan melalui pengukuran di lapangan dengan menggunakan  sudut  istirahat  atau repose  angle dari endapan, namun apabila nilai ini digunakan untuk  sudut  internal  friksi  dalam  simulasi numerik,  endapan  simulasi  yang  dihasilkan hanyalah  tumpukan  yang  terakumulasi  di  kaki bekas detachment scar atau dekat dengan kawah dan  tidak  menyerupai  endapan  longsoran vulkanik  dengan runout jauh  atau  aliran piroklastik. Runout yang  natural  pada  simulasi dibuat  dengan  basal  friksi  lebih  kecil  daripada sudut  internal  friksi,  yaitu  1 o sampai  5 o untuk longsoran  vulkanik  dengan runout jauh  dan  10 o sampai 15 o untuk aliran piroklastik.
Oleh  karena  itu,  dengan  mempertimbangkan volume kubah lava tidak runtuh  sekaligus maka terdapat  dua  variasi  volume  kubah  lava  yang digunakan dalam simulasi ini, yaitu mendekati 2 juta  m 3 dan  mendekati  5  juta  m 3 dengan input data DEM dengan sudut sudut internal friksi 30° serta basal friksi 13° dan 15°.
Pada  simulasi  pertama  dan  kedua, input parameter  berupa  volume  kubah  lava  dipasang sekitar  2  juta  m 3 dengan  nilai  sudut  internal friksi  sebesar  30 o dan  nilai  basal  friksi  sebesar 13 o .  Pada  percobaan  ketiga  dan  keempat, input parameter berupa volume kubah lava mendekati 5  juta  m 3 dengan  nilai  sudut  internal  friksi sebesar 30 o dan nilai basal friksi sebesar 13 o serta 15 o .  Perbandingan  hasil  simulasi  aliran  antara skenario  volume  kubah  lava  sebesar  2  juta  m 3 dan  5  juta  m 3 dengan  basal  friksi  13 o ditunjukkan pada Gambar 3.

## Zonasi Daerah Terdampak
Setelah  masing-masing  simulasi  selesai dilakukan dan jangkauan aliran piroklastik sudah diketahui, langkah selanjutnya adalah melakukan  zonasi  sehingga  daerah  terdampak aliran  piroklastik  dapat  ditentukan.  Daerah- daerah  tersebut  secara  keseluruhan  ditunjukkan oleh Gambar 4.
Gambar 3. Hasil simulasi aliran piroklastik selama 100 detik dengan rentang waktu 50  detik  dan  basal  friksi  sebesar  13 o ,  (A)  pada  volume  2  juta  m 3 dan  (B)  pada  volume  5  juta  m 3 .
Gambar 4. Peta Area Terdampak Aliran Piroklastik Gunung Merapi Jawa Tengah dan sekitarnya.
Tabel 1. Luas Area Terdampak Aliran Piroklastik Gunung Merapi. Skenario Luas Area (km 2 )
Volume kubah lava 2 juta m 3 dengan sudut basal friksi 15 o 60 Volume kubah lava 5 juta m 3 dengan sudut basal friksi 15 o 71
Volume kubah lava 2 juta m 3 dengan sudut basal friksi 13 o 76 Volume kubah lava
5 juta m 3 dengan sudut basal friksi 13 o 93
Berdasarkan  hasil overlay peta  jangkauan dari  keempat  simulasi,  diinterpretasikan trend aliran  piroklastik  secara  keseluruhan  meluncur dominan  ke  arah  selatan-barat  laut  dan  secara
keseluruhan  hasil  simulasi  menunjukkan  daerah terdampak  yang  sama.  Perbedaan  dari  hasil simulasi  terletak  pada  besar  persentase  luas daerah  yang  terdampak  (Tabel  1),  dalam  hal  ini luas wilayah desa-desa di Kabupaten Magelang, Kabupaten  Boyolali,  Kabupaten  Klaten,  dan Kabupaten  Sleman.  Hal  tersebut  dikarenakan bentuk  desa-desa  di  sekitar  Gunung  Merapi secara administratif mengikuti morfologi Gunung Merapi itu sendiri (mengelilingi gunung dan memusat ke bagian puncak gunung).

## KESIMPULAN
Seluruh hasil simulasi aliran piroklastik menggunakan aplikasi Titan2D pada menunjukan  pergerakan  aliran  ke  segala  arah, tetapi  dominan  ke  arah  selatan-barat  laut  (desa- desa  di  Kabupaten  Sleman  dan  Kabupaten Magelang)  di  mana  11  dari  total  25  desa terdampak  merupakan  desa  yang  termasuk dalam  Kawasan  Rawan  Bencana  III.  Aliran piroklastik  berpotensi  melanda  9  desa  di Kabupaten  Magelang,  6  desa  di  Kabupaten
Sleman, 3 desa di kabupaten Klaten, dan 7 desa di  Kabupaten  Boyolali.  Aliran  piroklastik Gunung  Merapi  pada  simulasi  skenario  volume kubah  lava  2  juta  m 3 .  Luasan  area  terdampak Aliran  Piroklastik  Merapi  dengan  ke  tempat skenario adalah 60 km 2 , 71 km 2 , 76 km 2 , 93 km 2 .

## DAFTAR PUSTAKA
Afatia, N.N, Deliar, A., dan Virtriana., R., 2012.
Skenario  matriks  perbandingan  berpasangan dalam  analisis  risiko  aliran  piroklastik Gunung  Api  Semeru,  Jawa  Timur. Jurnal Lingkungan  dan  Bencana  Geologi ,  3(3),
211–227.
Badan  Nasional  Penanggulangan  Bencana,
2021. Cek  Posisi  Merapi .  Diakses  pada
Desember 2021. https://www.google.com/maps/d/u/0/viewer? mid=1x_yr195HxNUSN_yQLTYlhEvErT2V
4TXv&ll=-
7.627298721149426%2C110.403919079101 56&z=11.
Balasubramanian,  A.,  2017. Digital  Elevation Model (DEM) in GIS . Mysore: University of Mysore.
DOI:
10.13140/RG.2.2.23976.47369. Charbonnier,  S.  dan  Gettiser,  R.,  2009. Numerical  simulations  of  block-and-ash flows  using  the  Titan2D  flow  model: examples  from  the  2006  eruption  of  Merapi Volcano, Java, Indonesia. Bulletin of Volcanology, 71, 953–959 . Katili, J.A. (1980). Geotectonics of Indonesia: a Modern  View. Jakarta:  Direktorat  Jendral
Pertambangan.
Mukherjee,  S.,  Joshi,  P.K.,  Mukherjee,  S.,
Anirudha,  G.,  Garg,  R.D.,  Mukhopadhyay, A.,  2013.  Evaluation  of  vertical  accuracy  of open source Digital Elevation Model (DEM). International  Journal  of  Applied  Earth Observation and Geoinformation , 21(1), 205- 217. DOI: 10.1016/j.jag.2012.09.004 Nakada,  S.,  Maeno,  F.,  Yoshimoto,  M.,
Hokanishi,  N.,  Shimano,  T.,  Zaennudin,  A., Iguchi,  M.,  2019.  Eruption  Scenarios  of Active  Volcanoes  in  Indonesia. Journal  of Disaster  Research, 14(1),  40-50.  doi: 10.20965/jdr.2019.p0040.
Newhall,  C.G.,  Bronto,  S.,  Alloway,  B.,  Banks, N.G.,  Bahar,  I.,  del  Marmol,  M.A.,
Hadisantono, R.D., Holcomb, R.T., McGeehin,  J.,  Miksic,  J.N.,  Rubin,  M., Sayudi,  S.D.,  Sukhyar,  R.,  Andreastuti,  S., Tilling,  R.I.,  Torley,  R.,  Trimble,  D., Wirakusumah,  A.D.,  2000.  10,000  Years  of explosive  eruptions  of  Merapi  Volcano, Central  Java:  Archaeological  and  modern implications. Journal  of  Volcanology  and Geothermal  Research, 100(1-4),  9-50.  DOI: 10.1016/S0377-0273(00)00132-3.
Selles,  A.,  Deffontaines,  B.,  Hendrayana,  H.,  & Violette,  S.,  2012.  Characterisation  of  the volcano-sedimentary  deposits  of  an  active strato-volcano:  the  Merapi  case  example (Central  Java,  Indonesia). Proceedings,  5th AUN/SEED-Net  Regional  Conference  on Geo-Disaster Mitigation in ASEAN.