Pemodelan Gelombang Pada Pelabuhan Pendataran Ikan (PPI)

Modul gelombang Boussinesq merupakan modul gelombang termutahir dengan formulasi persamaan numerik kompleks yang digunakan. Persamaan Boussinesq telah menyertakan perhitungan nonlinearity sebagai dispersi frekuensi. Pada dasarnya dispersi frekuensi dimasukan dalam persamaan momentum untuk memperlihatkan efek dari akselerasi vertikal pada tekanan massa air yang berbeda. Modul gelombang Boussinesq memecahkan persamaan numerik dengan menggunakan flux-formulation dengan menambahkan karakteristik dispersi linier gelombang. Persamaan ini dikembangkan pertama kali oleh Madsen et al (1991) dan Madsen and Sørensen (1992) sehingga berhasil untuk mensimulasikan modul gelombang Boussinesq dengan perambatan dari mulai perairan dalam sampai dengan perairan dangkal.

Modul model gelombang Boussinesq ini kemudian dikembangkan lagi pada zona permukaan dengan menambahkan formulasi gelombang pecah dan pergerakan gelombang di pinggir pantai oleh Madsen et al (1997a,b), Sørensen and Sørensen (2001) dan Sørensen et al (1998, 2004). Modul gelombang Boussinesq ini memiliki kapabilitas untuk mensimulasikan kombinasi semua efek gelombang di marina, pelabuhan dan di pesisir pantai meliputi fenomena gelombang sebagai berikut:

1. Shoaling
2. Refraksi Gelombang
3. Difraksi Gelombang
4. Gelombang pecah
5. Pelemahan gelombang karena kekasaran dasar perairan
6. Pergerakan dan perubahan garis pantai
7. Refleksi parsial dan transmisi gelombang
8. Interaksi non-linear gelombang
9. Penyebaran frekuensi gelombang
10. Penyebaran arah gelombang

Fenomena gelombang lainnya yang dapat dikaji dan ditelaah lebih mendalam oleh modul gelombang Boussinesq adalah penggabungan gelombang, hentakan gelombang di permukaan, ikatan gelombang sub harmonik dan super harmonik dan interaksi harmonik resonansi gelombang pendek. Selain itu pula modul gelombang Boussinesq ini dapat pula secara menditail memperlihatkan pembentukan dan pelepasan osilasi gelombang dengan frekuensi rendah karena adanya transformasi gelombang. Fenomena-fenomena gelombang ini sangat penting dikaji untuk melakukan studi tentang resonansi gelombang di pelabuhan dan pesisir pantai.

Modul gelombang Boussinesq ini terdiri dua yaitu sebagai berikut:

1. 2DH gelombang Boussinesq, dimana gelombang dapat disimulasikan dalam skala ruang dua dimensi. Persamaan gelombang Boussinesq diterapkan pada metode  teknik implisit finite difference dengan variabel yang didefinisikan pada grid rectangular.
2. 1DH gelombang Boussinesq, dimana gelombang dapat disimulasikan dalam skala ruang satu dimensi. Persamaan gelombang Boussinesq diterapkam pada metode teknik finite element Galerkin dengan variabel campuran yang diinterpolasikan pada grid unstructured (mesh) atau pada grid rectangular.

Dinamika osilasi zona gelombang permukaan dan zona sapuan gelombang dapat diterapkan dengan modul-modul ini pada semua jenis profil perairan pantai. Modul gelombang Boussinesq ini dapat juga menyertakan efek porositas perairan untuk mensimulasikan refleksi parsial dan transmisi gelombang melalui struktur bangunan seperti dermaga, penghalang dan pemecah gelombang. Lapisan sponge dapat pula digunakan untuk mensimulasikan pengaruh absorpsi energi gelombang. Selain itu hal yang tidak kalah pentingnya dari fenomena gelombang adalah modul gelombang Boussinesq ini dapat pula mensimulasi gaya pembangkit gelombang internal (soliton) dari kolom perairan.

Penerapan utama dari modul gelombang Boussinesq adalah untuk menentukan dan mengkaji dinamika gelombang di dermaga dan di pelabuhan pada daerah pesisir pantai. Gangguan di dalam pelabuhan merupakan faktor yang sangat penting ketika para enjiner memilih daerah konstruksi dan menentukan disain pelabuhan yang optimal dengan kriteria yang dapat diterima jika terjadi gangguan oleh gelombang dengan mempertimbangkan pergerakan kapal, penentuan penempatan mooring dan penempatan kapal-kapal.

Secara lebih detail modul gelombang Boussinesq terbagi menjadi dua sub modul dengan masing-masing sub modul tersebut memiliki aplikasi-aplikasi tertentu. Aplikasi dari masing-masing sub modul tersebut adalah sebagai berikut:

1. 2DH gelombang Boussinesq, yaitu:

• Penentuan gangguan gelombang akibat adanya efek angin dan swell
• Analisis osilasi frekuensi rendah, resonansi gelombang oleh gelombang pendek akibat adanya gelombang panjang
• Transformasi gelombang di pesisir pantai dimana fenomena refleksi dan difraksi gelombang merupakan faktor penting yang harus dipertimbangkan
• Perhitungan gelombang permukaan termasuk gelombang yang mengakibatkan terbentuknya arus dan runup atau rundown.
• Simulasi dari perambatan dan transformasi gelombang transien seperti gelombang yang terbentuk oleh gerakan kapal dan tsunami.

2. 1DH gelombang Boussinesq, yaitu:

• Perhitungan transformasi gelombang untuk gelombang non-linier dari kedalaman kolom air menuju zona permukaan sampai ketepi pantai
• Analisis pembentukan dan pelepasan gelombang dengan frekuensi rendah
• Pengkajian gelombang pecah, pembentukan gelombang dari arus bawah laut dan runup pada bentukan struktur, dermaga dan pantai

Hal-hal yang perlu diperhatikan dalam membangun model gelombang dengan modul ini adalah apakah fenomena-fenomena yang akan ditelaah sudah diakomodir oleh modul ini? Fenomena-fenomena gelombang tersebut meliputi sebagai berikut:

1. Shoaling
2. Refraksi Gelombang
3. Difraksi Gelombang
4. Refleksi parsial dan transformasi gelombang
5. Pelemahan Gelombang karena friksi dasar perairan
6. Runup
7. Gelombang Pecah
8. Angin pembangkit gelombang
9. Penyebaran frekuensi gelombang
10. Penyebaran arah gelombang
11. Interaksi antar gelombang
12. Interaksi gelombang dan arus

Data-data yang dibutuhkan untuk mensimulasikan modul gelombang Boussinesq adalah sebagai berikut:

1. Batimetri
2. Faktor dispersi gelombang terhadap kedalaman
3. Parameter numerik dari diskretisasi fungsi konvektif
4. Syarat batas gelombang
5. Nilai nyata daratan
6. Tinggi muka laut
7. Pembangkit gelombang internal
8. Koefisien kekasaran dasar perairan
9. Viskositas Eddy
10. Metode filter (Low Pass filter)
11. Parameter gelombang pecah
12. Parameter pergerakan gelombang di pinggir pantai
13. Nilai porositas pada struktur bangunan (refleksi dan transmisi gelombang)
14. Nilai sponge pada struktur bangunan (absorpsi gelombang)

Luaran dari modul gelombang Boussinesq adalah sebagai berikut:

1. Tinggi muka laut
2. Level kedalaman
3. P Flux
4. Q Flux
5. Ketebalan intensitas gelombang pecah (Roller thickness)
6. Sudut gelomabng pecah (Roller angle)
7. Tinggi gelombang signifikan
8. Maksimum tinggi gelombang
9. Maksimum tinggi muka laut
10. Minimum tinggi muka laut
11. Rata-rata tinggi muka laut
12. Rata-rata P Flux
13. Rata-rata Q Flux
14. Rata-rata kecepatan komponen zonal
15. Rata-rata kecepatan komponen meridional
16. Rata-rata ketebalan intensitas gelombang pecah (Roller thickness)
17. Sudut kemiringan dari sumbu simetris gelombang secara horizontal (Skewness)
18. Sudut kemiringan dari sumbu simetris gelombang secara vertikal (Atiltness)
19. Sudut kemiringan gelombang untuk mengidentifikasikan karakteristik gelombang non-Gaussian (Kurtosis)
20. Gaya radiasi gelombang

Read More

Studi komperhensif Pekerjaan Pengerukan

Pekerjaan Pengerukan merupakan pekerjaan yang lazim dilakukan untuk menjaga kedalaman kolam pelabuhan dan alur pelayaran selain itu juga untuk pembangunan pelabuhan (capital dredging). Kegiatan Pengerukan ini sangat berpengaruh kepada lingkungan sekitar perairan yang akan dikeruk seperti sedimentasi karena distribusi partikel material keruk yang terdistribusi akibat arus ketika pengerukan itu sendiri atau di sekitar dumping area (area pembungan material). Selain itu juga berpengaruh pada ekosistem karena kekeruhan perairan akibat teraduknya material dasar yang dikeruk berpegaruh pada kehidupan di perairan sekitar wilayah pengerukan dan dumping area. Oleh sebab itu perlu dilakukan studi secara komperhensif agar dapat memetakan masalah dan penanggulanganya dari pekerjaan pengerukan tersebut.

Salah satu pendekatan yang dapat dilakukan adalah dengan melakukan pemodelan numerik untuk memprediksi kondisi lingkungan yang akan terpengaruh dengan menggunakan modul pemodelan sedimentasi, pergerakan partikel dan pemodelan ekosistem.

Kajian Sedimentasi

Sedimentasi dari hasil aktifitas pengerukan dasar perairan dapat terjadi pada saat proses pengerukan (dredging) dan buangan limbah sedimen ke laut (dumping). Pengerukan dasar perairan dilakukan dengan tujuan untuk pendalaman dan pelebaran alur navigasi pelayaran, penggalian parit pipa bawah laut, pengeboran lepas pantai, pembangunan infrastruktur lepas pantai (platform), perlindungan pipa bawah laut, penggalian material laut dan lain-lain. Besar kecilnya sedimentasi yang terjadi pada saat proses pengerukan tergantung dari jenis alat atau kapal pengerukan. Proses pengerukan dapat dilakukan dengan cara pengikisan, pemancaran air tekanan tinggi, pemotongan material, penghisapan material, pemecahan material dan pengambilan dengan buket (grab). Sedimentasi terbesar terjadi jika pada jenis alat pengerukan melibatkan proses pemancaran air tekanan tinggi dan pemecahan material. Selain itu, jika jenis alat yang digunakan memakai alat penyedot material dasar perairan dan dibuangan dan dibuyarkan di permukaan laut dapat meningkatkan sedimen di kolom perairan. Oleh karena itu pemilihan jenis alat keruk menjadi penting selain optimalasasi pengerukan juga untuk mengurangi dampak dari sedimentasi. Pembuangan material sediment di laut perlu ditentukan pula lokasi yang tepat dengan mempertimbangkan kondisi perairan (arus dan gelombang) dan dampak lingkungan.

Teknologi pemodelan dapat membantu pengambilan keputusan pemilihan jenis alat keruk dan penentuan lokasi pembuangan sedimen di laut untuk efisiensi dan efektifitas operasi pengerukan dasar perairan. Skenario pemodelan dibangun berdasarkan teknik pengoperasian jenis alat keruk dan lokasi buangan limbah sedimen. Pemodelan berperan untuk mengetahui pola penyebaran sedimen dan proses pengendapan sedimen di dasar perairan. Jika pola penyebaran sedimen tidak menyebar ke daerah yang sensitif terhadap lingkungan dan tidak menimbulkan pendangkalan di suatu tempat lainnya maka strategi pengerukan dengan prosedur yang dipilih sudah tepat.

Modul model yang digunakan meliputi modul Hidrodinamika untuk mensimulasikan pola sirkulasi arus dan tinggi muka laut, modul Gelombang Spektral untuk mensimulasikan pengaruh gelombang terhadap perubahan arus dan proses pengadukan sedimen, modul Pergerakan Sedimen Dasar, Pergerakan Sedimen Kolom Air dan Pergerak Partikel digunakan untuk mengkaji prilaku dan karakteristik penyebaran sedimen dan modul Model Ekosistem digunakan untuk mengkaji pengaruh sedimentasi terhadap perubahan kondisi fisik, kimia dan biologi terhadap kualitas lingkungan perairan.

Kajian Pergerkan Patikel

Modul pergerakan partikel cara yang paling efisien untuk melakukan studi tentang distribusi partikel terlarut atau tersuspensi di perairan. Metode yang digunakan adalah dengan menggunakan teknik Diskretisasi Lagrange (Lagrange Discretization) yaitu dengan cara memisahkan seluruh massa partikel di dalam sistem ke beberapa partikel dengan posisi pada koordinat 3D dan dengan jumlah massa tertentu. Konsentrasi dari partikel pada setiap grid atau mesh tersebut dipecahkan dengan metode Diskretisasi Euler (Euler Discretization). Modul pergerakan partikel sangat baik digunakan untuk melihat pergerakan dan lintasan partikel di perairan. Dampak dari pergerakan partikel karena pengaruh angin dapat disimulasikan dengan jelas. Proses-proses yang terlibat dalam modul model pergerakan partikel adalah meliputi dispersi, settling, bouyancy dan erosi. Proses-proses ini sangat penting untuk mengetahui pola distribusi dan pergerakan partikel yang memiliki densitas yang berbeda dengan densitas perairan. Proses faktor pengurangan (decay) dari partikel juga diikut-sertakan dalam perhitungan numerik untuk parameter yang bukan konservatif (non-conservative) seperti bakteri coliform dan bahan organik lain.

Data yang dibutuhkan untuk modul pergerakan partikel adalah sebagai berikut:

1. Modul hidrodinamika yang terdiri dari data-data sebagai berikut:

• Batimetri
• Ketinggian kondisi kering dan tergenang
• Densitas meliputi suhu, salinitas dan tekanan
• Horizontal viskositas Eddy, meliputi Formula Smagorinsty atau Konstan Eddy
• Kekasaran dasar perairan dengan metode Manning Number atau Chezy Number.
• Gaya Coriolis
• Angin
• Gaya potensial pasang-surut.
• Presipitasi dan penguapan.
• Radiasi gelombang
• Sumber-sumber partikel (Point Sources)
• Kondisi awal partikel (Initial Condition)
• Syarat batas dapat meliputi daratan (zero normal velocity atau zero velocity), debit (discharge), flux atau tinggi muka air (Water level).
• Parameter data decoupling.

2. Modul pergerakan partikel yang terdiri dari data-data sebagai berikut:

• Massa dan umur partikel
• Faktor pengurangan partikel (Decay Factor)
• Settling parameter meliputi settling velocity, hindered settling, floculation dan salinitas.
• Dispersi vertikal dan horizontal dengan menggunakan dispersi konstan atau Eddy formulation.
• Erosi dengan parameter Critical Shear Stress.
• Profil dorongan gerakan meliputi selaras dengan aliran modul hidrodinamika, bed shear profile, selaras dengan akselerasi angin permukaan, bed shear profile dan angin, bed shear profile, angin dan akselerasi angin permukaan, bed shear profiledan akselerasi angin permukaan dan profil Ekman.
• Kekasaran dasar perairan.
• Kekuatan angin.

Luaran dari modul pergerakan partikel terdiri dari aliran hidrodinamika dan sebaran konsentrasi partikel atau lintasan partikel.

Read More

Kajian Komperhensif Dinamika Pesisir

Modul model proses litoral dan dinamika garis pantai adalah satu kesatuan paket untuk mensimulasikan transport sedimen non-kohesif yang berasosiasi dengan arus dan gelombang, pergeseran litoral, evolusi pantai dan pembentukan profil pantai. Pendekatan dari modul model ini adalah pendekatan deterministik. Modul ini memungkinkan untuk melibatkan berbagai faktor sebagai variabel dimana pada formula semi-empirik tidak ditemukan. Sebagai contoh apabila menggunakan pendekatan flux energi dengan struktur yang beragam dan sebaran ukuran partikel yang berbeda-beda maka model yang dihasilkan akan terdapat kendala kestabilan model sehingga model tersebut tidak berhasil mensimulasikannya. Tidak demikian halnya jika menggunakan modul model ini.

Modul ini bermanfaat untuk membantu mengambil keputusan dalam mengefektifkan disain bagi enjiner lingkungan, manajemen dan perencanaan pantai. Modul-mudulnya dapat membantu untuk mendukung aplikasi-aplikasi sebagai berikut:

1. Kandungan sedimen (sedimen budget) di sepanjang pantai berpasir
2. Kajian dampak dari pekerjaan enjinering di pantai
3. Optimalisasi penanganan pemulihan pantai (beach restoration)
4. Optimalisasi perlindungan pantai (coastal protection)
5. Disain dan optimalisasi pantai sebagai sumber makanan (beach nourishment)
6. Channel backfilling

Sub modul yang tersedia dari modul proses litoral dan dinamika garis pantai adalah sebagai berikut:

   1.  Transport sedimen non-kohesif

Sub modul ini memecah persamaan difusi dari periode gelombang intra untuk menggambar secara mendetail transport sedimen non-kohesif dari gelombang atau gelombang pecah dan arus. Model yang dilibatkan adalah transport bersih, pergerakan langrarian dan gelombang yang menyebabkan aliran. Perhitunganya meliputi asosiasi gelombang dan arus dari arah acak, gelombang atau gelombang pecah, bentukan dasar permukaan datar atau berolak, material dasar yang seragam atau beragam ukuran, dampak dari kemiringan pantai dan pengaruh dari aliran yang terbentuk dari arus dan gelombang. Luaran yang dihasilkan adalah profil viskosistas Eddy, konsentrasi, kecepatan, sumber sedimen dasar dan sedimen terlarut dikolom air dan parameter internal seperti kecepatan aliran di dasar perairan, konsentrasi dasar dan parameter partikel terlindung.

  2.   Arus menyusur pantai dan pergeseran littoral

Sub modul ini adalah kombinasi dari pengaruh hidro dinamika pantai dan pergeseran littoral melalui pendekatan metode deterministik. Sub modul ini mensimulasikan distribusi tinggi gelombang di sepanjang pantai dan arus menyusur pantai dari beragam jenis profil pantai. Transport sedimen didekati dengan pergerakan arus menyusur pantai dengan berbagai profil kedalaman dan garis pantai. Formula empiris dari gelombang di patai diberikan oleh model Battjes dan Janssen. Sub modul ini menghitung transport total atau bersih sedimen pada panjang waktu tertentu.

  3.   Evolusi garis pantai

Dari hasil gabungan sub modul transport sedimen non-kohesif dan sub modul arus menyusur pantai dan pergeseran littoral pada suatu pantai dengan profil pantai dan profil kedalaman yang beragam dan juga dapat dikombinasikan dengan struktur bangunan pantai, maka sub modul evolusi garis pantai dapat mensimulasikan perubahan garis pantai karena berubahnya profil dasar perairan dari hasil transport sedimen. Persamaan yang digunakan adalah persamaan kontinuitas untuk sedimen di zona littoral. Dampak dari struktur bangunan pantai sumber dan buangan sedimen diikutsertakan pada perhitungannya. Selain itu jika terdapat dermaga dan pemecah ombak model klimatologi gelombang juga disertakan.

   4.  Evolusi profil melintang pantai

Profil melintang dari sedimen dasar perairan dari mulai garis pantai sampai dengan lepas pantai dapat disimulasikan dengan sub modul ini dengan pendekatan bahwa material dasar tidak dapat tererosi. Persamaan yang digunakan adalah persamaan kontinuitas sedimen dasar. Perubahan bentuk dan profil kedalaman dasar perairan dapat disimulasikan dengan menggunakan data klimatologi gelombang dan regim transport sedimen.

   5.  Sedimentasi di paparan pantai

Sub modul ini memperhitungkan pergerakan sedimen dengan menggunakan persamaan hidrodinamika, gelombang, difusi sedimen, efek grafitasi dan muatan dan tranport sedimen. Perubahan bentukan dasar perairan disimulasikan dengan kondisi parameter-parameter tersebut dengan kondisi klimatologi yang diberikan.

Read More

Kajian Perubahan Garis Pantai

Perubahan garis pantai yang terjadi secara alamiah (gelombang, badai dan kenaikan paras muka laut) dan non-alamiah (aktifitas manusia: penambangan pasir, reklamasi pantai dan lain-lain) akan berpengaruh negatif baik ditinjau dari aspek strategis atau lingkungan. Aspek strategis salah satunya adalah perubahan luasan wilayah di suatu kawasan pantai, sedangkan aspek lingkungan adalah hilangnya/bertambahnya habitat, sedimentasi dan lain-lain. Perubahan garis pantai pada umumnya karena terdapat proses abrasi, akresi dan kenaikan tinggi muka laut global. Abrasi pantai adalah mundurnya garis pantai ke arah darat dan akresi adalah majunya garis pantai ke arah laut, sedangkan kenaikan paras laut akan menyebabkan perubahan garis pantai ke arah darat yang disebabkan oleh meningkatnya volume air laut global. Abrasi dan erosi berasosiasi pula dengan pengaruh dari pola pasang-surut.

Teknologi pemodelan laut memiliki kemapuan untuk memprediksi perubahan garis pantai yang disebabkan terjadinya abrasi dan akresi, sedangkan prediksi kenaikan tinggi muka laut telah banyak ditekuni di seluruh dunia dengan menggunakan model atmosfer dan laut global karena dampak yang ditimbulkannya merupakan dampak global. Oleh karena itu, jika untuk mengkaji perubahan garis pantai di suatu perairan lokal, pendekatan yang dilakukan adalah mengkombinasikan pengaruh lokal (gelombang, badai dan sedimentasi) dengan pengaruh global (kenaikan tinggi muka laut).

Adapun analisa perubahan garis pantai dengan menggunakan model numerik dapat menggunakan beberapa modul pemodelan yang harus digunakan.

1. Pemodelan Arus

Modul hidrodinamika mensimulasikan variasi tinggi muka laut dan aliran arus yang dibangkitkan oleh beberapa sumber meliputi pasang-surut, angin, debit, dan refraksi gelombang (Stationary atau Quasi Stationary) serta parameter lain meliputi kekasaran dasar perairan (Manning Number atau Chezy Number), dan viskositas eddy (Flux atau Velocity based). Luaran dari modul hidrodinamika meliputi water level, P Flux, Q Flux, surface elevation, U-velocity, V-velocity, still water depth, x-shear stress dan y-shear stress.

Modul hidrodinamika ini dapat diterapkan pada domain area berbentuk grid (rectangular grid) baik satu atau kombinasi beberapa domain  grid dan dalam bentuk mesh (flexible Mesh / Finite Mesh). Modul hidrodinamika dapat dituangkan dalam bentuk model hidrodinamika 2D (dua dimensi) untuk melihat aliran hidrodinamika dengan domain spasial atau 3D (tiga dimensi) untuk melihat aliran hidrodinamika dengan domain spasial dan vertikal.

2. Pemodelan Gelombang

Modul model gelombang spektral adalah generasi baru pemodelan gelombang yang dibangkitkan oleh angin pada jenis grid mesh (unstructured meshes). Modul model ini mensimulasikan pertumbuhan, pelemahan dan transformasi dari gelombang yang dibangkitkan oleh angin dan swell di pesisir dan lepas pantai. Formulasi persamaan yang digunakan terdiri dari dua tipe yaitu sebagai berikut:

1. Formulasi parameterisasi arah berpasangan gelombang spektral.
Tipe ini menggunakan persamaan konservatif dimana parameterisasi dari domain frekuensi aksi spektrum gelombang ditentukan oleh variabel yang digunakan oleh Holthuijsen (1989).

2. Formulasi semua arah gelombang spektral.
Tipe ini menggunakan persamaan konservatif dimana parameterisasi dari domain frekuensi aksi spektrum gelombang ditentukan oleh variabel yang digunakan oleh Komen et al (1994) dan Young (1999).

Kedua formulasi tersebut, dapat diterapkan pada koordinat cartesian untuk skala dengan luas daerah pelabuhan dan pesisir pantai atau dengan menggunakan koordinat spherical pada daerah di lintang tinggi atau untuk skala dengan luas daerah yang besar (Laut Banda, Selatan Jawa, Laut Jawa, Selat Sunda dan lain-lain).

Modul model gelombang spektral telah menyertakan perhitungan-perhitungan yang mengakomodir fenomena-fenomena fisik meliputi sebagai berikut:

1. Pertumbuhan gelombang yang dibangkitkan oleh angin.
2. Interaksi antara gelombang-gelombang non linier.
3. Pelemahan gelombang yang disebabkan oleh karakteristik batas perairan
4. Pelemahan gelombang yang disebabkan oleh kekasaran dasar perairan
5. Pelemahan gelombang yang disebabkan oleh kedalaman yang menyebabkan gelombang pecah.
6. Refraksi dan shoaling gelombang karena variasi kedalaman.
7. Interaksi antara arus dan gelombang.
8. Efek perubahan kedalaman akibat pasang-surut.

Diskretisasi dari persamaan gelombang pada koordinat geografik dan spherical menggunakan sel terpusat pada metode finite volume. Integrasi waktu yang digunakan adalah dengan pendekatan langkah fraksional dimana metode eksplisit multi sekuensial dipakai untuk propagasi aksi gelombang.

Data-data yang dibutuhkan untuk mensimulasikan modul model gelombang spektral adalah sebagai berikut:

1. Batimetri
2. Spektral diskretisasi
3. Tinggi muka laut
4. Arus permukaan laut
5. Angin
6. Energi transfer antar gelombang
7. Tinggi gelombang pecah
8. Kekasaran dasar perairan
9. White capping
10. Syarat batas meliputi : parameter gelombang, spektrum aksi gelombang, spektrum energi gelombang atau batas lateral.

Luaran dari modul gelombang spektral adalah sebagai berikut:

Tinggi gelombang signifikan

• Maksimum tinggi gelombang
• Periode puncak gelombang
• Periode gelombang T01
• Periode gelombang T02
• Periode gelombang Tm10
• Arah puncak gelombang
• Rata-rata arah gelombang
• Standar deviasi arah gelombang
• Komponen kecepatan gelombang
• Gaya radiasi gelombang

3.  Model Spektral Gelombang Laut Dangkal

Modul model gelombang ini tepat digunakan di perairan dangkal untuk memperlihatkan perambatan gelombang yang dibangkitkan oleh angin, proses pembentukannya dan pelemahan gelombang dengan periode pendek dengan banyak gelombang pecah di perairan dangkal. Modul ini juga dapat menggambarkan terjadinya refraksi dan shoaling gelombang karena adanya efek perubahan kedalaman, kondisi angin lokal dan pelemahan energi gelombang karena pengaruh dari friksi dasar perairan dan gelombang pecah. Modul ini pula dapat memperlihatkan efek dari interaksi antara gelombang dan arus.

Modul gelombang ini bersifat stasioner, bervariasi berpasangan arah dan merupakan modul parametrik gelombang. Interaksi antara arus dan gelombang menggunakan persamaan koservasi untuk densitas aksi gelombang. Parameterisasi dari persamaan konservasi di dalam domain frekuensi dibentuk dari zeroth dan first moment dari aksi gelombang yang merupakan variabel bebas.

Spektrum frekuensi diasumsikan sebagai puncak gelombang individu yang berarti bahwa interaksi fenomena gelombang di laut tidak dapat disimulasikan (open wind-wave dan swell). Persamaan dasar yang digunakan adalah teknik deferensiasi dari finite Eulerian dengan rectangular grid pada berbagai variasi diskret dari arah gelombang.

Modul ini tepat untuk menelaah gangguan gelombang pada pesisir pantai. Kajian yang mendalam mengenai tinggi gelombang, periode gelombang dan arah gelombang merupakan faktor penting untuk mengestimasi gaya-gaya pembentuk gelombang di sepanjang garis pantai. Hal penting dari enjinering pantai adalah untuk keperluan transport sedimen dimana pada daerah di dekat pantai sangat besar ditentukan oleh kondisi gelombang dan gelombang yang berasosiasi dengan arus. Arus yang terbentuk oleh gelombang dibangun melalui gaya-gaya radiasi gelombang pada permukaan air.

Hal-hal yang perlu diperhatikan dalam membangun model gelombang dengan modul ini adalah apakah fenomena-fenomena yang akan ditelaah sudah diakomodir oleh modul ini? Fenomena-fenomena gelombang tersebut meliputi sebagai berikut:

1. Shoaling
2. Refraksi Gelombang
3. Difraksi Gelombang
4. Refleksi Gelombang
5. Pelemahan gelombang karena kekasaran dasar perairan.
6. Penghalang gelombang
7. Pemecah gelombang
8. Pembangkit dari angin
9. Penyebaran frekuensi gelombang
10. Penyebaran arah gelombang

Modul gelombang ini dapat mengkaji dengan mendalam fenomena-fenomena tersebut di atas kecuali difraksi gelombang, refleksi gelombang, interaksi antar gelombang dan penghalang gelombang.

Data-data yang dibutuhkan untuk mensimulasikan modul gelombang spektral di perairan dangkal adalah sebagai berikut:

1. Batimetri
2. Syarat batas lepas pantai (tipe syarat batas dan parameter syarat batas) dan syarat batas lateral (Symetrical atau absorbing)
3. Diskretisasi arah gelombang
4. Parameter numerik
5. Pelemahan gelombang oleh dasar perairan
6. Tinggi muka laut
7. Gelombang pecah
8. Parameter interaksi gelombang dan arus
9. Gaya pembangkit angin

Luaran dari modul gelombang Spektral di perairan dangkal adalah sebagai berikut:

1. Parameter-parameter gelombang
2. Komponen vektor gelombang
3. Gaya radiasi gelombang.

4. Perubahan Garis Pantai

Dari hasil gabungan sub modul transport sedimen non-kohesif dan sub modul arus menyusur pantai dan pergeseran littoral pada suatu pantai dengan profil pantai dan profil kedalaman yang beragam dan juga dapat dikombinasikan dengan struktur bangunan pantai, maka sub modul evolusi garis pantai dapat mensimulasikan perubahan garis pantai karena berubahnya profil dasar perairan dari hasil transport sedimen. Persamaan yang digunakan adalah persamaan kontinuitas untuk sedimen di zona littoral. Dampak dari struktur bangunan pantai sumber dan buangan sedimen diikutsertakan pada perhitungannya. Selain itu jika terdapat dermaga dan pemecah ombak model klimatologi gelombang juga disertakan.

Read More

Kajian Perubahan Morfologi Laut dan Pantai

Lingkungan pantai merupakan daerah yang selalu mengalami perubahan, karena daerah tersebut menjadi tempat bertemunya dua kekuatan, yaitu berasal dari daratan dan lautan. Perubahan lingkungan pantai dapat terjadi secara lambat hingga sangat cepat, tergantung pada imbang daya antara topografi, batuan dan sifat-sifatnya dengan gelombang, pasang surut dan angin. Perubahan pantai terjadi apabila proses geomorfologi yang terjadi pada suatu segmen pantai melebihi proses yang biasa terjadi. Perubahan proses geomorfologi tersebut sebagai akibat dari sejumlah faktor lingkungan seperti faktor geologi, geomorfologi, iklim, biotik, pasang surut, gelombang, arus laut dan salinitas 

Progradasi (sedimentasi) adalah proses perkembangan gisik, gosong atau bura ke arah laut melalui pengendapan sedimen yang dibawa oleh hanyutan litoral (Setiyono, 1996). Bentuk-bentuk endapan yang utama dari gelombang dan arus sepanjang pantai adalah: beach, bars, spits, tombolo, tidal delta, dan beach ridges.

Ketika gelombang menghempas (swash) merupakan kekuatan pukulan untuk memecahkan batuan yang ada di pantai. Butiran-butiran halus dari pecahan batuan (material klastis), seperti kerikil atau pasir, kemudian diangkut sepanjang pesisir (shore, zona pasang-surut), yaitu bagian yang terkadang kering dan terkadang berair oleh gerak pasang-surut atau oleh arus terbimbing sepanjang pesisir (long shore currents). Proses erosi dan pemindahan bahan-bahan penyusun pantai (beach) yang terangkut disebut beachdrift, yaitu penggeseran-penggeseran pasir atau kerikil oleh gelombang (swash dan backwash) sampai diendapkan dan membentuk daratan baru, misalnya, endapan punggungan pasir memanjang yang disebut off shore bars atau spit

Pemodelan Hidrodinamika

Modul hidrodinamika mensimulasikan variasi tinggi muka laut dan aliran arus yang dibangkitkan oleh beberapa sumber meliputi pasang-surut, angin, debit, dan refraksi gelombang (Stationary atau Quasi Stationary) serta parameter lain meliputi kekasaran dasar perairan (Manning Number atau Chezy Number), dan viskositas eddy (Flux atau Velocity based). Luaran dari modul hidrodinamika meliputi water level, P Flux, Q Flux, surface elevation, U-velocity, V-velocity, still water depth, x-shear stress dan y-shear stress.

Modul hidrodinamika ini dapat diterapkan pada domain area berbentuk grid (rectangular grid) baik satu atau kombinasi beberapa domain  grid dan dalam bentuk mesh (flexible Mesh / Finite Mesh). Modul hidrodinamika dapat dituangkan dalam bentuk model hidrodinamika 2D (dua dimensi) untuk melihat aliran hidrodinamika dengan domain spasial atau 3D (tiga dimensi) untuk melihat aliran hidrodinamika dengan domain spasial dan vertikal.

Pemodelan Gelombang

Modul refraksi-difraksi gelombang ini merupakan gabungan dari beberapa modul gelombang meliputi modul gelombang spektral, gelombang spektral di perairan dangkal, gelombang dengan parabolic mild-slope pada area luas dan elliptic mild-slope pada area yang tidak luas (pelabuhan) dimana aspek penting dari faktor-faktor yang menyebabkan terjadinya refraksi-difraksi gelombang sangat penting untuk dikaji dan ditelaah secara mendalam. Gaya-gaya pembangkit gelombang dapat beragam dengan disertai asumsi-asumsi yang luas mengenai formula yang digunakan untuk mensimulasikan terjadinya refraksi-difraksi gelombang.

Kombinasi gaya pembangkit gelombang dan asumsi yang digunakan dengan formula tertentu baik untuk menelaah pola dan rambatan refraksi dan difraksi gelombang. Simulasi ini bermanfaat untuk membangkitkan skenario yang tepat untuk mensimulasikan kondisi refraksi dan difraksi gelombang. Refraksi dan difraksi gelombang yang dihasilkan dapat terbentuk dari mulai periode gelombang pendek sampai dengan periode gelombang panjang, tergantung dari luasan area model dan asumsi formula yang digunakan.

Data-data yang digunakan tergantung dari gaya-gaya pembangkit gelombang yang disertakan dan asumsi formula yang digunakan. Secara lebih menditail dapat dilihat pada modul gelombang spektral, gelombang spektral di perairan dangkal, gelombang dengan parabolic mild-slope pada area luas dan elliptic mild-slope pada area yang tidak luas (pelabuhan).

Luaran dari modul gelombang ini berupa parameter gelombang meliputi tinggi gelombang, periode gelombang dan pola rambatan kecepatan dan arah komponen gelombang.

Hal-hal yang perlu diperhatikan dalam membangun model gelombang dengan modul ini adalah apakah fenomena-fenomena yang akan ditelaah sudah diakomodir oleh modul ini? Fenomena-fenomena gelombang tersebut meliputi sebagai berikut:

1. Shoaling
2. Refraksi Gelombang
3. Difraksi Gelombang
4. Refleksi Gelombang
5. Pelemahan Gelombang karena friksi dasar perairan
6. Blok Gelombang
7. Gelombang Pecah
8. Angin pembangkit gelombang
9. Penyebaran frekuensi gelombang
10. Penyebaran arah gelombang
11. Interaksi antar gelombang
12. Interaksi gelombang dan arus

Pemodelan Sedimen Dasar

Modul pergerakan sedimen dasar terdiri dari dua tipe sedimen yaitu sedimen kohesif (Cohesive) dan sedimen tidak kohesif (Non Cohesive). Pada dasarnya modul ini merupakan proses gabungan dari partikel sedimen tersuspensi dengan sedimen dasar perairan. Fraksi (fraction) butiran sedimen tersuspensi dan lapisan (layer) sedimen dasar dapat ditetapkan sampai dengan maksimum 8 fraksi dan layer. Modul pergerakan sedimen dasar dapat disimulasikan dengan jenis grid maupun mesh dan dapat dalam bentuk 2D (2 dimensi) dan 3D (3 dimensi).

Luaran dari modul pergerakan sedimen dasar adalah ketebalan sedimen (thickness), massa sedimen dasar (bed mass), deposisi bersih sedimen (net deposistion) dan akumulasi deposisi bersih sedimen (accumulated net deposistion) dari tiap fraksi atau lapisan atau dapat dihitung dari total fraksi atau lapisan. Data dasar yang dibutuhkan untuk memodelkan pergerakan sedimen dasar adalah dari modul hidrodinamika yaitu meliputi batimetri, inisial tinggi muka laut, viskositas eddy (Flux atau Velocity based) dan kekasaran dasar perairan (Manning Number atau Chezy Number) dengan gaya pembangkit hidrodinamika meliputi pasang-surut, angin, debit dan refraksi gelombang (Stationary atau Quasi Stationary). Data yang dibutuhkan untuk modul pergerakan sedimen kohesif dasar adalah sebagai berikut:

• Inisial konsentrasi sedimen
• Sumber-sumber sedimentasi (point sources)
• Fraksi sedimen (maksimum 8 fraksi)
• Lapisan sedimen (maksimum 8 lapis)
• Koefisien penyebaran (Dispersion Coeff.) dengan dua opsi tidak tergantung terhadap arus maupun tergantung oleh besaran arus
• Pembangkit sedimen (forcing sediment) yang terdiri dari 2 parameter yaitu gelombang (wave) dan pengerukan (dredging)
• Parameter kolom air sedimen tersuspensi (water column parameter) yang terdiri dari koefisien settling dengan kecepatan menggunakan flocculation atau tanpa flocculation yang menggunakan metode dari Winterwerp atau Formula Richardson dan Zaki dengan mempertimbangkan hindered settling dan koefisien deposition yang terdiri dari Rouse Profile atau Teeter Profile.
• Parameter dasar perairan yang terdiri dari koefisien erosi sedimen, densitas dari lapisan sedimen, koefisien penggelindingan sedimen (sliding), parameter pembentukan morphologi, kekasaran dasar perairan dan koefisien peralihan antar lapisan sedimen (transition layer)

Data yang dibutuhkan untuk modul pergerakan sedimen non kohesif dasar (pasir) adalah sebagai berikut:

• Parameter hidrodinamika arus atau arus dan gelombang
• Jika menggunakan parameter arus maka modul yang digunakan dari teori transport sedimen dengan formula Engelund & Hansen, Engelund & Fredsøe, Zyserman & Fredsøe, Meyer-Peter & Muller, Ackers & White dan Van Rijn dengan koefisien densitas relatif sedimen, critical shield parameter, suhu perairan, bed load factor dan suspended load factor.
• Jika menggunakan parameter arus dan gelombang maka modul yang digunakan dari STP deterministic (classical two-dimensional /2DH dan quasi three-dimensional /Q3D) dan metode Bijker’s (densitas relatif sedimen, suhu perairan dan bed load tranport sediment). Data ketinggan dan periode gelombang digunakan pula jika menggunakan parameter arus dan gelombang.
• Kekasaran dasar perairan dengan menggunakan formula dari Manning number atau Chezy number.
• Karakteristik sedimen meliputi ukuran butiran, porosity dan gradation coefficient.
• Parameter morphologi meliputi skema yang digunakan yaitu FTCS atau Lax-Wendroff
• Metode filter yaitu koefisien courant.
• Faktor skala bed slope diffusivity effect.
• Kondisi batas lateral meliputi sediment flux gradient, bed level gradient, sediment flux gradient inflow dan outflow.
• 
  

M. Baharudin Fahmi

baharudinfahmi@yahoo.co.id

WA : 089676363990

Read More