Kajian Perubahan Morfologi Laut dan Pantai ~ COASTAL AND ENVIRONMENTAL MODELING

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.