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