Pemodelan Numerik Hidrodinamika dan Gelombang Laut

Pada saat ini telah banyak diterbitkan perangkat lunak pemodelan baik yang komersial maupun non komersial. Pada umumnya perangkat lunak pemodelan yang bersifat non komersial berupa program yang ditulis dengan menggunakan bahasa pemograman seperti Fortran, sedangkan pada perangkat lunak pemodelan yang bersifat komersial merupakan program hasil kompilasi dari bahasa pemograman C++ atau Fortran dengan menggunakan tampilan antar muka (interface) berbasis sistem operasi windows untuk mempermudah penggunanya.

Kelebihan dari perangkat lunak pemodelan non komersial adalah baris per baris dari bahasa pemogramannya dapat dimodifikasi untuk peningkatan logika numerik yang digunakan atau untuk mengakomodir kebutuhan yang spesifik, sedangkan kelemahannya adalah salah satunya tidak menggunakan tampilan antar muka yang mempermudah penggunanya dan perubahan yang dilakukan penggunanya sulit untuk dipantau.

Kelebihan dari perangkat lunak pemodelan yang bersifat komersial, biasanya mudah digunakan karena menggunakan tampilan antar muka dan programnya biasanya lebih stabil karena telah melewati proses debugerinternal yang ketat. Kelemahannya adalah pengguna hanya dapat menggunakan perangkat lunak pemodelan tersebut tanpa dapat merubah program numerik yang berada di balik perangkat lunak tersebut.

Perangkat lunak pemodelan yang berkembang saat ini sangat banyak dengan beragam aplikasi atau modul modelnya. Masing-masing perangkat lunak memiliki kekurangan dan kelebihannya yang ditentukan oleh banyak faktor, misalnya persamaan numerik yang digunakan, asumsi model yang digunakan, parameterisasi model dan lain-lain. Oleh karena banyaknya perangkat lunak yang berkembang dan masing-masing memiliki kekurangan dan kelebihannya akan menyebabkan sulitnya memilih perangkat lunak pemodelan mana yang tepat untuk digunakan pada suatu kasus di perairan tertentu.

Ada beberapa perangkat lunak untuk pemodelan hidrodinamika dan gelombang laut yang sudah familiar di telinga para praktisi kelautan, baik yang open source ataupun komersil, antara lai

A. Perangkat Lunak Komersial

1. MIKE 21 by DHI (Danish Hydraulic Institute)

2. Surface Water Modeling System (SMS) AQUAVEO

3. Delft 3D Dashbord

B. Perangkat Lunak Open Source/ Gratis

1. FVCOM (Finite Volume Community Ocean Modeling)

adalah perangkat lunat pemodelan sirkulasi air laut dengan pendekatan primitif prognostik, meshing tidak terstruktur, pada bebas permukaan dengan model 3-D. Model ini dikembangkan terutama oleh para peneliti di University of Massachusetts Dartmouth dan Woods Hole Oceanographic Institution , dan digunakan oleh para periset di seluruh dunia.

2. ROMS

Model ini dikembangkan dan didukung oleh para peneliti di Rutgers University , University of California Los Angeles dan kontributor di seluruh dunia.

3. CCHE2D

The CCHE2D model is a two-dimensional depth-averaged, unsteady, flow and sediment transport model. The flow model is based on depth-averaged Navier-Stokes equations. The turbulent shear stresses are modeled using Boussineq’s approximation, and three different turbulence closure schemes are available for the calculation of the turbulent eddy viscosity. The resulting set of equations is solved implicitly using the control volume approach and efficient element method. The numerical technique employed ensures oscillation free and stable solution.

The sediment transport module is used to simulate non-uniform sediment (both non-cohesive and cohesive) using non-equilibrium transport models. Three different non-equilibrium transport approaches are proposed to handle the cases where the sediment transport occurs mainly as bed load, mainly as suspended load, or total load. The equations for this module include transport equations for bed load and suspended load, the bed change equation, and the bed sorting equation. These equations are discretized using efficient element method or exponential difference schem

4. Delft 3D

Selain komersial, Delft 3D juga memiliki software open source yang dapat diakses oleh seluruh praktisi di seluruh dunia yang tergabung dalam komunitas. Para ahli di seluruh dunia selalu memberikan masukan perbaikan program yang kemudian di upload di forum delft community dan dapat dikoreksi oleh para peneliti atau praktisi yang lain. 

5. ECOMSED

ECOMSED adalah kode komputer transport hidrodinamika dan sedimen tiga dimensi yang dikembangkan oleh HydroQual untuk aplikasi ke sistem kelautan dan air tawar. Model komponen dirancang untuk dijalankan bersamaan satu sama lain sehingga output dari satu model dihubungkan langsung dengan model lainnya. Model berbagi struktur grid numerik yang sama dan teknik solusi numerik yang mendasarinya. Pengembangan ECOMSED berawal pada pertengahan tahun 1980an dengan pembuatan Princeton Ocean Model, ( POM ), diikuti oleh versi upgrade yang disebut ECOM untuk lingkungan perairan dangkal seperti sungai, danau, muara dan lautan pesisir. Pada pertengahan 1990-an, konsep resuspensi sedimen dan penyelesaian yang dikembangkan oleh W. Lick di University of California, Santa Barbara digabungkan dalam kerangka pemodelan ECOM. Selama beberapa tahun terakhir, ECOMSED telah ditingkatkan untuk mencakup model gelombang permukaan, tegangan geser bawah yang lebih baik untuk fisika lapisan batas bawah, transportasi sedimen nonkohesif, dan kemampuan pelacak terlarut dan sedimen.

Model ECOMSED mampu mensimulasikan transportasi dan nasib sedimen tersuspensi, pelacak terlarut dan partikel yang mengambang secara netral di sistem pantai muara dan pesisir. Berbagai masalah mengenai optik air dan pelacakan tumpahan dapat dipelajari dengan menggunakan model karena berbagai pilihan yang ada dalam ECOMSED. Kemampuan model meliputi:

Runtime computed (internal) atau precomputed (eksternal) hidrodinamika. 

Transportasi sedimen kohesif dan non-kohesif. 

Transportasi pelacak sedimen-terikat (peluruhan konservatif atau orde pertama). 

Transport pelacak yang terlarut (peluruhan konservatif atau orde pertama). 

Pelacakan partikel netral-apung. 

Pencantuman efek gelombang angin pada hidrodinamika dan transportasi sedimen.

6.  COHERENS

COHERENS is a modelling system designed for a wide range of applications in coastal and shelf seas, estuaries, lakes and reservoirs. COHERENS follows a modular structure based on a numerical hydrodynamical model. It includes side-modules among which generic biological and sediment transport modules.

The development of COHERENS is led by researchers at RBINS in collaboration with worldwide scientists. COHERENS is available to the scientific community as a free and well-documented open source code.