PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ILMIAH

Transkripsi

1 iii

2 PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ILMIAH Dengan ini saya Herlambang Aulia Rachman, menyatakan bahwa Karya Ilmiah/Skripsi ini adalah hasil karya saya sendiri dan Karya Ilmiah ini belum pernah diajukan sebagai pemenuhan persyaratan untuk memperoleh gelar kesarjanaan strata satu (S1) dari Universitas Udayana maupun Perguruan Tinggi lainnya. Semua informasi yang dimuat dalam Karya Ilmiah/Skripsi ini yang berasal dari penulis lain, baik yang dipublikasikan atau tidak, telah diberikan penghargaan dengan mengutip nama sumber penulis secara benar dan semua Karya Ilmiah/Skripsi ini sepenuhnya menjadi tanggung jawab saya sebagai penulis. Bukit Jimbaran, 11 Agustus 2016 Herlambang Aulia Rachman NIM iv

3 PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI SKRIPSI UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS Sebagai sivitas akademik Universitas Udayana, saya yang bertanda tangan di bawah ini: Nama : Herlambang Aulia Rachman NIM : Program Studi : Ilmu Kelautan Fakultas : Kelautan dan Perikanan Jenis karya : Skripsi demi pengembangan ilmu pengetahuan, menyetujui untuk memberikan kepada Universitas Udayana Hak Bebas Royalti Noneksklusif (Non-exclusive Royalty- Free Right) atas karya ilmiah saya yang berjudul : Studi Transpor Sedimen di Perairan Teluk Benoa Menggunakan Pemodelan Numerik Tiga Dimensi beserta perangkat yang ada (jika diperlukan). Dengan Hak Bebas Royalti Noneksklusif ini Universitas Udayana berhak menyimpan, mengalih media/formatkan, mengelola dalam bentuk pangkalan data (database), merawat, dan mempublikasikan skripsi saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis pertama/pencipta dan sebagai pemilik Hak Cipta. Demikian pernyataan ini saya buat dengan sebenarnya. Bukit Jimbaran, 11 Agustus 2016 Yang Menyatakan, Herlambang Aulia Rachman NIM v

4 ABSTRAK Herlambang Aulia Rachman Studi Transpor Sedimen di Teluk Benoa Menggunakan Pemodelan Numerik Tiga Dimensi (Pembimbing : I Gede Hendrawan dan I Dewa Nyoman Nurweda Putra) Teluk Benoa merupakan daerah estuari semi tertutup yang terdapat di wilayah selatan Bali. Kawasan ini merupakan daerah yang menjadi muara bagi beberapa sungai besar yang terdapat di Bali. Sungai merupakan salah satu sumber aliran material seperti angkutan sedimen yang dialirkan menuju ke laut. Proses transpor sedimen di Teluk Benoa dapat didekati dengan pemodelan numerik FVCOM (Finite Volume Coastal Ocean Model) untuk mengetahui distribusi sedimen yang terdapat di daerah teluk. Model tersebut menggabungkan antara proses hidrodinamika dan proses adveksi difusi dari sedimen untuk mendapatkan pola sebaran sedimen yang terdapat di Teluk Benoa. Komponen pasang surut yang digunakan dalam model hidrodinamika adalah M2, S2, O1, K1. Hasil model numerik menunjukkan bahwa proses pergerakan sedimen akan mengikuti bentuk pola arusnya. Pola pergerakan arus di Teluk Benoa akan mengikuti pola pasang surutnya dimana saat akan pasang pola arus akan mengarah ke dalam teluk dan sebaliknya pada saat surut dengan kecepatan arus rata-rata mencapai 0.9 m/s pada saat menuju pasang dan 0.8 m/s pada saat menuju surut. Besar kecepatan arus akan mengalami perlambatan pada saat kondisi pasang tertinggi dan surut terendah yakni hanya mencapai rata-rata sekitar 0.3 m/s. Kosnsentrasi sedimen tertinggi baik pada saat pasang atau surut terjadi pada dekat muara sungai dan daerah dekat mulut teluk dengan konsentrasi maksimal mencapai 150 mg/l Tingginya konsentrasi sedimen di mulut teluk diakibatkan adanya erosi pada bagian dasar perairan akibat kecepatan arus yang cukup tinggi. Nilai erosion flux tertinggi terjadi pada saat menuju pasang dan menuju surut yakni mencapai kg/m2 di bagian mulut teluk. Hasil validasi elevasi pasang surut pada model didapatkan root mean square error (RMSE) sebesar 9.18 cm dengan koefisien determinasi (R 2 ) mencapai Untuk perbandingan hasil model sedimen dengan data observasi berupa Total Suspended Solid memiliki tingkat korelasi sebesar Kata Kunci : Arus; FVCOM; Sedimen; Teluk Benoa vi

5 ABSTRACT Herlambang Aulia Rachman Study of Sedimen Transport in Benoa Bay Using Three Dimensional Numerical Model (Supervisor : I Gede Hendrawan dan I Dewa Nyoman Nurweda Putra) Benoa Bay is a semi closed estuary area located in the south of Bali. This area is an area that became estuary for several rivers are in Bali. The river is a source of material such as sediment transport stream that flowed into the sea. Sediment transport processes in Benoa Bay can be approximated by numerical modeling FVCOM (Finite Volume Coastal Ocean Model) to determine the distribution of sediments found in the bay area. The model combines the hydrodynamic and sedimentary processes of advection diffusion to obtain the distribution pattern of sediments contained in Benoa Bay. The results of numerical models show that the process of sediment movement will follow the current pattern shape. The pattern of the movement of currents in the Gulf of Benoa will follow the pattern of ebb tide where the current will flow pattern will lead into the bay at low tide and vice versa with the average current speed to 0.9 m / s at the time to the tide and 0.8 m / s at the way to recede. Large current speed will slow down when the condition of the highest and lowest tide that is only reached an average of about 0.3 m / s. The highest sediment concentrations at high tide or low tide occurs in the section near the mouth of the river that reaches and mouth of the bay with a concentration of 150 mg / L. The high concentration of sediment at the mouth of the bay due to the erosion of the bottom waters due to the flow velocity is high enough. The highest flux value erosion occurs at the time to the ups and downs, reaching towards kg / m 2 at the mouth of the bay. The results of the validation tidal elevation model error of 9:18 cm obtained with a coefficient of determination (R2) reached For the comparison of model results with observational data in the form of sediment Total Suspended Solid has a level of correlation of Key words : Benoa Bay; Current; Sediment; FVCOM vii

6 RINGKASAN Herlambang Aulia Rachman. Studi Transpor Sedimen di Perairan Teluk Benoa Menggunakan Pemodelan Numerik Tiga Dimensi (Pembimbing : I Gede Hendrawan dan I Dewa Nyoman Nurweda Putra). Teluk Benoa adalah kawasan pesisir yang terletak di wilayah selatan Pulau Bali. Kawasan Teluk Benoa merupakan salah satu kawasan pesisir yang merupakan daerah muara dari beberapa sungai besar di Bali selatan dan juga terdapat Taman Hutan Raya (TAHURA) yang menjadi tempat tumbuhnya beberapa jenis mangrove. Beberapa sungai besar yang bermuara di Teluk Benoa antara lain Tukad Badung, Tukad Mati, dan Tukad Sama. Aliran ketiga sungai tersebut melewati daerah dengan aktivitas pertanian dan perkotaan yang tinggi seperti Badung dan Kota Denpasar. Konsentrasi sedimen yang berada teluk akan mempengaruhi kondisi perairan terutama tingkat kekeruhan yang dapat berdampak terhadap intensitas cahaya yang masuk ke dalam perairan. Proses transpor sedimen ke seluruh wilayah teluk akan dipengaruhi oleh proses hidrodinamika yang terjadi di teluk tersebut. Sedimen merupakan sebuah fragmen material yang terbentuk oleh proses fisik, kimia, dan biologi dari batuan yang terdapat dipermukaan bumi. Partikel sedimen yang terdapat disuatu perairan dapat dibagi menjadi beberapa bentuk dan ukuran yang berbeda. Secara umum terdapat tiga kelompok besar sedimen yang dibagi beradasarkan ukurannya yakni jenis gravel (kerikil), sand (pasir), dan mud (lumpur). Ukuran sedimen akan mempengaruhi densitas dan settling velocity (kecepatan mengendap) dari sedimen tersebut. Kecepatan mengendap dari sedimen tersebut akan memiliki pengaruh terhadap proses terjadinya sedimentasi di suatu perairan. Proses transpor sedimen di perairan dapat dibagi menjadi dua proses yakni sedimen yang terdapat di dasar (bed load) dan sedimen yang tersuspensi di badan air (suspended load). Proses pengamatan transpor sedimen yang berada di daerah teluk dapat dilakukan dengan berbagai metode diantaranya secara insitu, teknologi penginderaan jauh dan metode numerik. Pengamatan proses transpor sedimen secara insitu akan membutuhkan banyak waktu serta biaya yang cukup tinggi. Salah satu metode yang dapat diterapkan untuk mengatasi masalah tersebut adalah dengan menggunakan metode pemodelan numerik. Metode pemodelan numerik dapat digunakan dalam membuat simulasi proses hidrodinamika yang terjadi di laut. Proses hidrodinamika merupakan penggerak secara umum segala proses penyebaran polutan yang terdapat di laut baik itu limbah, sedimen, atau yang lainnya. Pemodelan numerik adalah salah satu metode yang telah banyak digunakan dalam menentukan pola arus yang terdapat di laut. Salah satu metode dalam pemodelan numerik yang dapat digunakan untuk memodelkan arus laut adalah Finite Volume Coastal Ocean Model (FVCOM). FVCOM adalah model numerik tiga dimensi yang menggunakan unstructural triangular grid serta metode diskritisasinya menggunakan finite difference dan finite element. Dengan menggunakan kedua metode tersebut proses komputasi akan menjadi lebih effisien serta memiliki fleksibilitas secara geometri khususnya untuk daerah yang memiliki karakteristik garis pantai yang kompleks. Persamaan pembangun dalam model FVCOM terdiri atas persamaan momentum, kontinuitas, suhu, dan viii

7 salinitas. Untuk mendapatkan hasil yang lebih baik secara vertikal, maka digunakan σ koordinat dimana memberikan representasi yang baik terhadap topografi dasar laut yang berbeda-beda. Dalam melakukan simulasi proses transpor sedimen di perairan, maka dilakukan couple model antara model hidrodinamika dan transpor sedimen. Dalam model hidrodinamika, akan difokuskan pada pemodelan numerik untuk pola arus di perairan Teluk Benoa yang dibangkitkan oleh pasang surut dan angin. Sementara untuk model transpor sedimen, input berasal dari nilai konsentrasi sedimen yang diasumsikan berasal dari sungai. Hasil dari model kemudian akan divalidasi menggunakan data lapangan yang berupa konsentrasi Total Suspended Solid (TSS) yang diambil di beberapa titik di dalam kawasan Teluk Benoa. Data hasil model dan konsentrasi TSS yang berada dilapangan kemudian di korelasikan untuk mengetahui kesamaan pola dari kedua data tersebut. Hasil simulasi model dari pola arus ditinjau dari dua kondisi yang berbeda yakni pada saat kondisi pasang tertinggi atau surut terendah dan saat menuju pasang atau menuju surut. Pada saat menuju pasang pola pergerakan arus akan bergerak menuju masuk ke dalam Teluk Benoa melalui mulut teluk yang terletak diantara Pulau Serangan dan Tanjung Benoa dengan kecepatan arus mencapai 1.0 m/s di layer permukaan, serta 0.8 m/s untuk mid layer dan dekat dasar. Pergerakan arus yang masuk ke bagian dalam teluk akan di belokkan ke arah utara dan selatan akibat adanya gesekan dengan batas tertutup dan akan mengalamai penurunan untuk besaran kecepatan arus. Pola pergerakan arus akan semakin melemah saat menuju kondisi pasang tertinggi karena berkurangnya gaya utama untuk membangkitkan arus yakni pasang surut. Pada saat pasang tertinggi, kisaran kecepatan arus untuk area dalam teluk sebesar m/s. Akibat melemahnya kecepatan arus membuat arah arus untuk bagian dalam teluk akan mengalami perubahan dan akan membentuk pusaran yang mengikuti pola dari batas daratan teluk. Pada saat kondisi menuju surut, pola pergerakan arus akan bergerak menuju keluar teluk dengan nilai kecepatan arus yang semakin meningkat. Kecepatan arus rata-rata pada saat menuju surut untuk bagian mulut teluk mencapai 0.9 m/s di permukaan dan 0.8 m/s pada mid layer dan dekat dasar. Pada bagian dalam teluk, pola pergerakan arus akan bergerak dari utara dan selatan kemudian akan bertemu pada bagian mulut teluk. Rata-rata kecepatan arus untuk bagian dalam teluk mencapai 0.5 m/s. Kecepatan arus akan semakin berkurang pada saat kondisi surut terendah. Rata-rata nilai kecepatan arus pada saat surut terendah mencapai 0.66 m/s. Hasil untuk pola transpor sedimen akan ditinjau sama dengan kondisi pola arus yakni pada saat pasang dan surut. Pada saat kondisi menuju pasang, konsentrasi sedimen tertinggi berada di dekat muara sungai dengan konsentrasi mencapai 150 mg/l dan di bagian mulut teluk di dekat dasar yang mencapai 100 mg/l. Tingginya konsentrasi sedimen di mulut teluk terjadi karena besarnya kecepatan arus di bagian dekat dasar yang mengakibatkan tingginya nilai erosion flux yang terjadi di dasar perairan. Pada saat pasang tertinggi, konsentrasi sedimen pada mulut teluk akan cenderung tinggi pada layer dekat dasar yang mencapai 150 mg/l. Hal tersebut diakibatkan adanya muatan sedimen yang mengalami erosi di dasar perairan pada saat menuju pasang. Pada layer permukaan, tingkat konsentrasi sedimen akan cenderung rendah karena terjadinya pengenceran konsentrasi sedimen oleh air laut yang masuk. Pada saat kondisi ix

8 menuju surut, tingkat konsentrasi sedimen akan cenderung meningkat terutama pada bagian dekat mulut teluk. Hal tersebut terjadi akibat arus yang cukup tinggi di bagian dekat mulut teluk sehingga membuat muatan sedimen yang berada di dasar perairan akan teraduk dan menambah konsentrasi sedimen. Pada saat kondisi surut terendah, volume air yang berada di dalam teluk akan semakin berkurang sehingga akan meningkatkan konsentrasi sedimen yang berada di dalam teluk. Kontur batimetri bagian dalam teluk yang relatif dangkal membuat muatan sedimen akan lebih cepat mengendap kebagian dasar perairan sehingga sebagian besar tidak terbawa arus menuju luar bagian teluk. Validasi hasil pemodelan numerik terhadap data lapangan diperlukan untuk mengetahui sejauh mana penyimpangan dari hasil simulasi yang telah dilakukan. Validasi untuk elevasi pasang surut hasil model dengan data lapangan menunjukkan hasil yang cukup baik dengan nilai root mean square error (RMSE) sebesar 9.18 cm dan koefisien determinasi (R 2 ) mencapai Sementara untuk validasi konsentrasi sedimen hasil model dan TSS hasil observasi menunjukkan pola yang hampir sama dengan korelasi mencapai Dari hasil validasi tersebut menunjukkan bahwa data yang dihasilkan dari hasil model numerik menggunakan metode FVCOM sudah cukup baik dalam memodelkan pola transpor sedimen yang terdapat di perairan Teluk Benoa. x

9 KATA PENGANTAR Assalamualaikum Wr.wb Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa yang telah memberikan rahmat serta karunia-nya kepada saya sehingga saya berhasil menyelesaikan Skripsi ini tepat pada waktunya. Skripsi atau Tugas Akhir merupakan salah satu syarat untuk meraih gelar sarjana Kelautan pada program studi Ilmu Kelautan, Fakultas Kelautan dan Perikanan Universitas Udayana. Skripsi yang berjudul Studi Transpor Sedimen di Perairan Teluk Benoa Menggunakan Pemodelan Numerik 3 Dimensi berisikan rencana penelitian yang akan dilakukan sebagai salah satu syarat untuk meraih gelar Sarjana Kelautan di Fakultas Kelautan dan Perikanan. Akhir kata, disampaikan terima kasih kepada semua pihak yang telah berperan serta dalam penyusunan Skripsi ini dari awal sampai akhir. Semoga Tuhan senantiasa memberkahi segala usaha kita. Wassalamualaikum.Wr.wb Bukit Jimbaran, Agustus 2016 Herlambang Aulia Rachman xi

10 UCAPAN TERIMA KASIH Puji syukur penulis panjatkan kehadapan Tuhan Yang Maha Esa, karena telah melimpahkan rahmat dan karunia-nya. Sehingga penulis mampu menyelesaikan Skripsi ini. Terselesainya Skripsi ini tidak terlepas dari bantuan berbagai pihak yang mendukung. Untuk itu pada kesempatan ini penulis menyampaikan terima kasih kepada : 1. Bapak Prof. Dr. Ir. I Wayan Athana, MS selaku Dekan Fakultas Kelautan dan Perikanan, Universitas Udayana. 2. Bapak Dwi Budi Wiyanto, S.Kel., MP selaku Kepala Program Studi Ilmu Kelautan, Fakultas Kelautan dan Perikanan Universitas Udayana. 3. Bapak I Gede Hendrawan, S.Si., M.Si., Ph.D selaku pembimbing pertama dan Bapak Dr. Eng. I Dewa Nyoman Nurweda Putra, S.Si., M.Si selaku pembimbing kedua yang dalam penyelesaian Skripsi ini telah memberikan arahan, bimbingan, dan motivasi serta bantuan dalam konsultasi dengan penuh kesabaran dan dedikasi. 4. Bapak Ir. I Gusti Ngurah Putra Dirgayusa, MT selaku penguji pertama serta Bapak Abd. Rahman Assyakur, M.Si selaku penguji kedua yang telah membantu memberikan saran dan masukan terhadap penyelesaian Skripsi ini. 5. Kedua orang tua penulis Bambang Mujiyono dan Suyati, Adik penulis Aulia Dharma Nusa Pangestu yang senantiasa memberikan doa, nasehat, dukungan, dan bantuan baik moral maupun material. 6. Seluruh teman-teman Laboratorium Komputasi yang senantiasa membantu dan memberikan saran/masukan selama penulis melakukan penelitian. 7. Seluruh teman-teman seperjuangan Ilmu Kelautan angkatan 1 (Aditya, Rizki, Arifin, Gung Gita, Dewi, Tatak, Lanang, Bayu, Jaya, Surya, Gek Indah, Eva, Anes, Dhanan, Erick, Tiara, Andreas, Pipit, Sabil, Pita, Padma, Satya, Yoga, Riri, Dewa, Gung Nanda, Gus Indra, Ecik, Adi, Gek Mirah, dan Ekayana) yang selalu bersemangat membantu dan bekerja sama dalam menyelesaikan semua rintangan dan tidak pernah lelah dalam menghadapi tantangan xii

11 8. Serta semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu persatu. Terima kasih atas bantuannya kepada penulis. Semoga karya ini dapat bermanfaat bagi semua pihak. Bukit Jimbaran, Agustus 2016 Herlambang Aulia Rachman xiii

12 RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di Banyuwangi, 7 Maret 1994 sebagai anak pertama dari pasangan Bambang Mujiyono dan Suyati. Pada tahun penulis menyelesaikan pendidikan di SMAN 1 Genteng, Banyuwangi. Tahun 2012 penulis diterima sebagai mahasiswa Universitas Udayana melalu jalur SNMPTN (Seleksi Nasional Penerimaan Mahasiswa Perguruan Tinggi Negeri) dengan memilih Program Studi Ilmu Kelautan. Selama mengikuti perkuliahan penulis pernah menjadi asisten berbagai mata kuliah, seperti Asisten mata kuliah Ichtiyologi, Biologi Laut Zoologi, Pemrograman Komputer, Metode Numerik Kelautan, dan Pemodelan Oseanografi. Penulis juga aktif terlibat dalam berbagai kepengurusan organisasi seperti Himpunan Mahsiswa Ilmu Kelautan (HIMASILA) sebagai Kepala Bidang 1 periode , Pengurus BEM FKP sebagai Kepala Sub Bidang Luar Negeri periode dan Kepala Bidang Pengabdian Masyarakat untuk periode , pengurus DPW (Dewan Perwakilan Wilayah) Universitas Udayana untuk Himpunan Mahasiswa Perikanan Indonesia (HIMAPIKANI). Penulis juga tergabung dalam kelompok studi Lingkungan Pesisir dan Laut di Fakultas Kelautan dan Perikanan, serta menjadi salah anggota tim dalam penelitian tentang Kajian Pencemaran Sampah di Pantai Kuta, Badung, Bali. xiv

13 DAFTAR ISI Halaman HALAMAN JUDUL... LEMBAR PENGESAHAN... BERITA ACARA... PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ILMIAH... PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI... ABSTRAK... ABSTRACT... RINGKASAN... KATA PENGANTAR... UCAPAN TERIMA KASIH... DAFTAR RIWAYAT HIDUP... DAFTAR ISI... DAFTAR TABEL... DAFTAR GAMBAR... I. PENDAHULUAN Latar Belakang Perrumusan Masalah Tujuan Manfaat Batasan Penelitian... 5 II. TINJAUAN PUSTAKA Daerah Estuari Sedimen Arus Pasut dan Residu Pemodelan Numerik Finite Volume Coastal Ocean Model (FVCOM) Model Transpor Sedimen III. METODE PENELITIAN Waktu dan Tempat Alat dan Bahan Metode Penelitian Model Hidrodinamika Model Transpor Sedimen Interpolasi Inverse Distance Weight (IDW) Pengambilan Data Total Suspended Solid Pengukuran Debit Sungai Validasi Data i ii iii iv v vi vii viii xi xii xiv xv xvii xviii xv

14 IV. HASIL DAN PEMBAHASAN Peta Kontur Batimetri Teluk Benoa Hasil Pemodelan Pola Arus Surut Menuju Pasang Pasang Tertinggi Pasang Menuju Surut Surut Terendah Hasil Pemodelan Pola Transpor Sedimen Surut Menuju Pasang Pasang Tertinggi Pasang Menuju Surut Surut Terendah Verifikasi Elevasi Pasang Surut Verifikasi Pola Transpor Sedimen V. KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA xvi

15 Tabel DAFTAR TABEL Halaman 1. Panjang diameter sedimen Alat untuk pengambilan data insitu Desain Model Hidrodinamika Parameter Input Model Transpor Sedimen Kondisi awal bedload xvii

16 Gambar DAFTAR GAMBAR Halaman 1. Penggolongan daerah estuaria Peta lokasi penelitian Desain grid model Peta lokasi pengambilan data input dan validasi Bagian penampang dalam pengukuran debit sungai Peta kontur batimetri Teluk Benoa Pola arus surut menuju pasang Pola arus pasang tertinggi Pola arus pasang menuju surut Pola arus surut terendah Konsentrasi TSS di muara sungai Debit sungai yang bermuara di Teluk Benoa Pola transpor sedimen surut menuju pasang Erosion flux surut menuju pasang Pola transpor sedimen pasang tertinggi Erosion flux pasang tertinggi Pola transpor sedimen pasang menuju surut Erosion flux pasang menuju surut Pola transpor sedimen surut terendah Erosion flux surut terendah Grafik perbandingan dan Scatter plot elevasi pasut hasil model dan observasi Perbandingan hasil model dan observasi sedimen xviii