BAB I PENDAHULUAN. I.1 Latar Belakang

Transkripsi

1 BAB I PENDAHULUAN I.1 Latar Belakang Dalam perkembangan teknologi perangkat keras yang semakin maju, saat ini sudah mampu mensimulasikan fenomena alam dan membuat prediksinya. Beberapa tahun terakhir sudah dikembangkan berbagai simulasi model numerik dengan mengusung tema yang sama yaitu membuat model numerik dengan keakuratan dan resolusi tinggi untuk menyerupai kondisi alam yang sebenarnya dengan kebutuhan waktu komputasi yang cepat. Pengembangan model numerik dalam bidang teknik kelautan diantaranya ialah model prediksi sebaran sedimen dari sungai ke arah laut, pengendapan sedimen di muara sungai, prediksi pengendapan sedimen di kolam pelabuhan, perlindungan pantai, perawatan alur pelayaran yang kesemuanya membutuhkan pengetahuan yang sangat detail tentang hidrodinamika. Model hidrodinamika pantai saat ini masih belum mendapatkan hasil yang memuaskan, hal ini disebabkan kondisi ketidaklinieran hidrodinamika yang terjadi dalam wilayah gelombang pecah dan sulitnya untuk memvalidasi model. Metoda pendekatan dengan mengasumsikan terjadinya tegangan radiasi permukaan akibat gelombang pecah untuk memberikan gaya tambahan pada sirkulasi hidrodinamika menjadi pemahaman umum dalam membuat model numerik didalam wilayah gelombang pecah. Arus pasang surut dan gaya gelombang adalah faktor utama yang menyebabkan pergerakan material di pantai. Tesis ini memfokuskan pada pengembangan model sirkulasi arus dua dimensi yang mendapat pengaruh dari gaya gelombang dan pasang surut melalui model gandeng (coupled) hidrodinamika, transpor sedimen dan morfologi yang di berikan pengaruh dari hasil model gelombang. Model numerik yang akan dikembangkan ialah model gelombang Refraction And Diffration Model (Refdif) untuk mengimplementasikan tegangan radiasi permukaan akibat refraksi, difraksi dan gelombang pecah yang diinteraksikan 1

2 dengan model interaksi dua arah hidrodinamika dua dimensi dan angkutan sedimen Advanced Circulation And 2D Transport (ADCIRC-2DTR) untuk mendapatkan karakteristik hidrodinamika di wilayah gelombang pecah dan pola angkutan sedimennya. I.2 Tujuan Perkembangan model numerik teknik kelautan di wilayah pantai saat ini sedang mengarah pada penggabungan antara persamaan gelombang panjang di perairan dalam dengan persamaan gelombang pendek di perairan dangkal dan interaksinya dengan pergerakan sedimen dasar. Thesis ini akan bertujuan untuk mendapatkan sirkulasi hidrodinamika pantai yang terjadi dan pengaruhnya dalam pergerakan sedimen layang dan sedimen dasar menggunakan model numerik yang telah ada. Topik yang diambil merupakan hal yang menarik untuk dipelajari mengingat kemampuan perangkat lunak hidrodinamika yang ada dipasaran belum bisa dengan ceppat dan interaktif menyelesaikan permasalahan tersebut. Prediksi sebaran sedimen di dalam wilayah gelombang pecah saat ini menjadi kebutuhan dalam dunia teknik kelautan mengingat banyaknya kasus pengendapan dan erosi yang terjadi akibat pembangunan bangunan pantai yang berada dalam wilayah gelombang pecah. Hasil dari thesis ini diharapkan akan menjadi jawaban atas permasalahan yang timbul dalam desain dan dampak lingkungan yang terjadi pada wilayah gelombang pecah. I.3 Luaran Sesuai dengan tujuan dari thesis ini, maka diharapkan dapat terbentuknya suatu model numerik proses pantai hasil dari pengembangan beberapa model numerik yang digunakan dalam thesis ini. Model numerik yang dihasilkan dapat dengan valid digunakan untuk menganalisa arus sejajar pantai, pergerakan sedimen sejajar pantai, erosi dan deposisi pada wilayah gelombang pecah. Penggunaan grid elemen hingga pada model ini akan dapat mengakomodasi kondisi alam dengan batimetri dan garis pantai yang kompleks dengan waktu pembangunan grid yang cepat. 2

3 I.4 Hipotesa Dari persamaan gelombang panjang, dalam hal ini ialah bangkitan gaya akibat pasang surut akan berinteraksi dengan persamaan gelombang pendek di dalam wilayah pantai. Interaksi hidrodinamika yang terjadi, akan menyebabkan adanya gaya gesek dasar yang membuat pergerakan sedimen dasar dan sedimen melayang di pantai. Pergerakan sedimen ini akan mempengaruhi kedalaman perairan dan perubahan dari kedalaman perairan akan mempengaruhi propagasi gelombang dan mengatur besaran pergerakan arus akibat gelombang panjang (Gambar 1.1). Gelombang Pendek Tegangan Dasar Refraksi, Difraksi, Shoaling, Pecah Sedimen Transpor Arus (gelombang panjang) Tegangan Dasar Deposisi Erosi Morfologi Gambar 1.1 Gambaran Hipotesa I.5 Metodologi Untuk mencapai tujuan dan luaran dalam thesis ini, dibutuhkan penyesuaian dalam kode program ADCIRC-2DTR dan Refdif yang ditulis dalam bahasa pemrograman FORTRAN. Penyesuaian dalam kode ADCIRC-2DTR dilakukan dengan membuat subroutine transpor sedimen dan morfologi untuk hanya mengikutkan proses yang tejadi pada sedimen jenis non kohesif. Dalam kode program Refdif, ditambahkan perhitungan stress radiasi pada wilayah sebelum 3

4 dan sesudah gelombang pecah menggunakan bagian momentum dan tekanan pada persamaan yang ada (Svendsen, 2007). Model pengembangan yang telah dibuat kemudian diterapkan pada kondisi pantai ideal, dengan batimetri seragam sejajar pantai. Untuk melihat pengaruh dari gaya radiation stress pada gelombang yang mengalami proses refraksi dan difraksi, model diterapkan pada kondisi pantai ideal yang mendapatkan gangguan dari struktur bangunan pantai berupa bangunan pemecah gelombang lepas pantai (offshore breakwater). Metoda analitis digunakan untuk memvalidasi model. Metoda analitis diturunkan dari persamaan Longuet-higgins, 1970a,b pada bangkitan arus sejajar pantai dan profil arus sejajar pantai. Hasil dari perhitungan analitis kemudian di bandingkan dengan hasil perhitungan model yang digambarkan dalam bentuk grafik. Model integrasi hidrodinamika-transpor sedimen dan gelombang secara lengkap disajikan pada Gambar 1.2. ADCIRC-2DTR menghitung elevasi muka air, kecepatan rata-rata kedalaman dalam arah-u (sejajar pantai) dan arah-v (tegak lurus pantai) pada elemen segitiga tidak terstruktur. ADCIRC-2DTR mendapat tambahan gaya tegangan radiasi pada persamaan momentum dari hasil pacu model refdif yang telah mengalami transformasi dari grid beda hingga kedalam grid elemen hingga, sehingga gaya tegangan radiasi akan mempengaruhi besar dan arah arus yang terjadi di wilayah gelombang pecah. Arus hasil perhitungan hirdodinamika kemudian menjadi masukan pada subroutine transpor sedimen untuk membangkitkan konsentrasi yang timbul akibat erosi yang kemudian di transportasikan kembali oleh arus. Sedimen yang terbawa oleh arus akan mengendap di suatu tempat sehingga akan merubah kedalaman perairan. Perubahan kedalaman perairan ini kemudian akan menjadi masukan pada model hidrodinamik di langkah waktu selanjutnya untuk membangkitkan arus arah u dan v. Proses ini berlangsung sampai dengan langkah waktu yang kita tentukan. Keseluruhan kode program yang menggunakan bahasa pemrograman FORTRAN. Proses pembangunan grid elemen hingga dan grid elemen beda hingga menggunakan program Surface Water Modelling System (SMS). 4

5 Penampilan hasil model dibuat dalam tampilan standar MATLAB dan program SMS dengan animasi menggunakan file AVI. Gambar 1.2 Bagan alir pengerjaan thesis 5

6 I.6 Ruang Lingkup Penelitian Thesis ini mempunyai lingkup pembahasan penelitian diantaranya : - Tidak menganalisa hidrodinamika arus dan angkutan sedimen tegak lurus pantai pada wilayah gelombang pecah. - Model numerik yang dikembangkan adalah interaksi satu arah (one-way coupled) arus, transpor sedimen dan gelombang. - Tidak melakukan validasi untuk model hidrodinamika (ADCIRC-2DTR) dan Gelombang (Refdif 1). - Thesis ini hanya sebatas mengembangkan model dan memvalidasinya dengan metode analitis dan tidak melakukan validasi dan kalibrasi dengan data uji model fisik maupun data lapangan. - Tidak memasukkan pengaruh dari angin maupun arus bangkitan dari angin (wind induced current). - Tidak mengaktifkan algoritma basah-kering pada model hidrodinamika sehingga evolusi garis pantai kearah darat tidak dapat terbentuk. - Pergerakan sedimen di dalam wilayah gelombang pecah akibat pengaruh dari penempatan struktur pemecah gelombang lepas pantai di verifikasi dengan kasus hipotetikal. I.7 Sistematika Penulisan Sistematika pembahasan dalam tesis ini meliputi tahapan penulis dalam menyampaikan hasil penelitian, yang dimulai dari latar belakang penulisan tesis, hingga pada analisis dan kesimpulan yang diperoleh. Sistematika thesis yang disusun oleh penulis adalah sebagai berikut: - BAB I PENDAHULUAN. Bab ini membahas tentang latar belakang penulisan tesis, tujuan penelitian ini, luaran, metodologi yang dilakukan oleh penulis,lingkup penelitian dan sistematika penulisan dalam tesis. - BAB II TINJAUAN PUSTAKA. Bab ini akan diuraikan hasil penelitian pustaka oleh penulis terhadap model numerik yang digunakan dan terhadap pengembangan model serupa yang pernah dipublikasikan. 6

7 - BAB III MODEL INTERAKSI ARUS-GELOMBANG, ANGKUTAN SEDIMEN DAN MORFOLOGI. Dalam bab ini akan diuraikan landasan teori mengenai masalah yang dibahas, mulai dari teori tentang model ADCIRC-2DTR, Model Refdif, hidrodinamika dalam daerah gelombang pecah, dan teori tentang angkutan sedimen serta metoda validasi dan verifikasi model. - BAB IV STUDI KASUS Bab ini membahas tentang penerapan model sesuai desain simulasi untuk kondisi pantai ideal yang dirancang penulis - BAB V HASIL DAN PEMBAHASAN Bab ini menguraikan analisis hasil dari pengembangan model gabungan yang telah dibuat, baik dari segi waktu simulasi maupun, segi keakuratan dari hasil validasi dan verifikasi, - BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN. Pada bab terakhir ini akan dibahas tentang hasil interpretasi penulis berupa kesimpulan dan saransaran penulis yang diperoleh dari hasil penelitian tesis ini, yang diharapkan dapat bermanfaat untuk pengembangan penelitian selanjutnya. 7