PEMODELAN ARUS SEJAJAR PANTAI STUDI KASUS PANTAI ERETAN, KABUPATEN INDRAMAYU, JAWA BARAT

Transkripsi

1 PEMODELAN ARUS SEJAJAR PANTAI STUDI KASUS PANTAI ERETAN, KABUPATEN INDRAMAYU, JAWA BARAT TUGAS AKHIR Disusun untuk memenuhi salah satu syarat kurikuler Program Sarjana Oseanografi Oleh : FRANSISKO A. K. KAUNANG PROGRAM STUDI OSEANOGRAFI FAKULTAS ILMU DAN TEKNOLOGI KEBUMIAN INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2008

2 LEMBAR PENGESAHAN Bandung, Juni 2008 Telah diperiksa dan disetujui oleh : Dr. Hamzah Latief Pembimbing

3 ABSTRAK Dalam penelitian tugas akhir ini, telah dilakukan simulasi arus sejajar pantai di Pantai Eretan, Kabupaten Indramayu, Jawa Barat dengan menggunakan model STWAVE dan M2D yang terdapat dalam software Surface-Water Modelling System versi 8.1. Model STWAVE digunakan untuk menggambarkan penjalaran gelombang di perairan dangkal dan model M2D untuk menggambarkan medan arus berdasarkan pada gradien stress radiasi yang diperoleh dari model gelombang. Simulasi dilakukan untuk memperoleh gambaran arus sejajar pantai pada bulan Februari dan Agustus tahun Keabsahan model diuji dengan menerapkan model pada kasus ideal berupa daerah model pantai planar dengan slope batimetri tertentu dan pada kasus riil di Pantai Eretan. Pada kasus ideal, dibandingkan antara profil arus yang diperoleh dari hasil model dengan hasil perhitungan analitik Longuet-Higgins. Sedangkan pada kasus riil, dibandingkan antara kecepatan arus hasil model dengan hasil pengukuran arus di Pantai Eretan di dua stasiun pengamatan. Hasil model menunjukan bahwa perhitungan numerik M2D dapat mendekati hasil perhitungan analitik untuk kasus ideal maupun hasil pengukuran arus di Pantai Eretan untuk kasus riil. Kecepatan arus maksimum di Pantai Eretan hasil simulasi pada bulan Februari bernilai 0.5 meter/detik dengan arah dominan menuju Barat dan jarak breaker line mencapai 300 meter dari garis pantai. Sedangkan pada bulan Agustus, kecepatan arus maksimum sebesar 0.3 meter/detik dengan arah dominan menuju Timur dan jarak breaker line mencapai 100 meter dari garis pantai. i

4 ABSTRACT Longshore Currents simulation in Eretan, Indramayu Disrict, West Java Province, has been done in this study by using STWAVE and M2D model, Surface-Water Modelling System 8.1. STWAVE model was used to describe the wave propagation on nearhore field, then based on the stress radiation gradient results, M2D model was used to describe the longshore currents. The model simulation was done to describe the longshore currents on February and August Model validation was carried out by aplying the model to an ideal case, planar beach with a given slope of bathimetry, and real case in Eretan Beach. In ideal case, longshore current profile resulted from the model was compared with analytical calculation by Longuet-Higgins and in the real case, currents magnitude resulted from the model was compared with the observation data in two stations. The simulation results show a good agreement with both the analytical solution for the ideal case and observation data in Eretan Beach for the real case. Maximum current velocity resulted from the model on February is 0.5 meter/second with direction to the west and the breaker line on 300 meters from the shore. While, on August, maximum current velocity is 0.3 meter/second with direction to the east and the breaker line on 100 meters from the shore. ii

5 KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, karena berkat dan karunia-nya maka penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini yang disusun untuk memenuhi salah satu syarat kurikuler dalam menyelesaikan tahap sarjana di Program Studi Oseanografi, Intitut Teknologi Bandung. Pada kesempatan ini penulis menyampaikan terima kasih kepada : Bapak Dr. Eng. Hamzah Latief, selaku dosen pembimbing yang telah memberikan pengarahan, kesempatan serta dukungan kepada penulis. Ibu Ivonne M. Radjawane Ph.D, selaku dosen wali yang telah memberikan perhatian dan pengarahan selama penulis menimba ilmu di ITB. Bapak Prof. Safwan Hadi, yang telah memberikan banyak masukan dalam proses penyusunan Tugas Akhir ini. Ibu dan Ayah serta Keluarga, yang telah memberikan banyak dukungan dan motivasi selama penulis menjalankan studi di ITB. Kang Haris Sunendar S.Si, MT, yang telah memberikan banyak bantuan dan ilmu yang sangat berguna bagi penulis dalam menyelesaikan tugas akhir ini. Seluruh Staf Dosen dan Karyawan Program Studi Oseanografi ITB. Rekan-rekan PPK, Edi, Bram, Iyan, Dominic, Yuyus, kang Dodi, Mas Agus dan Pak Carsa sebagai sahabat dalam keseharian penulis. Rekan-rekan HMGM, bersama kalian penulis mengalami berbagai rasa. Thanks guys..! Teman-teman GM-2001 terutama Riva dan Dian atas sharing dan bantuannya. Rekan-rekan Asrama tempat tinggal penulis. Pihak-pihak lain yang telah turut membantu penulis, namun tidak sempat penulis sampaikan pada kesempatan ini. iii

6 Penulis menyadari penyusunan dan penulisan Tugas Akhir ini tidak lepas dari kekurangan dan kesalahan, karena itu saran dan kritik sangat diharapkan penulis sebagai perbaikan dan penyempurnaan Tugas Akhir ini. Penulis berharap somoga materi dan yang telah dikerjakan pada tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi dunia ilmu pengetahuan dan badan-badan terkait dalam usaha pengendalian pantai. Bandung, Juni 2008 Penulis iv

7 DAFTAR ISI Hal. ABSTRAK ABSTRACT KATA PENGANTAR DAFTAR ISI DAFTAR GAMBAR DAFTAR TABEL i ii iii v vii x BAB I. PENDAHULUAN I-1 I. 1 Latar Belakang I-2 I. 2 Perumusan Masalah I-3 I. 3 Batasan Masalah I-3 I. 4 Tujuan dan Manfaat Tugas Akhir I-4 I.5 Kajian Pustaka I-5 I.6 Diagram Alir Pengerjaan Tugas Akhir I-6 I.7 Sistematika Pembahasan I-8 BAB II. TEORI GELOMBANG DAN ARUS DEKAT PANTAI II-1 II.1 Teori Gelombang II-1 II.1.1 Shoaling dan Refraksi Gelombang II-2 II.1.2 Difraksi dan Refleksi Gelombang II-4 II.1.3 Gelombang Pecah II-5 II.1.4 Fluks Energi II-6 II.1.5 Setup dan Setdown Gelombang II-7 II.1.6 Model Gelombang ST-Wave II-8 II.2 Teori Dasar Arus Sejajar Pantai II-12 II.2.1 Kajian Analitik Longuet-Higgins II-12 II.2.2 Persamaan Hidrodinamika Model M2D II-15 BAB III. MODEL GELOMBANG DAN MODEL ARUS III-1 III.1 Model Numerik Medan Gelombang III-1 III.1.1 Asumsi Model III-2 III.1.2 Diskritisasi Model Gelombang III-4 III.2 Model Medan Arus III-4 v

8 III.2.1 Penyelesaian Numerik Persamaan Pengatur M2D III-5 III.2.2 Persamaan Momentum III-5 III.2.3 Koefisien Gesekan Dasar III-12 III.2.4 Stress Angin III-12 III.2.5 Koefisien Viskositas Eddy III-13 III.2.6 Persamaan Kontinuitas III-14 III.2.7 Kondisi Courant III-14 III.2.8 Syarat Batas III-15 BAB IV. DESKRIPSI DAN DESAIN SIMULASI MODEL IV-1 IV.1 Deskripsi Daerah Model IV-1 IV.1.1 Data Batimetri IV-2 IV.1.2 Data Gelombang IV-3 IV.1.3 Data Arus IV-3 IV.2 Desain Simulasi IV-4 IV.2.1 Kasus Ideal IV-4 IV.2.2 Kasus Riil IV-5 IV.3 Profil Gelombang dan Arus serta Verifikasi Model IV-7 BAB V. HASIL DAN PEMBAHASAN V-1 V.1 Kasus Ideal V-1 V.1.1 Medan Gelombang Kasus Ideal V-1 V.1.2 Medan Arus Kasus Ideal V-6 V.2 Kasus Riil V-10 V.2.1 Medan Gelombang Kasus Riil V-10 V.2.2 Medan Arus Kasus Riil V-15 BAB VI. KESIMPULAN DAN SARAN VI-1 VI.1 Kesimpulan VI-1 VI.2 Saran VI-2 DAFTAR PUSTAKA vi

9 DAFTAR GAMBAR Hal. Gambar 1.1 Definisi visual dari penampang pantai I-1 Gambar 1.2 Lokasi studi I-4 Gambar 1.3 Diagram alir penyelesaian Tugas Akhir I-7 Gambar 2.1 Perubahan arah penjalaran sinar gelombang akibat perubahan kedalaman II-2 Gambar 2.2 Diagram refraksi sinar gelombang II-4 Gambar 2.3 Sketsa acuan gelombang dan vektor arus II-10 Gambar 2.4 Bentuk profil Longshore Current II-14 Gambar 3.1 Contoh spektrum gelombang satu dimensi (1-D) III-1 Gambar 3.2 Skema grid pada Model ST-Wave III-4 Gambar 3.3 Definisi grid dan variabel untuk M2D III-5 Gambar 3.4 Definisi kontrol volume untuk persamaan momentum dalam arah-x III-6 Gambar 3.5 Definisi kontrol volume untuk persamaan momentum dalam arah-y III-9 Gambar 3.6 Definisi kontrol volume untuk persamaan kontinuitas III-14 Gambar 4.1 Lokasi Pantai Eretan Kulon IV-1 Gambar 4.2 Batimetri dan lokasi pengukuran IV-2 Gambar 4.3 Batimetri daerah model kasus ideal IV-5 Gambar 4.4 Batimetri daerah model kasus riil IV-6 Gambar 4.5 Gambar 4.6 Penampang tegaklurus pantai yang digunakan untuk verifikasi kasus ideal Penampang tegaklurus pantai yang digunakan untuk verifikasi kasus riil IV-7 IV-8 Gambar 5.1 Kontur tinggi dan vektor kecepatan gelombang serta daerah gelombang pecah untuk H 0 = 0.8 m, T 0 = 7 det, θ 0 = 45 0 V-2 vii

10 Gambar 5.2 Gambar 5.3 Gambar 5.4 Kontur arah dan vektor kecepatan gelombang serta daerah gelombang pecah untuk H 0 = 0.8 m, T 0 = 7 det, θ 0 = 45 0 V-2 Kontur tinggi dan vektor kecepatan gelombang serta daerah gelombang pecah untuk H 0 = 0.8 m, T 0 = 7 det, θ 0 = V-3 Kontur arah dan vektor kecepatan gelombang serta daerah gelombang pecah untuk H 0 = 0.8 m, T 0 = 7 det, θ 0 = V-3 Gambar 5.5 Profil tinggi gelombang nondimensional dengan H 0 = 0.8 meter V-4 Gambar 5.6 Profil arah penjalaran gelombang dengan θ 0 = 45 0 V-5 Gambar 5.7 Elevasi muka air dan vektor kecepatan arus ( H 0 = 0.8 m, T 0 = 7 det, θ 0 = 45 0 ) Gambar 5.8 Elevasi muka air dan vektor kecepatan arus ( H 0 = 0.8 m, T 0 = 7 det, θ 0 = ) V-7 Gambar 5.9 Profil elevasi muka air dengan H 0 = 0.8 m, T 0 = 7 det, θ 0 = V-8 Gambar 5.10 Profil kecepatan arus hasil M2D dan hasil analitik Longuet-Higgins V-8 Gambar 5.11 Gambar 5.12 Gambar 5.13 Gambar 5.14 Gambar 5.15 Kontur tinggi dan vektor kecepatan gelombang serta daerah gelombang pecah pada bulan Februari (skenario 1) dengan H 0 = 1.2 m, T 0 = 7 det, θ 0 = 45 0 V-10 Kontur arah dan vektor kecepatan gelombang serta daerah gelombang pecah pada bulan Februari (skenario 1) dengan H 0 = 1.2 m, T 0 = 7 det, θ 0 = 45 0 V-11 Kontur tinggi dan vektor kecepatan gelombang serta daerah gelombang pecah pada bulan Agustus (skenario 2) dengan H 0 = 0.6 m, T 0 = 7 det, θ 0 = V-11 Kontur arah dan vektor kecepatan gelombang dan daerah gelombang pecah pada bulan Agustus (skenario 2) dengan H 0 = 0.6 m, T 0 = 7 det, θ 0 = V-12 Profil tinggi gelombang nondimensional di penampang 1 (H 0_1 = 1.2, H 0_2 = 0.6) V-6 V-13 Gambar 5.16 Profil tinggi gelombang nondimensional di penampang 2 (H 0_1 = 1.2, H 0_2 = 0.6) V-13 Gambar 5.17 Profil arah penjalaran gelombang di penampang 1 (θ 0_1 =45, θ 0_2 = -45) V-14 Gambar 5.18 Profil arah penjalaran gelombang di penampang 2 (θ 0_1 =45, θ 0_2 =-45) V-14 viii

11 Gambar 5.19 Gambar 5.20 Gambar 5.21 Gambar 5.22 Gambar 5.23 Gambar 5.24 Gambar 5.25 Gambar 5.26 Plot vektor dan besar arus pada bulan Februari (H 0 = 1.2 m, T 0 = 7 det, θ 0 = 45 0 ) Plot vektor dan elevasi muka air pada bulan Februari (H 0 = 1.2 m, T 0 = 7 det, θ 0 = 45 0 ) Plot vektor dan magnitudo arus pada bulan Agustus (H 0 = 0.6 m, T 0 = 7 det, θ 0 = ) Plot vektor dan elevasi muka air pada bulan Agustus (H 0 = 0.6 m, T 0 = 7 det, θ 0 = ) Profil kecepatan arus di penampang 1 pada bulan Februari dan Agustus Profil kecepatan arus di penampang 2 pada bulan Februari dan Agustus Profil elevasi muka air di penampang 1 pada bulan Februari dan Agustus Profil elevasi muka air di penampang 2 pada bulan Februari dan Agustus V-16 V-16 V-17 V-17 V-19 V-19 V-20 V-20 ix

12 DAFTAR TABEL Hal. Tabel 4.1 Informasi grid dan parameter data batimetri IV-2 Tabel 4.2 Informasi parameter gelombang hasil pengukuran IV-3 Tabel 4.3 Informasi parameter arus hasil pengukuran IV-3 Tabel 4.4 Parameter gelombang masukan untuk simulasi arus IV-4 Tabel 4.5 Parameter daerah model kasus ideal IV-5 Tabel 4.6 Parameter daerah model kasus riil IV-6 Tabel 5.1 Hasil perhitungan model gelombang ST-Wave untuk kasus ideal V-5 Tabel 5.2 Hasil perhitungan arus dan elevasi muka air untuk kasus ideal V-9 Tabel 5.3 Hasil perhitungan model gelombang ST-Wave untuk kasus riil V-15 Tabel 5.4 Tabel 5.5 Hasil perhitungan arus dan elevasi muka air untuk kasus riil di penampang 1 dan 2 Hasil perhitungan dan pengukuran arus untuk kasus riil di stasiun 1 dan 2 V-21 V-21 ix