METODA PENGAMATAN DAN ANALISA GELOMBANG LAUT. oleh ABSTRACT

Transkripsi

1 Oseana, Volume XIX, Nomor 1:1-9 ISSN METODA PENGAMATAN DAN ANALISA GELOMBANG LAUT oleh Dharma Arief 1), Edy Kusmanto 1) dan Sudarto 1) ABSTRACT Semi-manual and accurate technique in wave observation is described in detail. Data analysis on wave observation using this technique in Sungai Duri, West Kalimantan, is presented as an illustration in waves research. I. PENDAHULUAN Salah satu parameter yang penting dalam suatu penelitian dinamika pantai adalah gelombang laut. Pada umumnya gelombang laut tersebut adalah gelombang laut yang disebabkan oleh tiupan angin baik langsung maupun tidak langsung. Pada daerah tiupan angin (dikenal dengan istilah 'fetch'), terjadi peristiwa transfer energi angin ke energi gelombang dalam spektrum frekwensi yang luas. Dengan kata lain, didaerah angin tersebut terbentuk campuran gelombang dengan bermacam-macam frekwensi. Distribusi frekwensi dan besarnya energi gelombang ditentukan oleh tiga faktor, yaitu: luasnya daerah tiupan angin, lamanya angin bertiup, dan besarnya tiupan angin. Gelombang yang terbentuk tersebut akan menjalar keluar dari daerah tiupan angin hingga mencapai daerah dangkal atau pantai, dan melepaskan energinya. Gelombang laut yang terbentuk akibat tiupan angin setempat umumnya mempunyai ketinggian yang kecil (kurang dari 0.5 meter) dan mempunyai periode waktu kurang dari 4 detik. Hal ini disebabkan oleh terbatasnya daerah tiupan angin. Sedangkan gelombang yang terbentuk di daerah lepas pantai atau di tengah laut seringkali mempunyai energi yang besar akibat luasnya daerah tiupan angin dan lebih besarnya tiupan angin di laut dibandingkan dengan tiupan angin di pantai. Selama penjalarannya tersebut, gelombang tersebut mengalami proses dispersi akibat perbedaan kecepatan rambat gelombang yang berbeda periodenya. Makin jauh jarak perambatan gelombang, makin homogen periode gelombang tersebut. Gelombang yang homogen umumnya dikenal dengan nama alun ('swell'). Gelombang 'kiriman' ini seringkali mempunyai tinggi diatas 0.5 meter dengan periode di atas 4 detik. 1) Balai Penelitian dan Pengembangan Oseanografi, Pusat Penelitian dan Pengembangan Oseanologi-LIPI, Jakarta

2 Di pantai dan daerah pecahnya gelombang merupakan daerah transfer energi gelombang ke benttuk energi lainnya seperti arus, turbulensi, pemindahan sedimen, gelombang sekunder dengan periode lebih pendek maaupuan lebih panjang, bunyi, dan lain sebaginya. Proses transfer energi inilah yang berperanan penting dalam proses dinamika pantai karena menyebabkan perpindahan sedimen. Arah datangnya energi gelombang ditentukan oleh arah perambatannya. Sedangkan besarnya energi yang dibawa oleh gelombang ditentukan oleh tinggi, periode, dan lipe gelombang. Secara umum dapat digunakan bahwa energi gelombang sebanding dengan kuadrat amplitudenya, walaupun hal ini benar untuk kasus gelombang sinusoide sederhana. Selanjutnya tinggi, periode, dan arah datangnya gelombang, oleh karenanya, diidentikkan dengan karaktenstik datangnya gelombang. Oleh karena itu pengukuran karakteristik gelombang merupakan faktor yang penting dalam studi dinamika pantai dan usaha penanggulangan proses erosi pantai. II. PENGUKURAN GELOMBANG Pengukuran gelombang dapat dilakukan dengan sejumlah cara, baik yang manual dan sederhana, semi-manual, maupaun secara otomatis. Pengukuran gelombang sederhana umumnya dilakukan dengan menaksir tinggi gelombang, menghitung rata-rata periode gelombang dengan stopwatch, dan menentukan arah datangnya dengan kompas sederhana. Data yang dihasilkan menunjukkan gambaran umum dan memberikan informasi mengenai karakteristik gelombang yang sangat terbatas. Teknik ini praktis tidak memerlukan biaya pengamatan di lapangan. Pengukuran semi-otomatis dilakukan dengan memonitor fluktuasi tinggi permuka-an air dengan bantuan alat yang lebih presisi. Diantaranya dengan penggunaan Video camera recorder seperti yang dilakukan Puslitbang Oseanologi di Kalimantan Barat. Teknik ini memerlukan tersedianya alat-alat yang relatif mahal, akan tetapi mempunyai ketelitian dan akurasi yang tinggi baik pada saat gelombang kecil maupun besar. Untuk tersedianya data yang kontinu, penggunaan alat dengan sistem perekaman sendiri mutlak di perlukan. Alat ukur ini disebut sebagai 'wave-meter' dan mempunyai akurasi data yang sangat tergantung pada kualitas alatnya. Pemilihan tipe alat perlu memperhatikan kondisi umum gelombang di lokasi pengamatan. Pendekatan ini memerlukan alat yang mahal. Dalam penelitian dinamika pantai di Kalimantan barat oleh Puslitbang Oseanologi - LIPI sengaja dipilih pendekatan semi-otomatis. Adapun pertimbangannya adalah faktor biaya dan kemungkinan tersedianya sarana pengukuran di daerah serta pertimbangan teknis pelaksanaannya. Diharapkan pendekatan ini dapat me-ningkatkan jumlah pengamatan gelombang khususnya di Kalimantan Barat dan dapat dilakukan oleh tenaga setempat tanpa pendidikan atau persyaratan khusus. Hal ini dipandang penting karena data gelombang yang diperlukan dalam studi dinamika pantai adalah tersedianya data gelombang yang kontinu dengan akurasi yang tinggi, dan dapat diterapkan di banyak lokasi tanpa diperlukannya SDM dengan kwalifikasi khusus.

3 III. SARANA YANG DIPERLUKAN 1. Video Camera Recorder Video camera yang diperlukan adalah camera yang mempunyai rekaman data jam, menit, detik, dan desimal detik. misalnya 10:15:32,10 ( jam sepuluh lima belas menit tiga puluh dua dan sepersepuluh detik ). Informasi waktu tersebut ada yang 'built-in dalam camera (misalnya camera Sony), dan ada yang memerlukan tambahan alat 'Character Generator' (misalnya camera Panasonic). Alat Character Generator tersebut dipasang pada camera video melalui EVF Terminal (Electronic View Finder). Dengan adanya alat tambahan ini, informasi seperti Judul, lokasi dan sebagainya dapat ditambahkan pada data rekaman sehingga rekaman lebih mudah diidentifikasi. 2. Video Cassette Recorder Video Cassette Recorder digunakan untuk 'replay' rekaman dalam tahap pembacaan tinggi fluktuasi permukaan air laut. Alat yang diperlukan adalah video cassette recorder yang mempunyai feature 'frame-to-frame display' secara manual sehingga dapat dipilih rekaman tiap selang waktu setengah detik. 3. TV Monitor Monitor TV yang diperlukan dapat digunakan TV set biasa, sebaiknya yang berwarna untuk memperjelas pembacaan skala tinggi dari bak ukur. 4. Bak Ukur (Patok Meteran) Bak ukur berfungsi sebagai alat ukur tinggi permukaan air laut pada suatu saat sewaktu pembacaan menggunakan TV. Bak ukur tersebut mudah dibuat sendiri dengan menggunakan bahan kayu, paralon atau fiber glass yang dicat dasar putih dan diberi skala sentimeter dengan warna gelap dan terang berselang-seling untuk membuat rekaman oleh camera lebih jelas. 5. Platform Pengamatan Platform pengamatan diperlukan terletak dalam jangkauan camera pada bak ukur sehingga angka dan skala pada bak ukur tersebut dapat terekam dengan jelas. Untuk pengamatan kurang dari 25 meter dari pantai, platform ini mungkin tidak diperlukan. Untuk lokasi yang lebih jauh ke laut, perahu atau bagan diperlukan. Kesulitan teknis yang umumnya timbul jikalau menggunakan perahu adalah goyangan perahu., Oleh karena itu diperlukan ketrampilan agar bak ukur selalu dalam ruang lihat dari video camera. Dalam penggunaan perahu, sangat dibatasi oleh kondisi gelombang. Sebaliknya, perahu memberikan dinamika lebih tinggi, sehingga bisa mendapatkan data gelombang pada saat yang hampir bersamaan pada sejumlah lokasi dengan biaya hanya penyewaan perahu. Penggunaan bagan akan memberikan data yang baik karena tidak ada masalah dengan stabilitas platform. Namun dalam situasi gelombang besar, masalah perpindahan dari dan ke bagan menjadi sulit. Disamping itu, biaya pembuatan bagan di laut mahal 6. Komputer dan Perangkat Lunak Sarana komputer yang digunakan oleh Puslitbang Oseanografi - LIPI adalah komputer tipe AT-386 atau di atasnya dengan memory lebih dari 4 megabyte, hafidisk lebih dari 80 megabyte, math-coprocessor, dan printer/

4 plotter. Perlengkapan tersebut untuk menunjang perangkat lunak yang diperlukan. Perangkat lunak yang digunakan adalah Quattro Pro untuk memasukkan data ke komputer, Grapher untuk penggambaran data, DA-EDIT dan DAMENU untuk analisa data, dan word processor dengan kemampuan grafik seperti Amipro, Microsoft Word, ataupun Wosdstar 7.0. DA-EDIT dan DAMENU adalah perangkat lunak yang dikembangkan oleh Puslitbang Oseanologi - LIPI. IV. PELAKSANAAN PENGAMATAN 1. Pemasangan bak ukur Bak ukur dipasang pada posisi tertentu sesuai dengan perencanaan pengukuran gelombang. Bak ukur harus ditancapkan cukup dalam sehingga tidak doyong atau hanyut akibat hempasan gelombang dan angin. Oleh karena itu, pemasangan bak ukur tersebut perlu direncanakan dan dilakukan sebelum pelaksanaan pengukuran dan dapat bertahan selama selang waktu penelitian. Pemasangan bak ukur memerlukan kondisi laut yang tenang. 2. Perekaman Perekaman data gelombang dilakukan dengan menggunakan 'camera video minimal selama lima menit. Waktu pengamatan harus disesuaikan dengan kondisi lautnya sehingga didapatkan data yang bermanfaat dan efektif. Sebelum melakukan perekaman, tanggal dan jam pada alat character generator yang terdapat pada video kamera harus diset sesuai dengan tanggal dan waktu yang tepat. Informasi tambahan yang diperlukan seperti sudut datang gelombang terhadap arah utara, orientasi pantai, kedalaman air, kondisi laut, angin, dan pasang-surut, lokasi/posisi pengamatan dan sebagainya yang dipandang perlu sebaiknya didatakan dengan baik. 3. Pembacaan data Data gelombang yang telah direkam dalam cassette di-'replay' dengan menggunakan video cassette recorder dalam slow motion atau frame-to-frame mode. Pembacaan tinggi permukaan air relatif yang ditunjukkan oleh bak ukur dibaca dan dicaiat tiap 0.5 detik selama minimal lima menit. Data yang berupa angka tersebut kemudian dimasukkan menjadi file ASCII. Proses ini dapat menggunakan Quattro Pro atau perangkat lunak lainnya yang sesuai. V. ANALISA DATA 1. Penggambaran Data Penggambaran data mentah perlu dilakukan untuk memeriksa dan mengidentifikasi kesalahan dalam mendigit dan mengetik data. Di Puslitbang Oseanologi - LIPI, penggambaran dilakukan dengan menggunakan perangkat lunak Grapher. Gambar 1 ini adalah contoh data pengamatan gelombang di perairan Sungai Duri pada bulan Januari 1993 (PUSLITBANG OSEANOLOGI, 1993). Gelombang datang dari arah barat laut antara 300. Arah datangnya gelombang ini hampir tegak lurus pantai dan berkaiian erat dengan refraksi gelombang oleh perubahan kontur kedalaman perairan yang secara umum hampir sejajar dengan garis pantai.

5 Gambar 1. Fluktuasi tinggi permukaan air Iaut akibat gelombang di perairan Sungai Duri, Januari Data berdasarkan rekaman video selama 5 menit yang didigit tiap 0,5 detik.

6 Dari data yang didapat dan hasil analisa dapat kita lihat beberapa hal yaitu: l.tinggi maksimum gelombang yang teramati dalam periode waktu tersebut kurang dari 75 cm. 2. Ada dua tipe gelombang di perairan Sungai Duri yaitu gelombang angin ( wind wave ) dan alun ( swell ) dan membentuk wave-train (tebih jelas pada Gambar 1A) dengan interval antara wave-train sekitar detik. Untuk data yang disajikan Gambar 1A bentuk gelombang hampir simetris antara puncak dan lembah, suatu karakteristik gelombang yang belum mengalami deformasi yang berarti akibat dasar perairan. Data ini diambil di kedalaman air 4 meter. Sedangkan data yang disajikan pada Gambar IB menunjukkan ketidak-simetrisan yang besar. Puncak gelombang lebih tinggi daripada lembahnya, menunjukkan besarnya pengaruh dasar perairan. Pengamatan tersebut dilakukan pada kedalaman air 1.5 meter. Dari observasi lapangan selama bulan Januari 1993, bentuk gelombang seperti itu menunjukkan terjadinya deformasi 'wind-wave' menjadi 'solitarywave' yang sangat effektif dalam mengerosi garis pantai. 2. Perhitungan H 1/3 Nilai H 1/3 umumnya dikenal dengan nama 'significant wave height'. Perlu diingat bahwa nilai H 1/3 merupakan pendekatan sangat sederhana dari keadaan gelombang yang sesungguhnya. Dalam pendekatan tersebut dianggap bahwa gelombang di laut dapat diwakili oleh satu gelombang sinusoida sederhana yang mempunyai tinggi H 1/3 dengan periode T 1/3, suatu hal yang belum tentu mendekati kondisi gelombang di suatu perairan (KINSMAN, 1965). Untuk kasus tertentu yang tidak memerlukan informasi mendetail mengenai kondisi gelombang, pendekatan ini dapat mencukupi. Akan tetapi untuk mengetahui karakteristik gelombang di suatu perairan dengan lebih jelas, diperlukan metoda pendekatan yang lebih baik. Analisa 'time-series' untuk menghasilkan 'powerspectrum' berdasarkan Fast Fourier Transform merupakan metoda yang umum digunakan. Untuk kondisi gelombang di atas, perhitungan Hl/3 dengan menggunakan DAMENU menghasilkan nilai dalam Tabel di bawah ini. Tinggi gelombang sering dicerminkan oleh nilai H 1/3 dan T 1/3 yang dikenal sebagai tinggi dan periode gelombang signifikan. Nilai - nilai tersebut ditentukan engan metode Zero-upcrossing dan perata-rataan 1/3 jumlah tinggi gelombang tertinggi. Dari hasil perhitungan H 1/3 di atas tampak jelas bahwa data gelombang 1A dan IB menunjukkan nilai yang hampir sama. Posisi dan Informasi Pengukuran Gelombang di Perairan Sungai Duri, Kalimantan Barat, Januari 1993 Gambar Longitude BT Latitude LU Tanggal Jam Dalam Air meter 1 A 1 B :55 10:54 4, H 1/3 cm T detik 5,5 5.9

7 Dari bentuk gelombang yang diamati jelas bahwa kedua gelombang tersebut mempunyai karakteristik yang sangat berbeda yang akan mempunyai dampak yang berbeda terhadap dinamika pantai. Gelombang IB lebih effektif menyebabkan erosi pantai karena mampu menjalarkan energi gelombang ke perairan dangkal. 3. Analisa Spektrum Analisa spektrum yang dilakukan di Puslitbang Oseanologi - LIPI menggunakan pendekatan Fast Fourier Analisis. Perangkat lunak DA-EDIT dan DAMENU dikembangkan oleh Puslitbang Oseanologi - LEPI untuk menganalisa 'time series data' seperti gelombang, arus, pasang-surut, angin, dan. sebagainya. Analisa ini berdasarkan anggapan bahwa gelombang yang diamati merupakan superposisi linier dari sejumlah gelombang sinusoida sederhana. Analisa data gelombang di alas dengan DA-EDIT dan DAMENU digambarkan seperti yang ditunjukkan olch Gambar 2. Hasil analisa spektrum dari kedua data gelombang 1A dan IB tersebut menunjukkan dengan jelas perbedaan karakteristik keduanya. Energi gelombang 1A ter-konsentrasi pada periode 5 detik, sedangkan gelombang IB mempunyai komponen gelombang 11 detik. Gelombang dengan periode 5 detik mungkin terbentuk di selat Karimata, akan tetapi gelombang dengan periode 10 detik hanya mungkin terbentuk di laut Cina Selatan yang mempunyai daerah pengaruh angin yang panjang. Sebaliknya, korelasi antara gelombang dan angin setempat tidak signifikan. Dari hubungan tersebut dapat disimpulkan bahwa kondisi gelombang di perairan Sungai Duri dikontrol oleh kondisi angin baik di Selat Karimata maupun di laut Cina Selatan. VI. KUALITAS DATA PENGAMATAN Dalam melakukan suatu pengukuran, faktor ketelitian dan akurasi data sangatlah penting. Walaupun metoda pengukuran yang dilakukan ini semi-manual, kesalahan dalam menentukan tinggi gelombang kurang dari 2 cm asalkan kualitas rekaman dapat menunjukkan dengan jelas skala dari bak ukur. Ketrampilan penggunaan videocamera dari perahu dalam kondisi laut berombak sangat menentukan kualitas data. Dibandingkan dengan alat ukur gelombang standard yang menggunakan 'pressure-sensor, ketelitian teknik ini tidak lebih jelek. Ketelitian pressure-sensor ditentukan oleh kualitas sensor dan densitas air laut karena alat tersebut pada prinsipnya mengukur tekanan air. Selain itu, ditinjau dari harga alat, teknik ini termasuk teknik yang murah sehingga memungkinkan untuk diterapkan di banyak tempat. Masalah yang dihadapi oleh teknik ini adalah memerlukan kehadiran manusia di lokasi pengukuran, persoalan yang seringkali menyebabkan sulitnya pengamatan secara kontinu untuk waktu yang lama, misalnya satu tahun. Dari segi pelaksanaan di lapangan, penggunaan perahu sebagai platform pengamatan membatasi kemampuan pengambilan data pada saat gelombang laut terlalu besar bagi keselamatan pengamatan. Hal ini tidak terjadi pada pemakaian alat ukuryang self-recorder.

8 sumber:

9 VII. DAFTAR PUSTAKA KINSNAN, B., Wind Waves. Their Generation and Propagation on the Ocean Surface. Prentice-Hall, BENDAT, J.S & A.G. PIERSOL, Inc- : 676 p.p. Random Data, Analysis and PUSLITBANG OSEANOLOGI, Measurement Procedure. John Wiley Penelitian Dinamika dan Pemanfaatan & Sons : 566 p.p. Mintakat Pantai Kalimantan Barat : 186 p.p.