Pemodelan Perubahan Morfologi Pantai Akibat Pengaruh Submerged Breakwater Berjenjang

Transkripsi

1 JURNAL POMITS Vol. 1, No. 1, (2012) Pemodelan Perubahan Morfologi Pantai Akibat Pengaruh Submerged Breakwater Berjenjang Azhar Ghipari, Suntoyo, Haryo Dwito Armono Teknik Kelautan, Fakultas Teknologi Kelautan, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya suntoyo@oe.its.ac.id Abstrak Daerah pantai dipengaruhi oleh interaksi antara angin, gelombang, arus, pasang surut, dan karakteristik dari material. Akibat interaksi tersebut pada daerah pantai terjadi sedimentasi maupun erosi pantai. Daerah pantai seharusnya mendapatkan sebuah perlindungan dari serangan gelombang. Salah satu bangunan perlindungan pantai adalah submerged brewakter. Submerged breakwater adalah bangunan pelindung pantai dimana seluruh strukturnya tercelup air atau berada di bawah permukaan air. Dalam penelitian ini akan dilakukan studi numerik tentang bagaimana pengaruh submerged breakwater berjenjang terhadap morfologi pantai dengan bantuan perangkat lunak MIKE 21. Submerged brewakter dimodelkan sebanyak dua variasi dengan kedalaman puncak terhadap permukaan air yaitu 0.6 meter pada model pertama, 0.3 meter pada model kedua, dengan kata lain tinggi submerged brewakter adalah 0.9 meter dan 1.2 meter. Sedangkan jarak bangunan dari pantai adalah 315 meter. Dari hasil penelitian menunjukkan bahwa nilai bed level dengan adanya submerged breakwater lebih efektif menahan laju erosi, karena morfologi yang terbentuk lebih banyak sedimentasi, dan mengurangi erosi dibandingkan dengan pemodelan tanpa submerged breakwater. Sedangkan untuk pengaruh variasi, pada pemodelan ini tidak menghasilkan perubahan yang signifikan dikarenakan pemodelan hanya dalam waktu 15 hari. Kata Kunci Submerged breakwater, bed level, sedimentasi, erosi I. PENDAHULUAN aerah pantai merupakan batas antara daratan dan lautan. DPada daerah ini dipengaruhi oleh interaksi antara angin, gelombang, arus, pasang surut, dan karakteristik dari material. Akibat interaksi tersebut pada daerah pantai yang biasanya sering terjadi adalah erosi maupun sedimentasi. Erosi maupun sedimentasi masing-masing memiliki penilaian akibat dampak yang ditimbulkan. Jika erosi terjadi di daerah wisata maupun di dekat permukiman penduduk dinilai merugikan karena erosi mengurangi volume material yang ada di darat. Sedangkan untuk sedimentasi jika terjadi di daerah alur pelayaran maupun di pelabuhan dinilai merugikan karena dapat menghambat alur pelayaran bahkan sering terjadi karam pada kapal. Oleh karena itu daerah pantai seharusnya mendapatkan sebuah perlindungan dari serangan gelombang agar tidak terjadi perubahan morfologi pantai yang besar dalam kurun waktu yang pendek. Breakwater (pemecah gelombang) merupakan bangunan penahan gelombang yang efektif untuk digunakan sebagai pelindung pantai terhadap erosi dengan meredam energi gelombang sebelum mencapai pantai. Submerged breakwater adalah bangunan pelindung pantai dimana seluruh strukturnya tercelup air atau berada di bawah permukaan air. Selain menghindarkan pantai dari erosi akibat hempasan gelombang laut, penggunaan submerged breakwater tidak menghalangi pemandangan sehingga tidak mengurangi keindahan laut sehingga tetap bisa menjaga aspek-aspek keindahan pantai [7]. Selain keuntungan submerged breakwater adalah adanya freeboard, sehingga dapat digunakan untuk memecah gelombang-gelombang yang tinggi [8] Dalam penelitian ini akan dilakukan studi numerik tentang bagaimana perubahan yang terjadi terhadap morfologi pantai akibat pengaruh dari submerged breakwater berjenjang. Dimensi submerged brewakter yang dimodelkan hanya menggunakan asumsi-asumsi dan dilakukan dua variasi, seperti pada tinggi puncak submerged brewakter terhadap permukaan air. II. URAIAN PENELITIAN A. Pemodelan Pada penelitian ini dilakukan dengan mengunakan tiga jenis modul pemodelan pada perangkat lunak MIKE 21, yaitu dengan mengunakan spectral wave module untuk memodelkan pembangkitan gelombang oleh angin, hydrodinamic module untuk memodelkan pola arus, dan yang terakhir sediment transport module untuk memodelkan laju transpor sedimen. Data yang digunakan pada pemodelan ini adalah data monitoring daerah Tanjung kait, Banten pada bulan februari, serta data pasang surut dari Dishidros. Pada Spectral wave module data yang digunakan adalah data angin, bathimetri dan pasut, dan yang dihasilkan berupa tegangan radiasi yang merupakan data yang yang dapat di input dalam pemodelan pola arus pada Hydrodynamic module. Sedangkan untuk Hydrodynamic module, data yang digunakan adalah data angin, bathimetri, pasut, dan tegangan radiasi (wave radiation). Data yang dapat dihasilkan yaitu berupa kecepatan, pola arus, serta surface elevation yang selanjutnya digunakan untuk validasi. Pengaturan pemodelan hidrodinamika ini menjadi satu dengan pemodelan sediment transport module. Tetapi disertai data ukuran butir sebagai data yang wajib dilengkapi. Langkah awal yang dilakukan adalah membuat meshing pada area yang diteliti. Selanjutnya membuat boundary condition dengan data yang digunakan untuk boundary

2 JURNAL POMITS Vol. 1, No. 1, (2012) condition merupakan data selama 1 bulan, untuk simulasi pemodelan selama 30 hari. Berikut ini merupakan persamaan untuk suspended sediment berdasarkan teori dari Galapatti (1983). Letak Submerged Breakwater (1) Dimana c adalah kensentrasi volumetric, t adalah waktu, u,v, dan w adalah dalam arah x, y, dan z, ε x, ε y dan ε z adalah turbulen diffusi koefisien, dan w s adalah kecepatan jatuh suspended sedimen. Gambar 2 Letak Submerged Breakwater. Peletakan ini ditentukan dari hasil perhitungan kedalaman gelombang pecah III. HASIL DAN PEMBAHASAN Gambar 1 Pasang surut Banten Februari 2012 (Dishidros, 2012) B. Validasi Pemodelan Hidrodinamika data awal dilakukan agar data pasut dan arus dari hasil pemodelan tersebut bisa divalidasi. Validasi ini dilakuka n untuk memperoleh apakah hasil pemodelan telah sesuai (match) dengan data yang akan digunakan. Artinya setiap tahapan pemodelan harus diiringi langkah validasi untuk meyakini kebenaran dan ketepatannya. Jika hasil pasut dan arus dari pemodelan data awal telah sesuai dengan data yang akan yang akan digunakan dalam tugas akhir ini pemodelan morfologi pantai untuk kriteria yang dinginkan dapat dilanjutkan. C. Perencanaan letak submerged breakwater Perencanaan peletakan bangunan submerged breakwater dapat dilakukan dengan mengacu pada hasil perhitungan gelombang pecah. Sebelum melakukan perhitungan gelombang pecah, dilakukan perhitungan refraksi terlebih dahulu untuk mendapatkan tinggi gelombang pada tiap-tiap kedalaman yang ditinjau. Untuk pemodelan ini tidak dilakukan perhitungan dimensi maupun stabilitas submerged brewakter, seperti yang telah dicantumkan pada batasan masalah pada penelitian ini. Dimensi submerged brewakter yang dimodelkan hanya menggunakan asumsi-asumsi dan dilakukan beberapa variasi pada bangunan tersebut, seperti pada kedalaman puncak bangunan terhadap permukaan air. Submerged brewakter dimodelkan sebanyak dua buah dengan kedalaman puncak terhadap permukaan air yaitu 0.6 meter pada model pertama, 0.3 meter pada model kedua, dengan kata lain tinggi submerged brewakter adalah 0.9 meter dan 1.2 meter. Sedangkan jarak bangunan dari pantai adalah 315 meter. A. Perhitungan refraksi Sebelum menentukan lokasi struktur, terlebih dahulu harus ditentukan lokasi gelombang pecah yang diwakili nilai kedalaman gelombang pecah d b berdasarkan parameter gelombang dilaut dalam dan karakteristik pantai. Sebelum masuk perhitungan gelombang pecah, harus dilakukan terlebih dahulu perhitungan refraksi gelombang untuk mendapatkan nilai H 0 tiap kedalaman yang digunakan dalam perhitungan gelombang pecah. Proses refraksi gelombang adalah sama dengan refraksi cahaya yang terjadi karena cahaya melintasi 2 media perantara yang berbeda. Dengan kesamaan tersebut maka pemakaian hukum Snell pada optik dapat digunakan untuk menyelesaikan masalah refraksi gelombang yang disebabkan karena perubahan kedalaman. C Sin α 1 = Sin αo (2) Co Dimana C adalah cepat rambat gelombang di kontur ke dua, C 0 cepat rambat gelombang dikontur pertama, α 0 Sudut antara garis puncak gelombang dengan kontur dasar dimana gelombang melintas, dan α 1 adalah sudut yang sama yang diukur saat garis pucak gelombang melintasi kontur berikutnya. Untuk daerah Banten ini gelombang datang dari arah utara, dengan gelombang signifikan sebesar dan periode Tabel 1 berikut menunjukkan hasil dari perhitungan refraksi.

3 JURNAL POMITS Vol. 1, No. 1, (2012) Tabel 1 Perhitungan Refraksi untuk penentuan sudut pembelokan gelombang Ho (m) T(s) d (m) Co (m/s) C (m/s) α sin α Tabel 3 Penentuan kemiringan pantai. Jarak (x) Kedalaman (d) Perhitungan refraksi dan pendangkalan gelombang (wave shoaling) akan dapat menentukan tinggi gelombang di suatu tempat yang ditinjau berdasarkan karakteristik gelombang datang. Refraksi mempunyai pengaruh yang cukup besar terhadap tinggi dan arah gelombang serta distribusi energi gelombang di sepanjang pantai. H = K S K R H 0 (3) Dimana K S adalah koefisien shoaling, K R adalah koefisien refraksi, dan H 0 tinggi gelombang pada laut dalam. Tabel 2 Perhitungan Refraksi tinggi gelombang pada daerah yang di tinjau d/lo d/l n n 0 Kr Ks H(m) B. Perhitungan gelombang pecah Dalam menentukan kedalaman gelombang pecah data yang dibutuhkan antara lain tinggi gelombang laut dalam ekivalen (H 0 ), periode gelombang (T), dan kemiringan pantai (m). Untuk menentukan kedalaman gelombang pecah, maka terlebih dahulu harus menentukan tinggi gelombang pecah. Tinggi gelombang pecah merupakan fungsi dari tinggi dan periode gelombang laut dalam serta kemiringan pantai. Pada tabel 4 dan gambar 4 berikut ini merupakan penentuan kemiringan pantai (m). Gambar 3 Jarak dan kedalaman pantai sebagai fungsi kemiringan pantai Sedangkan tinggi gelombang laut dalam ekivalen dirumuskan dengan : H 0 = K D K R H 0 (4) Dimana K D adalah koefisien Difraksi sama dengan satu karena kedalaman kedalaman gelombang pecah yang ditinjau tanpa adanya struktur, K R adalah koefisien refraksi, dan H 0 tinggi gelombang pada laut dalam. Dengan diketahuinya tinggi gelombang laut dalam ekivalen serta dengan menggunakan rumus berikut ini untuk menententukan nilai tinggi kedalaman pecah. Hb = 1 (5) H' o 3.3( H ' o / Lo)^1/ 3 Dimana H o adalah tinggi gelombang ekivalen, Lo adalah panjang gelombang laut dalam. Sedangkan untuk mengetahui kedalaman gelombang pecah, dapat ditentukan dengan menggunakan grafik penentuan gelombang pecah (Sorensen, 2006) atau dengan cara grafis, yaitu dengan cara membuat grafik hubungan antara kedalaman air dengan tinggi gelombang. Tinggi gelombang yang dievaluasi adalah tinggi gelombang yang merambat dipengaruhi oleh koefisien refraksi dan koefisien shoaling.

4 JURNAL POMITS Vol. 1, No. 1, (2012) Tabel 4 Perhitungan Tinggi gelombang pecah. T H' 0 (m) H' 0 /gt 2 m(slope) H b /H' 0 H b (m) ada submerged breakwater yaitu dengan memasukan data asumsi dimensi submerged breakwater dengan panjang 20 meter, lebar 2,5 meter dan jarak antara submerged breakwater sebesar dua kali panjang gelombang. Terkait dengan keterbatasan perangkat komputer yang digunakan, pada pemodelan ini lama simulasi juga dibedakan yaitu hanya selama 15 hari (10080 no. of time step) pada bulan februari Tabel 5 Nilai hubungan antara kedalaman air dengan tinggi gelombang. 1 2 Time Hb x d K R Ks x H Gambar 5. Titik koordinat yang ditinjau Pada penelitian ini hasil dari pemodelan yang telah dilakuka n disajikan berupa nilai bed level, gambar serta grafik perbandingan tiap-tiap kondisi dari tiga baris pengamatan daerah yang ditinjau. Daerah yang ditinjau pada penelitian ini adalah daerah dibelakang submerged breakwater. Pada daerah ini dibagi menjadi tiga pias, dengan tiap piasnya terdapat lima titik, hal ini untuk mengetahuil perubahan morfologi di daerah belakang submerged breakwater. Berikut pada tabel 6 menunjukkan koordinat x dan y dari daerah yang ditinjau. Tabel 6 Nilai dari perbandingan bed level kondisi existing dengan kondisi pemodelan ketika ada submerged breakwater Gambar 4. Grafik hubungan tinggi gelombang dengan kedalaman air untuk menentukan kedalaman gelombang pecah Dari gambar 4. Menunjukkan bahwa gelombang akan pecah pada kedalaman 1,2 meter. Oleh karena itu dalam penelitian ini submerged breakwater diletakan pada kedalaman yang lebih besar dari 1,2 meter yaitu 1,5 meter. Hal ini dilakukan karena Kedalaman lokasi submerged breakwater harus lebih besar dibandingkan kedalaman lokasi gelombang pecah untuk dapat meredam gelombang sebelum gelombang tersebut. C. Analisa hasil pemodelan Pemodelan dengan atau tanpa adanya submerged breakwater ini menggunakan pengaturan yang hampir sama yaitu dengan time step interval 120s, Eddy viscosity type smagorinsky formulations dengan nilai constant 0.28, bed resistance type chezy number dengan nilai constant 32 [m^(1/3)/s], serta grain size sebesar 0.35 sesuai D 50 hasil uji ayakan. Perbedaannya adalah pada pemodelan ketika kondisi Pias 1 [h (m)] Existing Model (H = 0.9 m) Model (H = 1.2 m) h (m) Keterangan Titik Sedimentasi Titik Sedimentasi Titik Sedimentasi Titik Sedimentasi Titik Erosi Pias 2[h (m)] Existing Model (H = 0.9 m) Model (H = 1.2 m) h (m) Keterangan Titik Sedimentasi Titik Sedimentasi Titik Sedimentasi Titik Sedimentasi Titik Sedimentasi Pias 3 [h (m)] Existing Model (H = 0.9 m) Model (H = 1.2 m) h (m) Keterangan Titik Sedimentasi Titik Sedimentasi Titik Sedimentasi Titik Sedimentasi Titik Erosi

5 JURNAL POMITS Vol. 1, No. 1, (2012) Tabel 7 Nilai dari perbandingan bed level kondisi existing dengan kondisi pemodelan tanpa submerged breakwater Pias 1 [h (m)] Existing Model h (m) Keterangan Titik Sedimentasi Titik Sedimentasi Titik Sedimentasi Titik Erosi Titik Erosi Pias 2 [h (m)] Existing Model h (m) Keterangan Titik Sedimentasi Titik Sedimentasi Titik Sedimentasi Titik Sedimentasi Titik Erosi Pias 3 [h (m)] Existing Model h (m) Keterangan Titik Erosi Titik Sedimentasi Titik Sedimentasi Titik Erosi Titik Erosi Gambar 6. Perbandingan berupa grafik antara kondisi awal (existing) dengan pemodelan tanpa submerged breakwater, serta kondisi awal (existing) dengan pemodelan ketika ada submerged breakwater pada pias 2. Tabel 8 Nilai dari perbandingan bed level kondisi existing dengan kondisi pemodelan tanpa submerged breakwater Pias 1 [h (m)] Tanpa Breakwater Model (H = 0.9 m) h (m) Titik Titik Titik Titik Titik Pias 2 [h (m)] Tanpa Breakwater Model (H = 0.9 m) h (m) Titik Titik Titik Titik Titik Pias 3 [h (m)] Tanpa Breakwater Model (H = 0.9 m) h (m) Titik Titik Titik Titik Titik Dari hasil pemodelan berupa nilai bed level dapat terlihat perbedaan antara kondisi awal (existing) dengan kondisi pomedelan tanpa submerged breakwater dan kondisi pemodelan ketika ada submerged breakwater. Pemodelan dengan kondisi ketika ada submerged breakwater cenderung terjadi sedimentasi kearah submerged breakwater dibandingkan pemodelan dengan kondisi tanpa bangunan yang cenderung terjadi sedimentasi maupun erosi. Pada hasil dari pemodelan ketika kondisi ada submerged breakwater terbentuk tonjolan sedimentasi kearah laut yang disebut cuspate. Terbentuknya cuspate ini disebabkan panjang submerged breakwater yamg relatif lebih kecil terhadap jaraknya dari garis pantai, dimana panjang tiap submerged breakwater hanya 20 meter sedangkan jarak dari pantai ke lokasi submerged breakwater 315 meter. Hal tersebut karena perlindungan oleh submerged breakwater terjadi karena berkurangnya energi gelombang yang sampai di belakang submerged breakwater. Berkurangnya energi gelombang di daerah terlindung akan mengurangi transport sedimen di daerah tersebut. Transport sedimen sepanjang pantai yang berasal dari daerah sekitarnya akan diendapkan di belakang submerged breakwater. Pengendapan tersebut menyebabkan terbentuknya cuspate. Berikut ini pada gambar 7 menunjukkan perbandingan hasil pemodelan berupa visualisasi gambar.

6 JURNAL POMITS Vol. 1, No. 1, (2012) UCAPAN TERIMA KASIH Segala puji dan syukur kehadirat Allah SWT yang telah memberikan rahmat dan hidayah sehingga penelitian ini dapat saya selesaikan. Saya ucapkan terima kasih kepada kedua orang tua dan keluarga saya yang selalu mendukung saya selama perkuliahan dan pengerjaan penelitian ini. Kepada dosen pemimbing saya bapak Suntoyo, ST, M.Eng, Ph.D, dan Haryo Dwito Armono, ST, M.Eng, Ph.D yang telah membimbing dan banyak membantu dalam penelitian ini. Kepada Puslitbang Balai Pantai Bandung yang telah memberikan fasilitas dalam belajar software MIKE dan pengerjaan penelitian. Serta kepada teman-teman di bandung, Lab Hidrodinamika FTK ITS dan di Jurusan Teknik Kelautan, khususnya keluarga besar D Commodore. Gambar 7. Perbandingan berupa visualisasi gambar dari pemodelan IV. KESIMPULAN/RINGKASAN Kesimpulan yang dapat diambil dari hasil penelitian tugas akhir ini antara lain: 1. Pada kondisi tanpa submerged breakwater sedimentasi dan erosi terjadi pada tiap pias. Sedimentasi terjadi lebih di dekat pantai, sedangkan erosi terjadi di titik dekat lokasi penempatan submerged breakwater. 2. Pada kondisi ketika ada submerged breakwater lebih efektif dalam menahan laju erosi. Hanya pada titik 5 dari masing-masing pias 1 dan 3 yang terjadi erosi, sedangkan pada titik yang lain terjadi sedimentasi. 3. Perbandingan morfologi pantai sebelum dan ketika ada submerged breakwater berjenjang untuk 3 pias yang ditinjau, menunjukkan pengaruh adanya submerged breakwater lebih baik dalam menekan laju erosi dari pada pemodelan tanpa submerged breakwater. DAFTAR PUSTAKA [1] Anggraeni, Retno Analis Perubahan Profil Pantai Di Pelabuhan Tanjung Perak Surabaya Dengan Menggunakan Empirical Orthogonal Function (EOF). Tugas Akhir Jurusan Teknik Kelautan Fakultas Teknologi Kelautan ITS. Surabaya. [2] Cahyadi, Doni Eko Analisa Sedimentasi Akibat Reklamasi di Teluk Lamong. Tugas Akhir Jurusan Teknik Kelautan Fakultas Teknologi Kelautan ITS. Surabaya. [3] Cittopacama, Kukuh Kumara Analis Perubahan Garis Pantai Akibat Breakwater Di Kawasan Bayusangka. Tugas Akhir Jurusan Teknik Kelautan Fakultas Teknologi Kelautan ITS. Surabaya. [4] DHI Hydrodinamic And Transport Module Scientific Documentation. Denmark [5] Paotonan, Chairul Pengaruh struktur bawah air terhadap profil pantai pasir buatan. Disertasi Program Studi Teknik Sipil dan Lingkungan Universitas Gadjah Mada. Yogyakarta. [6] Penchev, et all Physic And Numerical Modelling Of An Artificial Coastal Reef. HADMAR Internasional Conference, Varna. [7] Perkasa, Ibrahim Mahbub Model Numerik Submerged Breakwater Untuk Mereduksi Energi Gelombang Dengan Flow 3D. Tugas Akhir Jurusan Teknik Kelautan Fakultas Teknologi Kelautan ITS. Surabaya. [8] Pratikto, Widi A. dkk Struktur Perlindungan Pantai. Surabaya [9] Triatmodjo, Bambang Teknik Pantai. Beta Offset. Yogyakarta.