PEMODELAN ARUS PASANG SURUT DAN SEDIMEN MELAYANG DI MUARA SUNGAI BELAWAN

Transkripsi

1 PEMODELAN ARUS PASANG SURUT DAN SEDIMEN MELAYANG DI MUARA SUNGAI BELAWAN Dhika Swandana 1 dan A. Perwira Mulia Tarigan 2 1 Mahasiswa Departemen Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara Jl. Perpustakaan No. 1 Kampus USU Medan irdhikaswandana@gmail.com 2 Pengajar Departemen Teknik Sipil, Universitas Sumatera Utara, Jl. Perpustakaan No. 1 Kampus USU Medan a.perwira@usu.ac.id ABSTRAK Estuari Sungai Belawan merupakan estuari yang potensial dengan letak strategis menjadikannya sebagai lokasi dermaga pelabuhan dan sektor pertumbuhan ekonomi lokal maupun internasioal. Namun, perubahan iklim global dan eksplorasi yang tidak seimbang menyebabkan banyaknya permasalahan pada komponen-komponen penyusun estuarinya. Banjir Rob, intrusi air asin, dan sedimentasi adalah beberapa dari permasalahan tersebut. Penelitian bertujuan untuk mengetahui keadaan dan karakteristik estuari Sungai Belawan. Komponen estuari seperti: bathimetri, arus, pasang surut, temperatur, salinitas, dan sedimen dicari dengan uji laboratorium dan survei. Kemudian di analisis dengan literatur dan dijadikan sebuah pemodelan dalam bentuk pemograman komputer. Nilai-nilai dari komponen tersebut dihubungkan dan disajikan sesuai dengan titik pengamatan dan waktu. Bathimetri dihitung menggunakan persamaan eksponensial, arus pasang surut divisualkan dalam fungsi sinus, temperatur dan salinitas dihitung dengan distribusi gaussian, dan kadar sedimen diperoleh dengan akumulasi faktor erosi. Dari penelitian diperoleh kesimpulan bahwa kenaikan pasang dan surut air laut mempengaruhi karakteristik estuari Sungai Belawan sejauh 18 km dari mulut muara. Kedalaman air yang dipengaruhi oleh komponen utama pasang surut matahari (S 2 ), bulan (M 2 ), dan pembangkit (M 4 ) membuat perbedaan maksimum air pasang dan surut setinggi 1,9 m. Estuari yang tidak hanya dipengaruhi oleh air laut, tetapi juga oleh debit air sungai menyebabkan adanya perpindahan (displacement) molekul air baik dari hulu sungai menuju laut atau sebaliknya. Hal ini membuat nilai dari temperatur, salinitas, dan kadar sedimen menjadi tidak linear pada setiap titik dan jamnya. Juga diperoleh nilai kadar sedimen melayang maksimum sebesar mg/dm 3. Kata kunci: estuari, bathimetri, arus, pasang surut, temperatur, salinitas, sedimen ABSTRACT Belawan River estuary is a potential estuary with the strategic location, derives it as a port location and local economy growth sector as well as international. However, the issue of climate chaging and unbalanced exploration bring many problems toward the components of estuary. Tidal flood, seawater intrusion, and sedimentation are some of those problems. The purpose of the research is to know the situation and characteristic of Belawan River estuary. The components of estuary, such as: bathymetry, current, tidal, temperature, salinity, and sediment are analyzed based on laboratoriun test and survey. And then being analyzed with literature and created to be a model in particular computer programming. The score of the components are connected and presented with the certain observation and time. Bathymetry is calculated with exponential equation, tidal flow are visualized in sine function, temperature and salinity and then calculated with Gauss distribution, and obtained sediment level from the accumulation of erosion factor. From the research, we can be conclusion that tidal raising is affecting the Belawan River estuary s characteristic as far as 18 km from the estuary mouth. The water depth which is affected by the main components of solar semidiurnal (S 2 ), lunar semidiurnal (M 2 ), and lunar quarter diurnal (M 4 ) create a maximum tidal difference with 1,9 metre high. The estuary is not only affected by seawater, but also the riverwater discharge which cause the water molecul displacement from upstream to the sea and vice versa. This case creates the score of temperature, salinity, and sediment level becomes nonlinear at its point and hour. Also it can be goined the maximum sediment score with mg/dm 3. Key words: estuary, bathymetry, current, tidal, temperature, salinity, sediment

2 1. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Muara merupakan tempat bercampurnya masa dua air permukaan bumi yang berasal dari laut dan sungai. Karakteristik dan keadaannya sangat mempengaruhi ekosistem, transportasi, dan aktifitas perekonomian disekitar muara tesebut. Seperti halnya muara sungai Belawan yang posisinya merupakan alur pelabuhan PT. Pelabuhan Indonesia I sekaligus transportasi warga setempat, pertanian, pertambakan warga, serta ekosistem hutan bakau yang tentunya memiliki peran dan andil yang besar. Jack Hardisty mengatakan dalam bukunya yang berjudul Estuaries Monitoring and Modelling the Physical System bahwa muara merupakan penggabungan antara komponen pasang surut, arus, garam, air, dan sedimen. Berubahnya iklim global ditambah lagi dengan kerusakan lingkungan, menyebabkan adanya ketidakseimbangan komponen-komponen penyusun tersebut dan mengakibatkan beberapa masalah seperti banjir rob, intrusi air asin, dan sedimentasi. Banjir pasang atau yang lebih sering dikenal dengan istilah banjir Rob, akhir-akhir ini juga melanda daerah pesisir kecamatan Belawan. Dalam media Harian Jurnal Asia pada situs beritanya 01/10/2015, Banjir Rob makin meresahkan Warga Belawan. Naiknya batas permukaan air laut menyebabkan masuknya air kedaerah permukiman dan merendam beberapa fasilitas umum. Perjalanan air pasang surut ke estuari disertai dengan perubahan suhu dan intrusi air asin. Pengetahuan intrusi air asin penting untuk mengetahui dinamika sedimen diestuari, seperti penentuan letak bangunan intake dari saluran primer persawahan atau tambak. Air untuk daerah persawahan tidak boleh mengandung garam. Oleh karena itu, saluran irigasi harus diletakkan didaerah yang tidak dipengaruhi air asin. Demikian juga letak intake dari suatu tambak harus sedemikian rupa sehingga temperatur dan kadar garam air untuk tambak memenuhi persyaratan. Suatu jenis ikan dan udang juga akan berkembang biak dengan baik pada lingkungan dengan temperatur dan kadar garam tertentu. Sedimentasi yang terjadi pada muara Sungai Belawan menyebabkan adanya pendangkalan pada alur pelayaran PT. Pelindo I. Seperti yang dikutip dari media SumutPos dalam situs media onlinenya sumutpos.co 7/8/2012, Pengembangan Pelabuhan Belawan Dihadang Alur Pelayaran Dangkal. Tentunya ini adalah permasalahan yang terus terulang mengingat sedimentasi yang dipengaruhi oleh pasang surut, arus laut, dan letak dari alur pelayaran itu sendiri. Menjadi masalah serius karena PT. Pelindo I yang bergerak dibidang perdagangan merupakan sektor utama bagi negara, sudah seharusnya untuk segera diatasi dan dicari solusinya. Sejumlah masalah ini tentu bagian dari permasalahan karakteristik muara Sungai Belawan. Oleh karena itu, perlu kiranya dilakukan pengamatan berupa pemodelan terhadap karakteristik muaranya, khususnya sebagai langkah bertahap dalam penyelesaian masalah-masalah yang berkaitan dengan banji Rob, intrusi air asin, dan sedimentasi. 2. TINJAUAN PUSTAKA Muara sungai adalah bagian hilir dari sungai yang berhubungan dengan laut. Permasalahan di muara sungai dapat ditinjau dibagian mulut sungai (river mouth) dan estuari. Mulut sungai adalah bagian paling hilir dari muara sungai yang langsung bertemu dengan laut, sedangkan estuari adalah bagian dari sungai yang dipengaruhi oleh pasang surut. Estuari dibentuk oleh kenaikan air laut yang dipengaruhi oleh glasiasiasi atau umur es (Woodroffe dalam Hardisty, 2007) dan interaksi nonlinear dari pasang, arus, garam, air, dan sedimen (Hardisty, 2007). Sirkulasi aliran diestuari dipengaruhi oleh sifat-sifat morfologi estuari, pasang surut dan debit aliran dari hulu (debit sungai). Sirkulasi aliran tersebut meliputi penjalaran gelombang pasang surut, pencampuran antara air tawar dan air asin, gerak sedimen, polutan (biologi, kimiawi dan fisis) dan sebagainya. Teori dasar dalam pemodelan ini berdasarkan konsep dan deskripsi dari Hardisty (2007). Langkah pertama dalam pemodelan adalah menghitung bathimetri estuari dengan persamaan eksponensial sebagai berikut. W X = W o e a x L (1) dan D X = D o e b x L (2) dimana W x = lebar estuari di titik x (m), W o = lebar estuari tepat dimulut muara (m), D x = kedalaman estuari dititik x (m), D o = kedalaman estuari tepat dimulut muara (m), x = jarak titik dari mulut muara (m), L = panjang estuari (m), dan a b merupakan koefisien muara. Selanjutnya dihitung kedalaman air total dengan aturan fungsi sinus sebagai berikut. h(t) = A S2 sin (2πt/T S2 ) + A M2 sin (2πt/T M2 ) + A M4 sin (2π t/t M4 ) + DT (3) dimana (h(t) = ketinggian air total dalam t jam (m), A S2 = amplitudo pasang surut pengaruh gaya tarik matahari (m), T S2 = periode pasang surut akibat matahari dan bulan (12 jam), 2π = sudut rotasi bulan terhadap bumi dan bumi terhadap matahari A M2 = amplitudo pasang surut pengaruh gaya tarik bulan (m), T M2 = periode pasang

3 surut akibat bulan (12,42 jam), A M4 = amplitudo pasang surut lunar quarter-diurnal (m), T M4 = periode pasang surut akibat lunar quarter diurnal (6,21 jam), dan DT = kedalaman air Dx (m). Bercampurnya air laut dan sungai menyebabkan adanya penggabungan antara arus sungai dan air laut. Arus estuari diekspresikan dalam persamaan sebagai berikut. U (x,t) = x=l x=x W x h t dx Q (4) W x D x W x D x dimana U (x,t) = arus estuari pada penampang x dan waktu t (m/detik), h t = perbedaaan kedalaman air setiap jam (m/s), Q = debit sungai (m 3 /detik). Selanjutnya dihitung temperatur menggunakan distribusi gaussian dengan persamaan sebagai berikut. (5) untuk nilai T S > T R, T (x) = (T s T R ) exp x2 2σ x 2 + T R R untuk nilai T R > T S, T (x) = (T R T S ) exp x2 2σ x 2 + T S (6) dimana T(x) = suhu estuari pada jarak x meter dari mulut muara ( o C), T S = Suhu air laut ( C), T R = Suhu air sungai ( C), x = jarak titik dari mulut muara (m), dan σ = varians. Salinitas juga hasil dari distribusi gaussian sebaagai berikut. S(x) = A exp x2 2σ x 2 (7) dimana S(x) = salinitas pada jarak x meter dari mulut muara ( o / oo ) dan A = kadar garam air laut ( o / oo ). Sedimen total merupakan hasil akumalasi sedimen bawaan dan yang akan terjadi dengan memasukkan nilai faktor erosi seperti pada ekpresi ekspresi berikut. C (t) = Cmax C b 1 + cos 2πt + C b (8) dimana C(t) = konsentrasi sedimen perwaktu (mg/dm 3 ), (Cmax = konsentrasi sedimen maksimum (mg/dm 3 ), dan C B = latar belakang konsentrasi (mg/dm 3 ). 3. METODOLOGI PENELITIAN Diagram alir penelitian dilampirkan pada Gambar 1.

4 Gambar 1: Diagram Alir Penelitian 4. PENGOLAHAN DATA Data yang diperoleh tidak sepenuhnya dapat digunakan langsung. Beberapa ada yang harus diolah terlebih dahulu baik dengan uji laboratorium ataupun metode pengolahan, untuk selanjutnya digunakan pada tahap analisis data. 4.1 Kordinat Dari survei lapangan kita memperoleh 10 titik lokasi penelitian dengan jarak antar titik sejauh m dan total panjang estuari m. Pada Tabel 1 dilampirkan kordinat 10 titik penelitian yang diukur menggunakan GPS. Tabel 1: Kordinat titik penelitian Titik X (UTM) Kordinat Y (UTM) Jarak dari Mulut Muara (m) A B C D E F G H I J Selanjutnya kordinat penelitian diubah kedalam kordinat geografi dan di-input kedalam google earth hingga dihasilkan sebuah peta estuari Sungai Belawan beserta lokasi penelitian, seperti pada Gambar 2. Gambar 4.1: Peta lokasi penelitian Gambar 2: Peta lokasi penelitian 4.2 Bathimetri Diperoleh kedalaman pada mulut muara sedalam 12 m dan lebar mulut muara selebar 500 m. Kedalaman dan lebar estuari pada setiap titik dilampirkan pada Tabel 2.

5 Tabel 2: Hasil pengukuran kedalaman dan lebar estuari Titik Lebar (m) Kedalaman (m) A B C D E F G H I J Selanjutnya dari hasil pengukuran dicari nilai koefisien lebar dan kedalaman estuari. Pencarian menggunakan metode regresi non-linear Gauss Newton dengan bantuan software Matlab. Dari metode tersebut diperoleh nilai koefisien lebar sebesar 1,4835 dan koefisien kedalaman sebesar 1, Pasang Surut Pengolahan data pasang surut dimaksud untuk mendapatkan nilai komponen amplitudo utama matahari A S2 dan komponen amplitudo utama bulan A M2. Metode yang digunakan adalah metode Admiralty dengan data hasil 15 hari pengamatan dari tanggal 15 sampai 30 Agustus Dari data tersebut diperoleh kurva pasang surut seperti yang terlampir pada Gambar 3, dengan nilai A S2 = 33,53 cm dan A M2 = 59,79 cm Aug Aug Aug-16 Tinggi Air (cm) 18-Aug Aug Aug Aug Aug Aug Aug Aug Aug Aug Aug Aug Aug Aug-16 1-Sep-16 Waktu (hari) Gambar 3: Kurva pasang surut Sungai Belawan Agustus Arus Debit normal Sungai Belawan sebesar 15 m 3 /det (Isma, 2010). 4.5 Temperatur dan Salinitas Temperatur pada air laut bekisar pada 28 C dan pada sungai berkisar 31 C dan salinitas air laut bekisar 28 (Isma, 2010). 4.6 Sedimen 1. Koefisien erosi (M) Digunakan nilai M 0,00003 kg/m 2 det (Uncles dan Tattersall dalam Hardisty, 2007). 2. Parameter suspensi (S p ) Digunakan nilai S p = 2 dimana estuari Sungai Belawan termasuk kedalam estuari dengan profil kedalaman tercampur sempurna (well-mixed profile).

6 3. C b / Total Suspenden Solid (TSS) Digunakan nilai TSS = 100 mg/dm 3 4. Arus batas ambang kritis (u cr ) Nilai u cr bekisar antara 0,1-1 m/det, digunakan nilai D = 0,0001 m (Kurniawan, 2015) u 100cr = 10,5 D 0,37 = 10,5 x 0,0001 0,37 = 0,347 m/det 0,35 m/det 5. Kecepatan endap ( ω s ) Nilai ω s berada pada batasan 0,03 3 mm/det ω s = 6000 D 2 = 6000 x (0,1/1000) 2 = 6000 x (0,1/1000) x (0,1/1000) = 0,00006 m/det = 0,06 mm/det 5. Analisis Data Ada 6 pemodelan yang dihasilkan dari penelitian ini, yaitu: bathimetri, arus, pasang surut, temperatur, salinitas, dan sedimen. Dalam prosesnya data yang diperoleh dari pengolahan akan dianalisis menggunakan Microsoft Office Excel. Persamaan 1-8 yang dilampirkan diatas dijadikan sebagai fungsi dan datanya di-input sebagai nilai suatu sel. Dalam analisisnya Microsoft Office Excel akan dibagi dalam tiga halaman kerja, yaitu: spring neaps, bathymetry, dan main model. Setiap halaman kerja terhubung satu dengan yang lainnya, namun yang menjadi inti analisis adalah halaman kerja main model. Pada halaman kerja tersebut akan ditampilkan nilai akhir dari hasil analisis sesuai dengan titik tinjauan A - J dan waktu terjadinya. Berikut hasil akhir dari masing-masing halaman kerja.

7 Gambar 4: Halaman kerja spring neaps

8 Gambar 5: Halaman kerja bathymetry

9 Gambar 6: Halaman kerja main model pada titik E

10 6. Kesimpulan dan Saran 6.1. Kesimpulan Kesimpulan yang dapat diambil dari penelitian ini adalah 1. Masuknya air laut kedalam estuari sangat mempengaruhi keadaan komponen bathimetri, arus, temperatur, salinitas, dan kadar sedimen melayang estuari Sungai Belawan sejauh 18 km dari mulut muara. 2. Diperoleh perbedaan ketinggian pasang dan surut maksimum pada setiap titik sebesar: A = 1,9 m, B = 1,9 m, C = 1,8 m, D = 1,8 m, E = 1,8 m, F = 1,9 m, G = 1,1 m, H = 1,9 m, I =1,8 m, dan J = 1,8 m. 3. Kecepatan arus total (total current) memiliki nilai dan arah yang berbeda pada setiap titik dan jamnya. Nilai positif (+) menandakan arah aliran dari laut menuju hulu sungai, sedangkan nilai negatif (-) menandakan arah aliran dari sungai menuju laut dan mengakibatkan adanya perpindahan (displacement) molekul air baik menuju atau menjauhi mulut muara dan menyebabkan tidak linear-nya nilai temperature, salinity, dan SPM Conc. pada setiap titik dan jamnya. 4. Arus maksimum terjadi setiap waktu interval waktu 6 jam. Untuk arah aliran menuju mulut muara kecepatan arus maksimum pada setiap titik sebesar: A = 0,146 m/det, B = 0,182 m/det, C = 0,196 m/det, D = 0,196 m/det, E = 0,143 m/det, F = 0,175 m/det, G = 0,159 m/det, H = 0,143 m/det, I = 0,126 m/det, dan J = 0,107 m/det. Untuk arah aliran menuju hulu sungai kecepatan arus maksimum pada setiap titik sebesar: A = 0,042 m/det, B = 0,111 m/det, C = 0,147 m/det, D = 0,162 m/det, E = 0,163 m/det, F = 0,157 m/det, G = 0,147 m/det, H = 0,134 m/det, I = 0,120 m/det, dan J = 0,107 m/det. 5. Nilai temperatur maksimum pada setiap titik sebesar: A = 31 O C, B = 31 O C, C = 31 O C, D = 29,83 O C, E = 28,98 O C, F = 28,41 O C, G = 28,13 O C, H = 28,03 O C, I =28,01 O C, dan J = 28 O C. Nilai salinitas maksimum pada setiap titik sebesar: A = 0,0 o / oo, B = 0,0 o / oo, C = 0,0 o / oo, D = 0,3 o / oo, E = 13 o / oo, F = 3,8 o / oo, G = 9,2 o / oo, H = 17,0 o / oo, I =24,7 o / oo, dan J = 28,0 o / oo. 6. Nilai kadar sedimen melayang maksimum pada setiap titik sebesar: A = 365,82 mg/dm 3, B = 371,72 mg/dm 3, C = 373,69 mg/dm 3, D = 372,83 mg/dm 3, E = 370,38 mg/dm 3, F = 367,34 mg/dm 3, G = 364,28 mg/dm 3, H = 361,26 mg/dm 3, I = 358,79 mg/dm 3, dan J = 358,79 mg/dm 3. Dan nilai #N/A yang terdapat pada sel bukanlah nilai error dari hasil perthitungan, melainkan nilai dari temperature, salinity, dan SPM Conc. yang tidak terdefenisi karena displacement yang melebihi jarak 18 km dari mulut muara Saran 1. Hasil perhitungan perbedaan ketinggian pasang dan surut maksimum dapat dijadikan sebagai penyelesaian masalah banjir Rob (banjir pasang surut) bila dilengkapi dengan pengukuran tinggi daratan di lokasi kejadian. 2. Hasil pemodelan ini dapat digunakan sebagai media pengontrolan karakteristik sebuah estuari sungai. Akan lebih baik jika data input yang digunakan merupakan data akurat yang berasal dari pengamatan 15 hari, sesuai dengan hasil data pasang surut yang digunakan didalam pemodelan. Aktifitas di sepanjang estuari akan lebih baik dan potensial apabila setiap muara sungai di Indonesia memiliki bentuk pemodelan ini. 3. Pemodelan ini sepenuhnya berasal dari buku Estuaries Monitoring and Modeling the Physical System karangan Jack hardisty tahun Masih terdapat keraguan terutama dalam menentukan data input yang dimaksud oleh buku tersebut. Sehingga akan lebih baik jika pada penelitian selanjutnya lebih mengoreksi data yang dimaksud didalam buku ini dengan buku yang digunakan pada daftar pustakanya.

11 DAFTAR PUSTAKA Daftar Pasang Surut Tidal Tables Kepulauan Indonesia Jakarta, Dinas Hidrografi dan Oseanografi TNI Angkatan Laut Fahrurrozie. 2015, Evaluasi Tinggi Tanggul Banjir ROB Muara Sungai Belawan. Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Hanafi, M. Iqbal, 2010, Studi Karakteristik Estuari Sungai Deli, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Hardisty, Jack. 2007, Estuaries Monitoring and Modeling the Physical System, Australia, Blackwell Publishing. Isma, Faiz. 2010, Studi Karakteristik Muara Sungai Belawan Sumatera Utara, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Kurniawan, Andy. 2013, Kajian Kandungan Ex-Disposal di Muara Sungai Belawan, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Reonald, Syahrial. 2009, Analisis Peruntukan Lahan Daerah Aliran Sungai (DAS) Belawan Kaitannya dengan Perencanaan Tata Ruang, Sekolah Pascasarjana Perencanaan Pembangunan Wilayah dan Pedesaan (PWD), Universitas Sumatera Utara. Triatmodjo, Bambang, 1999, Teknik Pantai, Yogyakarta, Beta Offset. Triatmodjo, Bambang. 1996, Pelabuhan, Yogyakarta, Beta Offset.