Jurnal Natural. Pulauu. pada. alur pelabuhan dan. kolam. pelabuhan. akibat. pantai. Dalam. pantai adalah. bangunan pantai para ahli bidang

Transkripsi

1 Jural Natural Vol. 9 No. 009 NUERICAL ODEL OF WAVE INDUCED CURRENT IN PULAU BAAI COASTAL WATERS BENGKULU Ichsa Setiawa Sarifah eurah Yui Jurusa Ilmu Kelauta FIPA Uiversitas Siah Kualaa Jurusa atematika FIPA Uiversitas Siah Kuala Darussalam Bada Aceh Abstract. A model wave iduced curret is applied i Pulau Baai coastal waters Begkulu with D horizotal explicit fiite differece approximatio. This model is validated with observatioal data doe b PPGL. The hdrodamical model is simulated durig east ad west mosoo respectivel. The result showed that curret patter is agree with PPGL data. The simulated curret circulatio durig west mosoo flow toward southwest with average velocit 0.6 m/s. I east mosoo the curret flow toward ortheast with average velocit 0.3 m/s. Kewords : Wave Iduced Curret Numerical odel Pulau Baai coastal waters I. PENDAHULUAN Pelabuha Pulau Baai terletak di barat Pulauu Sumatera Provisi Begkulu pada koordiat 0º6' 00"-0º9'00" Buur Timur da 03º53'00"-03º55'0" Litag Selata. Daerah pelabuha tersebutt terdiri atas teluk pelabuha alur pelabuha da peraira (Gambar ). Pelabuha tersebut diguaka sebagai alur pegagkuta batubara utuk keperlua domestik da ekspor keluar egeri []. Salah satu permasalaha ag teradi di kawasa pelabuha atau dermaga adalah adaa proses pedagkala di alur pelaara. Pedagkala kolam pelabuha Pulau Baai berasal dari trasport sedime seaar ag mecapai rata-rata debit m 3 /tahu []. Proses sedimetasii da erosi di sepaag da pedagkala di alur pelabuha sagat berkaita dega arus akibat gelombag dari lepas. Dega demikia pemodela arus akibat gelombag di sekitar da pelabuha petig utuk ditelaah gua meaga ligkuga da memudahka pelaara kapal di pelabuha agar tetap berlagsug. Dalam megedalika sedimetasi-erosi di ligkuga da pelabuha tetap teraga salah satua adalah melalui pembagua bagua atau ett ag diracag oleh para ahli bidag arsitektur da tekik pelabuha dega tepat berdasarka pola arus. Gambar. Peta Lokasi Daerah Peelitia [3]. II. ETODOLOGI Persamaaa hidrodiamika utuk memodelka arus akibat gelombag diguaka persamaa kekekala mometum da kekekala massa ag rata-rataka terhadap kedalama ag dituliska sebagai berikut ([5] ag dimodifikasi berdasarka []):

2 Numerical model of wave iduced curret i Pulau Baai coastal waters Begkulu (Ichsa Setiawa S. eurah Yui) u u u ζ Cu f u v.() u v =g Rx x t x x h ( ζ ) v v v Cv u v u v =g R t x h ζ f.() ( ζ ) ( u( h ζ )) ( v( h ζ ))...(3) ζ = 0 t x dega t adalah waktu (x) koordiat katesia dalam bidag horizotal ( uv ) kompoe kecepata arus ( Rx R ) stress radias ( x ) percampura lateral dalam arah x da g percepata gravitas ( C ) koefisie geseka dasar f h kedalama peraira da ζ adalah elevasi muka air. Perubaha mometum ag disebabka oleh pusara arus turbule ag cederug meebar karea pegaruh gaa gelombag melebihi daerah ketaama gelombag pecah maka percampura lateral dapat dituliska sebagai berikut [6]: u u...() x = ε ε x x v v...(5) = ε ε x x dega: ε = koefisie viskositas = Nl g( h ζ ) N = kostata ag ilaia kurag dari 006 berdasarka hasil peelitia [7] l = arak ke lepas =( h ζ ) ta β ta β = kemiriga dasar rata-rata Utuk kemiriga dasar tak beratura percampura lateral dituliska: u u...(6) x = AH x v v...(7) = AH x dega A H adalah koefisie viskositas horizotal. Kompoe stress radiasi ( x ) R da R diartika sebagai fluks mometum ag disebabka keberadaa pergeraka gelombag da mempuai dimesi sama dega fluks mometum. Fluks mometum ii terbetuk karea dua faktor aitu kecepata partikel air ag disebabka oleh gelombag da tekaa. Jika gelombag datag medekati dega membetuk sudut terhadap garis pata maka stress radiasia adalah sebagai berikut [8] : E Sxx = ( r ) Ecos θ...(8) E S = ( r ) Esi θ...(9) E Sx = r si θ...(0) dega E adalah 8 ρ gh H da θ adalah tiggi da arah gelombag laut da ρ adalah desitas air kh laut. Sedagka r = sih( kh) adalah rasio atara kecepata grup gelombag da kecepata fase gelombag. Kemudia kh (perkalia bilaga gelombag (k) dega kedalama peraira (h)) dihitug dega megguaka persamaa: kh = () π h / gt [9] da ag maa adalah ( ) ( ) T dituukka sebagai periode gelombag. Selauta kompoe stress radiasi ( Rx da R ) ag dituukka pada persamaa () da () adalah salah satu gaa per satua massa ag meebabka teradia arus akibat gelombag di peraira ag dituliska sebagai berikut [6]: S S xx x...() Rx = ρ( h ζ ) x Sx S...(3) R = ρ( h ζ ) x etode Peelitia pada pemodela ii diguaka model umerik arus akibat gelombag dega tahapa sebagai berikut:. Diskritisasi persamaa hidrodiamika () (3) meadi persamaa (6) (7) da (5). emodelka arus akibat gelombag dega skeario musim barat da musim timur 3. Validasi arus secara kualitatif dega data pegukura PPGL []. Solusi persamaa hidrodiamika diselesaika dega mediskritisasi persamaa () (3) dega meguaka metoda eksplisit beda pusat utuk turua terhadap posisi da beda mau utuk turua terhadap waktu. Kestabila umerik pada metoda ii ditetuka oleh kriteria stabilitas: = > { U g( h ζ )...() max dimaa da = selag posisi arah x da = selag waktu t da U = u v. Dega megguaka metoda beda higga eksplisit diperoleh hasil diskritisasi persamaa hidrodiamika sebagai berikut: ζ ζ Dx u i i Dx u D v D v ( ) ( ) = 0 dega: (5)

3 Numerical model of wave iduced curret i Pulau Baai coastal waters Begkulu (Ichsa Setiawa S. eurah Yui) D = h h D = h i i ζi hi ζi ( ζ ζ ) x i i ( ) Persamaa mometum dalam arah-x: u λ u ( λ ) ( ui ui u u ) ( u i u ) ( u u ) i * ( u u ) v 8 ( ζ ζi ) C f * = g x u u v Rx Dx (6) dega: = ideks posisi x da ideks waktu (t) * v = ( v v vi vi ) { ε ( ui u ) εi ( u ui ) x = { ε* i ( u u ) ε* i ( u u ) ε* i = ( ε εi ε εi ) ika kemiriga dasar tak beratura percampura lateral didiskritisasi meadi: {( ui u ) ( u ui ) x = A H {( u u ) ( u u ) R x Sxx S xxi = ρ ( Dx ) Sx S x S i x S xi Persamaa mometum dalam arah-: v λ v ( λ ) ( v v vi vi ) ( ) ( v ) ( ) * i i i vi vi v v i v u 8 ( ζ ζ ) C f * = g v i u v R D i i i (7) dega λ= parameter pada metode selisih higga eis lax-diffusive. Nilai λ harus ditetuka dega hati-hati sehigga difusi meadi realistik. * u = ( u ui u ui ) { ε ( v v ) ε ( v v ) = { ε* i ( vi v ) ε* ( v vi ) ε* i = ( ε ε εi εi ) ika kemiriga dasar tak beratura percampura lateral didiskritisasi meadi: {( v v ) ( v v ) = A H {( vi v ) ( v vi ) R S S = ρ ( D ) Sx S i x S i x S i xi emodelka arus akibat gelombag diterapka di daerah peraira Pulau Baai berdasarka batimetri ag dituukka pada Gambar dega paag daerah model 85 m da lebar model 560 m Koefisie geseka dasar C f = 00 koefisie viskositas horizotal A H = 0 m /s = 0 m = 0 m da selag waktu = 05 detik. Nilai awal ag diterapka pada simulasi model hidrodiamika adalah ol utuk elevasi da kecepata di semua grid. Adapu Sarat batas terbuka dibagi atas kodisi radiasi da gradie arah ormal ag dapat dituliska dalam persamaa Sarat Batas [0]:. Utuk kodisi radiasi φb = φ B µ φb φ B µ = = ( ) ( ) dega c c gh. Utuk gradie arah ormal φb = φb dimaa φ meataka variabel bebas. Sarat batas ag diterapka pada model dibatas terbuka dega memberika sarat batas kodisi radiasi ag diricika sebagai berikut: a. utuk elevasi ζ di kiri (barat daa) kaa (timur laut) atas (barat laut) da bawah (teggara) pada batas terbuka b. utuk kompoe kecepata u di kiri da kaa pada batas terbuka c. utuk kompoe kecepata v di atas da bawah pada batas terbuka Selauta memberika sarat batas gradie kecepata terhadap arah ormal utuk kompoe kecepata u dikiri da dikaa pada batas terbuka sedagka utuk kompoe kecepata v diberika di atas da dibawah pada batas terbuka. Da uga utuk batas tertutup diberika kompoe kecepata arah ormal adalah sama dega ol. Skeario model ag terdiri atas mosu barat da mosu timur disimulasika dega megguaka bahasa pemograma Fortra. 3

4 Numerical model of wave iduced curret i Pulau Baai coastal waters Begkulu (Ichsa Setiawa S. eurah Yui) Simulasi ii megguaka data iput parameter gelombag (tiggi gelombag datag H 0 da arah gelombag datag θ 0 adalah tiggi gelombag H da arah gelombag θ dari lepas pada sarat batas sisi barat laut daerah model) ag diramal oleh Netherlads Egieerig Cosultats (Nedeco) ag disitasi oleh []. Skeario mosu barat disimulasika dega data masuka parameter gelombag dega tiggi gelombag datag H 0 = 3 m periode T = 76 s da sudut datag θ 0 = 0 (dari arah utara) sedagka pada mosu barat disimulasika dega tiggi gelombag datag H 0 = 0 m periode T = 75 s da sudut datag θ 0 = 300 (dari arah barat laut). Setelah model aplikasi di peraira Pulau Baai disimulasika selama 7 hari pada masig-masig musim maka pola arus ag dihasilka dibadigka dega hasil lapaga ag dilakuka oleh PPGL []. Gambar. Batimetri Daerah odel (m) bergerak ke arah timur laut arus uga membetuk arus pusar meuu tegak lurus ag teradi di bagia palig kiri barat daa. Tabel. Kecepata arus di peraira Pulau Baai usim usim Barat usim Timur dekat barat daa Kecepata rata-rata Arus (m/s) Alur pelabuha Dekat timur laut dekat barat daa timur laut da alur pelabuha Verifikasi model arus ii dibadigka dega lapaga secara kualitatif. Berdasarka lapora PPGL [] pada mosu barat kecepata rata-rata arus dekat < 06 kot (< 03 m/s) ag bergerak meuu barat daa (Gambar ). Sedagka mosu timur kecepata rata-rata arus dekat < 08 kot (< 0 m/s) ag bergerak meuu timur laut (Gambar 6). Hal ii meuukka kesesuaia arah pergeraka arus sama dega hasil simulasi ag teradi pada musim barat maupu musim timur. Dega diketahuia pola sirkulasi arus ag teradi di peraira Pulau Baai Begkulu maka peelitia ii dapat dikembagka sebagai proteksi da Pelabuha sebagai upaa utuk memiimalka lau sedimetasi da erosi ag meebabka perubaha. III. HASIL DAN PEBAHASAN Hasil peelitia ag dituukka pada Gambar 3 da Gambar 5 memperlihatka pola arus mosu barat da mosu timur. Gambar 3 meuukka pola arus musim barat ag bergerak seaar meuu barat daa kecuali di alur pelabuha. Di sebelah kiri alur (peraira barat daa) kecepata arus rata-rata ag bergerak adalah 05 m/s di alur pelabuha adalah 08 m/s da di sebelah kaa alur (peraira timur laut) adalah 036 m/s sehigga kecepata rata-rata keseluruha meadi 06 m/s (Tabel ). Pola arus musim timur pada Gambar 5 memperlihatka bahwa arus bergerak meuu timur laut kecuali di alur pelabuha. Arus pada musim timur ii memiliki kecepata ratarata 08 m/s di bagia kiri alur (peraira barat daa) 07 m/s di alur pelabuha da 07 m/s di bagia kaa alur (peraira timur laut) sehigga kecepata rata-rata keseluruha meadi 03 m/s (Tabel ). Selai arus ag Gambar 3. Pola Arus (m/s) Peraira Pulau Baai Begkulu Pada usim Barat (H 0 = 3 m; T = 76 s θ 0 = 0 (arah utara))

5 Numerical model of wave iduced curret i Pulau Baai coastal waters Begkulu (Ichsa Setiawa S. eurah Yui) pegukura Pusat Peelitia da Pegembaga Geologi Kelauta (PPGL).. Berdasarka simulasi model sirkulasi arus pada mosu barat domia bergerak ke barat daa dega kecepata rata-rata 06 m/s da pada mosu timur bergerak ke timur laut dega kecepata rata-rata 03 m/s. UCAPAN TERIA KASIH Gambar. Peta pola agi da arus pada osu Barat Daerah Begkulu []. Peulis meampaika terimakasih kepada Bapak aor Trismadi da Bapak Kapte Budi selaku staf Dishisdros TNI AL ag telah memberika peta batimetri Pelabuha Pulau Baai Begkulu dalam pelaksaaa peelitia ii. REFERENSI. S. Nasru H.K. Lubis. Situmorag Y. Noviad Supriad Budima Hartoo 996 Peelidika Geologi da Geofisika dalam Pegelolaa Pegembaga da Pemafaata Kawasa Pulau Baai da Sekitara Begkulu. Departeme Pertambaga da Eergi Direktorat Jederal Geologi da Sumberdaa ieral Pusat Peelitia da Pegembaga Geologi Kelauta. Badug Idoesia Gambar 5. Pola Arus (m/s) Peraira Pulau Baai Begkulu Pada usim Timur (H 0 = 0 m; T = 75 s θ 0 = 300 (arah barat laut)). PT (Persero) Pelabuha Idoesia II 00 Lapora Fial Jasa Kosultasi dalam Betuk Teaga Ahli Peroraga utuk Pekeraa Peelitia asalah Sedimetasi Di Pulau Baai Begkulu. Idoesia 3. Dias Hidro-Oseaografi TNI AL 003 Peta Batimetri Pelabuha Pulai Baai Provisi Begkulu. Peerbit Jakarta. Idoesia.. C.G. Koutitas 988 athematical odels i Coastal Egieerig. Petech Press Limited. Lodo. 5. I. Setiawa 009 Validasi odel Numerik Arus Seaar Patai Dega odel Aalitik Loguet-Higgis. Jural diamika Tekik Sipil 9. Uiversitas uhammadiah Surakarta. Idoesia Gambar 6. Peta pola agi da arus pada osu Timur Daerah Begkulu [] KESIPULAN. Hasil simulasi model arus ag didiskritasi dega beda higga di peraira Pulau Baai Begkulu memperlihatka arah kecepata arus ag cukup sesuai dega data 6. K. Horikawa 988 Nearshore Damics ad Coastal Processes. Uiversit of Toko Press. Japa. 7..S. Loguet-Higgis 970 O the Logshore Currets geerated b Obliquel Icidet Sea Wave. Joural of Geophsics Research 75. Uited States

6 Numerical model of wave iduced curret i Pulau Baai coastal waters Begkulu (Ichsa Setiawa S. eurah Yui) 8. L.C. va Ri 990 Priciples of Fluid Flow ad Surface Waves i Rivers Estuaries Seas ad Oceas. Uiversit of Utrecht Departmet of Phsical Geograph. Amsterdam. 9. J. N. Hut 979 Direct Solutio of Wave Dispersio Equatio. Joural Waterwas Port Coastal Ocea Divisio 05. Uited States D.C. Chapma 985 Numerical Treatmet of Cross-Shelf Ope Boudaries i a Barotropic Coastal Ocea odel. Joural of Phsical Oceaograph 5. Uited States