ANALISA PERUBAHAN PROFIL PANTAI DI PELABUHAN TANJUNG PERAK SURABAYA DENGAN MENGGUNAKAN EMPIRICAL ORTHOGONAL FUNCTION (EOF)

Transkripsi

1 ANALISA PERUBAHAN PROFIL PANTAI DI PELABUHAN TANJUNG PERAK SURABAYA DENGAN MENGGUNAKAN EMPIRICAL ORTHOGONAL FUNCTION (EOF) ABSTRAK Retno Anggraeni 1, Suntoyo 2, Kriyo Sambodho 3 1 Mahasiswa Teknik Kelautan, 2,3 Staf Pengajar Teknik Kelautan Bentuk profil pantai sangat dipengaruhi oleh keadaan lingkungan, sifat-sifat dari sedimen serta bathymetry pantai yang dalam kurun waktu tertentu dapat merubah profil pantai menjadi destructive ataupun constructive profil. Perubahan profil pantai ini juga terjadi di wilayah Pelabuhan Tanjung Perak Surabaya. Pada penelitian ini, akan dilakukan analisa perubahan profil pantai di daerah tersebut. Analisa perubahan profil pantai didasarkan pada data bathimetry, data gelombang, data angin dan data sedimen. Aplikasi perhitungan perubahan profil pantai ini menggunakan metode Empirical Orthogonal Function (EOF). Sebelumnya untuk mendapatkan input EOF yang berupa bed level change digunakan software Mike 21 dengan hasil antara meter. Dari hasil analisa profil pantai dengan metode Empirical Orthogonal Function (EOF) didapatkan hasil yang apabila divalidasikan terhadap peta bathimetry 2010 memiliki error yang masih diijinkan dari 10 error. Dari Analisa EOF diperoleh lima eigenvalue dengan variabilitas mencapai dari total variabilitas serta hanya beberapa daerah terdeteksi model memiliki tingkat perubahan yang signifikan, dengan prosentase error perubahan profil pantai dengan adalah Kata kunci: Perubahan profil pantai, Empirical Orthogonal Function, Bed level change 1. PENDAHULUAN Perubahan Profil Pantai adalah fenomena berubahnya elevasi dasar perairan suatu kawasan pantai jika dilihat menurut potongan tegak lurus pantai. Perubahan profil pantai terjadi karena keluar dan masuk sedimen yang terbawa arus. Sehingga terjadi destructive ataupun constructive forces yang merubah profil pantai. Bentuk profil pantai sangat dipengaruhi oleh serangan gelombang, sifat-sifat sedimen seperti rapat massa dan tahanan terhadap erosi, ukuran dan bentuk partikel, kondisi gelombang dan arus serta bathimetry pantai. Metode yang digunakan dalam analisa ini adalah metode Empirical Orthogonal Function (EOF), Tujuan analisis EOF ini adalah untuk memisahkan keterkaitan data temporal dan spasial sehingga dapat dihasilkan sebagai kombinasi fungsi linier yang sesuai dari ruang dan waktu. Fungsi tersebut secara objektif mewakili variasi konfigurasi pantai terkait perubahan terhadap jarak dan waktu pada garis pantai selama waktu studi (Ritphring dan Tanaka, 2007). Tanjung Perak Surabaya sekarang terdiri dari dermaga dan bangunan penahan gelombang, setiap tahun dilakukan pengerukan untuk mencukupi draft kedalaman kapal yang akan berlabuh di pelabuhan tersebut. Hal ini menyimpulkan bahwa terjadi pergerakan sedimen yang menyebabkan constructive sedimen di wilayah pantai Pelabuhan Tanjung Perak Surabaya. Dengan adanya berbagai aktivitas pelabuhan dan proses pergerakan sedimen ini tentu saja

2 merubah profil pantai dari waktu ke waktu. Pada penelitian ini, analisis dilakukan untuk mengetahui kondisi perubahan profil pantai di Pelabuhan Tanjung Perak Surabaya secara spasial dan temporal, dengan menggunakan metode Empirical Orthogonal Function (EOF). Hasil penelitian ini diharapkan dapat menjadi informasi terhadap pihak yang berkepentingan dalam pengambilan keputusan untuk pengelolaan Pantai pelabuhan Tanjung Perak Surabaya secara terpadu dan berkelanjutan. 2. TINJAUAN PUSTAKA Telah banyak studi yang membahas tentang analisa perubahan garis pantai berbagai wilayah pantai di Indonesia. Seperti pada penelitian Darius Arkwright (2010) tentang Analisa Perubahan Garis Pantai Bangkalan, Madura, Menggunakan Metode Empirical Orthogonal Function (EOF). Pada penelitian tersebut, peneliti membandingkan hasil analisa perubahan garis pantai temporal One Line Modelling dengan perubahan garis pantai dengan metode Empirical Orthogonal Function (EOF). Analisa EOF pada penelitian ini, mengidentifikasi adanya mode dominan variasi perubahan garis pantai Bangkalan disekitar kaki jembatan Suramadu sampai pelabuhan Kamal. Lima mode eigenfunction diidentifikasi memberikan kontribusi 84.4 terhadap variasi perubahan garis pantai di lokasi tersebut. Eigenfunction mode pertama dengan prosentase , kedua , sementara tiga mode berikutnya berkontribusi sebesar terhadap variasi perubahan garis pantai di lokasi penelitian. Eigenfunction spasial, e k (x), menggambarkan proses tegak lurus pantai (crossshore) yang mendominasi variabilitas di daerah ini berdasarkan nilai kontribusi pada setiap mode. Sedangkan eigenfunction temporal menunjukkan proses yang mendominasi perubahan tersebut selama periode waktu yang ditinjau. Sedangkan pada penelitian tentang Analisa Perubahan Profil Pantai di Pelabuhan Tanjung Perak Surabaya dengan Menggunakan Metode Empirical Orthogonal Function (EOF) ini, faktor yang ditinjau bukan hanya pada garis pantai tapi kontur kedalaman wilayah pantai tersebut. Untuk mendapatkan data input EOF peneliti menggunakan software Mike 21 dengan output berupa bed level change. Analisa pembanding dari penelitian ini adalah hasil dari model numerik EOF dengan peta bathimetry Pelabuhan Tanjung Perak Surabaya tahun METODOLOGI PENELITIAN Data : -Data Peta Bathimetry -Data Pasang Surut -Data Angin Mulai Identifikasi dan Perumusan Masalah Pengumpulan Data Data Profil Pantai per Tahun Memodelkan Profil Pantai 2 bulanan (2009) Profil Pantai 2 bulanan Model Numerik EOF Hasil Analisa Eigen Value Temporal dan Spatial Eigenfunction Y(x,t)=? ( t).e x Ya Perubahan Profil Pantai (EOF) Analisa Perbandingan Selesai Study Literatur Profil Pantai dari Peta Bathimetry 2010 Gambar 3.1 Diagram Alur penelitian Penelitian dimulai dengan langkah pertama, pengamatan dan pengumpulan data yang meliputi identifikasi dan perumusan masalah kemudian dilakukan pengumpulan data yang akan diolah yaitu data bathimetry, pasut dan data angin. Langkah kedua, Dilakukan pengolahan data awal untuk mendapatkan profil pantai per 2 bulanan (berupa bed level change) dengan memodelkan bed level change Tidak Pengamatan dan Pengumpulan data Pengolahan Data Awal untuk Mendapatkan Profil Pantai 2 Bulanan Pemodelan Profil Pantai dengan metode EOF Analisa Perbandingan Hasil Pemodelan EOF

3 pada Mike 21. Setelah didapatkan data profil pantai per 2 bulanan dilakukan langkah ketiga, Pemodelan profil pantai dengan EOF. Hasil dari model Mike 21 dimasukkan sebagai input pada model numeric empirical orthogonal function (EOF). Hasil output dari model numeric ini kemudian dianalisa untuk mendapatkan nilai eigen value, temporal dan spatial eigen function. Apabila hasil telah sesuai maka dilanjutkan dengan langkah terakhir, Analisa perbandingan hasil pemodelan EOF namum apabila hasil belum memenuhi syarat, maka harus diulang dari langkah ketiga lagi. Analisa perbandingan dilakukan dengan membandingkan hasil dari pemodelan EOF dengan bathimetry profil pantai tahun 2010 yang telah di modelkan dengan Mike 21 yaitu berupa bed level change. Setelah didapatkan hasil dari perbandingan tersebut, dilakukan pembuatan laporan dan penelitian selesai. 4. ANALISA DATA 4.1 DAERAH STUDI Di daerah study tersebut tiap tahun diadakan pengerukan untuk lokasi yang berbeda-beda untuk mendapatkan kedalaman perairan yang sesuai dengan draft kapal yang akan menggunakan fasilitas pelabuhan. Maka itu perlu di lakukan analisa perubahan profil pantai untuk dapat dimanfaatkan untuk memprediksi waktu pengerukan di beberapa wilayah perairan Gambar 4.1. Lokasi Studi Pelabuhan Tanjung Perak Surabaya ( 4.2 ANALISA BED LEVEL CHANGE Didalam pemodelan Mike 21 ini output yang dibutuhkan adalah output berupa data bed level change. Salah satu line series. Data ini nantinya akan digunakan sebagai input pada metode Empirical Orthogonal Function (EOF).

4 jarak spasial. Hasil program ini menjadi input data program MeanShore. Pada Model numerik MeanShore, posisi profil pantai dikurangi dengan nilai posisi rata-rata. Hasil disusun untuk setiap jarak spasial, yang menjadi input untuk model numerik EOF. Output dari model numerik EOF terdiri dari empat komponen yaitu nilai meanshore, eigenvalue, eigen-vector dan C-value. 5. PEMBAHASAN Gambar 4.2 Lokasi Bed level change pada Line Series 1 Dari pemodelan sand transport pada Mike 21 didapatkan nilai bed level change yang ada pada table 4.2 sebagai berikut : Tabel 4.2 Nilai Bed Level Change Hasil Pemodelan Line Pias Model Ke-N ANALISA EMPIRICAL ORTHOGONAL FUNCTION (EOF) Prinsip dasar dari penggunaan metode EOF adalah untuk memisahkan parameter spatial dan temporal dari perubahan garis pantai. Data time-series bed level change periode dua bulanan hasil peramalan menggunakan Mike 21 dengan waktu konstan (per 2 bulanan) yang disusun dalam suatu matriks, dengan susunan baris menyatakan data secara temporal, dan kolom menyatakan data secara spatial. Model numerik pertama yang digunakan adalah program MakeData, yang digunakan untuk menyusun data mentah di atas akan menjadi data posisi perubahan profil pantai dua bulanan pada setiap Dari hasil metode empirical orthogonal function (EOF) didapatkan nilai eigen value dominan dengan variability 4.46 atau dari total variability seperti pada table 4.3.Nilai variability ini adalah nilai pembentuk karakteristik profil pantai. Nilai eigen value yang didapatkan masih memenuhi ijin dari metode empirical orthogonal function (EOF) yaitu diatas 90 sehingga model bisa dikatakan valid. Tabel 5.1 Nilai Eigen Value Line 1 Mode Eigen Value R() Total Error 0.05 Dari eigen value diketahui nilai error dari model pada line 1 adalah sebesar 0.05 yang diperoleh dari pengurangan nilai model validasi dengan model yang variabilitynya diketahui.nilai eigen value pada model selanjutnya dpat dilihat pada table pada table 4.4 dibawah ini. Berikut adalah nilai eigen value dari 6 model yang telah didapatkan sebagai berikut :

5 Tabel 5.2 Nilai Eigen Value dari Tiap Model Mod el Total Variability Nilai Eigen Value Dominan Eigen Total R Value R Dari table 5.2 nilai eigen value diketahui bahwa keenam model numeric dengan metode empirical orthogonal function (EOF) memiliki tingkat keakuratan yang diijinkan yaitu di atas 95. Nilai dominan dari hasil analisa juga telah menunjukan karakteristik dominan yang diinginkan yaitu diatas 90 Gambar 5.1 Nilai Eigen Vector dari Model EOF Pada gambar 5.1, grafik nilai vertical yang digunakan adalah nilai perubahan eigen vector, c(t), dengan satuan meter (m) sedangkan nilai horizontal adalah posisi pias dari tiap line yang dimodelkan. 3. C-Value (e k t ) Dari hasil metode empirical orthogonal function didapatkan nilai C-Value yang digunakan sebagai data perubahan profil pantai terhadap waktu (temporal eigenfunction) dalam persamaan perubahan profil pantai. 2. Eigen Vector (c k x ) Dari hasil model numeric dengan metode empirical orthogonal function (EOF) didapatkan nilai eigen vector yang digunakan sebagai perubahan profil pantai terhadap spasial (spatial eigenfunction) dalam persamaan perubahan profil pantai yang digunakan sebagai berikut : Gambar 5.2 Nilai C-Value dari Model EOF Pada gambar 5.2, grafik nilai vertical yang digunakan adalah nilai perubahan c-value [e(t)] dengan satuan meter sedangkan nilai horizontal adalah waktu dari tiap line yang dimodelkan Perubahan Profil Pantai Dari hasil metode empirical orthogonal function didapatkan data berupa data spatial eigenfunction dan data temporal eigenfunction yang akan digunakan untuk menghitung perubahan profil pantai dengan meninjau dari bed level change. Bentuk perubahan profil pantai

6 dapat dilihat pada gambar sebagai berikut : adalah posisi pias dari tiap line yang dimodelkan. Kemudian nilai dari perubahan profil pantai yang berupa bed level change dari hasil pemodelan dengan menggunakan metode empirical orthogonal function ini di validasikan dengan model bed level change dari Mike Validasi Model EOF dan Model Mike 21 Gambar 5.3 Bed Level Change Line 1 Setelah didapatkan nilai bed level change dari metode empirical orthogonal function (EOF). Dari hasil analisa dan penjelasan yang telah dijelaskan sebelumnya, maka dapat dibuktikan bahwa perubahan profil pantai dengan menggunakan model numeric empirical orthogonal function (EOF) dari keenam line (letak line terlihat pada gambar 4.6) sesuai dengan kondisi aslinya. Gambar 5.4 Bed Level Change Line 2 Gambar 5.6 Pembagian Line Series untuk dimodelkan dalam Mike 21 Didapatkan hasil dari validasi kedua model adalah sebagai berikut : Gambar 5.5 Bed Level Change Line 3 Pada gambar 4.10, gambar 4.11, gambar 4.12, gambar 4.13, gambar 4.14, dan gambar 4.15nilai vertikal menunjukan nilai perubahan profil pantai,y(t) dalam satuan meter sedangkan nilai horizontal

7 Bed Level Change (m) Validasi Bed Level Change Model EOF dengan Model Mike Model Mike 21 Model EOF Pias Ke-N Gambar 5. 7 Validasi Model Bed Level Change pada Line 1 Gambar 5.7 diatas menunjukan bahwa nilai perubahan profil pantai (ditinjau dari bed level change) hampir sesuai dengan kondisi aslinya yang dimodelkan juga dengan menggunakan model sand transport mike 21. Nilai eigen value model diatas adalah dengan nilai error sebesar 0.05 dari nilai total variability. Bed Level Change (m) Validasi Bed Level Change Model EOF dengan Model Mike Model Mike 21 Model EOF Pias Ke-N Gambar 5.8 Validasi Model Bed Level Change pada Line 2 Gambar 5.8 diatas menunjukan bahwa nilai perubahan profil pantai (ditinjau dari bed level change) hampir sesuai dengan kondisi aslinya yang dimodelkan juga dengan menggunakan model sand transport mike 21. Nilai eigen value model diatas adalah dengan nilai error sebesar 0.05 dari nilai total variability. Tabel 5.5 Nilai Error dari tiap model empirical orthogonal function (EOF) Model Total Variability Nilai Error Dari gambar-gambar diatas dapat dilihat bahwa model dari metode EOF hasilnya hampir mendekati nilai dari model Mike 21 bed level change seperti pada table 5.5 dengan nilai error sebesar KESIMPULAN DAN SARAN 6.1 KESIMPULAN Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan pada tugas akhir ini dapat diketahui bahwa metode empirical orthogonal function (EOF) dapat dipergunakan untuk mendapatkan nilai perubahan profil pantai. Dari penelitian ini didapatkan kesimpulan sebagai berikut : 1. Perubahan profil Pantai Pelabuhan Tanjung Perak selama 1 (satu) tahun dengan memodelkannya per 2 bulan, bila ditinjau melalui bed level change mengalami perubahan

8 yang kecil yaitu antara meter. 2. Dengan Analisa EOF diperoleh lima eigenvalue dengan variabilitas mencapai dari total variabilitas. Mode pertama dari eigenfunction e1(x) mendominasi variabilitas profil pantai yaitu : Prosentase setiap eigenvalue pada tabel tersebut menunjukkan besarnya dominasi perubahan yang terjadi pada setiap mode terhadap perubahan profil pantai secara keseluruhan secara spatial maupun temporal. Kombinasi variabilitas secara temporal dan spatial pada setiap mode dapat menggambarkan perubahan profil pantai, dimana dari hasil eksekusi model diindikasikan sebagian besar yang ditinjau cenderung stabil, hanya beberapa daerah terdeteksi model memiliki tingkat perubahan yang signifikan. 3. Validasi model EOF terhadap data peta batimetri tahun 2010 dan hasil model EOF tahun 2009 menunjukkan bahwa hasil analisa model EOF mendekati nilai ordinat hasil bed level change tahun Nilai error validasi adalah model EOF masih diijinkan untuk menunjukan kevalidan hasil yang telah dikerjakan yaitu kurang dari SARAN Untuk mendapatkan hasil yang lebih baik, perlu data time series dengan temporal yang lebh panjang pada penelitian selanjutnya, untuk pengukuran profil pantai pada diambil pada interval waktu tertentu secara konstan, sehingga hasil analisa EOF benar-benar menggambarkan variasi perubahan yang nyata secara spasial dan temporal. 7. DAFTAR PUSTAKA Arkwright, Darius Analisa Perubahan Garis Pantai Bangkalan, Madura, Menggunakan Metode Empirical Orthogonal Function (EOF). Program Pasca Sarjana Fakultas Teknologi Kelautan. Institut Teknologi sepuluh Nopember. Surabaya Carter, R.W. C Coastal Environment, an Introduction to the Physical, Ecological and Cultural System of Coasts Lines. London: Academic Press 610 pp [CERC] Coastal Enginering Research Center Shore Protection Manual Volume I, Fourth Edition. Washington: U.S. Army Coastal Engineering Research Center [CHL] Coastal Hydralic Laboratory Coastal Enginering Manual, Part I-VI (change 2). Washington DC: Department of Army. U.S. Army Corp of Engineers Dean, R. G. dan Dalrymple, R. A., Coastal Processes with Engineering Applications. Cambridge: Cambridge University Press Dick, J. E. dan Dalrymple, R. A., Coastal changes at Bethany Beach, Delaware. Prosiding 19th International Confrence on Coastal Engineering. ASCE Publishing, New York p

9 Dyer KR Coastal and Estuarine Sediment Dynamic. New York: John Wiley dan Sons Ltd Fairley, I., Davidson, M., Kingston, K., Dolphin, T., dan Phillips, R., Empirical orthogonal function analysis of shoreline changes behind two different design of detached breakwaters. Journal Coastal Engineering. Vol 56. Elsivier (Sciencedirect) p Komar, P. D CRC Handbook of coastal processes and erosion. CRC Press, inc. Florida. Miller, J. K. dan Dean, R. G., Shoreline variability via empirical orthogonal function analysis: Part I temporal and spatial characteristics. Jurnal Coastal Engineering. Vol Miller, J. K. dan Dean, R. G., Shoreline variability via empirical orthogonal function analysis: Part II relationship to nearshore conditions. Jurnal Coastal Engineering. Vol Pradjoko, Eko dan Tanaka H, Identification of river mouth influence on longshore sediment transport in the adjacent beach. Japan Indonesia Workshop on Estuary and Climate Change 2010 August 8th -10th Surabaya, Indonesia in in the vicinity of coastal structure using empirical orthogonal function. Asian Pacific Coasts, Nanjing, China p Ritphring, S. dan Tanaka, H., Topographic Variability via Empirical Orthogonal Function Analysis in The Vicinity of Coastal Structure. Prosiding International Conference of Violent Flow, Kyushu University, Fukuoka Sorensen, R. M., Basic Coastal Enginering, John Wiley & Son, Inc., New York, 226 hal Triatmodjo, B Teknik Pantai. Beta Offset. Yogyakarta. 397 Winant, C. D., Inman, D. L., Nordstrom, C. E., Description of seasonal beach change using empirical eigenfunction. Jurnal Geophysical Research. Vol. 80 (15) p Yang, C. T Sediment Transpor, Theory and Practice. Mcgraw Hill Book Co., 396 pp Yuwono N Teknik Pantai, volume 1. Yogyakarta: Biro Penerbit, Keluarga Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Gajah Mada Ritphring, S. dan Tanaka, H., Analysis of topographic change