Pemodelan Numerik Sirkulasi Arus Tiga Dimensi di Perairan Kepulauan Spermonde Kabupaten Pangkep Sulawesi Selatan

Transkripsi

1 Vol. 13, No. 1, 1-10, Juli 016 Pemodelan Numerik Sirkulasi Arus Tiga imensi di Perairan Kepulauan Spermonde Kabupaen Pangkep Sulawesi Selaan Andi Galsan Mahie Absrak Sirkulasi arus iga dimensi di perairan Kepulauan Spermonde Kabupaen Pangkep elah disimulasikan dengan menggunakan model numerik hidrodinamika. Model sudi erfokus pada simulasi profil kecepaan horizonal dan pola sirkulasi arus pada permukaan hubungannna dengan pola musim ang disebabkan oleh pergerakan angin ang erjadi di daerah Kepulauan Spermonde. Simulasi ini dilakukan selama empa musim aiu: monsun bara (Januari), peralihan I (April), monsun imur(juli) dan peralihan II (Okober). Hasil ari simulasi model sirkulasi arus ang dibangkikan oleh angin dengan perwakilan 4 musim ang dominan diperoleh bahwa unuk lapisan permukaan pola angin dan pola arus mempuna kemiripan dalam arah akan eapi dari magniude agak berbeda dimana kecepaan angin raaraa lebih besar dari pada kecepaan arus raa-raa unuk iap musim. Unuk zona dangkal pola arus masih sanga dipengaruhi oleh opografi daerah model erjadi pengurangan kecepaan arus raa-raa mengikui kedalaman daerah perairan. Kaa Kunci: Pemodelan numerik hidrodinamika, Kepulauan Spermonde, sirkulasi arus. 1. Pendahuluan Sirkulasi arus lau sanga berhubungan dengan akivias manusia dan bioa ang ada di dalamna. Pembangunan pelabuhan, merupakan conoh jika sirkulasi arus lau sanga pening unuk dikeahui, karena sara unuk unuk membangun sebuah pelabuhan adalah mengeahui karekerisik pola sirkulasi arus. Selain iu sirkulasi arus lau juga sanga berguna unuk pembanguan daerah panai unuk dijadikan daerah parawisaa. Hal lain, arus lau juga mempengaruhi disribusi dan ineraksi spesies ikan ang hidup di suau perairan dimana larva ikan sanga berganung pada pola sirkulasi arus. Kepulauan Spermonde merupakan salah sau wilaah penebaran erumbu karang ang cukup luas (150 km ). Hampir seluruh pulau ang ada diumbuhi oleh erumbu karang epi dan erumbu karang penghalang. Ini memberikan konribusi ang besar pada sumber haai lau. Benuk erumbu karang idak erlalu bervariasi, mungkin karena pengaruh musim angin ang selalu beriup dari arah bara-lau ang berlangsung dari bulan Sepember-Mare (musim penghujan). Sebalikna pada bulan April-Sepember beriup angin selaan enggara membawa pengaruh dari daraan Sulawesi Selaan (de Klerk, 1983). Hampir seiap pulau memiliki raaan erumbu ang sanga luas di sisi bara, sedang sisi selaan luas erumbu karang hampir sama aau sediki lebih kecil dari erumbu sisi bara. i sisi uara luas erumbu karang kadang-kadang seengah aau kurang dari luas erumbu karang sisi bara. Hampir semua pulau memiliki erumbu ang sempi di sisi imur. Jurusan Maemaika, Fakulas Maemaika dan Ilmu Pengeahuan Alam, Universias Hasanuddin

2 Pada periode kering ang erjadi pada bulan Juni-Sepember, suhu udara siang hari sanga inggi ( 35 ºC), sebalikna pada malam hari suhu udara dapa urun hingga mencapai raa-raa 6.9 ºC. Musim angin enggara dapa menebabkan suhu air menurun. Arus air dapa berubahubah arah namun umumna bergerak dari uara melalui Sela Makassar ke arah Bara. Pasang suru raa-raa 1.5 meer (Huchinson, 1945; de Klerk, 1983; Moka 1995).. Model Numerik. Model lau ang digunakan dalam sudi ini adalah model lau Princenon (Princenon Ocean Model, POM). Model ini pada awalna dibangun oleh Blumberg dan Mellor pada akhir ahun 1970-an, dan sekarang elah banak mengalami modifikasi ang diberikan oleh peneliipenelii lainna. aerah peneliian ang dimodelkan adalah perairan Kepulauan Spermode, aiu: 4º41-5º5 Linang Selaan dan 118º55-119º35 Bujur Timur. aa baimeri daerah model diperoleh dari ishidros TNI AL sebagaimana ang diperlihakan pada Gambar 1. Unuk membangun model hidrodinamika arus ang dibangkikan oleh angin, pea kedalaman perairan ersebu didiskriisasi dengan ukuran grid 370 m. Gambar 1. Baimeri aerah Model. Model ini disimulasikan selama sau ahun, aiu 006, dengan pemilihan bulan dominan sebagai perwakilan bulan dalam sau ahun. Pengambilan bulan dominan berdasarkan Mc Bridge (di dalam Mahie, 005) pada kondisi normal wilaah Indonesia dipengaruhi oleh empa musim uama, aiu: 1. Monsun bara (wes monsoon), ang erjadi pada bulan esember, Januari, dan Februari.. Transisi dari monsun bara ke monsun imur (Peralihan I) ang erjadi pada bulan Mare, April, dan Mei. 3. Monsun imur, ang erjadi pada bulan Juni, Juli dan Agusus. 4. Transisi dari monsun imur ke bara (Peralihan ), ang erjadi pada bulan Sepember, Okober, dan November. alam model ini musim bara diwakili oleh bulan Januari, musim peralihan I oleh bulan April, musim imur oleh bulan Juli, dan musim peralihan II pada bulan Okober. i dalam model POM

3 3 Andi Galsan Mahie dilakukan ransformasi persamaan pengaur dalam arah verikal dari sisem koordina karesian ke koordina-. Transformasi ini dibua unuk mendapakan hasil simulasi ang lebih baik di lapisan permukaan dan dasar. Sisem koordina ini akan mengikui benuk opografi dasar perairan sebagaimana erliha pada Gambar. Transformasi ang digunakan adalah: H z *, ; * ; * (1) dimana,, z adalah koordina karesian. H adalah kedalaman oal dengan H(,) adalah opografi dasar, dan (,,) adalah elevasi permukaan air. Koordina- merubah inerval kolom air dari permukaan (z = ) ke dasar (z = -H) menjadi kedalaman ang seragam dari 0 sampai -1. Gambar. Sisem Koordina Sigma- (Mellor, 1998). Persamaan-persamaan pembangun model sirkulasi arus 3 ang sudah diransformasikan ke dalam sisem koordina- adalah: 1. Persamaan koninuias: 0 V U (). Persamaan gerak dalam arah dan : F U K M d g g fv U UV U U 0 0 (3) F V M K d g g fu V V UV V 0 0 (4) dengan

4 4 U dan V : masing-masing komponen kecepaan arus unuk arah imur-bara dan uara-selaan; : kecepaan verikal dalam koordina-; : waku; f : parameer Coriolis; g : percepaan graviasi; : elevasi permukaan air; o : densias referensi air; : nilai flukuasi dari densias air; KM : viskosias edd verikal; F dan F : suku difusi horisonal dalam arah dan. Simbol pada persamaan di aas merupakan kecepaan verikal dalam koordina-. Secara fisis, adalah komponen kecepaan normal ke permukaan sigma (). Kecepaan arus dalam arah verikal di dalam koordina Caresian adalah: W U V (5) Model POM menggunakan eknik penelesaian mode pemisah (mode-spliing echnique) unuk mereduksi sejumlah besar pekerjaan kompuasi dalam model 3. Langkah waku aau ime sep perhiungan dalam eknik ini ada dua macam, aiu: langkah waku pendek dipakai unuk menelesaikan persamaan dua dimensi () ang dinegrasikan secara verikal (mode eksernal), dan langkah waku ang lebih panjang dipakai unuk persamaan iga dimensi (mode inernal). Mode eksernal diselesaikan dengan menggunakan persamaan ang diinegrasikan secara verikal (), aiu: - Persamaan koninuias: U V 0 (6) - Persamaan gerak dalam arah dan : dengan U dan V s dan s U U UV s b fv g A H U 0 V UV V s b fu g 0 A H V : komponen kecepaan arus ang diraa-raakan erhadap kedalaman masing-masing unuk arah imur-bara dan uara-selaan; : sress permukaan masing-masing unuk arah dan ; b dan b : sress dasar masing-masing unuk arah dan ; A H : viskosias edd horisonal; : operaor Laplace -dimensi. (7) (8)

5 5 Sara baas ang digunakan adalah baas dara menggunakan sara baas eruup dimana kecepaan ang daang egak lurus panai adalah sama dengan nol (Zero flow normal), sedangkan pada baas erbuka menggunakan sara baas radiasi Sommerfeld berdasarkan eknik penjalaran gelombang. Sara baas permukaan diberikan oleh kecepaan angin pada keinggian 10 m di aas permukaan lau dengan daa angin 6 jam-an (sumber: hp// Analisis disribusi kecepaan angin dilakukan unuk mengeahui pola angin raa-raa dalam 4 musim. aa angin ang diperoleh dalam forma necdf diolah dengan memanfaakan sofware Grid Analsis ispla Ssem (GrAS) versi 1.8SL11 dengan daa keluaran berupa komponen angin aiu u dan v dalam 1 ahun, aiu ahun 006, kemudian diasimilasi unuk memperoleh daa angin iap 6 jam-an dalam 1 ahun (sebagaimana ang diperlihakan pada Gambar 3a-3d). a. Pola Angin Bulan Januari b. Pola Angin Bulan April c. Pola Angin Bulan Juli d. Pola Angin Bulan Okober Gambar 3. Pola Angin Raa-Raa di Bulan ominan pada Tahun Pola Arus Hasil Pemodelan Hasil simulasi berupa pola sirkulasi angin dan arus ahuhn 006 selama 4 musim, dimana simulasi dilakukan dalam 1 bulan perwakilan dari iap musim, aiu musim bara (Januari), musim ransisi dari bara ke imur (April), musim imur (Juli), dan musim ransisi dari imur ke bara (Okober). Pola arus digambarkan iap lapisan aiu pada lapisan permukaan, lapisan kedua (300 meer), dan lapisan keiga (600 meer).

6 Pola Arus di Musim Bara Hasil simulasi arus dominan dari arah bara dengan kecepaan maksimum 0.4 m/s diunjukkan pada Gambar 4. Arus cenderung idak berauran pada zona dangkal akiba kondisi opografi bawah lau dan permukaan perairan ang dikelilingi oleh pulau-pulau, sehingga ampak pada gambar erjadi perpuaran arus pada daerah sekiar di sekiar kedalaman 35 meer pada daerah simulasi. Arus hasil simulasi semakin berkurang berbanding lurus dengan kedalaman perairan hingga kecepaan maksimum 0.01 m/s pada kedalaman 600 meer (Gambar 5). Gambar 4. Pola Arus Raa-raa di Musim Bara pada Lapisan Permukaan (Vma = 0.4 m/s). Gambar 5. Pola Arus Raa-raa di Musim Bara pada Lapisan Kedua (h = 600, Vma = 0.01 m/s). 3.. Pola Arus di Musim Peralihan I Arah arus permukaan cenderung egak lurus dari arah angin aiu arus maksimum ang daang dari arah uara menuju ke selaan dengan kecepaan arus sebesar 0.15 m/s. Arus menuju bara daang dari arah panai, dan arus menuju imur daang dari arah lepas panai. Hal ini menebabkan beremuna arus dari lepas panai dan arus dari deka panai bergabung dengan arus dari arah uara, karena arus ang menuju selaan ini cukup kua. Kecepaan arus berkurang seiring dengan semakin dalam perairan. Hingga pada kedalaman 300 meer kecepaan arus menjadi m/s, dan pada kedalaman 600 meer kecepaan arus menjadi sebesar 0.0 m/s. Hal ini erliha pada Gambar 6, 7, dan 8 beriku.

7 7 Gambar 6. Pola Arus Raa-raa di Musim Peralihan I pada Lapisan Permukaan (Vma = 0.15 m/s). Gambar 7. Pola Arus Raa-raa di Musim Peralihan I pada Lapisan Perama (h = 300 m, Vma=0.015m/s). Gambar 8. Pola Arus Raa-raa di Musim Peralihan I pada Lapisan Kedua (h = 600 m, Vma=0.0m/s) Pola Arus di Musim Timur Pada Gambar 9 erliha arus sebagian besar mengalir menuju uara dan mengalir menuju arah bara mengikui pola angin dengan kecepaan arus maksimum sebesar 0.36 m/s. i beberapa empa masih erjadi pembelokan arah arus akiba perbedaan kedalaman. Kecepaan arus semakin melemah pada kedalaman 300 meer aiu sebesar m/s, sampai pada kedalaman 600 meer aiu sebesar m/s karena kecepaan angin pada kedalaman ini pengaruhna semakin kecil sehingga kecepaan arus ang dihasilkan semakin melemah (liha Gambar 11).

8 8 Gambar 9. Pola Arus Raa-raa di Musim Timur pada Lapisan Permukaan (Vma=0.36 m/s). Gambar 10. Pola Arus Raa-raa di Musim Timur pada Lapisan Perama (h = 300 m, Vma=0.031 m/s). Gambar 11. Pola Arus Raa-raa di Musim Timur pada Lapisan Kedua (h = 600 m, Vma=0.009 m/s) Pola Arus di Musim Peralihan II Sebagian besar arus mengalir ke bara, dan sebagian kecil arus ang menuju uara berbelok arah menuju imur aau deka panai sehingga erjadi gerakan arus ang berpuar pada zona dangkal akiba kondisi baimeri. ari hasil simulasi, kecepaan arus maksimum di permukaan pada musim ini sebesar m/s (Gambar 1). Kecepaan arus erus melemah

9 9 sampai pada kedalaman 300 meer m/s (Gambar 13), dan kedalaman 600 meer sebesar m/s (Gambar 14). Gambar 1. Pola Arus Raa-raa di Musim Peralihan II pada Lapisan Permukaan (Vma=0.045m/s). Gambar 13. Pola Arus Raa-raa di Musim Peralihan II pada Lapisan Perama (h = 300 m, Vma=0.003m/s). Gambar 14. Pola Arus Raa-raa di Musim Peralihan II pada Lapisan Kedua ( h = 600 m, Vma=0.001m/s). Kondisi arus permukaan raa-raa di Kepulauan Spermonde Kabupaen Pangkep Sulawesi Selaan sanga di pengaruhi oleh pola angin raa-raa.

10 10 4. Kesimpulan 1. ari simulasi model sirkulasi arus ang dibangkikan oleh angin dengan perwakilan 4 musim ang dominan diperoleh bahwa unuk lapisan permukaan pola angin dan pola arus mempunai kemiripan dalam arah akan eapi dari magniude agak berbeda, dimana kecepaan angin raa-raa unuk iap musim lebih besar dari pada kecepaan arus raa-raa.. Unuk zona dangkal pola arus masih sanga dipengaruhi oleh opografi daerah model. 3. Terjadi pengurangan Kecepaan arus raa-raa mengikui kedalaman daerah perairan. afar Pusaka de Klerk, L.G., Zeespigel riffen en kusflaken in Zuiwes Sulawesi, Indonesia. Ph Thesis, Urech Neherland. Mahie, A.G, 005. Analisis variabilias arus linas Indonesia (ARLINO) di Sela Makassar. Tesis Magiser, eparemen Geofisika dan Meeorologi, Fakulas Ilmu Kebumian dan Teknologi Mineral, Insiu Teknologi Bandung. Mandang, I., 00. Model numerik iga dimensi baroropik ARLINO di perairan Indonesia dan sekiarna. Tesis Magiser, eparemen GM, ITB. Mellor, G.L., Users Guide for A Three-dimensional, Primiive Equaion, Numerical Ocean Model. Revision Jul 1998, Princeon Universi, Princeon. Moka, W., Srukur Komunias Benik Pada Ekosisem Terumbu Karang Kepulauan Spermonde. Universias Hasanuddin, Makassar. Moll, H., Zonaion and diversi of scleracina on reffs off Souh Sulawesi Indonesia. Thesis, Leiden Universi, Neherland. Ningsih, N.S., 000. Three-dimensional model for coasal ocean circulaion and sea floor opograph change; Aplicaion o he Java sea. ocoral Thesis in Engineering, Civil Engineering, Koo Universi, Japan