BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Daerah Penelitian Kecamatan Muara Gembong merupakan daerah pesisir di Kabupaten Bekasi yang berada pada zona 48 M (5 0 59 12,8 LS ; 107 0 02 43,36 BT), dikelilingi oleh perairan laut Jawa yang luas dan terletak di antara Jakarta Utara dengan Kabupaten Karawang. Kebanyakan penduduk di Muara Gembong adalah bermata pencaharian sebagai nelayan, beternak ikan, kepiting dan juga udang untuk dijual ke Jakarta khususnya ke daerah Cilincing, Ancol, dan Muara Angke. Kecamatan ini terdiri dari 6 desa utama yaitu Pantai Mekar 235 Ha, Pantai Sederhana 65 Ha, Pantai Bahagia 265 Ha, Pantai Bakti 2,90 Ha, dan Pantai Harapan Jaya dengan lahan terluas 275 Ha. Daerah penelitian dilakukan di pesisir Pantai Mekar dan Pantai Harapan Jaya. Gambar 2.1 Peta Kecamatan Muara Gembong (Windupranata, 2012) 8
Daerah penelitian ini dipilih karena adanya fenomena pesisir yang terjadi, salah satunya adalah fenomena arus pasang surut laut yang mengakibatkan abrasi pantai. Proses abrasi pantai ini berdampak terhadap perubahan garis pantai sehingga diperlukan pengamatan pergerakan arus, pasang surut, angin, morfologi pantai dan sedimentasi. Perubahan garis pantai karena adanya abrasi dan sedimentasi pada daerah ini cukup menarik perhatian. Menurut warga sekitar yang telah diwawancarai, perubahan yang terjadi selama dua tahun silam 2010-2012 cukup besar sehingga menyebabkan warga harus meninggalkan rumahnya karena terendam air laut (Gambar 2.2). Melihat kondisi ini, dilakukanlah pengukuran dan pemodelan arus pasang surut agar dapat diketahui seberapa besar pasut yang terjadi dan seberapa besar arus yang bergerak di wilayah ini. Gambar 2.2 Rumah Warga Yang Ditinggalkan Akibat Abrasi Pantai 9
2.2 Garis Pantai Pengertian garis pantai menurut IHO (1970) merupakan garis pertemuan antara pantai (daratan) dan air (lautan). Walaupun secara periodik permukaan garis pantai selalu berubah, suatu tinggi muka air tertentu yang tetap harus dipilih untuk menjelaskan posisi garis pantai. Pada peta laut, garis pantai yang digunakan adalah muka air tinggi (High Water Level). Sedangkan untuk acuan kedalaman menggunakan muka air rendah (Low Water Level) sebagai garis pantai (Gambar 2.3). (Poerbandono dan Djunarsjah, 2005) Permukaan air laut yang selalu berbuah dan muka air laut rata-rata (Mean Sea Level) tertentu yang tetap, dapat ditentukan dan digunakan dalam penentuan posisi garis pantai. Masih terdapat adanya perbedaan dalam penetapan garis pantai yang disesuaikan berdasarkan tetapan hukum yang mengaturnya. Gambar 2.3 Kedudukan Garis Pantai (Djunarsjah, 2012) Garis pantai bisa berubah karena abrasi pantai yang diakibat salah satunya arus pasang surut, sehingga pengikisan ini menyebabkan berkurangnya area daratan. Oleh karena itu, perlu dilakukan pengukuran arus dan pasang surut serta pemodelannya sehingga dapat dianalisis dan dicari solusi yang terbaik untuk mengatasinya. 10
Walaupun secara teoritis, garis pantai ditentukan dari muka air tertinggi (High Water Level), pada kenyataannya, penentuan garis pantai di lapangan akan menghadapi berbagai kendala melihat karakteristik pantai itu sendiri berdasarkan unsur pembentuknya. Sehingga dalam penentuan garis pantai di lapangan dapat dilakukan dengan cara sebagai berikut (Poerbandono dan Djunarsjah, 2005) : a. Daerah pantai pasir, garis pantai ditentukan dengan melihat jejak atau bekas air laut di pantai saat pasang tertinggi (lihat Gambar 2.4). b. Daerah pantai lumpur, garis pantai ditentukan dari pertemuan antara daratan (tanah keras) dengan daratan (lumpur) bekas pasang tertinggi (lihat Gambar 2.5). c. Daerah pantai pepohonan, garis pantai diwakili oleh batas tumbuhan terluar ke arah laut (lihat Gambar 2.6). d. Daerah pantai buatan, garis pantai ditetntukan berdasar garis batas terluar suatu bangunan permanen buatan manusia yang terletak di pinggir pantai (lihat Gambar 2.7) Gambar 2.4 Garis Pantai Daerah Pantai Berpasir (Djunarsjah, 2012) 11
Gambar 2.5 Garis Pantai Daerah Pantai Lumpur (Djunarsjah, 2012) Gambar 2.6 Garis Pantai Daerah Pantai Pepohonan (Djunarsjah, 2012) 12
Gambar 2.7 Garis Pantai Daerah Pantai Buatan (Djunarsjah, 2012) 2.3 Pasang Surut Air Laut Fenomena yang terjadi di laut sangatlah banyak, salah satunya adalah fenomena pasang surut air laut. Fenomena ini merupakan perubahan ketinggian muka air laut dari pasang tertinggi (High Water Level) menjadi surut terendah (Low Water Level) dan sebaliknya. Fenomena pasang surut ini disebabkan tiga faktor yaitu Bumi dengan Bulan, Bumi dengan Matahari, dan interaksi Bumi-Bulan-Matahari. Menurut Pariwono (1989), fenomena pasang surut diartikan sebagai naik turunnya muka laut secara berkala akibat adanya gaya tarik benda-benda angkasa terutama matahari dan bulan terhadap massa air di bumi. Menurut Dronkers (1964) pasang surut laut merupakan suatu fenomena pergerakan naik turunnya permukaan air laut secara berkala yang diakibatkan oleh kombinasi gaya gravitasi dan gaya tarik menarik dari benda-benda astronomi terutama oleh matahari, bumi, dan bulan. Pengaruh benda angkasa lainnya dapat diabaikan karena jaraknya lebih jauh atau ukurannya lebih kecil. Fenomena pasang surut ini merupakan salah satu faktor penyebab pergerakan arus. 13
2.3.1 Tipe Pasang Surut Pasang surut di tiap daerah tidak sama. Di suatu daerah dalam satu hari dapat terjadi satu kali pasang surut atau dua kali pasang surut. Secara umum pasang surut di berbagai daerah dapat dibedakan dalam empat tipe, yaitu pasang surut harian tunggal (diurnal tide), harian ganda (semidiurnal tide) dan dua jenis campuran. Gambar 2.8 menunjukkan keempat jenis pasang surut tersebut. (Triatmodjo, 1990) 1. Pasang surut harian ganda (semi diurnal tides) Dalam satu hari terjadi dua kali air pasang dan dua kali air surut dengan tinggi yang hampir sama dan pasang surut terjadi secara berurutan secara teratur. Periode pasang surut rata-rata adalah 12 jam 24 menit. Pasang surut jenis ini terjadi di selat Malaka sampai laut Andaman. 2. Pasang surut harian tunggal (diurnal tides) Dalam satu hari terjadi satu kali air pasang dan satu kali air surut. Periode pasang surut adalah 24 jam 50 menit. Pasang surut tipe ini terjadi di perairan selat Malaka. 3. Pasang surut campuran condong ke harian ganda (mixed tide prevelailing semidiurnal tide) Dalam satu hari terjadi dua kali air pasang dan dua kali air surut, tetapi tinggi dan periodenya berbeda. Pasang surut jenis ini banyak terjadi di Indonesia bagian Timur. 4. Pasang surut campuran condong ke harian tunggal (mixed tide prevelailing diurnal tide) Dalam satu hari terjadi satu kali air pasang dan satu kali air surut, tetapi terkadang untuk sementara waktu terjadi dua kali pasang dan dua kali surut dengan tinggi dan periode yang sangat berbeda. Pasang surut jenis ini terdapat di selat Kalimantan dan pantai utara Jawa Barat. 14
Gambar 2.8 Tipe Pasang Surut (Triatmodjo, 1990) Tipe pasang surut di suatu daerah dapat diketahui dengan cara mendapatkan bilangan/konstata pasut (Tidal Formzahl) yang dihitung dengan menggunakan metode Admiralti yang merupakan perbandingan jumlah amplitudo komponen diurnal terhadap amplitudo semi diurnal, yang dinyatakan dengan : Dimana : F adalah bilangan Formzahl F = 0,00-0,25 ; Pasang surut harian ganda (semi diurnal tide) F = 0,26-1,50 ; Pasang surut campuran, condong ke semi diurnal F = 1,51-3,00 ; Pasang surut campuran, condong ke diurnal F = > 3,00 ; Pasang surut harian tunggal (diurnal) 15
A K1 adalah amplitudo komponen pasang surut tunggal utama yang disebabkan oleh gaya tarik bulan dan matahari A O1 adalah amplitudo komponen pasang surut tunggal utama yang disebabkan oleh gaya tarik bulan A M2 adalah amplitudo komponen pasang surut ganda utama yang disebabkan oleh gaya tarik bulan A S2 adalah amplitudo komponen pasang surut ganda utama yang disebabkan oleh gaya tarik matahari 2.3.2 Metode Pengukuran Pasut Pengukuran pasang surut di suatu wilayah perairan dapat dilakukan dengan metode : a. Manual dengan cara memasang palem di stasiun pasut. b. Otomatis dengan cara mengukur tekanan, pelampung, akustik, dan radar (yang dipancarkan adalah sensitivitas panjang gelombang terhadap permukaan laut). Mengukur pasut dengan cara mengukur tekanan, yang diukur adalah perubahan tekanan air laut saat pasang surut yang kemudian ditransformasikan kedalam ketinggian sehinngga didapatkan nilai pasang surutnya. Dimana : P = tekanan air laut = massa jenis air (1000 kg/m 3 ) = kecepatan gravitasi (9,81 m/s 2 ) = ketinggian 16
Mengukur pasut dengan pelampung, menempatkan pelampung di permukaan laut yang diikatkan pada stasiun pasut. Pelampung ini akan bergerak naik turun sesuai dengan pasang surut yang terjadi dan akan merekam secara otomatis naik turunnya pasut. 2.4 Arus Laut Arus merupakan gerakan yang sangat luas terjadi di seluruh permukaan laut di dunia. Arus laut merupakan pergerakan massa air menuju kondisi awal (initial condition) yang menyebabkan perpindahan horizontal dan vertikal massa air. Arus merupakan gerakan horizontal atau vertikal dari massa air menuju kestabilan yang terjadi secara terus menerus. Gerakan yang terjadi merupakan hasil resultan dari berbagai macam gaya yang bekerja pada permukaan, kolom, dan dasar perairan. Hasil dari gerakan massa air adalah vektor yang mempunyai besaran kecepatan dan arah. Ada dua jenis gaya yang bekerja yaitu eksternal dan internal. Gaya eksternal antara lain adalah gradien densitas air laut, gradien tekanan mendatar dan gesekan lapisan air (Gross,1990) Pergerakan arus dibedakan menurut letaknya yaitu arus atas dan arus bawah. Arus atas adalah arus yang bergerak di permukaan laut. Sedangkan arus bawah adalah arus yang bergerak di bawah permukaan laut. 2.4.1 Klasifikasi Arus Pengklasifikasian arus berdasarkan faktor penyebabnya, terbagi atas: a. Arus angin Angin adalah faktor yang membangkitkan arus, arus yang ditimbulkan oleh angin mempunyai kecepatan yang berbeda menurut kedalaman. Kecepatan arus yang dibangkitkan oleh angin memiliki perubahan yang kecil seiring pertambahan kedalaman hingga tidak berpengaruh sama sekali. b. Arus termohalin Arus termohalin terjadi karena adanya perubahan densitas air. Perubahan densitas air ini disebabkan terjadinya perubahan suhu dan salinitas antara 2 17
massa air yang densitasnya tinggi akan tenggelam dan menyebar dibawah permukaan air sebagai arus dalam (downwelling), sedangkan massa air dengan densitas rendah akan naik dan menyebar di permukaan (upwelling). c. Arus pasut Arus yang disebabkan oleh gaya tarik menarik antara bumi dan benda benda angkasa. d. Arus turbulensi Suatu gerakan yang terjadi pada lapisan batas air dan terjadi karena adanya gaya gesekan antar lapisan tersebut. Secara umum pola arus di perairan Utara Jawa dipengaruhi oleh angin musim. Pada musim Timur pada bulan Mei-September, arus permukaan ke arah Barat. Sedangkan pada musim Barat pada bulan Desember-Februari, arus permukaan menuju ke arah Timur (Bappeda Provinsi Jawa Barat, 2007). 2.4.2 Metode Pengukuran Arus Pengukuran arus di suatu wialyah perairan dapat dilakukan dengan dua metode: 1. Metode Euler merupakan pengukuran arus diam dengan menempatkan alat ukur di satu titik yang sama dan tidak berpindah tempat. 2. Metode Langrange merupakan pengukuran arus dengan menempatkan benda hanyut (driffter) di atas permukaan ari laut. Benda hanyut ini akan merekam arah dan kecepatan arus yang terjadi. 18
2.5 Pengamatan Arus dan Pasut Laut Pengamatan arus dan pasut dapat dilakukan dengan dua cara, yaitu pengukuran langsung di lapangan dan pemodelan hidrodinamika dengan metode numerik. 2.5.1 Pengukuran Arus dan Pasut Langsung Pengukuran arus yang dilakukan dengan metode titik tetap (Euler) dan menggunakan alat current meter. Current Meter merupakan pengembangan dari Free-floating drogued buoy. Metode Euler akan menghasilkan arus dalam bentuk sinusoidal. Prinsip kerja alat ini adalah baling-baling dimana sewaktu alat dimasukkan akan ada perputaran dari baling-baling tersebut sehingga menimbulkan percepatan. Current meter mempunyai 2 bagian yaitu kecepatan (speed) dan arah (direction). Pengukuran pasut yang dilakukan dengan memasang palem di titik stasiun pasut yang telah ditentukan. 2.5.2 Pemodelan Hidrodinamika dengan Metode Numerik. Model merupakan suatu bentuk atau pola dari sesuatu yang akan dibuat atau dihasilkan. Model juga dapat didefinisikan sebagai abstraksi dari bentuk yang sebenarnya, dalam gambaran yang lebih sederhana. Pemodelan merupakan suatu bentuk usaha untuk membuat suatu replika atau tiruan dari suatu sistem yang sebenarnya dengan memanfaatkan suatu media untuk merepresentasikan sistem tersebut. Pemodelan hidrodinamika yang dilakukkan merupakan suatu proses penggambaran pergerakan air laut dengan mengkonversi fenomena oseanografi kedalam perhitungan matematika yang bersifat diskrit. Dengan menggunakan persamaan ini dapat dibuat pemodelan dari yang sederhana hingga yang rumit. Perhitungan matematika secara umum terbagi menjadi dua, yaitu perhitungan analitik dan perhitungan numerik. Dalam pemodelan hidrodinamika ini, perhitungan matematika yang digunakan adalah perhitungan numerik yang bersifat diskrit. Metode numerik yang digunakan berasal dari perhitungan persamaan turunan Navier Stokes yang dapat menjelaskan pergerakan dari suatu fluida seperti cairan dan gas. 19
Persamaan Stokes menyatakan perubahan dalam momentum (percepatan) partikel fluida bergantung pada gaya viskos tekanan eksternal yang bekerja pada fluida. Oleh karena itu persamaan Navier Stokes menjelaskan hubungan kesetimbangan gayagaya yang terjadi pada fluida dan memprediksi pergerakan dari suatu fluida. Persamaan ini digunakan dalam perangkat lunak Delft3D untuk memodelkan arus dan pasut. Persamaan Navier Stokes untuk pergerakan arus dalam arah x, y, dan z yaitu : a. Pada arah x : ( )... (2.4) ( ) ( ) ( ) b. Pada arah y : ( )... (2.5) ( ) ( ) ( ) c. Pada arah z : ( )... (2.6) ( ) ( ) ( ) Untuk persamaan momentum pada arah z keadaan hidrostatik diasumsikan :... (2.7) 20
Dimana : P = tekanan dari fluida = kecepatan arus terhadap sumbu u = kecepatan arus terhadap sumbu v = kecepatan arus terhadap sumbu w ρ = densitas fluida = kecepatan gravitasi F = gaya dari luar (angin, gelombang, Coriolis) σ = tekanan Reynold τ = regangan Reynold t = waktu Dari rumus Navier Stokes diatas yang merupakan turunan dari persamaan numerik bersifat diskrit, pergerakan arus didapatkan dari hasil perhitungan u, v, dan w. Tekanan (P) dicari dengan tujuan untuk mencari ketinggian (h) yang diperoleh dari pembagian tekanan dengan hasil kali densitas fluida dan gravitasi sehingga didapatkan nilai dari pasang surut. Perhitungan rumus Navier Stokes ini yang kemudian digunakan dalam pemodelan hidrodinamika untuk mendapatkan hasil model dan peta arus dan pasut yang diinginkan. Pemodelan hidrodinamika dengan metode numerik untuk penelitian ini dilakukan dengan beberapa tahapan, yaitu : 1. Membuat domain model Pembuatan domain atau daerah model merupakan tahap awal dalam proses pemodelan. Dalam tahap ini juga akan dilakukan pembuatan grid dan interpolasi kontur kedalaman untuk domain model. Untuk membuat domain model diperlukan data kedalaman laut (batimetri) dan data garis pantai. 21
2. Menentukan syarat batas dan syarat awal Pada tahap ini akan ditentukan nilai masukan yang diperlukkan untuk proses pemodelan. Nilai yang digunakan adalah komponen pasut yang dimasukkan di sepanjang batas-batas domain model. Perangkat lunak yang digunakan akan menghitung perubahan nilai masukan di batas domain untuk menggambarkan nilai di domain model yang telah ditentukan. 3. Penentuan masukan parameter model Pada tahap ini dilakukan penentuan parameter masukan model. Parameter masukkan ini ditentukan berdasarkan kebutuhan akan pemodelan dalam penelitian yang dilakukan. 4. Model Uji sensitivitas Model Uji sensitivitas ini dilakukan untuk mengetahui masukan parameter mana yang sangat berpengaruh terhadap pemodelan. 5. Simulasi dua musim Model dua musim dilakukan untuk mendapatkan nilai pasang surut dan arus maksimum pada dua musim yang berbeda, yaitu musim angin barat dan musim angin timur. 6. Pemetaan parameter dinamika laut Membuat peta arus saat maksimum dari dua musim angin yang berbeda. 7. Analisis Dilakukan analisis terhadap hasil pemodelan dan perubahan garis pantai. 22