DINAMIKA SEDIMEN TERSUSPENSI BERDASARKAN PENGUKURAN IN-SITU MENGGUNAKAN INSTRUMEN HIDRO-AKUSTIK DOPPLER (Studi kasus pesisir pantai utara Jawa Barat) TESIS Karya tulis sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Oleh R. Nurdany Magetsari 25106004 Program Studi Teknik Geodesi dan Geomatika Fakultas Ilmu dan Teknologi Kebumian INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2008
Lembar Pengesahan Tesis Magister DINAMIKA SEDIMEN TERSUSPENSI BERDASARKAN PENGUKURAN IN-SITU MENGGUNAKAN INSTRUMEN HIDRO- AKUSTIK DOPPLER (Studi kasus pesisir pantai utara Jawa Barat) Adalah benar dibuat oleh saya sendiri dan belum pernah dibuat dan diserahkan sebelumnya baik sebagian ataupun seluruhnya, baik oleh saya maupun orang lain, baik di ITB maupun institusi pendidikan lainnya. Bandung, Juni 2008 R. Nurdany Magetsari NIM 251 06 004 Bandung, Juni 2008 Pembimbing Dosen Pembimbing I Dr. rer. nat. Poerbandono NIP. 132 163 654 Mengetahui: Program Studi Teknik Geodesi dan Geomatika Ketua, Dr. Ir. Wedyanto Kuntjoro, M.Sc. NIP. 131 690 328
PERNYATAAN SELESAI PENULISAN TESIS Yang bertanda tangan di bawah ini: Nama : R. Nurdany Magetsari NIM : 25106004 Dengan ini menyatakan bahwa tesis saya dengan judul : DINAMIKA SEDIMEN TERSUSPENSI BERDASARKAN PENGUKURAN IN-SITU MENGGUNAKAN INSTRUMEN HIDRO- AKUSTIK DOPPLER (Studi kasus pesisir pantai utara Jawa Barat) adalah benar dibuat oleh saya sendiri dan belum pernah dibuat dan diserahkan sebelumnya, baik sebagian atau seluruhnya, baik oleh saya maupun oleh orang lain, baik di ITB maupun di institusi pendidikan lainnya. Bandung, Juni 2008 Penulis, R. Nurdany Magetsari NIM. 25106004 Mengetahui : Dosen Pembimbing I Dr. rer. nat. Poerbandono NIP. 132 163 654
Kata Pengantar Tiada kata yang pantas terucap saat memperoleh nikmat, kemudahan, kesuksesan dan kemenangan selain bertasbih memuji Allah yang maha tinggi dan beristigfar memohon ampunan seraya bertaubat kepada-nya. Segala puji, puja serta syukur saya panjatkan kehadirat Illahi Robbi yang telah memberikan ridhonya untuk dapat menyelesaikan penelitian dan penulisan tesis dengan judul Dinamika Sedimen Tersuspensi Berdasarkan Pengukuran In-Situ Menggunakan Instrumen Hidro- Akustik Doppler (Studi Kasus Pesisir Pantai Utara Jawa Barat). Pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada pihak-pihak yang telah membantu dalam menyelesaikan tesis ini: 1. Dr. rer. nat. Poerbandono, selaku pembimbing I yang telah memberikan fasilitas dan dukungan sepenuhnya serta memberikan pemikiran, saran selama penyusunan tesis ini. 2. Dr. Eka Djunarsjah, Ir., MT., Dr. rer. nat. Wiwin Windupranata dan Dr. Eng. Totok Suprijo selaku dosen penguji. Terima kasih atas saran dan masukannya untuk perbaikan tesis ini. 3. Dr. Agung Budi Harto, selaku dosen wali penulis, atas saran-saran dan masukan selama menjalani perkuliahan. 4. Dr. Wedyanto Kuntjoro, selaku Ketua Program Studi Teknik Geodesi dan Geomatika ITB. 5. Seluruh staf pengajar Teknik Geodesi dan Geomatika ITB atas ilmu-ilmu yang bermanfaat sehingga penulis berhasil menyelesaikan studinya. 6. Seluruh staf Tata Usaha Teknik Geodesi dan Geomatika ITB atas bantuan administrasi kemahasiswaan selama perkuliahan. Penulis berharap semoga tesis ini menambah wawasan dalam bidang hidrooseanografi, serta menjadi sarana untuk pengembangan lebih lanjut dan lebih baik khususnya di Program Studi Teknik Geodesi dan Geomatika ITB. Bandung, Juni 2008 R.Nurdany Magetsari iii
Abstrak Studi ini bertujuan untuk mempelajari dinamika sedimen tersuspensi daerah pesisir utara Jawa Barat yang diwakili oleh perairan Bekasi dan Indramayu. Kajian dinamika sedimen tersuspensi dilakukan dengan mengidentifikasi respon dasar perairan akibat pengaruh arus dan/atau gelombang. Langkah yang dilakukan dalam studi ini adalah (1) mengestimasi konsentrasi sedimen tersuspensi berdasarkan informasi intensitas gema akustik, (2) mengkarakterisasi kondisi hidrodinamika (arus, pasut dan gelombang) terhadap perubahan konsentrasi sedimen dengan menggunakan instrumen hidro-akustik, dan (3) mengidentifikasi respon dasar perairan terhadap kondisi hidrodinamika. Data primer yang digunakan merupakan hasil pengukuran in-situ instrumen hidro-akustik (Aquadopp 600 dan 1000kHz). Estimasi konsentrasi sedimen tersuspensi menunjukkan hasil yang cukup baik, namun model estimasi sangat bersifat spesifik terhadap satu lokasi. Pola arus pada kedua lokasi sangat berkaitan dengan morfologi pantai. Pada perairan Bekasi terjadi stratifikasi pola arus dekat pantai. Arus bergerak dominan menuju Timur Laut. Pada daerah lepas pantai pergerakan arus pasut sangat dominan. Lokasi perairan Indramayu menunjukkan pola arus pasut Timur-Barat yang sangat kuat. Namun terdapat pergerakan arus Timur yang sangat kuat pada daerah dekat pantai. Kecepatan arus pada daerah dekat pantai lebih kuat dibandingkan lepas pantai pada kedua lokasi. Turbiditas perairan Bekasi lebih tinggi (~2500mg/l) dibandingkan perairan Indramayu (~0.05mg/l) akibat adanya pasokan sedimen yang berasal dari muara sungai (Citarum) dekat lokasi pengukuran daerah pantai. Hal ini dibuktikan dengan lebih tingginya konsentrasi sedimen tersuspensi permukaan dibandingkan pada dasar air. Pada daerah lepas pantai kedua lokasi pengukuran pasokan sedimen ke kolom air berasal dari dasar. Terbentuk profil konsentrasi sedimen tersuspensi tinggi pada dasar perairan dan semakin berkurang mendekati permukaan. Variabilitas temporal konsentrasi sedimen pada kedua lokasi terutama akibat pengaruh arus dan gelombang. Perubahan harian konsentrasi sedimen tersuspensi sangat berkorelasi terhadap pasut harian. iv
Abstract The purpose of this research is studying the dynamics of suspended sediments in North Java coasts, represented by Bekasi and Indramayu sites. The study of suspended sediment dynamics is carried out by identifying seabed response due to currents and waves effects. The steps performed in this research are: 1) estimation of suspended sediments concentration based on acoustic echo intensity, 2) characterization of hydrodynamic conditions (i.e. currents, tide and waves) using hydro-acoustic instruments, 3) identification of seabed response in relation to the hydrodynamic conditions. Primary data that used in this research are measured using 600 and 1000kHz Aquadopp. Estimation of suspended sediments concentration showed quiet good result, but estimation model is very site-specific. Currents pattern on both locations are highly related to near shore morphology. In Bekasi site, current pattern stratification occurred at near shore. Mostly, currents moved toward North East. In offshore area, the tidal current movement is dominant. Result in Indramayu sea site showed very strong East current movements in near shore area. In both sites, currents speed in near shore area is stronger than in offshore area. Sea turbidity in Bekasi is higher ( 2500mg/l) rather than in Indramayu ( 0.05mg/l); this is caused by the existed sediment supply from river mouth (Citarum) nearby near shore site measurement. This is proved by the higher level of suspended sediments concentration at surface rather than at seabed. At offshore area in both sites, sediments that supplied the water column came from seabed. A suspended sediment profile developed at seabed is higher than the surface. While currents and waves effects mainly caused temporal variability of sediment concentration in both sites. Daily changes of suspended sediment concentration are strongly correlated with daily tides. v
Daftar Isi Kata Pengantar... iii Abstrak... iv Abstract... v Daftar Isi... vi Daftar Gambar... viii Daftar Tabel... x I PENDAHULUAN... I-1 I.1 Latar Belakang... I-1 I.2 Tujuan... I-2 I.3 Metodologi Penelitian... I-2 I.4 Batasan Masalah... I-2 I.5 Sistematika Penulisan... I-3 II BAHAN DAN METODE... II-1 II.1 Faktor yang Mengontrol Pergerakan Sedimen... II-1 II.1.1 Stress Geser... II-2 II.1.2 Respon Dasar Perairan Akibat Stress Geser... II-3 II.2 Desain Pengukuran Daerah Studi... II-4 II.3 Hidro-Akustik Kolom Air... II-7 II.3.1 Estimasi Sedimen Tersuspensi Berdasarkan Intensitas Gema Akustik II-7 II.3.2 Pengukuran Profil Arus, Pasut dan Gelombang... II-10 II.3.3 Respon Dasar Air Terhadap Kondisi Hidrodinamika... II-11 II.4 Metode Analisa Data Arus dan Gelombang... II-12 II.4.1 Analisis Spektral... II-12 II.4.2 Pengolahan Data Gelombang... II-12 III HASIL DAN DISKUSI... III-1 III.1 Uji Model Estimasi Sedimen Tersuspensi... III-1 III.2 Karakterisasi Arus, Pasut dan Gelombang... III-3 III.2.1 Hidrodinamika Pengukuran Stasioner Perairan Bekasi... III-3 III.2.2 Hidrodinamika Pengukuran Transek Muara Gembong... III-8 III.2.3 Hidrodinamika Pengukuran Stasioner Perairan Indramayu... III-13 vi
III.3 Respon Dasar Perairan Terhadap Arus, Pasut dan Gelombang... III-19 IV KESIMPULAN DAN SARAN... IV-1 IV.1 Kesimpulan... IV-1 IV.2 Saran... IV-3 REFERENSI... 1 LAMPIRAN vii
Daftar Gambar Gambar II.1 Angkutan sedimen pada perairan... II-1 Gambar II.2 Pengaruh gerakan partikel gelombang terhadap dasar perairan... II-2 Gambar II.3 Profil kecepatan arus perairan dangkal dan stress geser ( b )... II-2 Gambar II.4 Hubungan antara kecepatan kritis (u cr ) terhadap ukuran butir sedimen (d 50 ) pada proses angkutan sedimen... II-3 Gambar II.5 Daerah studi... II-4 Gambar II.6 Desain pengukuran perairan Muara Gembong... II-5 Gambar II.7 Desain pengukuran transek memotong mulut sungai... II-5 Gambar II.8 Desain pengukuran perairan Indramayu... II-6 Gambar II.9 Hubungan antara intensitas gema akustik (EI) terhadap konsentrasi sedimen tersuspensi (c)... II-9 Gambar II.10 Gelombang pantul terefek Doppler dua kali... II-11 Gambar II.11 Metode zero crossing untuk menaksir parameter gelombang... II-13 Gambar III.1 Data masukan model estimasi konsentrasi sedimen IM01 dan transek...... III-1 Gambar III.2 Estimasi sedimen tersuspensi Transek AB dengan dua model berbeda...... III-2 Gambar III.3 Perbandingan hasil estimasi konsentrasi sedimen tersuspensi dan data insitu perairan Indramayu... III-3 Gambar III.4 Perekaman profil arus dan pasut stasiun MG01... III-5 Gambar III.5 Spektrum daya komponen vektor arus stasiun MG01... III-5 Gambar III.6 Perekaman profil arus dan pasut stasiun MG02... III-7 Gambar III.7 Spektrum daya komponen vektor arus stasiun MG02... III-7 Gambar III.8 Hasil analisis perekaman data gelombang stasiun MG01... III-8 Gambar III.9 Lokasi pengukuran arus transek Muara Gembong... III-9 Gambar III.10 Profil kedalaman mulut sungai pengukuran transek... III-9 Gambar III.11 Waktu pengukuran arus transek Muara Gembong... III-10 Gambar III.12 Pengukuran arus transek pada kondisi pasang... III-10 Gambar III.13 Pengukuran arus transek pada kondisi menuju surut... III-11 viii
Gambar III.14 Pengukuran arus transek pada kondisi surut... III-12 Gambar III.15 Pengukuran arus transek pada kondisi menuju pasang... III-13 Gambar III.16 Perekaman profil arus dan pasut stasiun IM01... III-14 Gambar III.17 Spektrum daya komponen vektor arus stasiun IM01... III-15 Gambar III.18 Perekaman profil arus dan pasut stasiun IM02... III-16 Gambar III.19 Perekaman profil arus dan pasut stasiun IM03... III-17 Gambar III.20 Spektrum daya komponen vektor arus stasiun IM02... III-18 Gambar III.21 Spektrum daya komponen vektor arus stasiun IM03... III-18 Gambar III.22 Hasil analisis perekaman data gelombang Indramayu... III-19 Gambar III.23 Profil arus, pasut dan konsentrasi sedimen tersuspensi stasiun MG01...... III-20 Gambar III.24 Spektrum daya konsentrasi sedimen tersuspensi stasiun MG01... III-20 Gambar III.25 Pengaruh gelombang terhadap konsentrasi sedimen dasar stasiun MG01.... III-21 Gambar III.26 Profil arus, pasut dan konsentrasi sedimen tersuspensi stasiun MG02...... III-22 Gambar III.27 Spektrum daya konsentrasi sedimen dekat dasar stasiun MG02... III-22 Gambar III.28 Variasi temporal konsentrasi sedimen tersuspensi mulut sungai... III-23 Gambar III.29 Profil arus, pasut dan konsentrasi sedimen tersuspensi stasiun IM01 III-24 Gambar III.30 Pengaruh gelombang terhadap konsentrasi sedimen dasar Indramayu...... III-24 Gambar III.31 Profil arus, pasut dan konsentrasi sedimen tersuspensi stasiun IM02 III-25 Gambar III.32 Pengaruh arus terhadap konsentrasi sedimen dasar IM02... III-25 Gambar III.33 Profil arus, pasut dan konsentrasi sedimen tersuspensi stasiun IM03 III-26 Gambar III.34 Pengaruh arus terhadap konsentrasi sedimen dasar IM03... III-26 ix
Daftar Tabel Tabel II.1 Instrumen hidro-akustik yang digunakan... II-6 Tabel II.2 Data yang digunakan dalam penelitian... II-6 Tabel II.3 Koefisien W instrumen Aquadopp... II-8 Tabel II.4 Data gelombang terurut... II-13 Tabel IV.1 Resume tunggang pasut pada kedua lokasi pengukuran... IV-2 Tabel IV.2 Resume karakter arus pada kedua lokasi pengukuran... IV-2 Tabel IV.3 Resume tinggi gelombang pada kedua lokasi pengukuran... IV-2 Tabel IV.4 Resume konsentrasi sedimen tersuspensi pada kedua lokasi pengukuran IV-2 x