Laporan Praktikum 2 Model Hidrodinamika
Laporan Praktikum 2
ANALISIS DAN PEMODELAN OSEANOGRAFI
(ITK 628)
Model Hidrodinamika 1D sederhana dan 1D variasi topografi
Oleh
ZAN ZIBAR
C551140041 / S2-IKL
Diajukan untuk memnuhi salah satu tugas Mata Kuliah
Analisis dan Pemodelan Oseanografi
SEKOLAH PASCASARJANA
DEPARTEMEN ILMU DAN TEKNOLOGI KELAUTAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2015
Model Hidrodinamika 1D sederhana dan 1D variasi topografi
1. Pendahuluan
Model matematika dapat digunakan dalam persoalan-persoalan polusi lingkungan
seperti yang terjadi pada perairan, dengan disimulasikan atau diturunkan fenomena
kejadiannya (Haryanto, 2008).
Hidrodinamika adalah cabang dari mekanika fluida, khususnya zat cair
incompressible yang di pengaruhi oleh gaya internal dan eksternal. Dalam
hidrodinamika laut gaya-gaya yang terpenting adalah gaya gravitasi, gaya gesekan, dan
gaya coriolis . Dalam oseanografi, mekanika fluida digunakan berdasarkan mekanika
Newton yang dimodifikasi dengan memperhitungkan turbelensi (Cahyana, 2011).
Fenomena arus, gelombang dan pasang surut merupakan bagian dari hidrodinamika
laut. Parameter hidrodinamika laut ini merupakan bagian dari keseluruhan komponen
oseanografi yang saling mengadakan interaksi atau saling mempengaruhi satu sama lain
yang cukup kompleks. Seperti adanya fenomena pasang dan surut yang akan
membangkitkan arus pasang dan surut yang akan membawa massa air bersamaan
dengan arus surut (Wibisono, 2005).
Tujuan dari pembuatan model hidrodinamika dan variasi topografi satu dimensi
adalah untuk menerapkan metode pemecahan numerik untuk menyelesaikan persamaan
difusi satu dimensi dengan menggunakan metode eksplisit. Selain itu juga pembuatan
model hidrodinamika dan variasi topografi satu dimensi adalah untuk memahami
penerapan parameter model dalam kaitannya dengan stabilitas numerik.
2. Metode
2.1. Persamaan Pembangun dan Metode Deskritisasi
Persamaan pengatur fluida dapat disajikan sebagai berikut :
u
t
t
g
H
x
u
x
0
(1)
0
(2)
dimana u adalah kecepatan sesaat (m/dt), elevasi (m), H=d+ kedalaman terukur
(m) konstan terhadap ruang, dan g koefisien gravitasi bumi (m/dt2).
Sistem persamaan diatas dapat diubah menjadi persamaan transpor Ut (m2/dt)
dimana:
Ut = u x H
(3)
Persamaan (1) dan (2) bentuk transpor menjadi :
U
t g 0
t
x
(4)
t
H
U
t 0
x
(5)
2.2. Deskritisasi Model
Persamaan hidrodinamika 1 dimensi dalam bentuk transpor, pada persamaan (4)
dan (5) dideskritisasi secara eksplisit menjadi :
t / x n
H n in1 in
H
U tn1/ 2 U tni 1/ 2 g
i
i 1
2
i
t n 1/ 2
U tn1/ 2
tn 1 in
U t
x i
i
i 1
(6)
(7)
Deskritisasi numerik persamaan hidrodinamika 1 dimensi secara eksplisit tersebut diatas
harus memenuhi kriteria stabilitas Courant-Freiderichs-Lewy (CFL) sebagai berikut :
t
x
(8)
gH
2.3. Solusi Analitik
Persamaan (1) dan (2) dapat diselesaikan secara analitik dengan memberikan
nilai elevasi secara sinusoidal sebagai berikut :
A * cos k * x * t
(9)
sehingga diperoleh solusi analitik kecepatan adalah :
u A / H * Co * cos k * x 0.5 * dx * t
(10)
atau dalam bentuk transpor adalah :
U A / H * Co * cos k * x 0.5 * dx * t
t
(11)
Kedua solusi analitik tersebut diatas pada persamaan (9) dan (11) akan digunakan
sebagai nilai awal dan syarat batas numerik.
2.4. Nilai Awal dan Syarat Batas
2.4.1. Nilai Awal
Pada saat awal di setiap grid secara numerik dapat dituliskan :
A * cosk * x
U
t
i
A / H * Co * cos k * x 0.5 * x
i
saat t=0
(12)
saat t=0
(13)
dimana A adalah amplitudo gelombang dan Co adalah kecepatan gelombang di perairan
dangkal.
2.4.2. Syarat Batas
Syarat batas di hilir (di grid ke-0)diberikan elevasi sebagai berikut :
n 1 A * cos * t
0
(14)
Sedangkan syarat batas di hulu (di grid ke-imax) diberikan kecepatan sebagai berikut:
u
t
i max
A / H n 1 * Co * cos kl * t
i max
(15)
Kriteria Kestabilan
Kriteria kestabilan yang digunakan pada model hidrodinamika satu dimensi dan
variasi topografi adalah dengan menggunakan nilai dari gravitasi (g) dan nilai
kedalaman maksimum (H)
2.5. Skenario Model
Amplitudo 0,1 Meter
Skenario model yang digunakan untuk model hidrodinamika satu dimensi
sederhana menggunakan amplitudo 0,1 meter adalah sebagai berikut (Koropitan, 2001):
!Program Model Hidrodinamika 1-D Sederhana
real seta, seta0, u, u0, ka, sigma, Co
dimension H(100), u0(100), u(100), seta0(100), seta(100)
open (1,FILE='elvruang1D.txt',status='unknown')
open (2,FILE='elvwaktu1D.txt',status='unknown')
open (3,FILE='arsruang1D.txt',status='unknown')
open (4,FILE='arswaktu1D.txt',status='unknown')
! Variabel-variabel
L=2000
T=450
A=0.1
d=10
g=10
tmax=3*T
dt=3
itermax=tmax/dt
imax=40
jmax=40
dx=L/imax
pi=3.141592654
sigma=2*pi/T
Co=sqrt(g*d)
ka=sigma/Co
!Syarat Awal
do i=1,imax
seta0(i)=A*cos(ka*i*dx)
H(i)=d+seta0(i)
enddo
do j=1,jmax
u0(j)=(A/H(j))*Co*cos(ka*(j+0.5)*dx)
enddo
!Perhitungan seta dan u
do k=1,itermax
!Syarat Batas
seta(1)=A*cos(sigma*k*dt)
u(jmax)=(A/H(jmax))*Co*cos(ka*L - sigma*k*dt)
do j=1,jmax-1
i=j
u(j)=u0(j)-((g*dt/dx)*(seta0(i+1)-seta0(i)))
enddo
do i=2,imax
j=i
seta(i)=seta0(i)-((dt*H(i)/dx)*(u(j)-u(j-1)))
enddo
!================= CETAK HASIL ===========================!
write (1,100) seta(5),seta(10),seta(20),seta(40)
write (3,100) u(5),u(10),u(20),u(40)
if
(((k*dt).ne.(0.5*T)).and.((k*dt).ne.T).and.((k*dt).ne.(2*T)).and.((k*dt).ne.(3*T)))
goto 30
write (2,100) (seta(i),i=1,imax)
write (4,100) (u(j),j=1,jmax)
100 format (500f8.2)
! Transfer Variabel
30 do j=1,jmax
u0(j)=u(j)
enddo
do i=1,imax
seta0(i)=seta(i)
H(i)=d+seta0(i)
enddo
enddo
end
Amplitudo 0,5 Meter
!Program Model Hidrodinamika 1-D Sederhana
real seta, seta0, u, u0, ka, sigma, Co
dimension H(100), u0(100), u(100), seta0(100), seta(100)
open (1,FILE='elvruang1D.txt',status='unknown')
open (2,FILE='elvwaktu1D.txt',status='unknown')
open (3,FILE='arsruang1D.txt',status='unknown')
open (4,FILE='arswaktu1D.txt',status='unknown')
! Variabel-variabel
L=2000
T=450
A=0.5
d=10
g=10
tmax=3*T
dt=3
itermax=tmax/dt
imax=40
jmax=40
dx=L/imax
pi=3.141592654
sigma=2*pi/T
Co=sqrt(g*d)
ka=sigma/Co
!Syarat Awal
do i=1,imax
seta0(i)=A*cos(ka*i*dx)
H(i)=d+seta0(i)
enddo
do j=1,jmax
u0(j)=(A/H(j))*Co*cos(ka*(j+0.5)*dx)
enddo
!Perhitungan seta dan u
do k=1,itermax
!Syarat Batas
seta(1)=A*cos(sigma*k*dt)
u(jmax)=(A/H(jmax))*Co*cos(ka*L - sigma*k*dt)
do j=1,jmax-1
i=j
u(j)=u0(j)-((g*dt/dx)*(seta0(i+1)-seta0(i)))
enddo
do i=2,imax
j=i
seta(i)=seta0(i)-((dt*H(i)/dx)*(u(j)-u(j-1)))
enddo
!================= CETAK HASIL ===========================!
write (1,100) seta(5),seta(10),seta(20),seta(40)
write (3,100) u(5),u(10),u(20),u(40)
if
(((k*dt).ne.(0.5*T)).and.((k*dt).ne.T).and.((k*dt).ne.(2*T)).and.((k*dt).ne.(3*T)))
goto 30
write (2,100) (seta(i),i=1,imax)
write (4,100) (u(j),j=1,jmax)
100 format (500f8.2)
! Transfer Variabel
30 do j=1,jmax
u0(j)=u(j)
enddo
do i=1,imax
seta0(i)=seta(i)
H(i)=d+seta0(i)
enddo
enddo
end
Amplitudo 1 Meter
!Program Model Hidrodinamika 1-D Sederhana
real seta, seta0, u, u0, ka, sigma, Co
dimension H(100), u0(100), u(100), seta0(100), seta(100)
open (1,FILE='elvruang1D.txt',status='unknown')
open (2,FILE='elvwaktu1D.txt',status='unknown')
open (3,FILE='arsruang1D.txt',status='unknown')
open (4,FILE='arswaktu1D.txt',status='unknown')
! Variabel-variabel
L=2000
T=450
A=1
d=10
g=10
tmax=3*T
dt=3
itermax=tmax/dt
imax=40
jmax=40
dx=L/imax
pi=3.141592654
sigma=2*pi/T
Co=sqrt(g*d)
ka=sigma/Co
!Syarat Awal
do i=1,imax
seta0(i)=A*cos(ka*i*dx)
H(i)=d+seta0(i)
enddo
do j=1,jmax
u0(j)=(A/H(j))*Co*cos(ka*(j+0.5)*dx)
enddo
!Perhitungan seta dan u
do k=1,itermax
!Syarat Batas
seta(1)=A*cos(sigma*k*dt)
u(jmax)=(A/H(jmax))*Co*cos(ka*L - sigma*k*dt)
do j=1,jmax-1
i=j
u(j)=u0(j)-((g*dt/dx)*(seta0(i+1)-seta0(i)))
enddo
do i=2,imax
j=i
seta(i)=seta0(i)-((dt*H(i)/dx)*(u(j)-u(j-1)))
enddo
!================= CETAK HASIL ===========================!
write (1,100) seta(5),seta(10),seta(20),seta(40)
write (3,100) u(5),u(10),u(20),u(40)
if
(((k*dt).ne.(0.5*T)).and.((k*dt).ne.T).and.((k*dt).ne.(2*T)).and.((k*dt).ne.(3*T)))
goto 30
write (2,100) (seta(i),i=1,imax)
write (4,100) (u(j),j=1,jmax)
100 format (500f8.2)
! Transfer Variabel
30 do j=1,jmax
u0(j)=u(j)
enddo
do i=1,imax
seta0(i)=seta(i)
H(i)=d+seta0(i)
enddo
enddo
end
3. Hasil dan pembahasan
Hasil
Model Hidrodinamika Sederhana dengan 3 amplitudo berbeda.
Amplitudo 0,1 Meter
Arus Terhadap Ruang
5
4
Arus (m/s)
3
-0.13
2
-0.24
Series1
1
0
Series2
0.37
-0.15
-1 0
100
200
300
400
500
Series4
-0.08
-2
Series3
-3
-4
Sel Ke
Arus Terhadap Waktu
4
3
Arus (m/s)
2
0.11
1
-0.2
0
-1 0
-2
10
Series1
0.18
20
Series2
30
40
50
Series3
Series4
-0.25
-3
-4
Waktu Ke
Elevasi Terhadap Ruang
0.8
0.6
Elevasi
0.4
0.2
Series1
0
Series2
-0.2 0
100
200
300
400
500
Series3
Series4
-0.4
-0.6
-0.8
Sel Ke
Elevasi Waktu
0.5
0.4
0.3
0.03
-0.01
Elevasi
0.2
Series1
0.1
0
-0.1 0
0.04
0.02
10
20
30
-0.2
40
Series2
50
Series3
Series4
-0.3
-0.4
-0.5
Waktu Ke
Amplitudo 0,5 Meter
Arus Terhadap Ruang
25
20
Arus (m/s)
15
10
Series1
5
Series2
0
-5 0
100
200
300
400
Series3
Series4
-10
-15
-20
Sel Ke
Arus Terhadap Waktu
25
20
Arus (m/s)
15
10
5
Series1
0
Series2
-5 0
10
20
30
-10
-15
-20
Waktu Ke
40
50
Series3
Elevasi Terhadap Ruang
1000
0
0
100
200
300
400
Elevasi
-1000
Series1
Series2
-2000
Series3
-3000
Series4
-4000
-5000
Sel Ke
Elevasi Terhadap Waktu
1.5
1
Elevasi
0.5
Series1
0
0
10
20
30
-0.5
40
50
Series2
Series3
-1
-1.5
Waktu Ke
Amplitudo 1 Meter
Arus Terhadap Ruang
30
25
Arus (m/s)
20
15
10
Series1
5
Series2
0
-5 0
Series3
50
100
150
200
250
Series4
-10
-15
-20
Sel Ke
Arus Terhadap Waktu
30
25
20
Arus (m/s)
15
10
5
Series1
0
-5 0
-10
10
20
30
-15
-20
-25
Waktu Ke
40
50
Series2
Elevasi Terhadap Ruang
200
0
Elevasi
-200 0
50
100
150
200
250
-400
Series1
-600
Series2
-800
Series3
-1000
Series4
-1200
-1400
Sel Ke
Elevasi Terhadap Waktu
1.5
1
Elevasi
0.5
Series1
0
0
10
20
30
-0.5
-1
-1.5
Waktu Ke
40
50
Series2
Model hidrodinamika 1D variasi topografi (kedalaman berupa fungsi slope)
Amplitudo 0,1 Meter
2.5
Grafik arus terhadap Ruang
2
sel 5
Arus (m/ s)
1.5
sel 10
1
sel 20
0.5
sel 40
0
-0.5
0
100
200
300
400
500
-1
-1.5
-2
Sel ke
Grafik arus terhadap Waktu
2.5
0,5 T
2
T
Arus (m/ s)
1.5
1
2T
0.5
3T
0
-0.5 0
-1
10
20
30
40
50
-1.5
-2
Waktu ke
0.3
Grafik elevasi terhadap Ruang
sel 5
sel 10
sel 20
sel 40
0.2
Elevasi
0.1
0
0
100
200
300
-0.1
-0.2
-0.3
Sel Ke
400
500
Grafik elevasi terhadap Waktu
0.2
0,5 T
0.15
T
0.1
2T
Elevasi
0.05
3T
0
-0.05 0
10
20
30
40
50
-0.1
-0.15
-0.2
-0.25
Waktu ke
Amplitudo 0,5 Meter
15
Grafik arus terhadap Ruang
sel 5
10
Arus (m/ s)
sel 10
sel 20
5
sel 40
0
0
100
200
300
400
500
-5
-10
-15
Sel Ke
Grafik arus terhadap Waktu
15
0,5T
T
10
Arus (m/ s)
2T
5
3T
0
0
10
20
30
-5
-10
Waktu Ke
40
50
1.5
Grafik elevasi terhadap Ruang
Sel 5
1
Sel 10
Sel 20
Arus (m/ s)
0.5
Sel 40
0
0
100
200
300
400
500
-0.5
-1
-1.5
Sel Ke
Grafik elevasi terhadap Waktu
1
0,5 T
Arus (m/ s)
0.5
T
2T
0
3T
0
10
20
30
40
50
-0.5
-1
-1.5
Waktu Ke
Amplitudo 1 Meter
Grafik arus terhadap Ruang
25
sel 5
20
sel 10
Arus (m/ s)
15
10
sel 20
5
sel 40
0
-5
0
100
200
-10
-15
-20
-25
Sel Ke
300
400
Grafik arus terhadap Waktu
20
0,5 T
15
T
Arus (m/ s)
10
2T
5
0
-5 0
10
20
30
40
50
-10
-15
-20
Waktu Ke
Grafik elevasi terhadap Ruang
2000
Sel 5
1500
Sel 10
Elevasi
1000
Sel 20
500
Sel 40
0
-500
0
100
200
300
400
-1000
Sel ke
Gafik elevasi terhadap Waktu
2
1.5
0,5T
1
Elevasi
0.5
T
0
-0.5 0
10
20
30
-1
-1.5
-2
-2.5
Waktu ke
40
50
2T
Model hidrodinamika 1D variasi topografi di tiap sel
Amplitudo 0.1 meter
5
Arus Terhadap Ruang
4
Ruang ke-
Arus (cm/ s)
3
2
5
1
10
0
20
-1 0
100
200
300
400
500
40
-2
-3
-4
Sel ke
Arus Terhadap Waktu
4
Kecepatan Arus (cm/ s)
3
W aktu ke-
2
225
1
450
0
-1 0
10
20
30
40
50
900
1350
-2
-3
-4
Waktu Ke
0.8
Elevasi Terhadap Ruang
0.6
Ruang ke-
Elevasi (m)
0.4
5
0.2
10
0
-0.2 0
100
200
300
500
20
40
-0.4
-0.6
-0.8
400
Sel Ke
ElevasiTerhadap Waktu
0.5
0.4
W aktu ke-
0.3
Elevasi (m)
0.2
225
0.1
450
0
900
-0.1 0
10
20
30
40
50
1350
-0.2
-0.3
-0.4
-0.5
Waktu ke
Amplitudo 0.5 meter
25
Arus Terhadap Ruang
Kecepatan Arus (cm/ s)
20
Ruang ke-
15
10
5
5
10
0
20
-5 0
100
200
300
400
40
-10
-15
-20
Sel ke
Arus Terhadap Waktu
25
Kecepat an Arus (cm/ s)
20
15
W aktu ke-
10
225
5
450
0
-5 0
10
20
30
-10
-15
-20
Waktu Ke
40
50
900
Elevasi Terhadap Ruang
50
Ruang ke-
0
Elevasi (m)
-50
0
100
200
300
400
5
-100
10
-150
20
-200
40
-250
-300
Sel Ke
Elevasi Terhadap Waktu
1.5
Elevasi (m)
1
W aktu ke-
0.5
225
0
450
-0.5
0
10
20
30
40
50
900
-1
Waktu Ke
-1.5
Amplitudo 1 meter
30
Arus Terhadap Ruang
Kecepatan Arus (cm/ s)
Ruang ke-
20
5
10
10
0
20
0
50
100
150
-10
-20
Sel Ke
200
250
40
Arus Terhadap Waktu
30
Kecepatan Arus (cm/ s)
25
20
W aktu ke-
15
10
225
5
0
450
-5 0
-10
10
20
30
40
50
-15
-20
-25
Waktu Ke
Elevasi Terhadap Ruang
50
0
Ruang ke-
Elevasi (m)
-50 0
50
100
150
200
250
5
-100
10
-150
20
-200
40
-250
-300
Sel Ke
Elevasi Terhadap Waktu
1.5
Elevasi (m)
1
W aktu ke-
0.5
225
0
-0.5
0
10
20
30
-1
-1.5
Waktu Ke
40
50
450
Pembahasan
Model Hidrodinamika Sederhana dengan 3 amplitudo berbeda.
Berdasakan hasil simulasi model diperolah hasil arus serta elevasi yang berbedabeda sesuai dengan amplitudo serta topografi yang diberikan. Menurut Mac Millan
(1966) Faktor gesekan dasar dapat mengurangi tunggang pasut dan menyebabkan
keterlambatan fase (Phase lag) serta mengakibatkan persamaan gelombang pasut
menjadi non linier semakin dangkal perairan maka semaikin besar pengaruh
gesekannya.
Amplitudo 0,1 Meter
Arus Terhadap Ruang
Arus Terhadap Waktu
Elevasi Terhadap
Ruang
Elevasi Terhadap
waktu
0.13
0.18
0.04
0.03
-0.24
0.11
0.04
0.03
-0.15
0.2
0.04
0.02
-0.08
-0.25
0.03
0.03
-0.085
0.06
0.0375
0.0275
Hasil simulasi berdasarkan nilai yang terlihat pada tabel tersebut menunjukan
adanya perbedaan nilai maksimum pada perubahan arus terhadap ruang, arus terhadap
waktu, elevasi terhadap ruang dan elevasi terhadap waktu pada masing-masing
amplitudo namun nilai maksimum mendekati nilai amplitudo yang diberikan. Semakin
besar nilai amplitudo, arus dan elevasi yang dihasilkan semakin besar pula. Arus ruang
(arus terhadap waktu) serta elevasi ruang (elevasi terhadap waktu) membentuk pola
sinusoidal yang hampir sama, namun berbeda fase di tiap sel. Secara umum pola ini
bergeser ke arah sumbu x saat berpindah ke sel lainnya.
Amplitudo 0,5 Meter
Arus Terhadap Ruang
Arus Terhadap Waktu
Elevasi Terhadap
Ruang
Elevasi Terhadap
waktu
-0.8
0.32
0
0.21
-0.8
0.32
0
0.21
-1.81
0.32
0
0
-1.81
-2.73
0
0
-1.305
-0.4425
0
0.105
Berdasarkan tabel di atas, terlihat bahwa nilai arus ruang, arus waktu, elevasi
ruang dan elevasi waktu pada masing-masing amplitudo terlihat hampir sama dengan
nilai maksimum mendekati nilai amplitudo yang diberikan. Semakin besar nilai
amplitudo, arus dan elevasi yang dihasilkan semakin besar pula. Arus ruang (arus
terhadap waktu) serta elevasi ruang (elevasi terhadap waktu) membentuk pola
sinusoidal yang hampir sama, namun berbeda fase di tiap sel. Secara umum pola ini
bergeser ke arah sumbu x saat berpindah ke sel lainnya.
Amplitudo 1 Meter
Arus Terhadap Ruang
Arus Terhadap Waktu
Elevasi Terhadap
Ruang
Elevasi Terhadap
waktu
0.11
-0.84
0
0.45
-3.62
-0.84
0
0.45
-3.62
0
-3.62
0
-2.6875
-0.84
0
0.45
Tabel di atas juga memberikan informasi yang sama seperti pada simulasisimulasi sebelumnya, bahwa nilai arus ruang, arus waktu, elevasi ruang dan elevasi
waktu pada masing-masing amplitudo terlihat hampir sama dengan nilai maksimum
mendekati nilai amplitudo yang diberikan. Semakin besar nilai amplitudo, arus dan
elevasi yang dihasilkan semakin besar pula. Arus ruang (arus terhadap waktu) serta
elevasi ruang (elevasi terhadap waktu) membentuk pola sinusoidal yang hampir sama,
namun berbeda fase di tiap sel. Secara umum pola ini bergeser ke arah sumbu x saat
berpindah ke sel lainnya.
Model hidrodinamika 1D variasi topografi (kedalaman berupa fungsi slope)
Berdasarkan hasil simulasi, terjadi perbedaan yang cukup signifikan pada saat
arus dengan amplitudo yang berbeda melewati waktu dan ruang yang ditentukan. Saat
amplitudo A=0.1 dan A=0.5 diperoleh hasil simulasi yang hampir sama, namun terdapat
perbedaan pada nilai kecepatan arus serta elevasi. Namun pada saat amplituo A=1,
grafik yang diperoleh tidak teratur, hal ini disebkan karena nilai amplitudo sudah
melewati syarat batas sehingga perairan mengalami overflow.
Berdasarkan fungsi slope, diketahui bahwa semakin bertambah sel, semakin
besar pula kemiringan. Dengan demikian pada sel 1 sampai 10 perairan lebih dangkal
dari sel 16 dan 20. Hal ini menyebabkan arus ruang (arus terhadap waktu) baik pada
amplitudo A=0.5 dan A=0.1 memiliki perbedaan pada tiap sel. Pada sel 1 sampai 10,
dimana perairan masih dikategorikan dangkal, pola arus ruang tidak teratur. Dengan
semakin landainya kedalaman maka turbulen arus semakin besar sehingga pada sel ke
16 dan 19 pola kecepatan arus menjadi tidak teratur.
Model hidrodinamika 1D variasi topografi di tiap sel
Berdasarkan hasil simulasi yang dilakukan menunjukan bahwa pada saat
amplitudo 1, pola arus serta elevasi tidak teratur, hasil ini dikarenakan amplitudo sudah
melewati syarat batas sehingga perairan mengalami floating poitn overflow.
Pada amplitudo 0.1 meter dan 0.5 meter memiliki pola gelombang yang
cenderung hampir sama baik pada arus maupun elevasi, dimana pada saat terjadi
penambahan amplitudo pada kecepatan arus memiliki nilai amplitudo gelombang yang
akan menjadi besar pula. Grafik yang diperoleh pada kecepatan aru yang dihasilkan
masih agak berbentu sinusoidal dibandingkan dengan kurav arus dengan kedalaman
berupa slope, hal ini mungkin terjadi karena topografi yang dibentuk tidak terlalu
curam. Pada elevasi, perio T=0.5 selalu berpotongan dengan ketiga periode lainnya.
4. PENUTUP
KESIMPULAN
Hasil praktikum yang dilakukan dapat ditarik kesimpulan bahwa penjalaran
gelombang pasut dan kecepatan arus saling berkaitan dimana arus menyebakan elevasi.
Secara umum dari hasil ini diperoleh pada saat simulasi diberikan topografi atau
kedalaman yang berupa slope, maka arus serta elevasi yang dihasilkan akan semakin
besar pula. Penentuan parameter sangat penting, khususnya untuk pengaruh kestabilan
numerik.
DAFTAR PUSTAKA
Cahyana, C. 2011. Model Sebaran Panas Air Kanal Pendingin Instalasi Pembangkit
Listrik ke Badan Air Laut. Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Program Ilmu Kelautan Universitas Indonesia. Jakarta.
Haryanto B. Pebruari. 2008. Pengaruh Pemilihan Kondisi Batas, langkah Ruang,
LangkahWaktu, dan Koefisien Difusi pada Model Difusi. Jurnal Aplika. Vol 8.
No. 1.
Koropitan,A. 2001. MODUL PRAKTIKUMPEMODELAN OSEANOGRAFI.
ProgramStudi Oseanografi, Institut Teknologi Bandung. Bandung
Mac Millan, C. D. H. 1966. Tides. American Elsevier Publishing Company, Inc., New
York
Wibisono, M.S. 2005. Pengantar Ilmu Kelautan. PT. Grasindo: Jakarta. Muawanah,
Umi dan Agus supangat.
ANALISIS DAN PEMODELAN OSEANOGRAFI
(ITK 628)
Model Hidrodinamika 1D sederhana dan 1D variasi topografi
Oleh
ZAN ZIBAR
C551140041 / S2-IKL
Diajukan untuk memnuhi salah satu tugas Mata Kuliah
Analisis dan Pemodelan Oseanografi
SEKOLAH PASCASARJANA
DEPARTEMEN ILMU DAN TEKNOLOGI KELAUTAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2015
Model Hidrodinamika 1D sederhana dan 1D variasi topografi
1. Pendahuluan
Model matematika dapat digunakan dalam persoalan-persoalan polusi lingkungan
seperti yang terjadi pada perairan, dengan disimulasikan atau diturunkan fenomena
kejadiannya (Haryanto, 2008).
Hidrodinamika adalah cabang dari mekanika fluida, khususnya zat cair
incompressible yang di pengaruhi oleh gaya internal dan eksternal. Dalam
hidrodinamika laut gaya-gaya yang terpenting adalah gaya gravitasi, gaya gesekan, dan
gaya coriolis . Dalam oseanografi, mekanika fluida digunakan berdasarkan mekanika
Newton yang dimodifikasi dengan memperhitungkan turbelensi (Cahyana, 2011).
Fenomena arus, gelombang dan pasang surut merupakan bagian dari hidrodinamika
laut. Parameter hidrodinamika laut ini merupakan bagian dari keseluruhan komponen
oseanografi yang saling mengadakan interaksi atau saling mempengaruhi satu sama lain
yang cukup kompleks. Seperti adanya fenomena pasang dan surut yang akan
membangkitkan arus pasang dan surut yang akan membawa massa air bersamaan
dengan arus surut (Wibisono, 2005).
Tujuan dari pembuatan model hidrodinamika dan variasi topografi satu dimensi
adalah untuk menerapkan metode pemecahan numerik untuk menyelesaikan persamaan
difusi satu dimensi dengan menggunakan metode eksplisit. Selain itu juga pembuatan
model hidrodinamika dan variasi topografi satu dimensi adalah untuk memahami
penerapan parameter model dalam kaitannya dengan stabilitas numerik.
2. Metode
2.1. Persamaan Pembangun dan Metode Deskritisasi
Persamaan pengatur fluida dapat disajikan sebagai berikut :
u
t
t
g
H
x
u
x
0
(1)
0
(2)
dimana u adalah kecepatan sesaat (m/dt), elevasi (m), H=d+ kedalaman terukur
(m) konstan terhadap ruang, dan g koefisien gravitasi bumi (m/dt2).
Sistem persamaan diatas dapat diubah menjadi persamaan transpor Ut (m2/dt)
dimana:
Ut = u x H
(3)
Persamaan (1) dan (2) bentuk transpor menjadi :
U
t g 0
t
x
(4)
t
H
U
t 0
x
(5)
2.2. Deskritisasi Model
Persamaan hidrodinamika 1 dimensi dalam bentuk transpor, pada persamaan (4)
dan (5) dideskritisasi secara eksplisit menjadi :
t / x n
H n in1 in
H
U tn1/ 2 U tni 1/ 2 g
i
i 1
2
i
t n 1/ 2
U tn1/ 2
tn 1 in
U t
x i
i
i 1
(6)
(7)
Deskritisasi numerik persamaan hidrodinamika 1 dimensi secara eksplisit tersebut diatas
harus memenuhi kriteria stabilitas Courant-Freiderichs-Lewy (CFL) sebagai berikut :
t
x
(8)
gH
2.3. Solusi Analitik
Persamaan (1) dan (2) dapat diselesaikan secara analitik dengan memberikan
nilai elevasi secara sinusoidal sebagai berikut :
A * cos k * x * t
(9)
sehingga diperoleh solusi analitik kecepatan adalah :
u A / H * Co * cos k * x 0.5 * dx * t
(10)
atau dalam bentuk transpor adalah :
U A / H * Co * cos k * x 0.5 * dx * t
t
(11)
Kedua solusi analitik tersebut diatas pada persamaan (9) dan (11) akan digunakan
sebagai nilai awal dan syarat batas numerik.
2.4. Nilai Awal dan Syarat Batas
2.4.1. Nilai Awal
Pada saat awal di setiap grid secara numerik dapat dituliskan :
A * cosk * x
U
t
i
A / H * Co * cos k * x 0.5 * x
i
saat t=0
(12)
saat t=0
(13)
dimana A adalah amplitudo gelombang dan Co adalah kecepatan gelombang di perairan
dangkal.
2.4.2. Syarat Batas
Syarat batas di hilir (di grid ke-0)diberikan elevasi sebagai berikut :
n 1 A * cos * t
0
(14)
Sedangkan syarat batas di hulu (di grid ke-imax) diberikan kecepatan sebagai berikut:
u
t
i max
A / H n 1 * Co * cos kl * t
i max
(15)
Kriteria Kestabilan
Kriteria kestabilan yang digunakan pada model hidrodinamika satu dimensi dan
variasi topografi adalah dengan menggunakan nilai dari gravitasi (g) dan nilai
kedalaman maksimum (H)
2.5. Skenario Model
Amplitudo 0,1 Meter
Skenario model yang digunakan untuk model hidrodinamika satu dimensi
sederhana menggunakan amplitudo 0,1 meter adalah sebagai berikut (Koropitan, 2001):
!Program Model Hidrodinamika 1-D Sederhana
real seta, seta0, u, u0, ka, sigma, Co
dimension H(100), u0(100), u(100), seta0(100), seta(100)
open (1,FILE='elvruang1D.txt',status='unknown')
open (2,FILE='elvwaktu1D.txt',status='unknown')
open (3,FILE='arsruang1D.txt',status='unknown')
open (4,FILE='arswaktu1D.txt',status='unknown')
! Variabel-variabel
L=2000
T=450
A=0.1
d=10
g=10
tmax=3*T
dt=3
itermax=tmax/dt
imax=40
jmax=40
dx=L/imax
pi=3.141592654
sigma=2*pi/T
Co=sqrt(g*d)
ka=sigma/Co
!Syarat Awal
do i=1,imax
seta0(i)=A*cos(ka*i*dx)
H(i)=d+seta0(i)
enddo
do j=1,jmax
u0(j)=(A/H(j))*Co*cos(ka*(j+0.5)*dx)
enddo
!Perhitungan seta dan u
do k=1,itermax
!Syarat Batas
seta(1)=A*cos(sigma*k*dt)
u(jmax)=(A/H(jmax))*Co*cos(ka*L - sigma*k*dt)
do j=1,jmax-1
i=j
u(j)=u0(j)-((g*dt/dx)*(seta0(i+1)-seta0(i)))
enddo
do i=2,imax
j=i
seta(i)=seta0(i)-((dt*H(i)/dx)*(u(j)-u(j-1)))
enddo
!================= CETAK HASIL ===========================!
write (1,100) seta(5),seta(10),seta(20),seta(40)
write (3,100) u(5),u(10),u(20),u(40)
if
(((k*dt).ne.(0.5*T)).and.((k*dt).ne.T).and.((k*dt).ne.(2*T)).and.((k*dt).ne.(3*T)))
goto 30
write (2,100) (seta(i),i=1,imax)
write (4,100) (u(j),j=1,jmax)
100 format (500f8.2)
! Transfer Variabel
30 do j=1,jmax
u0(j)=u(j)
enddo
do i=1,imax
seta0(i)=seta(i)
H(i)=d+seta0(i)
enddo
enddo
end
Amplitudo 0,5 Meter
!Program Model Hidrodinamika 1-D Sederhana
real seta, seta0, u, u0, ka, sigma, Co
dimension H(100), u0(100), u(100), seta0(100), seta(100)
open (1,FILE='elvruang1D.txt',status='unknown')
open (2,FILE='elvwaktu1D.txt',status='unknown')
open (3,FILE='arsruang1D.txt',status='unknown')
open (4,FILE='arswaktu1D.txt',status='unknown')
! Variabel-variabel
L=2000
T=450
A=0.5
d=10
g=10
tmax=3*T
dt=3
itermax=tmax/dt
imax=40
jmax=40
dx=L/imax
pi=3.141592654
sigma=2*pi/T
Co=sqrt(g*d)
ka=sigma/Co
!Syarat Awal
do i=1,imax
seta0(i)=A*cos(ka*i*dx)
H(i)=d+seta0(i)
enddo
do j=1,jmax
u0(j)=(A/H(j))*Co*cos(ka*(j+0.5)*dx)
enddo
!Perhitungan seta dan u
do k=1,itermax
!Syarat Batas
seta(1)=A*cos(sigma*k*dt)
u(jmax)=(A/H(jmax))*Co*cos(ka*L - sigma*k*dt)
do j=1,jmax-1
i=j
u(j)=u0(j)-((g*dt/dx)*(seta0(i+1)-seta0(i)))
enddo
do i=2,imax
j=i
seta(i)=seta0(i)-((dt*H(i)/dx)*(u(j)-u(j-1)))
enddo
!================= CETAK HASIL ===========================!
write (1,100) seta(5),seta(10),seta(20),seta(40)
write (3,100) u(5),u(10),u(20),u(40)
if
(((k*dt).ne.(0.5*T)).and.((k*dt).ne.T).and.((k*dt).ne.(2*T)).and.((k*dt).ne.(3*T)))
goto 30
write (2,100) (seta(i),i=1,imax)
write (4,100) (u(j),j=1,jmax)
100 format (500f8.2)
! Transfer Variabel
30 do j=1,jmax
u0(j)=u(j)
enddo
do i=1,imax
seta0(i)=seta(i)
H(i)=d+seta0(i)
enddo
enddo
end
Amplitudo 1 Meter
!Program Model Hidrodinamika 1-D Sederhana
real seta, seta0, u, u0, ka, sigma, Co
dimension H(100), u0(100), u(100), seta0(100), seta(100)
open (1,FILE='elvruang1D.txt',status='unknown')
open (2,FILE='elvwaktu1D.txt',status='unknown')
open (3,FILE='arsruang1D.txt',status='unknown')
open (4,FILE='arswaktu1D.txt',status='unknown')
! Variabel-variabel
L=2000
T=450
A=1
d=10
g=10
tmax=3*T
dt=3
itermax=tmax/dt
imax=40
jmax=40
dx=L/imax
pi=3.141592654
sigma=2*pi/T
Co=sqrt(g*d)
ka=sigma/Co
!Syarat Awal
do i=1,imax
seta0(i)=A*cos(ka*i*dx)
H(i)=d+seta0(i)
enddo
do j=1,jmax
u0(j)=(A/H(j))*Co*cos(ka*(j+0.5)*dx)
enddo
!Perhitungan seta dan u
do k=1,itermax
!Syarat Batas
seta(1)=A*cos(sigma*k*dt)
u(jmax)=(A/H(jmax))*Co*cos(ka*L - sigma*k*dt)
do j=1,jmax-1
i=j
u(j)=u0(j)-((g*dt/dx)*(seta0(i+1)-seta0(i)))
enddo
do i=2,imax
j=i
seta(i)=seta0(i)-((dt*H(i)/dx)*(u(j)-u(j-1)))
enddo
!================= CETAK HASIL ===========================!
write (1,100) seta(5),seta(10),seta(20),seta(40)
write (3,100) u(5),u(10),u(20),u(40)
if
(((k*dt).ne.(0.5*T)).and.((k*dt).ne.T).and.((k*dt).ne.(2*T)).and.((k*dt).ne.(3*T)))
goto 30
write (2,100) (seta(i),i=1,imax)
write (4,100) (u(j),j=1,jmax)
100 format (500f8.2)
! Transfer Variabel
30 do j=1,jmax
u0(j)=u(j)
enddo
do i=1,imax
seta0(i)=seta(i)
H(i)=d+seta0(i)
enddo
enddo
end
3. Hasil dan pembahasan
Hasil
Model Hidrodinamika Sederhana dengan 3 amplitudo berbeda.
Amplitudo 0,1 Meter
Arus Terhadap Ruang
5
4
Arus (m/s)
3
-0.13
2
-0.24
Series1
1
0
Series2
0.37
-0.15
-1 0
100
200
300
400
500
Series4
-0.08
-2
Series3
-3
-4
Sel Ke
Arus Terhadap Waktu
4
3
Arus (m/s)
2
0.11
1
-0.2
0
-1 0
-2
10
Series1
0.18
20
Series2
30
40
50
Series3
Series4
-0.25
-3
-4
Waktu Ke
Elevasi Terhadap Ruang
0.8
0.6
Elevasi
0.4
0.2
Series1
0
Series2
-0.2 0
100
200
300
400
500
Series3
Series4
-0.4
-0.6
-0.8
Sel Ke
Elevasi Waktu
0.5
0.4
0.3
0.03
-0.01
Elevasi
0.2
Series1
0.1
0
-0.1 0
0.04
0.02
10
20
30
-0.2
40
Series2
50
Series3
Series4
-0.3
-0.4
-0.5
Waktu Ke
Amplitudo 0,5 Meter
Arus Terhadap Ruang
25
20
Arus (m/s)
15
10
Series1
5
Series2
0
-5 0
100
200
300
400
Series3
Series4
-10
-15
-20
Sel Ke
Arus Terhadap Waktu
25
20
Arus (m/s)
15
10
5
Series1
0
Series2
-5 0
10
20
30
-10
-15
-20
Waktu Ke
40
50
Series3
Elevasi Terhadap Ruang
1000
0
0
100
200
300
400
Elevasi
-1000
Series1
Series2
-2000
Series3
-3000
Series4
-4000
-5000
Sel Ke
Elevasi Terhadap Waktu
1.5
1
Elevasi
0.5
Series1
0
0
10
20
30
-0.5
40
50
Series2
Series3
-1
-1.5
Waktu Ke
Amplitudo 1 Meter
Arus Terhadap Ruang
30
25
Arus (m/s)
20
15
10
Series1
5
Series2
0
-5 0
Series3
50
100
150
200
250
Series4
-10
-15
-20
Sel Ke
Arus Terhadap Waktu
30
25
20
Arus (m/s)
15
10
5
Series1
0
-5 0
-10
10
20
30
-15
-20
-25
Waktu Ke
40
50
Series2
Elevasi Terhadap Ruang
200
0
Elevasi
-200 0
50
100
150
200
250
-400
Series1
-600
Series2
-800
Series3
-1000
Series4
-1200
-1400
Sel Ke
Elevasi Terhadap Waktu
1.5
1
Elevasi
0.5
Series1
0
0
10
20
30
-0.5
-1
-1.5
Waktu Ke
40
50
Series2
Model hidrodinamika 1D variasi topografi (kedalaman berupa fungsi slope)
Amplitudo 0,1 Meter
2.5
Grafik arus terhadap Ruang
2
sel 5
Arus (m/ s)
1.5
sel 10
1
sel 20
0.5
sel 40
0
-0.5
0
100
200
300
400
500
-1
-1.5
-2
Sel ke
Grafik arus terhadap Waktu
2.5
0,5 T
2
T
Arus (m/ s)
1.5
1
2T
0.5
3T
0
-0.5 0
-1
10
20
30
40
50
-1.5
-2
Waktu ke
0.3
Grafik elevasi terhadap Ruang
sel 5
sel 10
sel 20
sel 40
0.2
Elevasi
0.1
0
0
100
200
300
-0.1
-0.2
-0.3
Sel Ke
400
500
Grafik elevasi terhadap Waktu
0.2
0,5 T
0.15
T
0.1
2T
Elevasi
0.05
3T
0
-0.05 0
10
20
30
40
50
-0.1
-0.15
-0.2
-0.25
Waktu ke
Amplitudo 0,5 Meter
15
Grafik arus terhadap Ruang
sel 5
10
Arus (m/ s)
sel 10
sel 20
5
sel 40
0
0
100
200
300
400
500
-5
-10
-15
Sel Ke
Grafik arus terhadap Waktu
15
0,5T
T
10
Arus (m/ s)
2T
5
3T
0
0
10
20
30
-5
-10
Waktu Ke
40
50
1.5
Grafik elevasi terhadap Ruang
Sel 5
1
Sel 10
Sel 20
Arus (m/ s)
0.5
Sel 40
0
0
100
200
300
400
500
-0.5
-1
-1.5
Sel Ke
Grafik elevasi terhadap Waktu
1
0,5 T
Arus (m/ s)
0.5
T
2T
0
3T
0
10
20
30
40
50
-0.5
-1
-1.5
Waktu Ke
Amplitudo 1 Meter
Grafik arus terhadap Ruang
25
sel 5
20
sel 10
Arus (m/ s)
15
10
sel 20
5
sel 40
0
-5
0
100
200
-10
-15
-20
-25
Sel Ke
300
400
Grafik arus terhadap Waktu
20
0,5 T
15
T
Arus (m/ s)
10
2T
5
0
-5 0
10
20
30
40
50
-10
-15
-20
Waktu Ke
Grafik elevasi terhadap Ruang
2000
Sel 5
1500
Sel 10
Elevasi
1000
Sel 20
500
Sel 40
0
-500
0
100
200
300
400
-1000
Sel ke
Gafik elevasi terhadap Waktu
2
1.5
0,5T
1
Elevasi
0.5
T
0
-0.5 0
10
20
30
-1
-1.5
-2
-2.5
Waktu ke
40
50
2T
Model hidrodinamika 1D variasi topografi di tiap sel
Amplitudo 0.1 meter
5
Arus Terhadap Ruang
4
Ruang ke-
Arus (cm/ s)
3
2
5
1
10
0
20
-1 0
100
200
300
400
500
40
-2
-3
-4
Sel ke
Arus Terhadap Waktu
4
Kecepatan Arus (cm/ s)
3
W aktu ke-
2
225
1
450
0
-1 0
10
20
30
40
50
900
1350
-2
-3
-4
Waktu Ke
0.8
Elevasi Terhadap Ruang
0.6
Ruang ke-
Elevasi (m)
0.4
5
0.2
10
0
-0.2 0
100
200
300
500
20
40
-0.4
-0.6
-0.8
400
Sel Ke
ElevasiTerhadap Waktu
0.5
0.4
W aktu ke-
0.3
Elevasi (m)
0.2
225
0.1
450
0
900
-0.1 0
10
20
30
40
50
1350
-0.2
-0.3
-0.4
-0.5
Waktu ke
Amplitudo 0.5 meter
25
Arus Terhadap Ruang
Kecepatan Arus (cm/ s)
20
Ruang ke-
15
10
5
5
10
0
20
-5 0
100
200
300
400
40
-10
-15
-20
Sel ke
Arus Terhadap Waktu
25
Kecepat an Arus (cm/ s)
20
15
W aktu ke-
10
225
5
450
0
-5 0
10
20
30
-10
-15
-20
Waktu Ke
40
50
900
Elevasi Terhadap Ruang
50
Ruang ke-
0
Elevasi (m)
-50
0
100
200
300
400
5
-100
10
-150
20
-200
40
-250
-300
Sel Ke
Elevasi Terhadap Waktu
1.5
Elevasi (m)
1
W aktu ke-
0.5
225
0
450
-0.5
0
10
20
30
40
50
900
-1
Waktu Ke
-1.5
Amplitudo 1 meter
30
Arus Terhadap Ruang
Kecepatan Arus (cm/ s)
Ruang ke-
20
5
10
10
0
20
0
50
100
150
-10
-20
Sel Ke
200
250
40
Arus Terhadap Waktu
30
Kecepatan Arus (cm/ s)
25
20
W aktu ke-
15
10
225
5
0
450
-5 0
-10
10
20
30
40
50
-15
-20
-25
Waktu Ke
Elevasi Terhadap Ruang
50
0
Ruang ke-
Elevasi (m)
-50 0
50
100
150
200
250
5
-100
10
-150
20
-200
40
-250
-300
Sel Ke
Elevasi Terhadap Waktu
1.5
Elevasi (m)
1
W aktu ke-
0.5
225
0
-0.5
0
10
20
30
-1
-1.5
Waktu Ke
40
50
450
Pembahasan
Model Hidrodinamika Sederhana dengan 3 amplitudo berbeda.
Berdasakan hasil simulasi model diperolah hasil arus serta elevasi yang berbedabeda sesuai dengan amplitudo serta topografi yang diberikan. Menurut Mac Millan
(1966) Faktor gesekan dasar dapat mengurangi tunggang pasut dan menyebabkan
keterlambatan fase (Phase lag) serta mengakibatkan persamaan gelombang pasut
menjadi non linier semakin dangkal perairan maka semaikin besar pengaruh
gesekannya.
Amplitudo 0,1 Meter
Arus Terhadap Ruang
Arus Terhadap Waktu
Elevasi Terhadap
Ruang
Elevasi Terhadap
waktu
0.13
0.18
0.04
0.03
-0.24
0.11
0.04
0.03
-0.15
0.2
0.04
0.02
-0.08
-0.25
0.03
0.03
-0.085
0.06
0.0375
0.0275
Hasil simulasi berdasarkan nilai yang terlihat pada tabel tersebut menunjukan
adanya perbedaan nilai maksimum pada perubahan arus terhadap ruang, arus terhadap
waktu, elevasi terhadap ruang dan elevasi terhadap waktu pada masing-masing
amplitudo namun nilai maksimum mendekati nilai amplitudo yang diberikan. Semakin
besar nilai amplitudo, arus dan elevasi yang dihasilkan semakin besar pula. Arus ruang
(arus terhadap waktu) serta elevasi ruang (elevasi terhadap waktu) membentuk pola
sinusoidal yang hampir sama, namun berbeda fase di tiap sel. Secara umum pola ini
bergeser ke arah sumbu x saat berpindah ke sel lainnya.
Amplitudo 0,5 Meter
Arus Terhadap Ruang
Arus Terhadap Waktu
Elevasi Terhadap
Ruang
Elevasi Terhadap
waktu
-0.8
0.32
0
0.21
-0.8
0.32
0
0.21
-1.81
0.32
0
0
-1.81
-2.73
0
0
-1.305
-0.4425
0
0.105
Berdasarkan tabel di atas, terlihat bahwa nilai arus ruang, arus waktu, elevasi
ruang dan elevasi waktu pada masing-masing amplitudo terlihat hampir sama dengan
nilai maksimum mendekati nilai amplitudo yang diberikan. Semakin besar nilai
amplitudo, arus dan elevasi yang dihasilkan semakin besar pula. Arus ruang (arus
terhadap waktu) serta elevasi ruang (elevasi terhadap waktu) membentuk pola
sinusoidal yang hampir sama, namun berbeda fase di tiap sel. Secara umum pola ini
bergeser ke arah sumbu x saat berpindah ke sel lainnya.
Amplitudo 1 Meter
Arus Terhadap Ruang
Arus Terhadap Waktu
Elevasi Terhadap
Ruang
Elevasi Terhadap
waktu
0.11
-0.84
0
0.45
-3.62
-0.84
0
0.45
-3.62
0
-3.62
0
-2.6875
-0.84
0
0.45
Tabel di atas juga memberikan informasi yang sama seperti pada simulasisimulasi sebelumnya, bahwa nilai arus ruang, arus waktu, elevasi ruang dan elevasi
waktu pada masing-masing amplitudo terlihat hampir sama dengan nilai maksimum
mendekati nilai amplitudo yang diberikan. Semakin besar nilai amplitudo, arus dan
elevasi yang dihasilkan semakin besar pula. Arus ruang (arus terhadap waktu) serta
elevasi ruang (elevasi terhadap waktu) membentuk pola sinusoidal yang hampir sama,
namun berbeda fase di tiap sel. Secara umum pola ini bergeser ke arah sumbu x saat
berpindah ke sel lainnya.
Model hidrodinamika 1D variasi topografi (kedalaman berupa fungsi slope)
Berdasarkan hasil simulasi, terjadi perbedaan yang cukup signifikan pada saat
arus dengan amplitudo yang berbeda melewati waktu dan ruang yang ditentukan. Saat
amplitudo A=0.1 dan A=0.5 diperoleh hasil simulasi yang hampir sama, namun terdapat
perbedaan pada nilai kecepatan arus serta elevasi. Namun pada saat amplituo A=1,
grafik yang diperoleh tidak teratur, hal ini disebkan karena nilai amplitudo sudah
melewati syarat batas sehingga perairan mengalami overflow.
Berdasarkan fungsi slope, diketahui bahwa semakin bertambah sel, semakin
besar pula kemiringan. Dengan demikian pada sel 1 sampai 10 perairan lebih dangkal
dari sel 16 dan 20. Hal ini menyebabkan arus ruang (arus terhadap waktu) baik pada
amplitudo A=0.5 dan A=0.1 memiliki perbedaan pada tiap sel. Pada sel 1 sampai 10,
dimana perairan masih dikategorikan dangkal, pola arus ruang tidak teratur. Dengan
semakin landainya kedalaman maka turbulen arus semakin besar sehingga pada sel ke
16 dan 19 pola kecepatan arus menjadi tidak teratur.
Model hidrodinamika 1D variasi topografi di tiap sel
Berdasarkan hasil simulasi yang dilakukan menunjukan bahwa pada saat
amplitudo 1, pola arus serta elevasi tidak teratur, hasil ini dikarenakan amplitudo sudah
melewati syarat batas sehingga perairan mengalami floating poitn overflow.
Pada amplitudo 0.1 meter dan 0.5 meter memiliki pola gelombang yang
cenderung hampir sama baik pada arus maupun elevasi, dimana pada saat terjadi
penambahan amplitudo pada kecepatan arus memiliki nilai amplitudo gelombang yang
akan menjadi besar pula. Grafik yang diperoleh pada kecepatan aru yang dihasilkan
masih agak berbentu sinusoidal dibandingkan dengan kurav arus dengan kedalaman
berupa slope, hal ini mungkin terjadi karena topografi yang dibentuk tidak terlalu
curam. Pada elevasi, perio T=0.5 selalu berpotongan dengan ketiga periode lainnya.
4. PENUTUP
KESIMPULAN
Hasil praktikum yang dilakukan dapat ditarik kesimpulan bahwa penjalaran
gelombang pasut dan kecepatan arus saling berkaitan dimana arus menyebakan elevasi.
Secara umum dari hasil ini diperoleh pada saat simulasi diberikan topografi atau
kedalaman yang berupa slope, maka arus serta elevasi yang dihasilkan akan semakin
besar pula. Penentuan parameter sangat penting, khususnya untuk pengaruh kestabilan
numerik.
DAFTAR PUSTAKA
Cahyana, C. 2011. Model Sebaran Panas Air Kanal Pendingin Instalasi Pembangkit
Listrik ke Badan Air Laut. Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Program Ilmu Kelautan Universitas Indonesia. Jakarta.
Haryanto B. Pebruari. 2008. Pengaruh Pemilihan Kondisi Batas, langkah Ruang,
LangkahWaktu, dan Koefisien Difusi pada Model Difusi. Jurnal Aplika. Vol 8.
No. 1.
Koropitan,A. 2001. MODUL PRAKTIKUMPEMODELAN OSEANOGRAFI.
ProgramStudi Oseanografi, Institut Teknologi Bandung. Bandung
Mac Millan, C. D. H. 1966. Tides. American Elsevier Publishing Company, Inc., New
York
Wibisono, M.S. 2005. Pengantar Ilmu Kelautan. PT. Grasindo: Jakarta. Muawanah,
Umi dan Agus supangat.