Pemodelan Arus Pasang Surut dan Sedimen Melayang di Muara Sungai Belawan

KATA PENGANTAR

Segala puji dan syukur kepada Allah SWT yang telah memberi kesempatan
waktu dan kemampuan berpikir bagi penulis sehingga dapat menyelesaikan Tugas
Akhir ini. Shalawat berangkaikan salam atas junjungan keharibaan Baginda
Rasulullah Muhammad SAW, karena semangat perjuangan dan inspirasi hari ini
merupakan rujukan dari apa yang beliau inginkan bagi umatnya yakni, menjadi
seorang muslim yang berintelektual dan meletakkan dunianya didalam genggaman
tangan.
Penulisan skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk menyelesaikan
studi pada Program Studi Strata Satu (S1) Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik
Universitas Sumatera Utara. Adapun judul skripsi yang diambil adalah:
“Pemodelan Arus Pasang Surut dan Sedimen Melayang di Muara

Sungai Belawan”
Penulis menyadari bahwa penyelesaian Tugas Akhir ini tidak terlepas dari
dukungan, bantuan serta bimbingan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, penulis
ingin menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada beberapa
pihak yang berperan penting yaitu :
1. Bapak Dr. Ir. Ahmad Perwira Mulia Tarigan, M.Sc selaku Dosen
Pembimbing, sekaligus orang tua bagi saya yang telah berkenan

meluangkan waktu, tenaga dan pikiran untuk membantu, membimbing dan
mengarahkan saya hingga selesainya tugas akhir ini.
2. Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan selaku Ketua Departemen Teknik
Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

i
Universitas Sumatera Utara

3. Bapak Ir. Syahrizal, MT selaku Sekretaris Departemen Teknik Sipil
Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
4. Bapak Ir. Alferido Malik, Ivan Indrawan, ST. MT . selaku Dosen
Pembanding, atas saran dan masukan yang diberikan kepada penulis
terhadap Tugas Akhir ini.
5. Bapak Ir. Terunajaya, M.Sc selaku Dosen Kordinator sub jurusan Teknik
Sumber Daya Air Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
6. Ayahanda H. Suhardi dan Ibunda tercinta Dra. H Rino Murniati yang telah
banyak berkorban baik dari segi materi, hati, dan jasa.demi selesaianya
Tugas Akhir ini.
7. Mas Harry Winanto beserta istri dan Mbak Nina Harniaty yang telah
memberikan doa dan dukungan kepada penulis dalam menyelesaikan Tugas

Akhir ini
8. Bapak/Ibu seluruh staff pengajar Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik
Universitas Sumatera Utara.
9. Seluruh pegawai administrasi Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik
Universitas Sumatera Utara yang telah memberikan bantuan selama ini
kepada penulis.
10. Abang-abang, kakak-kakak dan kawan-kawan seperjuangan. Bang Nailul
Abrur Pohan (Sipil USU 2004), Bang Faiz Isma, bang jefri (Sipil USU
2005), Bang Andy Kurniawan, Bang Maulana Rizal, Bang Aris Munandar,
Kak Riza Inanda Siregar, Bang Hafiz, terkhusus Bang Ibnu yang telah
memberikan letupan-letupan hangat agar penulis cepat menyelesaiakan
Tugas Akhir ini (Sipil USU 2008), Bang Dicky Arya Dharma, (Sipil USU

ii
Universitas Sumatera Utara

2010) Muhammad Chairil, Zulfuadi Lubis, Achmad Syarief, Surya Darma,
Nanda Firnando, Raedian Aulia Adlin, Zultaufik, Ahmed, Hendra Boang
serta seluruh kawan-kawan seperjuangan yang tidak dapat disebutkan
seluruhnya terima kasih atas semangat dan bantuannya selama ini.

11. Dan segenap pihak yang belum penulis sebut di sini atas jasa-jasanya dalam
mendukung dan membantu penulis dari segi apapun, sehingga Tugas Akhir
ini dapat diselesaikan dengan baik.
Mengingat adanya keterbatasan yang dimiliki oleh penulis, maka penulis
menyadari bahwa laporan Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena
itu, segala saran dan kritik yang bersifat membangun dari pembaca diharapkan
untuk penyempurnaan laporan Tugas Akhir ini.
Akhir kata penulis mengucapkan terima kasih dan semoga laporan Tugas
Akhir ini bermanfaat bagi para pembaca.
Medan,

September 2016
Penulis

Dhika Swaandana
11 0404 084

iii
Universitas Sumatera Utara

DAFTAR ISI

ABSTRAK
KATA PENGANTAR ..................................................................................... i
DAFTAR ISI .................................................................................................... iv
DAFTAR GAMBAR ....................................................................................... viii
DAFTAR TABEL ............................................................................................ xi
DAFTAR NOTASI .......................................................................................... xii
BAB I PENDAHULUAN ............................................................................... 1
1.1 Latar Belakang ........................................................................................... 1
1.2 Perumusan Masalah ................................................................................... 3
1.3 Pembatasan Masalah .................................................................................. 3
1.4 Tujuan Penelitian ....................................................................................... 3
1.5 Manfaat Penelitian ..................................................................................... 4
1.6 Sistematika Penulisan ................................................................................ 4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA.................................................................... 6
2.1 Muara Sungai ............................................................................................. 7
2.1.1 Jenis Muara Sungai .......................................................................... 7
A. Muara yang Didominasi Gelombang Laut ................................ 7
B. Muara yang Didominasi Debit Sungai ...................................... 7

C. Muara yang Didominasi Pasang Surut ....................................... 8
2.2 Estuari ........................................................................................................ 9
2.2.1 Bathimetri ........................................................................................ 10
A. Lebar dan Kedalaman sebagai Fungsi Jarak .............................. 11
A. Lebar dan Kedalaman sebagai Fungsi Exponensial Jarak .......... 12
2.2.2 Pasang Surut .................................................................................... 13
A. Tipe Pasang Surut ...................................................................... 13
B. Kurva Psang Surut...................................................................... 14
C. Pembangkit Passang Surut ......................................................... 15
D. Pasang Surut Muara Sungai ....................................................... 17

iv
Universitas Sumatera Utara

2.2.3 Arus Pasang Surut ........................................................................... 20
A. Hubungan Arus Pasang Surut dengan Debit .............................. 20
2.2.4 Temperatur dan Salinitas ................................................................. 22
A. Temperatur ................................................................................. 22
B. Salinitas ...................................................................................... 24
2.2.5 Partikel Estuari (Sedimen) ............................................................... 27

A. Zat Padat Tersuspensi (Total Suspended Load) ......................... 27
B. Erosi Partikulat (Erosion of Particulate) .................................... 29
C. Endapan Partikulat (Deposition of Particulate) ......................... 32
D. Keseimbangan Konsentrasi (Equilibrum Concentration ) ......... 35

BAB III METODOLOGI PENELITIAN .................................................... 36
3.1 Tempat dan Waktu ..................................................................................... 36
3.1.1 Lokasi dan Kondisi Muara Sungai Belawan ..................................... 36
3.1.2 Waktu Pnelitian ................................................................................. 37
3.2 Pengumpulan Data ..................................................................................... 37
3.3 Pelaksanaan Penelitian ............................................................................... 39
3.3.1 Tahap Persiapan ................................................................................ 39
3.3.2 Tahap Eksekusi ................................................................................. 39

BAB IV PENGOLAHAN DATA .................................................................. 43
4.1 Kordinat...................................................................................................... 43
4.2 Bathimetri................................................................................................... 44
4.3 Pasang Surut ............................................................................................... 46
4.4 Arus ............................................................................................................ 49
4.5 Temperatur dan Salinitas............................................................................ 49

4.6 Sedimen ...................................................................................................... 50
BAB V ANALISIS DATA ............................................................................. 51
5.1 Gambaran Umum Analisis Data ............................................................... 51
5.2 Tahap Persiapan ....................................................................................... 51
5.2.1 Penyajian Data Kembali .................................................................. 51

v
Universitas Sumatera Utara

5.2.2 Pembuatan Halaman Kerja .............................................................. 52
A. Halaman Kerja Spring-neap ....................................................... 53
B. Halaman Kerja Bathymetry ....................................................... 54
C. Halaman Kerja Main Model ....................................................... 56
5.3 Pemodelan ............................................................................................... 59
5.3.1 Bathimetri ........................................................................................ 59
1. Width ........................................................................................... 59
2. Depth........................................................................................... 60
3. Cross Section .............................................................................. 61
5.3.2 Pasang Surut .................................................................................... 63
1. S2 m ............................................................................................. 64

2. M2 m............................................................................................ 64
3. Total Tide .................................................................................... 65
4 M4 m............................................................................................ 66
5. Lunar Quarter-diurnal ................................................................ 67
6. Water Depth ................................................................................ 67
5.3.3 Arus

............................................................................................. 70

1. Volume Upstream........................................................................ 70
2. Flow at Station ............................................................................ 71
3. Tidal Current .............................................................................. 71
4. Total Current .............................................................................. 72
5.3.4 Temperatur dan Salinitas ................................................................. 75
1. Gaussian ..................................................................................... 75
2. Reverse Gaussian ........................................................................ 76
3. Temperature ................................................................................ 76
4. Salinity ........................................................................................ 77
5. Displacement .............................................................................. 77
6 Temperature main model ............................................................. 78

7. Salinity main model .................................................................... 78
5.3.5 Sedimen ........................................................................................... 81
1. Maximum flow............................................................................. 81
2. C Maximum................................................................................. 82

vi
Universitas Sumatera Utara

3. C (t) ............................................................................................. 83
4. SPM Conc. .................................................................................. 83
5.4 Grafik ........................................................................................................ 86
5.4.1 Halaman Kerja Bathymetry ............................................................. 86
A. Grafik Width, Depth, Cross Section, Temperature, Salinity
dan SPM (C Max) ............................................................... 86
5.4.2 Halaman Kerja Main Model ............................................................ 88
A. Grafik Spring-neaps ................................................................... 88
B. Grafik Lunar Quarter-diurnal, Total Current,dan Water
Depth. ................................................................................ 88

C. Grafik Temperature, Salinity dan SPM Conc. ............................ 90

5.6 Hasil Pemodelan........................................................................................ 91
BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN ....................................................... 106
6.1 Kesimpulan ............................................................................................... 106
6.2 Saran .......................................................................................................... 108
DAFTAR PUSTAKA .................................................................................... 109

vii
Universitas Sumatera Utara

DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Tipe pasang surut .......................................................................... 14
Gambar 2.2 Kurva pasang surut ........................................................................ 15
Gambar 2.3 Gaya pembangkit pasang surut ...................................................... 16
Gambar 2.4 (a) Debit aliran sama dengan perkalian luas penampang dan
kecepatan aliran (b) Pemodelan sederhana dari penampang aliran
estuari ............................................................................................ 20
Gambar 2.5 Distribusi Gaussian ......................................................................... 23
Gambar 2.6 Grafik kecepatan kritis terhadap diameter butir sedimen .............. 31
Gambar 2.7 Grafik kecepatan endap terhadap diameter butir sedimen ............ 33
Gambar 3.1 Peta muara Sungai Belawan .......................................................... 36

Gambar 3.2 Diagram alir metode penelitian ..................................................... 42
Gambar 4.1 Peta lokasi penelitian ...................................................................... 43
Gambar 4.2 Grafik pasang surut 16 – 30 Agustus 2016 ................................... 47
Gambar 5.1 Halaman kerja spring-neaps (sheet 3 ) ........................................... 53
Gambar 5.2 Halaman kerja bathymetry (sheet 2) .............................................. 55
Gambar 5.3 Halaman kerja main model (sheet 1) .............................................. 58
Gambar 5.4 Pemodelan bathimetri (halaman kerja bathymetry) ...................... 62
Gambar 5.5 Pemodelan pasang surut (halaman kerja spring-neaps) ................. 68
Gambar 5.6 Pemodelan pasang surut (halaman kerja main model) .................. 69
Gambar 5.7 Pemodelan arus (halaman kerja bathymetry) ................................. 73
Gambar 5.8 Pemodelan arus (halaman kerja main model) ................................ 74
Gambar 5.9 Pemodelan temperature dan salinitas (bathymetry, sheet 2) ......... 79

viii
Universitas Sumatera Utara

Gambar5.10 Pemodelan temperature dan salinitas (halaman kerja main model)
80
Gambar 5.11 Pemodelan sedimen (halaman kerja bathymetry) ........................ 84
Gambar 5.12 Pemodelan sedimen (halaman kerja main model) ........................ 85
Gambar 5.13 Grafik width, depth, cross section, temperature, salinitas dan
SPM pada setiap titik ................................................................. 87

Gambar 5.14 Kurva pasang surut akibat komponen utama matahari dan bulan 88
Gambar 5.15 Grafik ketinggian air lunar quarter diurnal, total current dan
water depth (titik A) .................................................................... 89

Gambar 5.16 Grafik perbedaan temperature, salinity dan SPM Conc. (titik A) 90
Gambar 5.17 Hasil pemodelan pada halaman kerja bathymetry ...................... 92
Gambar 5.18 Hasil pemodelan komponen estuari dengan Ms. Excel pada
titik A .......................................................................................... 93
Gambar 5.19 Hasil pemodelan komponen estuari dengan Ms. Excel pada
titik B ........................................................................................... 94
Gambar 5.20 Hasil pemodelan komponen estuari dengan Ms. Excel pada
titik C ........................................................................................... 95
Gambar 5.21 Hasil pemodelan komponen estuari dengan Ms. Excel pada
titik D .......................................................................................... 96
Gambar 5.22 Hasil pemodelan komponen estuari dengan Ms. Excel pada
titik E ........................................................................................... 97
Gambar 5.23 Hasil pemodelan komponen estuari dengan Ms. Excel pada
titik F ........................................................................................... 98

ix
Universitas Sumatera Utara

Gambar 5.24 Hasil pemodelan komponen estuari dengan Ms. Excel pada
titik G .......................................................................................... 99
Gambar 5.25 Hasil pemodelan komponen estuari dengan Ms. Excel pada
titik H .......................................................................................... 100
Gambar 5.26 Hasil pemodelan komponen estuari dengan Ms. Excel pada
titik I ............................................................................................ 101
Gambar 5.27 Hasil pemodelan komponen estuari dengan Ms. Excel pada
titik J ............................................................................................ 102

x
Universitas Sumatera Utara

DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Koefisien estuary Prandle ................................................................... 11
Tabel 2.2 Koefisien hambatan (drag coefficients) berdasarkan partikel dasar
saluran .................................................................................................. 30
Tabel 4.1 Kordinat titik penelitian ...................................................................... 42
Tabel 4.2 Hasil pengukuran kedalaman dan lebar estuari ................................... 44
Tabel 4.3 Data hasil pengamatan pasang surut 16 – 30 Agustus 2016 ............... 46
Tabel 4.4 Komponen pasang surut muara Sungai Belawan ................................ 48
Tabel 5.1 Nilai komponen estuari titik A ............................................................. 102
Tabel 5.2 Nilai komponen estuari titik B ............................................................. 102
Tabel 5.3 Nilai komponen estuari titik C ............................................................. 102
Tabel 5.4 Nilai komponen estuari titik D ............................................................. 103
Tabel 5.5 Nilai komponen estuari titik E ............................................................. 103
Tabel 5.6 Nilai komponen estuari titik F ............................................................. 103
Tabel 5.7 Nilai komponen estuari titik G ............................................................. 104
Tabel 5.8 Nilai komponen estuari titik H ............................................................. 104
Tabel 5.9 Nilai komponen estuari titik I .............................................................. 104
Tabel 5.10 Nilai komponen estuari titik J ............................................................ 105

xi
Universitas Sumatera Utara

DAFTAR NOTASI

a

= Ketinggian referensi (cm)

a

= Koefisien lebar muara

AS2, AM2 = Amplitudo pasang surut pengaruh matahari dan bulan (m)
AM4

= Amplitudo seperampat pasut diurnal (lunar quarter diurnal) (m)
= Perbedaaan kedalaman air (water depth) antar titik (m)

λ

= Dimensi horizontal dari panjang kawasan estuari (m)

λT

= Panjang dari gelombang pasang (m)

b

= Koefisien kedalaman muara

B

= Bilangan Rouse

β

= Konstanta numerik dalam satu kesatuan

c

= Kecepatan pasang surut (m/det)

co

= Konsentrasi zat partikel yang tertahan didasar aliran (gr/cm3)

cz

= Konsentrasi partikulat pada ketinggian z dari dasar saluran (gr/cm3)

Cb

= Konsentarsi sedimen estuari (TSS) (mg/dm3)

CD

= Koefisien kekasaran (24/Re)
= Koefisien hambatan 100 diatas dasar penampang

C max = Konsentrasi sedimen maximum (mg/dm3)

C (t)
C

D

= Konsentrasi suspensi perwaktu (mg/dm3)
= Konsentrasi kedalaman rata-rata (mg/dm3)
= Diameter butiran sedimen (mm)
= Kedalaman estuari dititik x (m)
= Kedalaman estuari tepat dimulut muara (m)

xii
Universitas Sumatera Utara

Dp

= Besarnya endapan sedimen (kg/m2det)

DT

= Kedalaman air, Wx (m).
= Kedalaman estuari di titik x (m)

Ep

= Erosi partikulat

g

= Percepatan gravitasi (9.81m/det2)

h

= Kedalaman air, Dx (m)

hS2(t), hM2(t) = Kedalaman air akibat pengaruh matahari (solar semidiurnal) dan
bulan (lunar semidiurnal) pada waktu t (m)
hM4(t) = Kedalaman air akibat pengaruh pembangkit pasang surut, seperampat
pasut diurnal ( lunar quarter-diurnal ) pada waktu t (m)
h(t)

= Kedalaman air total pada waktu t (m)

k

= Konstanta von (0.41)

Kx

= Koefisien difusi horizontal

L

= Panjang estuari (m)

m & n = Koefisien dari percobaan Prandel (1986)
M

= Koefisien erosi (berkisar 0.0003 kg/m2det)



= Densitas air segar (berkisar 1000 kg/m3)

Q

= Debit sungai (m3/det)

S (x)

= Salinitas pada jarak x meter dari mulut muara (‰)

Sp

= Parameter suspense

t

= Waktu (jam)

T

= Periode pasang surut (jam)

TR

= Suhu pada air sungai (°C)

TS

= Suhu pada air laut (°C)

xiii
Universitas Sumatera Utara

TS2, TM2 = Periode pasang surut akibat matahari (solar ) (12 jam) dan bulan (lunar )
(12,42 jam)
TM4

= Periode pasut lunar quarter-diurnal (6.21 jam).

T(x)

= Suhu estuari pada jarak x meter dari mulut muara (oC)



= Tegangan geser air (n/m2)

u

= Komponen kecepatan

ucr

= Arus batas ambang kritis sebesar 0.2 m/det (lanau), 0.4 m/det (pasir halus)

dan 0.6 m/det (pasir sedang).
= Arus sungai pada titik x (m/det)
um

= Kecepatan arus pasang surut, maximum flow (m/det)
= Arus estuari pada penampang x dan waktu t (m/det)

u100

= Kecepatan arus pasang surut 100 cm diatas dasar penampang (m/det)

Vol. Upstream = Jarak antar titik dikali Wx (m3.106)
= Lebar estuari tepat dimulut muara (m)
= Lebar estuari tepat dimulut muara (m)
= Lebar estuari dititik x (m)

s

= Kecepatan endap partikel (mm/det)

x

= Jarak titik dari mulut muara (m)

2π

= Sudut rotasi bulan terhadap bumi dan bumi terhadap matahari

xiv
Universitas Sumatera Utara