Pemodelan Transport Sedimen Akibat Arus yang Dibangkitkan oleh Gelombang di Perairan Pulau Baai, Bengkulu

  Jurnal Geoaplika (2006) Volume 1, Nomor 2, hal. 079 – 090 Ichsan Setiawan Totok Suprijo Dadang K. Mihardja

  Pemodelan Transport Sedimen Akibat Arus yang Dibangkitkan oleh Gelombang di Perairan Pulau Baai, Bengkulu

  Diterima : 10 Agustus 2006 Disetujui : 31 Agustus 2006 Dipresentasikan : 20 Sept. 2006 © Geoaplika 2006

  Ichsan Setiawan

  Jurusan Ilmu Kelautan FMIPA-UNSYIAH Jl. Syech Abdurrauf 3 Banda Aceh, NAD

  Totok Suprijo

  KK Oseanografi FIKTM-ITB Jl. Ganesha 10 Bandung

  Dadang K. Mihardja*

  KK Oseanografi FIKTM-ITB Jl. Ganesha 10 Bandung E-mail: dkm@geoph.itb.ac.id

  horizontal transport sedimen akibat arus yang dibangkitkan oleh gelombang telah dibangun dengan pendekatan beda hingga eksplisit. Model ini divalidasi/diuji dengan model analitik Longuet-Higgins (1970) dan model sintetik Watanabe (1986). Hasil uji model arus menunjukkan bahwa model yang dibangun dalam studi ini dapat mensimulasikan model analitik Longuet-Higgins dengan perbedaan 1,5 % dan dapat menggambarkan model Watanabe dengan perbedaan 0,5 %. Selanjutnya model diterapkan di perairan Pulau Baai Bengkulu untuk mempelajari pola sedimentasi dan erosi di sekitar pantainya. Simulasi model arus dan transport sedimen dilakukan selama 7 hari pada monsun barat dan monsun timur. Berdasarkan hasil simulasi model arus di perairan pantai memperlihatkan arah kecepatan arus yang sesuai dengan data pengukuran PPGL (Nasrun dkk., 1996). Sirkulasi arus hasil simulasi pada monsun barat bergerak ke barat daya, sedangkan pada monsun timur bergerak ke timur laut. Secara kualitatif simulasi transport sedimen menunjukkan pola yang bersesuaian dengan pengukuran lapangan PPGL (Arifin dkk., 2001). Dari analisis pola sedimentasi-erosi hasil simulasi model transport sedimen pada musim barat, erosi terlihat dominan di pantai bagian barat daya, sedangkan sedimentasi dominan di bagian timur laut. Sebaliknya pada musim timur, sedimentasi terjadi di pantai bagian barat daya dan erosi mendominasi di bagian timur laut.

  Abstract - A numerical model of sediment transport driven by wave induced current has been woke up with approach of explicit finite difference. This model validated/tested with the Longuet- Higgins model (1970) and the Watanabe synthetic model (1986). The result of current model test indicate that model developed in this study can be simulate the Longuet- Higgins analytic model with difference 1,5 % and the describing Watanabe model with difference 0,5 %.

  Further, model to be applied in Pulau Baai waters Bengkulu to investigate a pattern of erosion- sedimentation around its coast. Sediment transport and hydrodynamics model are simulated for 7 days in east and west monsoon respectively.

  The result of hydrodynamics model near coast line has shown that current pattern is agree with observed one of PPGL (Nasrun et al., 1996). The simulated current circulation in west monsoon is flowing toward southwest. In east monsoon the current flow toward northeast. The simulation result of sediment transport model is qualitatively quite comparable with observed data of PPGL (Arifin et al., 2001). The results in west season have identified erosion area in southwest part of channel while in northeast part dominate by sedimentation. In east season, the model indicate that in southwest part is dominated by sedimentation and northeast part by erosion.

• * Alamat korespondensi Sari - Sebuah model numerik 2D
• ∂ ∂ ∂ ∂
• =− − + + ∂ ∂ ∂ ∂ + .

• ∂ ∂ ∂ ∂
• =− − + + ∂ ∂ ∂ ∂ +
• = ∂ ∂ ∂

  

N

  ε ε ⎛ ⎞ ∂ ∂ ∂ ∂ ⎛ ⎞

  = + ⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ∂ ∂ ∂ ∂ ⎝ ⎠

  ⎝ ⎠ _y v v M x x y y

  ε ε ⎛ ⎞ ∂ ∂ ∂ ∂ ⎛ ⎞ = + ⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ∂ ∂ ∂ ∂

  ⎝ ⎠ ⎝ ⎠

  dengan:

  ( ) N l g h ε ζ

  = +

  berdasarkan hasil penelitian Longuet-Higgins (1970)

  = konstanta yang nilainya kurang dari 0,016

  Perubahan momentum yang disebabkan oleh pusaran arus turbulen yang cenderung menyebar karena pengaruh gaya gelombang melebihi daerah ketajaman gelombang pecah, maka percampuran lateral dapat dituliskan sebagai berikut (Horikawa 1988): _x

  

l

  = jarak ke lepas pantai =

  ( ) ζ tan h β + tan β

  = kemiringan dasar rata-rata Untuk kemiringan dasar tak beraturan, percampuran lateral dituliskan: _{2 2 2 2 x H}

  u u M A x y

  ⎛ ⎞ ∂ ∂ = + ⎜ ⎟ ∂ ∂ ⎝ ⎠ _{2 2 2 2 y H} v v M A x y

  ⎛ ⎞ ∂ ∂ = + ⎜ ⎟ ∂ ∂ ⎝ ⎠ dengan A H adalah koefisien viskositas horizontal.

  Komponen stress radiasi

  ( ) ^{x y} R dan R

  didefinisikan sebagai fluks momentum yang disebabkan keberadaan pergerakan gelombang dan mempunyai dimensi sama dengan fluks momentum. Fluks momentum ini terbentuk karena dua faktor, yaitu

  u u M x x y y

  ζ adalah elevasi muka air.

  Pendahuluan

  Persamaan Pengatur Untuk memodelkan arus akibat gelombang digunakan persamaan kekekalan momentum dan kekekalan massa yang dintegrasikan terhadap kedalaman yang dituliskan sebagai berikut:

  Pelabuhan Pulau Baai terletak di pantai barat Pulau Sumatera pada koordinat 102º16'00"-102º19'00" BT dan 03º53'00"-03º55'40" LS (Gambar 1). Pelabuhan tersebut digunakan sebagai jalur pengangkutan batubara untuk keperluan domestik dan ekspor keluar negeri. Salah satu permasalahan yang terjadi dikawasan pelabuhan atau dermaga adalah adanya proses pendangkalan di alur pelayaran. Pendangkalan memasuki kolam pelabuhan Pulau Baai ini berasal dari transport sedimen sejajar pantai yang mencapai rata-rata debit 600.000 – 800.000 m

  3

  /tahun. Untuk mengatasi pendangkalan dimulut alur, selama ini telah dibangun dua buah jetty, yang dinamakan jetty bagian utara dan jetty bagian selatan di pintu masuk alur pelabuhan (Arifin dkk., 2001 dan PT. Pelabuhan Indonesia II, 2002). _{Daerah Penelitian}

  Gambar 1. Peta lokasi daerah penelitian (Sumber: Dishidros TNI AL, September 2003)

  Pembangunan jetty di bagian utara dan bagian selatan menimbulkan erosi dan sedimentasi. Zona sedimentasi terbentuk di sepanjang pantai bagian selatan jetty yang merupakan akibat dari pergerakan arus yang bergerak ke utara, sedangkan sepanjang pantai di bagian utara jetty menimbulkan erosi. Adapun sedimen sejajar pantai disekitar alur pelayaran adalah 0,4 x 10

  6

  m

  3

  /tahun (van Hassel, 1977 dalam Arifin dkk., 2001). Proses sedimentasi dan erosi di sepanjang pantai sangatlah berkaitan dengan laju transport sedimen yang digerakkan oleh arus akibat pengaruh gelombang dari perairan lepas pantai. Dengan demikian untuk mendapatkan gambaran proses sedimentasi dan erosi di perairan pantai Pulau Baai Bengkulu, maka diperlukan pemodelan sebagai alat bantu yang dapat digunakan dalam memahami pola sedimentasi dan erosi yang terjadi di sepanjang pantai tersebut. Penelitian ini membahas kondisi arus sejajar pantai dan proses sedimentasi-erosi di perairan Pulau Baai berdasarkan simulasi numerik yang tervalidasi. Untuk mengetahui proses sedimentasi-erosi musiman, simulasi model dilakukan dalam 2 musim, yaitu musim barat dan musim timur. Model arus dan transport sedimen tersebut diselesaikan dengan metoda numerik beda hingga eksplisit dengan asumsi tanpa memberikan debit dari kolam pelabuhan.

  Model Hidrodinamika dan Transport Sedimen

  ( ) ^{2 2 f x x} C u u v u u u u v g R M t x y x h

  ) stress radiasi dalam arah x dan y, g percepatan grafitasi, h kedalaman perairan, dan

  ζ ζ

  ( ) ^{2 2 f y y} C v u v v v v u v g R M t x y y h

  ζ ζ

  ( ) ( )

  ( ) ( ) u h v h t x y

  ζ ζ ζ ∂ + ∂ +

∂

  dengan t adalah waktu, (x,y) koordinat katesian dalam bidang horizontal, ( , ) u v komponen kecepatan arus, ( _f

  C

  ) koefisien gesekan dasar, (

  , _{x y} R R

  ……….. (1) ……….. (2) ……….. (3) ……….. (4) ……….. (5) ……….. (7) ……….. (6)

Jurnal Geoaplika (2006) Volume 1, Nomor 2, hal. 079 – 090

  kecepatan partikel air yang disebabkan oleh gelombang dan tekanan. Diskritisasi Jika gelombang datang mendekati pantai dengan

  Diskritisasi persamaan hidrodinamika (1) – (3) membentuk sudut terhadap garis pantai, maka gaya digunakan metoda eksplisit beda pusat untuk turunan radiasinya adalah sebagai berikut (van Rijn, 1990) : terhadap ruang dan beda maju untuk turunan

  E ₂ S _{xx = − +} 2 n

  1 En cos θ ( ) terhadap waktu. Kestabilan numerik pada metoda ini

  ……….. (8)

  2

  ditentukan oleh kriteria stabilitas:

  E ₂

  ……….. (9)

  S _{yy = − + Δ x Δ y} 2 n

  1 En sin θ ( )

  2 = > U g h ζ ……….. (15) + +

  ( ) { } _max

  Δ t Δ t E S n sin 2 θ _{xy ……….. (10) Skema diskritisasi untuk komponen kecepatan} =

  2 _{1 2 u , v dan ζ i j , i j , i j ,} diperlihatkan pada Gambar 2.

  E dengan adalah . ₈ ρ gH

  Gaya yang menyebabkan terjadinya arus sejajar

  y

  pantai adalah sebanding dengan gradien stress radiasi

  v ; q _{1 ty i j , + + i j , 1}

  (Bowen, 1969 dalam Longuet-Higgins, 1970):

  S 1 ⎛ S ∂ ⎞ ∂ _x ^{xx xy}

  = ……….. (11) ⎜ ⎟ x y

• R

  ∂ ∂ ρ d η +

  ⎝ ⎠ ( )

  ; ζ ζ _{i j , b i j ,} u ; q

  ∂ S ∂ S 1 ⎛ ^{xy yy ⎞ Δ y + + i 1, j tx i 1, j} + R = _y u ; q _{i j , tx i j ,}

  ⎜ ⎟

  ……….. (12)

  ρ d η ∂ ∂ ( )

• x y

  ⎝ ⎠ v ; q _{i j , ty i j ,}

  Transport sedimen total pada kasus gelombang dan arus didefinisikan sebagai penjumlahan transport Δ x sedimen dasar dan transport sedimen melayang,

  x

  dengan suatu pendekatan sederhana dari transport sedimen total dituliskan dalam bentuk persamaan: ₂ Gambar 2. Skema Diskritisasi

  u , v , ζ , _{i j , i j , i j ,} τ C _cw q = 0, 05 U _{t 2} q , q , dan ζ _{txi j , txi j , bi j ,}

  ……….. (13)

  ρ ρ _{2 5 / 2 ( s w )} ⎡ − ⎤ ρ g D ⎢ ⎥ ⁵⁰

  ρ _w ⎣ ⎦

  Dengan menggunakan metoda beda hingga eksplisit, diperoleh hasil diskritisasi persamaan hidrodinamika keterangan: sebagai berikut: _{n 1 n n n n n}

• ⁺ = densitas air

  ρ _w Dx u Dx u Dy v Dy v

  ζ ζ − − _{i j , i j , ( ) ( )} − + + + + ^{i 1, j i 1, j i j , i j , i j , 1 i j , 1 i j i j , ,} = + + t x y

  = densitas sedimen Δ Δ Δ

  ρ _s

  ……….. (16) = diameter butiran sedimen

  D _{50 2} dengan: u ˆ _{2 2 ⎛ b ⎞}

  1

  = stress geser yang

  1 _{n n} τ = ρ gU / C ξ _c

• + ⎜ D x = h ζ h ζ

  + + + ⎟ i j , i j , i j , i 1 , j i 1 , j

  ( − − )

  2

  2 U ⎝ ⎠

  1 _{n n}

  berkaitan dengan arus dan gelombang

  D y h h ζ ζ _{− 1 i , j ( i , j i , j i , j −} = + + + _{1 i , j − 1 )}

  2

  = amplitudo kecepatan

  ˆ = u ( π H T / )( sinh kh ) _b

  gelombang dekat dasar Persamaan momentum dalam arah-x:

  c

  = parameter tak berdimensi yang

  ξ f

• ₊ = ( ) w
_{n 1 n} 2 g ( ) _{u − θ u 1 −} ^{i j , i j , ( θ ) u u u u n n n n} _{+ + − −} + + + +
• Δ t
⁴

  ( ^{i 1, j i 1, j i j , 1 i j , 1 )}

  dikaitkan dengan kekasaran dasar _{n n n n 2 2}

  ⎡ ⎤ _{u u − u u n n i 1, j i j , i j , i − 1, j} + +

  ( ) ( ) ^{u − u}

• ^{+ +} ⎢ ⎥ ( ^{i j , 1 i j , − 1 )}

  = koefisien gesekan dasar gelombang. ⎣ n

• ^* f

  ( ) ^w _{n n 8 Δ x} ⎦ + ^v _{i j , 2 Δ y} ζ − ζ C

  ( i j i ^{, − 1, j ) f} _{n n 2 * 2 n}

  = − g M − u u v − R _{x i j , i j , i j , i j , x i j ,} + +

  Hubungan matematis untuk kesetimbangan sedimen

  Δ x H _{x i j ,}

  dari prinsip kekekalan massa untuk gerakan butiran- ……….. (17) butiran sedimen dituliskan sebagai: dengan:

  ∂ q ∂ ζ ∂ q _{b tx} ^ty

  1

  ……….. (14) ^{* n n n n n}

• =

  v v v v v = + + + _{1 i − 1 , j i − 1, j}

• i j , ( i j , i j , ^{1 )}

  ∂ t ∂ x ∂ y

  4

  dengan: q t menyatakan transport sedimen total dan adalah perubahan level dasar (Koutitas, 1988).

  ζ _b

  n n n n _{n n n n} ε ε _{i j , u i 1, j − u i j , − i 1, j u i j , − u i 1 , j}

  ( ) − ( − ) ⎧ ⎫ { } q − q q − q _{n 1 n} ( txi 1, j txi j , ) ( tyi j tyi j ) ⁺

  ⎪ ⎪ =

  M x _{i j ,} ² t ……….. (19)

  ζ ζ

  = −Δ Δ x b b ⎨ ⎬ x y _{n n n n ⎪ ⎪} Δ Δ

• 1, ^,

  ⎩ ⎭ ε u − u − ε u − u _{+ 1 ( * , i j , + i j}

  { } ₂ ^{1 i j , ) * , i j ( i j , i j , − 1 )}

• dengan:

  Δ y _n+1

  ζ b = elevasi dasar saat t + Δt

  1 _n ε = ε ε ε ε _{* , i j i j , i 1, j i j , 1 i 1, j} + + + ₁

  ( − − − − )

  ζ _{b = elevasi dasar saat t}

  4

  jika kemiringan dasar tak beraturan, percampuran lateral didiskritisasi menjadi: _{n n n n} Validasi dan Aplikasi Model Hidrodinamika dan

  ⎡ ⎤ u − u − u − u Transport Sedimen _{i 1, j i j , i j , i 1, j}

  ( ) ( − ) { }

  ⎢ ⎥

• ₂ ⎢ Δ x ⎥

  M = A _{x H ⎢ ⎥ i j , n n n n}

  Validasi Model Arus di Daerah Pantai Sederhana

  u − u − u − u ⎢

  ( ) ( − ) + ^{i j , 1 i j , i j , i j , 1 ⎥} { }

• ⎢ ⎥
₂ Δ y ⎢ ⎥ ⎣ ⎦

  Model arus yang diuji dengan model arus analitik Longuet-Higgins digunakan panjang model sejajar

• ⎧ S − S S S − S − S ⎫ 1 ⎪ + i j , i − 1, j i j , ^{1 i − + 1, j 1 i j , − 1 i − − 1, j 1 ⎪}

  pantai 245 m dan lebar model tegak lurus pantai 750

  = + ^{xx xx xy xy xy xy} R _{x ⎨ ⎬ i j ,}

  Δ Δ x 2 y

  ρ H ⎪ ⎪ _{x ⎩ ⎭ i j , m dengan koefisien gesekan dasar C f = 0,01,} ( ) _{n n}

  2

  konstanta percampuran lateral N = 0,015, Δx = 5 m,

  H = h ζ h ζ _{x i j , i j , i − 1, j i − 1, j i j , ( )} + + +

  Δy = 5 m, dan selang waktu dt = 0,01 detik. Data gelombang yang digunakan adalah tinggi gelombang Persamaan momentum dalam arah-y: _{v − θ v θ + n 1 n i j , i , j} di perairan dalam H 0,5 m, periode gelombang, T

  ( ) ^{1 −} _{v v v v n n n n o} =

  ( ^{+ + i , j 1 i j , − 1 i 1 , j i − 1 , j )}

  Δ t ⁴ _{n n ⎡ ⎤ v v v v n n 2 n n 2} = 3 detik, kemiringan pantai 0,02 dan sudut datang _{v − ( v i j , i , j} + + _{1 ) ( i j , i j ,} − − _{1 ) n ⎣ ⎦} ( i 1 , j i − 1 , j ) ⎢ ⎥ ^{+ +} gelombang dilaut 20 terhadap tegak lurus pantai. ^u _{i j , 2 x 8 y} ^* + _{n n} Δ Δ ζ − ζ _{i j , i j , − 1 C}

  ( ) ^{f n n 2 n 2 g M − v u v − R *}

  = − + + _{y i j , i j , i j , y Sedangkan desain model arus yang diuji dengan i , j i , j} Δ y H _{y i , j}

  model sintetik penelitian laboratorium yang ……….. (18) dilakukan oleh Watanabe pada tahun 1986 digunakan panjang model 4 m dari pantai ke lepas

  θ = parameter pada metode selisih hingga dengan, pantai dan lebar model 3,6 m dengan koefisien

  θ harus ditentukan dengan jenis lax-diffusive. Nilai _f gesekan dasar C = 0,01, konstanta percampuran hati-hati sehingga difusi menjadi realistik. lateral N = 0,01, lebar grid Δx = Δy = 5 cm, selang waktu dt = 0,0025 detik. Data gelombang yang

  1 _{* n n n n n} u = u u u u _{i j , i j , i 1, j i j , 1 i 1, j} + + + _{1 digunakan adalah tinggi gelombang di perairan}

  ( − ) + − +

  4 _{n n n n dalam H 4,5 cm, periode gelombang, T = 0,87 v − v − v − v o} = ε + i , j i , j ^{1 i , j ε i , j − 1 i , j i j , − 1}

  ( ) ( ) _{M = y i , j} { } ₂

  Δ x _{v − v − v − v n n n n} detik, kemiringan pantai 0,05 dan sudut datang

ε ε gelombang, terhadap tegak lurus pantai.

• _{+ + i 1 , j i * 1 , j i , j * , i j i , j i −}

  _{1 , j θ =}

  { ( ) ( ) } ₂

• Δ y

  ε = ε ε ε ε + + _{* , i j i j , i j , 1 i 1, j i 1, j 1} ( − − − − )

• 4

  dikanan tengah model sepanjang 1,8 m dari garis jika kemiringan dasar tak beraturan, percampuran pantai dengan panjang pemecah gelombang 0,75 m lateral didiskritisasi menjadi: _{n n n n} dan lebar 7,5 cm. Hasil simulasi ini akan

  ⎡ ⎤ − − − v ^{i j , 1 v i j , v i j , v i j , 1}

  ( ) ( − ) { }

  dibandingkan dengan hasil simulasi Watanabe

• ⁺ ⎢ ⎥
₂ ⎢ Δ x ⎥ dengan waktu simulasi t selama 2 jam 37 menit.

  M = A _{y H ⎢ ⎥ i j , n n n n +} v − v − v − v ⎢ ^{i 1, j i j , i j , i 1, j ⎥}

  { ( ) ( − ) }

• ⎢ ⎥
₂ ⎢ Δ y ⎥ ⎣ ⎦ Nilai awal yang diterapkan pada simulasi model

  hidrodinamika adalah nol untuk elevasi dan

  ⎧ yy − yy xy xy − xy − xy ⎫ ^{S S S S S S} _{+ i j , i j , −} ^{R kecepatan di semua grid. Adapun Syarat batas y = ⎨ ⎬} + _{i j ,} ^{1 i 1, j i 1, j 1 − i 1, j − − i 1, j 1 ⎪} Δ y ^{2 Δ x} ρ H ⎪ ⎪

• _{1 ⎪ + −}

  ( ) y , i j ⎩ ⎭ _{n n} terbuka dibagi atas kondisi radiasi dan gradien arah

  H h ζ h ζ

  2 _{y ( i j , i j , i j , − i j , normal yang dapat dituliskan dalam persamaan} = + + + _{1 i j , − 1 )}

  Syarat Batas (Chapman, 1985): Transport sedimen yang diakibat arus dan

  1. Untuk kondisi radiasi gelombang dihitung menggunakan persamaan (13). _{1 n 1 n n n Δ} t ₂ Dengan diketahuinya transport sedimen tersebut

  φ φ μ φ φ dengan μ

• c , c g h _{B B B B m}

  = − − = = _{1 ( )} ( ) x

  Δ

  selanjutnya dapat dihitung perubahan morfologi

  2. Untuk gradien arah normal dasar dengan memakai persaman (14). _{n 1 n 1}

  φ = φ _{B B m 1} dimana menyatakan variabel bebas.

  Penyelesaian numerik beda hingga eksplisit φ persamaan morfologi dasar berdasarkan Gambar 4 adalah:

Jurnal Geoaplika (2006) Volume 1, Nomor 2, hal. 079 – 090

  a. untuk elevasi dasar _b

  Gambar 4. (a). Arus hasil simulasi dan (b). Arus hasil penelitian Watanabe (1986) selama 2 jam 37 menit dengan T = 0,87 s, H = 45 cm, dan θ = 0 terhadap tegak lurus pantai.

  (a) (b)

  c. untuk komponen laju transport sedimen q ty di barat laut dan tenggara pada batas terbuka.

  b. untuk komponen laju transport sedimen q ^tx di barat daya dan timur laut pada batas terbuka.

  di barat daya, timur lautbarat laut dan tenggara pada batas terbuka.

  ζ

  Syarat batas yang diterapkan pada model dibatas terbuka dengan memberikan syarat batas kondisi radiasi yang dirincikan sebagai berikut:

  a. untuk elevasi ζ dikiri, kanan, atas dan bawah pada batas terbuka b. untuk komponen kecepatan u di kiri dan kanan pada batas terbuka c. untuk komponen kecepatan v di atas dan bawah pada batas terbuka Selanjutnya memberikan syarat batas gradien kecepatan terhadap arah normal untuk komponen kecepatan u dikiri dan dikanan pada batas terbuka, sedangkan untuk komponen kecepatan v diberikan di atas dan dibawah pada batas terbuka. Dan juga untuk batas tertutup diberikan komponen kecepatan arah normal adalah sama dengan nol. Model arus yang diuji dengan model analitik Longuet-Higgins disimulasikan sampai mencapai keadaan tunak, sehingga diperoleh hasil yang ditunjukkan pada Gambar 3 dan model arus yang diuji dengan model sintetik Watanabe (1986) diperoleh hasil yang diperlihatkan pada Gambar 4.

  50

  /s, Δx = 10 m, Δy = 10 m, dan selang waktu dt = 0,45 detik. Aplikasi model transport sedimen dan perubahan morfologi dasar didesain sama seperti model arus dengan diameter butiran sedimen D

  2

  Aplikasi Model Hidrodinamika dan Transport Sedimen di Perairan Pulau Baai Model arus yang diterapkan di daerah kajian penelitian berdasarkan batimetri yang ditunjukkan Gambar 5 disimulasikan dengan panjang daerah model 2845 m dan lebar model 1560 m dengan koefisien gesekan dasar C f = 0,01, koefisien viskositas horizontal A ^H = 10 m

  = 20 θ

  Gambar 3. Grafik distribusi tinggi gelombang, kecepatan arus numerik dan analitik menyusur pantai dan kecepatan arus analitik Longuet-Higgins terhadap jarak ke garis pantai dengan

  = 0.1 mm. Input model laju transport sedimen adalah hasil dari model arus yang dibangkitkan gelombang yang diselesaikan secara waktu bersamaan setelah model arus disimulasikan. Begitu juga halnya dengan perubahan morfologi dasar dihitung dari hasil laju transport sedimen. Nilai awal dan syarat batas pada model hidrodinamika ini mek anismenya sama seperti padamodel hidrodinamika pada pantai sederhana. Akan tetapi daerah batas terbuka tergantung pada batimetri perairan. Sedangkan nilai awal yang diterapkan pada simulasi model transport sedimen adalah nol untuk elevasi dasar dan laju transport sedimen di semua grid. Syarat batas yang diterapkan pada model dibatas terbuka dengan memberikan syarat batas kondisi radiasi yang dirincikan sebagai berikut: Selanjutnya memberikan syarat batas gradien laju transport sedimen terhadap arah normal untuk komponen transport sedimen q tx di barat daya dan di timur laut batas terbuka, sedangkan untuk komponen laju transport sedimen kecepatan q ty diberikan di barat laut dan di tenggara batas terbuka. Dan juga untuk batas tertutup diberikan laju transport sedimen arah normal adalah sama dengan nol.

  Skenario model yang disimulasikan terdiri dari monsun barat dan monsun timur. Simulasi ini menggunakan data input parameter gelombang yang diperoleh dari laporan Pelindo II yang diramal oleh

  Netherlands Engineering Consultants (Nedeco)

  Tahun 1978 yang berada pada koordinat 2 ° - 10° LS dan 100 ° - 105°. Skenario monsun barat disesuaikan dengan data input gelombang dari lepas pantai dengan tinggi gelombang lepas pantai H = 1,23 m, periode T = 7,6 s, dan sudut datang

  θ = 0 ° yang berputar searah jarum jam dari utara geografis, sedangkan pada monsun barat disesuaikan dengan data input gelombang dari lepas pantai dengan tinggi gelombang lepas pantai H = 2,0 m, periode

  T

  = 7,5 s, dan sudut datang θ

  = 300 ° yang berputar searah jarum jam dari utara geografis. Setelah model aplikasi di perairan Pulau Baai disimulasikan selama 7 hari, maka diperoleh pola arus yang ditunjukkan pada Gambar 6 (monsun barat) dan Gambar 8 (monsun timur). Sedangkan hasil pola erosi-sedimentasi ditunjukkan pada Gambar 10 (monsun barat) dan Gambar 11 (monsun timur). Adapun Gambar 7 dan 9 adalah pola arus hasil lapangan yang dilakukan oleh PPGL (Nasrun dkk., 1996) dan Gambar 12 adalah pola erosi-sedimentasi hasil lapangan PPGL (Arifin dkk., 2001) sebagai bahan diskusi analisis hasil.

  Gambar 5. Batimetri daerah model Jurnal Geoaplika (2006) Volume 1, Nomor 2, hal. 079 – 090

  θ Gambar 6. Polaarus (m/s) perairan Pulau Baai, Bengkulu pada musim barat (H = 1,23 m; T = 7,6 s, = 0 ° berputar searah jarum jam dari utara geografis) dengan waktu simulasi 7 hari

  Daerah Penelitian

  Gambar 7. Peta pola angin dan arus pada monsun barat daerah Bengkulu (Sumber PPGL, 1996) Gambar 8. Pola arus (m/s) perairan Pulau Baai, Bengkulu pada musim timur (H = 2,0 m; T = 7,5 s, θ = 300 ° berputar searah jarum jam dari utara geografis) dengan waktu simulasi 7 hari

  Daerah Penelitian

  Gambar 9. Peta pola angin dan arus pada monsun timur daerah Bengkulu (Nasrun dkk., 1996) Jurnal Geoaplika (2006) Volume 1, Nomor 2, hal. 079 – 090

  Gambar 10. Pola sedimentasi dan erosi perairan Pulau Baai Bengkulu pada musim barat (H = 1,23 m; T θ

  = 7,6 s, = 0 ° berputar searah jarum jam dari utara geografis) dengan waktu simulasi 7 hari Gambar 11. Pola sedimentasi dan erosi perairan Pulau Baai Bengkulu pada musim timur (H = 2,0 m;

  T

  = 7,5 s, θ = 300 ° berputar searah jarum jam dari utara geografis) dengan waktu simulasi 7 hari

  ^'0 3 ^{°55 0" S 03°} _{55 '40" S} ^{03° 53' " S 54' " S 102°16'00" E 102°17'00" E 102°18'00" E 102°19'00" E 20" E} _{Dermaga Batubara} ^{Dermaga PELINDO Dermaga PERTAMINA} D D D D D D

D

D D D

D

D D D D D D D S ^{TO C K P IL E B A T U B AR A}

^{PA C}

^{KI NG}

^P

^{LA N}

^{PT . S}

^EM

^EN

^{P AD AN G LA MP U PE NU NT}

^UN

^{D ER M A G A S A M U D E RA BRIKET}

_BU

_ND

_{ED Z}

_{ON E} ^{T E R M IN A L C U R A H C A IR D O C K IN G P P I A S D P D E R M A G A N U S A N T A R A D E R M A G A L O K A L A N G K A T A N L A U T LAMPU MERAH LAMPU HIJAU KAWASAN INDUSTRI G R E E N A R EA T A N G G U L D E R M A G A P E R T A M IN A C O M M U N IT Y Z O N E O F F IC E C E N T R E P E R T A M IN A D A M P E N U T U P S U N G A I J E N G G A L U PE RT AM IN A}

^PIP

^{A P}

^ER

^{TA MI}

^NA

^{SAMUDERA INDONESIA MORFOLOGI / RELIEF KETERANGAN Pantai pasir GEOLOGI Endapan sedimen pantai (resistensi rendah) Pedataran relief rendah GARIS PANTAI PROSES Akrasi / sedimentasi Abrasi / erosi Manggrov Arah pengangkutan sedimen Bangunan pantai alternatif (tanggul sedimentasi) PETA KARAKTERISTIK PANTAI PERAIAN PULAU BAAI BENGKULU}

  U Daerah Penelitian Gambar 12. Peta pola sedimentasi dan erosi pantai perairan Pulau Baai, Bengkulu (Arifin dkk., 2001) . Diskusi

  Analisis hasil simulasi model hidrodinamika mengandung dua bagian yaitu pada perairan pantai sederhana dan perairan pantai Pulau Baai. Sedangkan model transport sedimen hanya dibahas dan dianalisis untuk perairan pantai Pulau Baai. Kemudian model hidrodinamika dan transport sedimen diverifikasi dengan membandingkan hasil simulasi dengan data dan literatur. Simulasi di Daerah Pantai Sederhana Hasil model arus Gambar 3 menunjukkan bahwa kecepatan arus maksimum akan terjadi sesaat setelah gelombang pecah kemudian kecepatannya semakin berkurang menuju garis pantai dan nol di garis pantai. Sementara kecepatan arus sebelum pecah lebih kecil dan semakin kelaut dalam kecepatannya bertambah kecil. Hasil perbandingan kecepatan maksimum arus sejajar pantai antara analitik Longuet-Higgins dengan hasil numerik yang terjadi di daerah gelombang pecah menunjukkan perbedaan yang kurang dari 1,5 %.

  Hasil uji model arus pada Gambar 4.(a) menggambarkan arus yang terpengaruh efek difraksi dan refleksi akibat dari bangunan pantai. Hasil pada Gambar 4.(a) terlihat bahwa di belakang bangunan pantai terjadi pusaran arus dengan magnitudo terbesar 22,48 cm/s terletak di bagian kanan tengah model. Pusaran ini disebabkan perbedaan elevasi antara sisi dalam dan luar bangunan pantai serta kecepatan air lebih kecil dibandingkan daerah yang tak terlindungi bangunan pantai, akibatnya partikel air bergerak lebih cepat dan memberikan dorongan pada partikel air yang bergerak lebih lambat, sehingga terjadi pusaran di belakang bangunan pantai. Hasil simulasi arus memperlihatkan kesesuaian dengan Watanabe (1986). Adapun kecepatan maksimum model Watanabe (1986) adalah 22,6 cm/s Gambar 4.(b).

  Simulasi di Perairan Pulau Baai, Bengkulu Gambar 6 dan Gambar 8 menunjukkan pola arus hasil simulasi model selama 7 hari. Pola arus diperlihatkan untuk iklim musiman yaitu: monsun barat dan monsun timur. Arus maksimum terjadi sesaat setelah gelombang pecah kemudian kecepatannya semakin berkurang menuju garis pantai dan nol di garis pantai.

  Gambar 6 memperlihatkan pola arus musim barat yang bergerak sejajar pantai menuju barat daya. Di sebelah kiri alur (perairan pantai barat daya), kecepatan arus maksimum yang bergerak adalah 0,15 m/dt dan di sebelah kanan alur (perairan pantai timur laut) adalah 0,36 m/dt.

  Pola arus musim timur pada Gambar 8 memperlihatkan bahwa arus bergerak menuju timur laut yang memiliki kecepatan maksimum 0,18 m/dt di bagian kiri alur (perairan pantai barat daya) dan 0,27 m/dt di bagian kanan alur (perairan pantai timur laut).

Jurnal Geoaplika (2006) Volume 1, Nomor 2, hal. 079 – 090

  Volume Tersedimentasi (m ³ ) Volume Tererosi

  3 (Tabel 2).

  Nilai kuantitatif netto volume yang tersedimentasi dan tererosi dari hasil simulasi model transport sedimen belum dapat dijadikan informasi yang tepat. Hal ini karena asumsi-asumsi yang digunakan dalam perhitungan volume hanya melalui pendekatan perkalian tebal morfologi dasar _b

  ζ (sedimentasi atau

  erosi) dengan luasan daerah dalam tiap sel. Selain itu juga disebabkan oleh keterbatasan waktu perhitungan komputasi yang belum mewakili proses keadaan lapangan selama bertahun-tahun dan adanya campur tangan manusia dalam hal pengerukan perairan. Akan tetapi waktu simulasi selama 7 hari ini secara kualitatif telah dapat memberikan informasi mengenai pola erosi dan sedimentasi.

  Pola sedimentasi dan erosi saat monsun timur secara kualitatif bersesuaian dengan data lapangan PPGL (Arifin dkk., 2001). Data menunjukkan bahwa sedimentasi yang dominan terletak di pantai bagian barat daya dan erosi yang dominan terletak di pantai bagian timur laut (Gambar 12). Hal ini sesuai karena persentase arah gelombang tahunan lebih banyak didekati musim timur dibandingkan dengan musim barat.

  Tabel 2. Volume tersedimentasi dan tererosi

  (m ³ ) Netto (m ³ ) Pantai

  3

  Waktu Simulasi (hari) Musim Barat

  Musim Timur Musim Barat

  Musim Timur Musim Barat

  Musim Timur Bagian Barat Daya

  7 71,1 308,4 79,1 255,1 8,0 Tererosi 53,3

  Tersedimentasi Bagian Timur Laut 7 354,6 512,7 322,0 580,6

  32,6 Tersedimentasi 67,9 Tererosi

  , sedangkan di bagian timur laut didominasi erosi dengan netto volume 67,9 m

  Selain arus yang bergerak ke arah timur laut, ada juga arus yang membentuk arus olakan menuju tegak lurus pantai yang terjadi di bagian paling kiri pantai barat daya.

  Tabel 1. Magnitudo kecepatan arus di perairan pantai Pulau Baai hasil simulasi selama 7 hari Magnitudo Kecepatan Arus

  Musim Barat

  (m/dt) Iklim

  Musiman Bagian

  Barat Daya

  Bagian Mulut

  Alur Bagian

  Timur Laut

  0,15 0,28 0,36 Musim

  3 .

  Timur 0,18 0,47 0,27

  Verifikasi model arus ini dibandingkan dengan lapangan secara kualitatif. Berdasarkan laporan Nasrun dkk. (1996), pada monsun barat kecepatan rata-rata arus sejajar pantai kurang dari 0,6 knot (< 0,3 m/dt) yang bergerak menuju barat daya (Gambar 7). Sedangkan monsun timur kecepatan rata-rata arus sejajar pantai kurang dari 0,8 knot (< 0,4 m/dt) yang bergerak menuju timur laut (Gambar 9). Hal ini menunjukkan kesesuaian arah pergerakan arus sama dengan hasil simulasi yang terjadi pada musim barat maupun musim timur. Aplikasi model simulasi transport sedimen ditekankan pada pola erosi dan sedimentasi yang disimulasikan selama 7 hari. Adapun skenario penggambaran pola sedimentasi dan erosi terdiri dari 2 monsun yakni, monsun barat dan monsun timur (Gambar 10 dan Gambar 11).

  Pada daerah dekat pantai, terlihat bahwa pada pantai bagian barat daya, erosi lebih dominan dibandingkan sedimentasi dan pada bagian timur laut, daerah sedimentasi lebih dominan daripada erosi. Pada bagian tengah cekungan pantai timur laut terlihat sedimentasi terbesar (Gambar 10). Gambar

  11 menunjukkan bahwa di pantai bagian barat daya dominan tersedimentasi dan di bagian timur laut terjadi erosi. Pada bagian tengah cekungan pantai timur laut terjadi erosi dominan.

  Simulasi 7 hari pada monsun barat menunjukkan bahwa erosi terjadi di pantai bagian barat daya dengan netto volume 8 m

  3

  , sedangkan sedimentasi terjadi di bagian timur laut dengan netto volume 32,6 m

  Namun demikian terjadi sebaliknya pada monsun timur memperlihatkan bahwa di pantai bagian barat daya didominasi sedimentasi dengan netto volume 53,3 m

  Kesimpulan

  Koutitas, C. G., 1988.

  Principles of Fluid Flow and Surface Waves in Rivers, Estuaries, Seas, and Oceans

  van Rijn, L.C., 1990.

  Laporan Final Jasa Konsultasi dalam Bentuk Tenaga Ahli Perorangan untuk Pekerjaan Penelitian Masalah Sedimentasi di Pulau Baai Bengkulu .

  PT (Persero) Pelabuhan Indonesia II, 2002.

  Departemen Pertambangan dan Energi Direktorat Jenderal Geologi dan Sumberdaya Mineral, Pusat Penelitian dan Pengembangan Geologi Kelautan, Bandung.

  Sekitarnya, Bengkulu .

  Penyelidikan

Geologi dan Geofisika

dalam Pengelolaan, Pengembangan dan

Pemanfaatan Kawasan

Pulau Baai dan

  Situmorang, M., Noviadi, Y., Supriadi, Budiman, dan Hartono, 1996.

  ., Volume 75. Nasrun, S., Lubis, H. K.,

  Journal of

Geophysic, Res

  On the Longshore Currents generated by Obliquely Incident Sea Wave.

  Longuet-Higgins, M. S., 1970.

  . Pentech Press Limited, London.

  

Mathematical Models

in Coastal Engineering

  . University of Tokyo Press.

  Dari penelitian ini, maka dapat disimpulkan bahwa :

  Daftar Pustaka

  1. Model telah dapat mensimulasikan arus sejajar pantai dengan baik. Perbandingan model arus yang dibangun dengan model analitik Longuet-Higgins menunjukkan perbedaan sekitar 1,5 %, sedangkan dengan model Watanabe (Nasrun dkk., 1986) sebesar 0,5 %.

  2. Hasil simulasi model arus di perairan pantai memperlihatkan arah kecepatan arus yang cukup sesuai dengan data pengukuran PPGL (Nasrun dkk., 1996). Berdasarkan simulasi model, sirkulasi arus pada monsun barat bergerak ke barat daya dan pada monsun timur bergerak ke timur laut.

  3. Secara kualitatif, pola erosi dan sedimentasi simulasi model transport sedimen sesuai dengan pengukuran PPGL (Arifin dkk., 2001).

  4. Daerah yang tererosi hasil model transport sedimen berdasarkan skenario musim barat terlihat dominan di pantai bagian barat daya, sedangkan daerah sedimentasi dominan di bagian timur laut.