Chapter II Analisa Gelombang dan Angkutan Sedimen Sejajar Pantai di Pantai Cermin
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1
Pantai
Pantai secara umum diartikan sebagai batas antara wilayah yang bersifat
daratan dengan wilayah yang bersifat lautan. Pantai merupakan daerah di tepi
perairan yang dipengaruhi oleh air pasang tertinggi dan air pasang surut terendah
(Ramadhani,2013).
Daerah pantai sering juga disebut daerah pesisir atau wilayah
pesisir.Daerah pantai atau pesisir adalah suatu daratan beserta perairannya dimana
pada daerah tersebut masih dipengaruhi baik oleh aktivitas darat maupun oleh
aktivitas kelautan (Yuwono, 2005 dalam Ramadhani, 2013).
Beberapa definisi pantai dibagi dalam beberapa bagian daerah berkaitan
dengan karakteristik gelombang di daerah sekitar pantai (Triatmodjo, 1999),
diantaranya:
•
Coast, merupakan daratan pantai yang masih terpengaruh laut secara
langsung, misalnya pengaruh pasang surut, angin laut dan ekosistem
pantai ( hutan bakau,dll).
•
Swash zone, merupakan daerah yang dibatasi oleh garis batas tertinggi
naiknya gelombang dan batas terendah turunnya gelombang di pantai.
•
Surf zone, merupakan daerah yang terbentuk antara bagian dalam dan
gelombang pecah sampai batas naik-turunnya gelombang di pantai.
•
•
Breaker zone, merupakan daerah dimana terjadi gelombang pecah.
Off shore, adalah daerah dari gelombang (mulai) pecah sampai ke laut
lepas.
•
Fore shore, adalah daerah yang terbentang dari garis pantai pada saat surut
terendah sampai batas atau dari uprush pada saat air pasang tertinggi.
•
•
Inshore, adalah daerah antara offshore dan foreshore.
Backshore, adalah daerah yang dibatasi oleh foreshore dan garis pantai
yang terbentuk pada saat terjadi gelombang badai bersamaan dengan muka
air tertinggi
Gambar 2.1. Definisi Pantai berkaitan dengan karakteristik gelombang
disekitarnya(Triatmodjo, 1999)
2.1.1
Pantai Berlumpur
Pantai berlumpur terjadi di daerah pantai dimana terdapat banyak muara
sungai yang membawa sedimen suspensi dalam jumlah besar ke laut.Selain itu
kondisi gelombang di pantai tersebut relatif tenang sehingga tidak mampu
membawa sedimen tersebut ke laut lepas.Sedimen suspensi tersebut dapat
menyebar pada suatu daerah perairan yang luas sehingga membentuk pantai yang
luas, datar, dan dangkal.Kemiringan dasar laut/pantai sangat kecil.
Pada umumnya, sedimen yang berada di daerah pantai (perairan pantai,
muara sungai atau estuari, teluk) adalah sedimen kohesif dengan diameter butiran
sangat kecil, yaitu dalam beberapa mikron. Sifat-sifat sedimen lebih tergantung
pada gaya-gaya permukaan daripada gaya berat. Gaya-gaya permukaan tersebut
adalah gaya tarik dan gaya tolak. Apabila resultannya merupakan gaya tarik,
partikel akan berkumpul dan membentuk flukon dengan dimensi yang jauh lebih
besar daripada dimensi partikel individu. Fenomena ini disebut dengan
flukolasi.Sebagian besar sedimen yang terjadi di perairan pantai merupakan hasil
flukolasi sedimen kohesif (Triatmodjo, 1999).
2.2
Gelombang
Gelombang merupakan fenomena alam penaikan dan penurunan air secara
periodik dan dapat dijumpai disemua tempat di seluruh dunia. Beberapa definisi
gelombang antara lain :
•
Garrison (1993), mendeskripsikan tentang sebuah gelombang hingga kini
belum jelas dan akurat, oleh karena permukaan laut merupakan suatu
bidang yang kompleks dengan pola yang selalu berubah dan tidak stabil.
•
Gross (1993), mendefinisikan gelombang sebagai gangguan yang terjadi
dipermukaan air.
•
Svedrup et al (1946) mendefinisikan gelombang sebagai sesuatu yang
terjadi secara periodik terutama gelombang yang disebabkan oleh adanya
peristiwa pasang surut.
Gelombang dilaut dapat dibedakan menjadi beberapa macam, tergantung
pada gaya pembangkitnya antara lain yaitu:
• Gelombang angin yang dibangkitkan oleh tiupan angin dipermukaan laut
• Gelombang pasang surut dibangkitkan oleh gaya tarik benda-benda langit
• Gelombang tsunami terjadi karena letusan gunung atau gempa di laut
• Gelombang yang dibangkitkan oleh kapal, dan sebagainya.
Gelombang dapat menimbulkan energi untuk membentuk pantai,
menimbulkan arus dan transpor sedimen dalam arah tegak lurus dan sepanjang
pantai, serta menyebabkan
(Triatmodjo, 1999).
gaya-gaya yang bekerja pada bangunan pantai
Gambar 2.2. Sketsa Definisi Gelombang (Zakaria, 2009)
Gambar 2.2 menunjukkan suatu gelombang yang berada pada sistem
koordinat x-y. Gelombang menjalar pada arah sumbu x. Beberapa notasi yang
digunakan adalah:
h
: kedalaman laut (jarak antara muka air rerata dan dasar laut)
η
: fluktuasi muka air
H
: tinggi gelombang
L
: panjang gelombang, yaitu jarak antara dua gelombang yang berurutan
C
: kecepatan rambat gelombang = L/T
Selama penjalaran gelombang dari laut dangkal, orbit partikel mengalami
perubahan bentuk.Gambar 2.3 menunjukkan perubahan pergerakan zat cair pada
gelombang.Orbit perubahan partikel berbentuk lingkaran pada seluruh kedalaman
dilaut dalam.Dilaut transisi dan dangkal, lintasan partikel berbentuk elips.Semakin
besar kedalaman, bentuk elips semakin pipih, dan di dasar gerak partikel adalah
horizontal.
Gambar 2.3. Pergerakan partikel zat cair pada gelombang (Faiqun,2008)
Sebuah gelombang terdiri dari beberapa bagian antara lain :
a. Puncak gelombang (Crest) adalah titik tertinggi dari sebuah gelombang.
b. Lembah gelombang (Trough) adalah titik terendah gelombang, diantara
dua puncak gelombang.
c. Panjang gelombang (Wave length) adalah jarak mendatar antara dua
puncak gelombang atau antara dua buah gelombang.
d. Tinggi gelombang (Wave height) adalah jarak tegak antara puncak dan
lembah gelombang.
e. Periode gelombang (Wave period) adalah waktu yang diperlukan oleh dua
puncak gelombang yang berurutan untuk melalui satu titik.
Untuk aplikasi penelitian gelombang, diharuskan memilih sebuah tinggi
gelombang yang merupakan karakteristik dari kondisi laut.Yang digunakan oleh
para ahli oseanografi adalah tinggi gelombang signifikan atau H1/3, yaitu tinggi
gelombang rata-rata dari 1/3 gelombang yang tertinggi dari semua gelombang
yang terjadi dalam periode waktu tertentu.Dalam pencatatan gelombang terdapat
juga tinggi gelombang maksimum, Hmax. Prediksi Hmax untuk periode waktu
tertentu merupakan harga yang penting untuk desain bangunan.
2.2.1 Pergerakan Gelombang
Berdasarkan kedalamannya, gelombang yang bergerak mendekati pantai
dapat dibagi menjadi dua bagian yaitu gelombang laut dalam dan gelombang
permukaan.Gelombang laut dalam merupakan gelombang yang dibentuk dan
dibangun dari bawah kepermukaan. Sedangkan gelombang permukaan merupakan
gelombang yang terjadi antara batas dua media seperti batas air dan udara.
Gelombang permukaan terjadi karena adanya pengaruh angin. Peristiwa ini
merupakan peristiwa pemindahan energi angin menjadi energi gelombang
dipermukaan laut dan gelombang ini sendiri akan meneruskan energinya
kemolekul air. Gelombang akan menimbulkan riak dipermukaan air dan akhirnya
dapat berubah menjadi gelombang yang besar. Gelombang yang bergerak dari
zona laut lepas hingga tiba dizona dekat pantai (nearshore beach) akan melewati
beberapa zona.
Gelombang mula-mula terbentuk didaerah pembangkit (generated area),
selanjutnya gelombang-gelombang tersebut akan bergerak pada zona laut dalam
dengan panjang dan periode yang relative pendek. Setelah masuk kebadan
perairan dangkal, gelombang akan mengalami refraksi (pembelokan arah) akibat
topografi dasar laut yang menanjak sehingga sebagian kecepatan gelombang
menjadi berkurang periodenya semakin lama dan tingginya semakin bertambah,
gelombang kemudian akan pecah pada zona surf dengan melepaskan sejumlah
energinya dan naik kepantai (swash) dan setelah beberapa waktu kemudian
gelombang akan kembali turun (backswash) yang kecepatannya bergantung pada
kemiringan pantai (slope).
Pada zona surf terjadi angkutan sedimen karena arus sepanjang pantai
terjadi dengan baik. Pada kedalaman dimana gelombang tidak menyelesaikan
orbitalnya, gelombang akan semakin tinggi dan curam, dan akibatnya mulai
pecah. Tinggi maksimum gelombang diperairan dalam (deep water) terbatas pada
kecuraman gelombang maksimum untuk bentuk gelombang yang relative stabil.
Gelombang yang mencapai batas kecuraman (limited steepness)akan mulai pecah
yang mengakibatkan sebagian energinya hilang.
2.2.2 Pembangkitan Gelombang oleh Angin
Angin yang berhembus di atas permukaan air akan memindahkan
energinya ke air. Kecepatan angin akan menimbulkan tegangan pada permukaan
laut, sehingga permukaan air yang semula tenang akan terganggu dan timbul riak
gelombang kecil di atas permukaan air. Apabila kecepatan angin bertambah, riak
tersebut akan semakin besar, dan apabila angin berhembus terus akhirnya akan
terbentuk gelombang.
Angin yang bertiup diatas permukaan laut merupakan pembangkit utama
gelombang.Bentuk gelombang yang dihasilkan cenderung tidak menentu dan
bergantung pada beberapa sifat gelombang, periode dan tinggi dimana gelombang
dibentuk. Gelombang seperti ini disebut sea. Bentuk gelombang lain yang
disebabkan oleh angin adalah gelombang yang bergerak dengan jarak yang sangat
jauh sehingga semakin jauh meninggalkan daerah pembangkitnya, gelombang ini
tidak lagi dipengaruhi oleh angin. Gelombang ini akan lebih teratur dan jarak
yang ditempuh selama pergerakannya dapat mencapai ribuan mil. Jenis
gelombang ini disebut swell.
Tinggi gelombang rata-rata yang dihasilkan oleh angin merupakan fungsi
dari kecepatan angin, waktu dimana angin bertiup, dan jarak dimana angin bertiup
tanpa rintangan.Umumnya semakin kencang angin bertiup semakin besar
gelombang yang terbentuk dan pergerakan gelombang mempunyai kecepatan
yang tinggi sesuai dengan panjang gelombang yang besar. Gelombang yang
terbentuk dengan cara ini umumnya mempunyai puncak yang kurang curam jika
dibandingkan dengan tipe gelombang yang dibangkitkan dengan angin yang
berkecepatan kecil atau lemah.
Saat angin mulai bertiup, tinggi gelombang, kecepatan, panjang gelombang
seluruhnya cenderung berkembang dan meningkat sesuai dengan meningkatnya
waktu peniupan berlangsung. Jarak tanpa rintangan dimana angin bertiup
merupakan fetch yang sangat penting untuk digambarkan dengan membandingkan
gelombang yang terbentuk pada kolam air yang relatif lebih kecil seperti danau
dengan yang terbentuk di lautan bebas.
Di laut yang terbuka, gelombang yang dibangkitkan oleh angin mempunyai
kucuraman (H/L) sekitar 0,03-0,06. Secara umum, semakin besar perbedaan
kecepatan dan gelombang, semakin curam gelombangnya.Kecepatan gelombang
dilaut dalam tidak ada hubungannya dengan kecuraman gelombang, tetapi
panjang gelombangnya, semakin cepat gelombang berjalan.
Pertumbuhan gelombang yang tidak signifikan terjadi jika kecepatan angin
melebihi 1 m/s, kemudian gelombang curam yang kecil akan terbentuk dengan
meningkatnya kecepatan angin. Bahkan sampai angin mencapai kecepatan yang
konstan, gelombang terus tumbuh dengan kenaikan yang cepat sampai mencapai
ukuran dan panjang gelombang yang sebanding dengan 1/3 kecepatan angin.
Tinggi dan periode gelombang yang dibangkitkan dipengaruhi oleh angin
yang meliputi kecepatan angin U, lama hembus angin D, arah angin dan fetch F.
Fetch adalah daerah dimana kecepatan dan arah angin adalah konstan. Arah angin
masih bisa dianggap konstan apabila perubahannya tidak lebih dari 150.
Sedangkan kecepatan angin masih dianggap konstan jika perubahannya tidak
lebih dari 5 knot (2,5 m/d) terhadap kecepatan rerata. Fetch berpengaruh pada
periode dan tinggi gelombang yang dibangkitkan. Gelombang dengan periode
panjang akan terjadi jika fetch besar.
2.2.2.1 Distribusi Kecepatan Angin
Distribusi kecepatan angin diatas permukaan laut terbagi dalam tiga
daerah sesuai dengan elevasi diatas permukaan, yaitu daerah geostropik, berada
diatas 1000 m, kecepatan angin adalah konstan. Dibawah elevasi tersebut terdapat
dua daerah yaitu daerah Ekman yang berada pada elevasi 100 sampai 1000 m dan
daerah dimana tegangan konstan yang berada pada elevasi 10 sampai 100 m.
Dikedua daerah tersebut kecepatan dan arah angin berubah sesuai dengan elevasi,
karena adanya gesekkan dengan permukaan laut dan perbedaan temperatur antara
air dan udara.
2.2.2.2 Data Angin
Data angin yang digunakan untuk peramalan gelombang adalah data di
permukaan laut pada lokasi pembangkitan.Data tersebut dapat diperoleh dari
pengukuran langsung di atas permukaan laut atau pengukuran di darat di dekat
lokasi peramalan yang kemudian di konversi menjadi data angin di laut.
Penentuan tinggi gelombang dapat dilakukan dengan pengukuran langsung
dilapangan atau dengan menganalisa data angin yang ada.Pegukuran langsung di
lapangan biasanya kurang representatif karena dilakukan dalam jangka waktu
yang singkat. Jadi, analisa gelombang menggunakan data angin dinilai paling
baik, tetapi jangka waktu data angin harus tersedia minimal selama lima tahun.
Pengukuran data angin di permukaan laut adalah yang paling sesuai untuk
peramalan gelombang.
Jumlah data angin diolah dan disajikan dalam bentuk ringkasan atau
diagram yang disebut mawar angin (wind rose). Data tersebut dapat disajikan
dalam bentuk bulanan, tahunan atau untuk beberapa tahun pencatatan.Dengan
mawar angin tersebut maka karakteristik angin dapat dibaca dengan cepat.
Gambar 2.4. Mawar Angin (Wind Rose) (Triatmodjo, 1999)
2.2.2.3 Konversi Kecepatan Angin
Untuk mencari tinggi gelombang (H) dan periode gelombang (T) disuatu
tempat di laut, maka kita harus menghitung kecepatan angin di laut (UW). Nilai
kecepatan angin di darat (UL) harus ditransformasikan menjadi kecepatan angin di
laut dengan hubungan yang ada pada persamaan :
�� =
��
��
�
dimanaRL adalah faktor korelasi akibat perbedaan ketinggian.
(2.1)
Gambar 2.5. Grafik hubungan antara kecepatan angin di laut dan di darat
Peramalan gelombang berdasarkan pada kecepatan angin, lama hembus
angin, dan fetch serta hubungan fetch (F) dan faktor tegangan angin (UA)
1,23
�� = 0,71��
(2.2)
Untuk meramalkan tinggi dan periode gelombang harus dihubungkan
dengan nilai �� dan fetch yang dapat diplotkan pada grafik peramalan gelombang
seperti pada Gambar 2.5.
Grafik tersebut adalah grafik peramalan gelombang, dengan absis x adalah
besarnya panjang fetch dalam kilometer (km) dan ordinat y merupakan nilai faktor
tegangan angin (wind stress factor �� ) dalam m/dt. Dengan menggunakan grafik
tersebut maka diperoleh :
•
Nilai tinggi gelombang (significant H)
Ditunjukkan oleh garis tegas yang tebal. Untuk mengetahui nilai tinggi
gelombang maka nilai panjang fetch dan faktor tegangan angin diplotkan
hingga bertemu pada satu titik. Kemudian dibuat garis sejajar dari titik
tersebut dengan garis tegas yang tebal yang menyatakan nilai tinggi
gelombang. Perhitungan interpolasi perlu dilakukan jika garis sejajar yang
dibuat dari titik pertemuan nilai fetch dan faktor tegangan angin tidak
berada tepat pada garis yang menunjukkan nilai tinggi gelombang.
•
Periode gelombang (Peak spectral Period)
Ditunjukkan oleh garis tegas yang tipis. Ditentukan dengan cara
memplotkan nilai fetch dan faktor tegangan angin pada grafik hingga
bertemu pada satu titik. Kemudian dibuat garis sejajar dari titik tersebut
dengan garis tegas yang tipis yang menyatakan nilai periode
gelombang.Perhitungan interpolasi juga dilakukan jika garis sejajar yang
dibuat tidak berada tepat pada garis yang menunjukkan nilai periode
gelombang.
•
Durasi gelombang (Minimum Duration), ditunjukkan oleh garis putusputus
Cara analitis juga dapat digunakan untuk peramalan gelombang dengan
menggunakan metode SMB.Metode SMB dikemukakan oleh Svedrup, Munk dan
Bretchsneider pada tahun 1958.Hasil peramalan gelombang ini berupa tinggi
gelombang signifikan dan periode gelombang. Formulasi metode SMB adalah
sebagai berikut :
•
Untuk kondisi fetch limited
��� 0
��2
���
��
��
��2
=
1�
2
−3 ��
1,6�10 �� 2 �
�
��
1�
3
= 2,857�10−1 �� 2 �
��
= 6,88 � �� 2 �
�
1�
3
�
(2.3)
(2.4)
(2.5)
•
Untuk kondisi fully developed
��� 0
��2
���
��
•
��
��2
= 2,433�10−1
(2.6)
= 8,134
(2.7)
= 7,15�104
(2.8)
Untuk kondisi shallow water wave
��
� = 0,283����ℎ �0,53 �� 2 ��
�
��
� = 7,54����ℎ �0,833 �� 2 ��
�
3�
4
3�
8
� tanh �
��
0,00565 � 2 �
��
1�
2
3�
4
��
��� ℎ�0,53� 2 ��
��
� tanh �
��
0,00379 � 2 �
��
�
1�
3
3�
8
��
��� ℎ�0,833� 2 ��
��
�
� �
��2
(2.9)
��2
(2.10)
�
�
dimana F adalah panjang fetch efektif; g adalah percepatan grafitasi (g=9,81
m/det2); Hm0 adalah tinggi gelombang hasil peramalan (m); Tm adalah periode
gelombang puncak (det); UA adalah kecepatan angin yang sudah dikoreksi (m/det)
; T adalah lama angin berhembus (det).
Selain tinggi dan periode gelombang, parameter gelombang yang penting
lainnya adalah tinggi gelombang pecah (Hb) yang dihitung dengan menggunakan
persamaan sebagai berikut :
�� = �� . ℎ�
(2.11)
dimana�� adalah indeks gelombang pecah; ℎ� adalah kedalaman air pada saat
gelombang pecah (m).
Untuk laut akan didapat perbandingan antara tinggi gelombang dan
kedalaman air (breaker indeks �� ) sekitar 0,78 sehingga Persamaan 2.11 dapat
ditullis menjadi :
ℎ� =
��
(2.12)
0,78
Terdapat parameter �� yang belum diketahui nilainya, maka untuk mencari nilai
�� digunakan persamaan lain seperti berikut ini :
���
= �. ��
= �. �
��
.�
�.��
2�
�
� �
0,78
cos �0
�� = �. �� . ��
cos � �
cos �0
cos � �
.�
(2.13)
dimana H adalah tinggi gelombang (m); g adalah percepatan grafitasi (g=9,81
m/det2); �0 sudut awal gelombang datang; �� adalah sudut datang gelombang
pecah.
2.3
Fetch
Didalam tinjauan pembangkitan gelombang di laut, fetch dibatasi oleh
bentuk daratan yang mengelilingi laut. Di daerah pembentukan gelombang,
gelombang tidak hanya dibangkitkan dalam arah yang sama dengan arah angin
tetapi juga dalam berbagai sudut terhadap arah angin. Fetch rerata efektif dapat
ditentukan dengan persamaan :
���� =
∑ � � cos �
∑ cos �
(2.14)
dimana ���� adalah fetch rerata efektif (m); �� adalah panjang segmen fetch yang
diukur dari titik observasi gelombang ke ujung akhir fetch; �adalah deviasi pada
kedua sisi dari arah angin, dengan menggunakan pertambahan 60 sampai sudut
sebesar 420 pada kedua sisi dari arah angin.
Gambar 2.6. Fetch (Triatmodjo, 1999)
Gambar 2.7. Grafik peramalan gelombang (Triatmodjo,1999)
2.4
Sedimen Pantai
Sedimen pantai adalah partikel-partikel
yang berasal dari hasil
pembongkaran batuan-batuan dari daratan dan potongan-potongan kulit (shell)
serta sisa-sisa rangka organisme laut. Tidaklah mengherankan jika ukuran
partikel-partikel ini sangat ditentukan oleh sifat-sifat fisik organisme laut tersebut
dan akibatnya sedimen yang terdapat pada berbagai tempat di dunia mempunyai
sifat-sifat fisik yang sangat berbeda satu sama lain.
Keseimbangan antara sedimen yang dibawa sungai dengan kecepatan
pengangkutan sedimen di muara sungai akan menentukan berkembangnya dataran
pantai. Apabila jumlah sedimen yang di bawa ke laut dapat segera diangkut oleh
ombak dan arus laut, maka pantai akan dalam keadaan stabil. Sebaliknya, apabila
jumlah
sedimen
melebihi
kemampuan
ombak
dan
arus
laut
dalam
pengangkutannya, maka dataran pantai akan bertambah.
Sifat-sifat sedimen adalah sangat penting didalam mempelajari proses
erosi dan sedimentasi. Sifat sedimen yang paling mendasar adalah ukuran dan
bentuknya, setelah itu densitas, kecepatan jatuh, dan lain-lain.
Pengangkutan atau pergerakan sedimen pantai adalah gerakan sedimen
didaerah pantai yang disebabkan oleh gelombang dan arus. Sedimen dapat
diangkut dengan 3 cara:
•
Suspension, umumnya terjadi pada sedimen-sedimen yang sangat kecil
ukurannya (seperti lempung) sehingga mampu diangkut oleh aliran air
atau angin yang ada.
•
Bedload, terjadi pada sedimen yang relatif lebih besar (seperti
pasir,kerikil,kerakal,bongkahan) sehingga gaya yang ada pada aliran yang
bergerak dapat berfungsi memindahkan partikel-partikel yang besar di
dasar. Gerakan-gerakan
tersebut bisa menggelinding, menggeser, atau
bahkan bisa mendorong sedimen satu dengan yang lainnya.
•
Saltation, umumnya terjadi pada sedimen berukuran pasir dimana aliran
fluida yang ada mampu menghisap dan mengangkut sedimen pasir
tersebut kedasar.
Di kawasan pantai terdapat dua arah pengangkutan sedimen, yaitu:
•
Pergerakan sedimen tegak lurus pantai (crosshore sediment transport)
Pengangkutan sedimen tegak lurus pantai dapat dilihat pada bentuk pantai
(kemiringan
pantai).Secara
penampakan
geomorfologi,
proses
pengangkutan sedimen tegak lurus pantai biasanya terjadi di teluk.
•
Pengangkutan sedimen sepanjang pantai (longshore sediment transport)
Sering juga disebut pengangkutan sedimen sejajar pantai (littoral sediment
transport) atau longshore sediment transport. Proses ini biasanya terjadi di
pantai yang berbatasan dengan samudra dan merupakan proses yang
penting karena berdampak sangat besar terhadap struktur yang dibuat
manusia misalnya jetty atau groin.
2.4.1 Karakteristik Sedimen Daerah Pantai
Di sungai, daerah muara, dan garis pantai, pergerakan sedimen dapat
terlihat pada erosi atau akresi pada kedua area lokal dan banyak lagi pada daerah
geografis yang lebih luas.Hal ini dapat terjadi dalam skala waktu beberapa jam
(akibat dari badai dan banjir), dalam beberapa bulan dan tahun (akibat dari musim
gelombang dan arus), selama beberapa dekade dan dari faktor luar (akibat dari
iklim dan alam dan campur tangan manusia).Fasilitas-fasilitas penting buatan
manusia dapat terganggu atau hancur karena pengendapan sedimen, contohnya
penurunan kapasitas waduk, menghalangi pintu masuk operasi pelabuhan dan
menutup atau mengubah jalur sungai.Erosi atau penggerusan dapat merusak
struktur pada atau di dalam sungai dan garis pantai.
Secara sederhana, ukuran pasir dan batu kerikil telah dikelompokkan
berdasarkan skala Wenthworth. Pasir sangat halus (0.0625 – 0.037 mm), halus
(0.037 – 0.25 mm), sedang (0.25 – 0.5 mm), kasar (0.5 – 1 mm) dan sangat kasar
(1 – 2 mm). Material yang ukurannya lebih besar didefinisikan sebagai batu
kerikil, yang dibagi menjadi glanular (2 – 4 mm), batu kerikil (4- 64 mm), cobble
(64 – 256 mm), dan boulder (>256 mm).Kerikil bulat, dari sejumlah besar pantai
Inggris, disebut sebagai sirap (shingle).
Ada beberapa sifat fisik pasir dan kerikil pantai yang penting dalam studi
angkutan sedimen pantai. Yang pertama adalah massa jenis sedimen (�� ),
biasanya 2650 kg/m3 untuk kuarsa. Sisanya dilihat dari keadaan pantai yang
terdiri dari campuran bahan pantai , diselingi dengan rongga (void) yang dapat di
isi dengan udara atau air. Jadi, bulk density (�� ),di definisikan sebagai massa
dari campuran /volume campuran , porositas (p� ), sebagai volume udara atau air /
volume campuran, biasanya sekitar 0.4 untuk pasir pantai, rasio rongga,(�)
sebagai volume udara atau air / volume butir dan sudut (∅) pada saat butiran
mulai bergulir,biasanya mulai 32o di udara. Dalam air berkurang menjadi 28o.
Ukuran material pada setiap pantai tertentu biasanya akan terdiri dari
berbagai ukuran butir, sehingga diperlukan standard practice untuk mengukur
distribusi ukuran butir dengan analisis saringan dengan presentase berat material
melewati berbagai ukuran saringan yang diplot terhadap ukuran partikel. Ukuran
median dilambangkan dengan �50 , mewakili dari 50 persen dari butiran dengan
massa yang lebih halus. Sebaran ukuran sering ditunjukkan oleh nilai-nilai �84 dan
�16 . Sebuah sampel yang baik adalah terdapat perbedaan ukuran yang kecil antar
�
butiran (�85 < 2 ), sedangkan sampel tercampur memiliki berbagai macam ukuran
16
�
(�85 < 16 ).
16
2.5
Angkutan Sedimen Sepanjang Pantai (Longshore Sedimen Transport)
Angkutan sedimen sepanjang pantai terdiri dari dua komponen, yaitu
pergerakan sedimen dalam bentuk mata gergaji di garis pantai dan transpor
sepanjang pantai di surf zone. Pada waktu gelombang menuju pantai dengan
membentuk sudut terhadap garis pantai maka gelombang tersebut akan naik ke
pantai (uprush) yang juga membentuk sudut. Massa air yang naik tersebut
kemudian turun lagi dalam arah tegak lurus pantai.Gerak air tersebut membentuk
lintasan seperti mata gergaji, yang disertai dengan terangkutnya sedimen dalam
arah sepanjang pantai.Komponen kedua adalah transpor sedimen yang
ditimbulkan oleh arus sepanjang pantai yang dibangkitkan oleh gelombang
pecah.Transpor sedimen ini terjadi di surf zone.
Gambar 2.8.Transpor sedimen sepanjang pantai (Triatmodjo,1999)
Transpor sedimen sepanjang pantai banyak menyebabkan permasalahan
seperti pendangkalan di pelabuhan, erosi pantai dan sebagainya.Oleh karena itu
prediksi transpor sedimen sepanjang pantai adalah sangat penting. Beberapa cara
yang biasanya digunakan untuk memprediksi transpor sedimen adalah sebagai
berikut:
a. Cara terbaik untuk memperkirakan transpor sedimen sepanjang pantai
pada suatu tempat adalah mengukur debit sedimen dilokasi yang ditinjau.
b. Peta atau pengukuran yang menunjukkan perubahan elevasi dasar dalam
suatu periode tertentu dapat memberikan petunjuk tentang angkutan
sedimen. Cara ini terutama baik apabila didaerah yang ditinjau terdapat
bangunan yang bisa menangkap transpor sedimen sepanjang pantai,
misalnya groin, pemecah gelombang suatu pelabuhan, dan sebagainya.
c. Rumus empiris yang didasarkan pada kondisi gelombang didaerah yang
ditinjau.
Distribusi transpor sedimen pada lebar surf zone, dimana transpor sedimen
terjadi, tidak dapat diketahui. Hal ini menyebabkan terbatasnya pemakaian rumus
tersebut pada pantai yang mempunyai groin pendek. Selain itu rumus CERC tidak
memperhitungkan sifat-sifat sedimen dasar. Rumus tersebut diturunkan untuk
pantai yang terdiri dari pasir agak seragam dengan diameter rerata bervariasi dari
0,175 sampai 1 mm. oleh karena itu rumus tersebut bisa digunakan untuk pantai
lain yang memiliki sedimen dengan sifat serupa.
2.5.1
Metode Fluks Energi
Pendekatan fluks energy didasarkan pada prinsip laju berat terendam
transport sedimen sejajar pantai, ��� sebanding dengan kekuatan gelombang sejajar
pantai per satuan panjang pantai., ��� . Rumus yang paling banyak digunakan
dalam ketegori ini umumnya dikenal sebagai persamaan CERC (US Army Corps
of Engineers 1984).
Di daerah pantai berlumpur hubungan antara pergerakan sedimen dengan
komponen flux energi sepanjang pantai mempunyai bentuk seperti yang
ditunjukkan Persamaan 2.15
��� =
��
8
� 2 �� sin �� cos ��
(2.15)
dimana��� adalah komponen fluks energy gelombang sepanjang pantai saat pecah
(tm/hari/m); �� adalah tinggi gelombang pecah (m); �� cepat rambat gelombang
pecah (m/det); �� adalah sudut datang gelombang pecah; ρ adalah massa jenis air
laut (ρ= 1030kg/m3); g adalah percepatan grafitasi (g=9,81 m/det).
Untuk jumlah angkutan sedimen sepanjang pantai pada daerah surf zone
ditunjukkan dalam persamaan 2.16.
��� =
���
I′
(2.16)
dengan
��� = � ∗ ���
(2.17)
dan
I′ =
(ρ s −ρ)∗g
1+e
(2.18)
dimanaQls adalah angkutan sedimen sejajar pantai (m3/tahun); ρs adalah massa
jenis sedimen (ρ = 2650 kg/m3); � ′ adalah parameter tak berdimensi; K adalah
konstanta ; e adalah angka pori (e=0.5).
Perlu dicatat bahwa untuk gelombang acak, pemilihan tinggi gelombang
yang digunakan dalam rumus CERC (�� atau ���� ) harus dihubungkan dengan
nilai K atau kesalahpahaman dapat terjadi, karena beberapa sumber menggunakan
H tanpa merinci �� atau ���� . Untuk gelombang acak yang mengikuti distribusi
Reyleigh, nilai K untuk ���� adalah dua kali nilai Kuntuk �� . Nilai K yang
diusulkan dalam Shore Protection Manual (US Army Corps of Engineers, 1984)
adalah 0.77 untuk sedimen jenis pasir jika digunakan ���� atau 0.39 jika
digunakan gelombang signifikan �� .
Penelitian terbaru dari Schoonees dan Theron (1993,1994) berdasarkan 46
titik data lapangan, menunjukkan kesesuaian yang sangat baik (best fit) antara
data dengan persamaan fluks energi gelombang (berdasarkan �� ). Untuk
�50 < 1.0 mm, laju transport massa sedimen terendam adalah :
��� = 0.41 ���
(2.19)
Nilai K = 0.82 pada persamaan tersebut jika menggunakan ���� .
2.5.2
Metode Dimensional Analysis
Analisis dimensi terhadap laju sedimen total dalam zona gelombang pecah
dengan melibatkan pengaruh perioda gelombang (T) kemiringan pantai (α) dan
ukuran median butir sedimen (D50).
Lebih lanjut Schooness dan Theron (1996) menganalisa lebih banyak data
(123 titik data) dan menyimpulkan:
3
��� = 6,3433����� ℎ��� (� ���ℎ��)
(2.20)
Dimana
1
����� ℎ��� = (1−�)�
�
� ��
1
0.25
2
0.75
�1.25
�� �
0 ��� (tan �)
50
(sin 2�� )0.6
(2.21)
dimana Qls adalah angkutan sedimen sejajar pantai (m3/tahun); ρ adalah massa
jenis air laut (ρ = 1030 kg/m3); ρs adalah massa jenis sedimen (ρs = 2650 kg/m3); �
adalah porositas (� = 0,5); �� adalah perioda gelombang (�� = 4,4 dtk); L0 adalah
panjang gelombang (m); D50 adalah diameter median partikel sedimen (mm).
2.5.3
Metode Integral
Angkutan sedimen sepanjang garis pantai dapat ditentukan dengan
mengintegrasikan rumus semi empiris sedimen fluks terhadap lebar dari zona
pergerakan. Integrasi dari rumus semi empiris sedimen fluks ditunjukkan pada
persamaan berikut ini :
�
�0 = �� ∫� � �̅ �� ℎ ��
�
(2.22)
dimana�0 adalah jumlah angkutan sedimen sepanjang pantai (kg/det); �� adalah
konstanta proporsional (�� =1);�̅ adalah konsentrasi sedimen rata-rata (kg/det);��
adalah kecepatan arus sepanjang pantai (m/det); h adalah kedalaman air (m); yb
adalah jarak dari garis pantai menuju titik gelombang pecah (m); yo adalah jarak
dari garis pantai menuju daerah offshore terminus (m); dy
koordinat y.
adalah interval
Pada persamaan diatas, rumusan yang digunakan untuk mengetahui
jumlah angkuatan sedimen sepanjang pantai pada daerah offshore. Kecepatan arus
sepanjang pantai (Ux) diselesaikan dengan menggunakan metode LonguetHiggins . Untuk konsentrasi sedimen rata-rata yang terjadi didaerah offshore (�̅ )
dapat dianalisa dengan menggunakan persamaan berikut ini :
�̅ = ��̅ exp(−�� (� − �� )) ;
y ≥ ��
(2.23)
dimana��̅ adalah konsentrasi rata-rata didaerah surfzone (kg/det); �� adalah
konstanta berdimensi.
Nilai �� ditetapkan 1.5 x 10-3 berdasarkan studi di Pantai Punggur yang
mempunyai karakteristik pantai berlumpur sama seperti karakteristik tempat studi
(Tarigan,2002).
2.5.3.1 Metode Longuet Higgins
Dalam menghitung jumlah angkutan sedimen di daerah lepas pantai
(offshore),
Longuet-Higgins memberikan solusi dalam perhitungan kecepatan
arus (Ux) yang mempunyai hubungan terhadap jarak dari garis pantai (y) dan
kedalaman air (h). Longuet-Higgins (dalam Tarigan, 2002) menerapkan konsep
tegangan radiasi untuk persamaan gerak sampai terjadinya arus sejajar pantai yang
maksimum pada daerah pecahnya gelombang (Uxb). Nilai Uxb dapat dihitung
dengan persamaan berikut :
��� =
5� ��
8 ��
��ℎ� sin ��
(2.24)
dimana α adalah konstanta yang telah ditetapkan (α = 0,4); m adalah kemiringan
dasar pantai(m = 0,02); �� adalah faktor gesekan dasar laut; ℎ� adalah kedalaman
air pada daerah gelombang pecah; �� adalah sudut antara gelombang pecah
dengan garis pantai normal.
Faktor gesekan dasar laut dihitung dengan menggunakan persamaan berikut :
�� = �1.742 + 2 ���10 (
−2
��
)�
0.001
(2.25)
Longuet-Higgins juga memberikan rumusan terhadap profil kecepatan
sepanjang pantai dalam variabel tidak berdimensi, yaitu:
Ũ� = �ỹ + �1 ỹ�1 ,
Ũ� = �1 ỹ�2
0
TINJAUAN PUSTAKA
2.1
Pantai
Pantai secara umum diartikan sebagai batas antara wilayah yang bersifat
daratan dengan wilayah yang bersifat lautan. Pantai merupakan daerah di tepi
perairan yang dipengaruhi oleh air pasang tertinggi dan air pasang surut terendah
(Ramadhani,2013).
Daerah pantai sering juga disebut daerah pesisir atau wilayah
pesisir.Daerah pantai atau pesisir adalah suatu daratan beserta perairannya dimana
pada daerah tersebut masih dipengaruhi baik oleh aktivitas darat maupun oleh
aktivitas kelautan (Yuwono, 2005 dalam Ramadhani, 2013).
Beberapa definisi pantai dibagi dalam beberapa bagian daerah berkaitan
dengan karakteristik gelombang di daerah sekitar pantai (Triatmodjo, 1999),
diantaranya:
•
Coast, merupakan daratan pantai yang masih terpengaruh laut secara
langsung, misalnya pengaruh pasang surut, angin laut dan ekosistem
pantai ( hutan bakau,dll).
•
Swash zone, merupakan daerah yang dibatasi oleh garis batas tertinggi
naiknya gelombang dan batas terendah turunnya gelombang di pantai.
•
Surf zone, merupakan daerah yang terbentuk antara bagian dalam dan
gelombang pecah sampai batas naik-turunnya gelombang di pantai.
•
•
Breaker zone, merupakan daerah dimana terjadi gelombang pecah.
Off shore, adalah daerah dari gelombang (mulai) pecah sampai ke laut
lepas.
•
Fore shore, adalah daerah yang terbentang dari garis pantai pada saat surut
terendah sampai batas atau dari uprush pada saat air pasang tertinggi.
•
•
Inshore, adalah daerah antara offshore dan foreshore.
Backshore, adalah daerah yang dibatasi oleh foreshore dan garis pantai
yang terbentuk pada saat terjadi gelombang badai bersamaan dengan muka
air tertinggi
Gambar 2.1. Definisi Pantai berkaitan dengan karakteristik gelombang
disekitarnya(Triatmodjo, 1999)
2.1.1
Pantai Berlumpur
Pantai berlumpur terjadi di daerah pantai dimana terdapat banyak muara
sungai yang membawa sedimen suspensi dalam jumlah besar ke laut.Selain itu
kondisi gelombang di pantai tersebut relatif tenang sehingga tidak mampu
membawa sedimen tersebut ke laut lepas.Sedimen suspensi tersebut dapat
menyebar pada suatu daerah perairan yang luas sehingga membentuk pantai yang
luas, datar, dan dangkal.Kemiringan dasar laut/pantai sangat kecil.
Pada umumnya, sedimen yang berada di daerah pantai (perairan pantai,
muara sungai atau estuari, teluk) adalah sedimen kohesif dengan diameter butiran
sangat kecil, yaitu dalam beberapa mikron. Sifat-sifat sedimen lebih tergantung
pada gaya-gaya permukaan daripada gaya berat. Gaya-gaya permukaan tersebut
adalah gaya tarik dan gaya tolak. Apabila resultannya merupakan gaya tarik,
partikel akan berkumpul dan membentuk flukon dengan dimensi yang jauh lebih
besar daripada dimensi partikel individu. Fenomena ini disebut dengan
flukolasi.Sebagian besar sedimen yang terjadi di perairan pantai merupakan hasil
flukolasi sedimen kohesif (Triatmodjo, 1999).
2.2
Gelombang
Gelombang merupakan fenomena alam penaikan dan penurunan air secara
periodik dan dapat dijumpai disemua tempat di seluruh dunia. Beberapa definisi
gelombang antara lain :
•
Garrison (1993), mendeskripsikan tentang sebuah gelombang hingga kini
belum jelas dan akurat, oleh karena permukaan laut merupakan suatu
bidang yang kompleks dengan pola yang selalu berubah dan tidak stabil.
•
Gross (1993), mendefinisikan gelombang sebagai gangguan yang terjadi
dipermukaan air.
•
Svedrup et al (1946) mendefinisikan gelombang sebagai sesuatu yang
terjadi secara periodik terutama gelombang yang disebabkan oleh adanya
peristiwa pasang surut.
Gelombang dilaut dapat dibedakan menjadi beberapa macam, tergantung
pada gaya pembangkitnya antara lain yaitu:
• Gelombang angin yang dibangkitkan oleh tiupan angin dipermukaan laut
• Gelombang pasang surut dibangkitkan oleh gaya tarik benda-benda langit
• Gelombang tsunami terjadi karena letusan gunung atau gempa di laut
• Gelombang yang dibangkitkan oleh kapal, dan sebagainya.
Gelombang dapat menimbulkan energi untuk membentuk pantai,
menimbulkan arus dan transpor sedimen dalam arah tegak lurus dan sepanjang
pantai, serta menyebabkan
(Triatmodjo, 1999).
gaya-gaya yang bekerja pada bangunan pantai
Gambar 2.2. Sketsa Definisi Gelombang (Zakaria, 2009)
Gambar 2.2 menunjukkan suatu gelombang yang berada pada sistem
koordinat x-y. Gelombang menjalar pada arah sumbu x. Beberapa notasi yang
digunakan adalah:
h
: kedalaman laut (jarak antara muka air rerata dan dasar laut)
η
: fluktuasi muka air
H
: tinggi gelombang
L
: panjang gelombang, yaitu jarak antara dua gelombang yang berurutan
C
: kecepatan rambat gelombang = L/T
Selama penjalaran gelombang dari laut dangkal, orbit partikel mengalami
perubahan bentuk.Gambar 2.3 menunjukkan perubahan pergerakan zat cair pada
gelombang.Orbit perubahan partikel berbentuk lingkaran pada seluruh kedalaman
dilaut dalam.Dilaut transisi dan dangkal, lintasan partikel berbentuk elips.Semakin
besar kedalaman, bentuk elips semakin pipih, dan di dasar gerak partikel adalah
horizontal.
Gambar 2.3. Pergerakan partikel zat cair pada gelombang (Faiqun,2008)
Sebuah gelombang terdiri dari beberapa bagian antara lain :
a. Puncak gelombang (Crest) adalah titik tertinggi dari sebuah gelombang.
b. Lembah gelombang (Trough) adalah titik terendah gelombang, diantara
dua puncak gelombang.
c. Panjang gelombang (Wave length) adalah jarak mendatar antara dua
puncak gelombang atau antara dua buah gelombang.
d. Tinggi gelombang (Wave height) adalah jarak tegak antara puncak dan
lembah gelombang.
e. Periode gelombang (Wave period) adalah waktu yang diperlukan oleh dua
puncak gelombang yang berurutan untuk melalui satu titik.
Untuk aplikasi penelitian gelombang, diharuskan memilih sebuah tinggi
gelombang yang merupakan karakteristik dari kondisi laut.Yang digunakan oleh
para ahli oseanografi adalah tinggi gelombang signifikan atau H1/3, yaitu tinggi
gelombang rata-rata dari 1/3 gelombang yang tertinggi dari semua gelombang
yang terjadi dalam periode waktu tertentu.Dalam pencatatan gelombang terdapat
juga tinggi gelombang maksimum, Hmax. Prediksi Hmax untuk periode waktu
tertentu merupakan harga yang penting untuk desain bangunan.
2.2.1 Pergerakan Gelombang
Berdasarkan kedalamannya, gelombang yang bergerak mendekati pantai
dapat dibagi menjadi dua bagian yaitu gelombang laut dalam dan gelombang
permukaan.Gelombang laut dalam merupakan gelombang yang dibentuk dan
dibangun dari bawah kepermukaan. Sedangkan gelombang permukaan merupakan
gelombang yang terjadi antara batas dua media seperti batas air dan udara.
Gelombang permukaan terjadi karena adanya pengaruh angin. Peristiwa ini
merupakan peristiwa pemindahan energi angin menjadi energi gelombang
dipermukaan laut dan gelombang ini sendiri akan meneruskan energinya
kemolekul air. Gelombang akan menimbulkan riak dipermukaan air dan akhirnya
dapat berubah menjadi gelombang yang besar. Gelombang yang bergerak dari
zona laut lepas hingga tiba dizona dekat pantai (nearshore beach) akan melewati
beberapa zona.
Gelombang mula-mula terbentuk didaerah pembangkit (generated area),
selanjutnya gelombang-gelombang tersebut akan bergerak pada zona laut dalam
dengan panjang dan periode yang relative pendek. Setelah masuk kebadan
perairan dangkal, gelombang akan mengalami refraksi (pembelokan arah) akibat
topografi dasar laut yang menanjak sehingga sebagian kecepatan gelombang
menjadi berkurang periodenya semakin lama dan tingginya semakin bertambah,
gelombang kemudian akan pecah pada zona surf dengan melepaskan sejumlah
energinya dan naik kepantai (swash) dan setelah beberapa waktu kemudian
gelombang akan kembali turun (backswash) yang kecepatannya bergantung pada
kemiringan pantai (slope).
Pada zona surf terjadi angkutan sedimen karena arus sepanjang pantai
terjadi dengan baik. Pada kedalaman dimana gelombang tidak menyelesaikan
orbitalnya, gelombang akan semakin tinggi dan curam, dan akibatnya mulai
pecah. Tinggi maksimum gelombang diperairan dalam (deep water) terbatas pada
kecuraman gelombang maksimum untuk bentuk gelombang yang relative stabil.
Gelombang yang mencapai batas kecuraman (limited steepness)akan mulai pecah
yang mengakibatkan sebagian energinya hilang.
2.2.2 Pembangkitan Gelombang oleh Angin
Angin yang berhembus di atas permukaan air akan memindahkan
energinya ke air. Kecepatan angin akan menimbulkan tegangan pada permukaan
laut, sehingga permukaan air yang semula tenang akan terganggu dan timbul riak
gelombang kecil di atas permukaan air. Apabila kecepatan angin bertambah, riak
tersebut akan semakin besar, dan apabila angin berhembus terus akhirnya akan
terbentuk gelombang.
Angin yang bertiup diatas permukaan laut merupakan pembangkit utama
gelombang.Bentuk gelombang yang dihasilkan cenderung tidak menentu dan
bergantung pada beberapa sifat gelombang, periode dan tinggi dimana gelombang
dibentuk. Gelombang seperti ini disebut sea. Bentuk gelombang lain yang
disebabkan oleh angin adalah gelombang yang bergerak dengan jarak yang sangat
jauh sehingga semakin jauh meninggalkan daerah pembangkitnya, gelombang ini
tidak lagi dipengaruhi oleh angin. Gelombang ini akan lebih teratur dan jarak
yang ditempuh selama pergerakannya dapat mencapai ribuan mil. Jenis
gelombang ini disebut swell.
Tinggi gelombang rata-rata yang dihasilkan oleh angin merupakan fungsi
dari kecepatan angin, waktu dimana angin bertiup, dan jarak dimana angin bertiup
tanpa rintangan.Umumnya semakin kencang angin bertiup semakin besar
gelombang yang terbentuk dan pergerakan gelombang mempunyai kecepatan
yang tinggi sesuai dengan panjang gelombang yang besar. Gelombang yang
terbentuk dengan cara ini umumnya mempunyai puncak yang kurang curam jika
dibandingkan dengan tipe gelombang yang dibangkitkan dengan angin yang
berkecepatan kecil atau lemah.
Saat angin mulai bertiup, tinggi gelombang, kecepatan, panjang gelombang
seluruhnya cenderung berkembang dan meningkat sesuai dengan meningkatnya
waktu peniupan berlangsung. Jarak tanpa rintangan dimana angin bertiup
merupakan fetch yang sangat penting untuk digambarkan dengan membandingkan
gelombang yang terbentuk pada kolam air yang relatif lebih kecil seperti danau
dengan yang terbentuk di lautan bebas.
Di laut yang terbuka, gelombang yang dibangkitkan oleh angin mempunyai
kucuraman (H/L) sekitar 0,03-0,06. Secara umum, semakin besar perbedaan
kecepatan dan gelombang, semakin curam gelombangnya.Kecepatan gelombang
dilaut dalam tidak ada hubungannya dengan kecuraman gelombang, tetapi
panjang gelombangnya, semakin cepat gelombang berjalan.
Pertumbuhan gelombang yang tidak signifikan terjadi jika kecepatan angin
melebihi 1 m/s, kemudian gelombang curam yang kecil akan terbentuk dengan
meningkatnya kecepatan angin. Bahkan sampai angin mencapai kecepatan yang
konstan, gelombang terus tumbuh dengan kenaikan yang cepat sampai mencapai
ukuran dan panjang gelombang yang sebanding dengan 1/3 kecepatan angin.
Tinggi dan periode gelombang yang dibangkitkan dipengaruhi oleh angin
yang meliputi kecepatan angin U, lama hembus angin D, arah angin dan fetch F.
Fetch adalah daerah dimana kecepatan dan arah angin adalah konstan. Arah angin
masih bisa dianggap konstan apabila perubahannya tidak lebih dari 150.
Sedangkan kecepatan angin masih dianggap konstan jika perubahannya tidak
lebih dari 5 knot (2,5 m/d) terhadap kecepatan rerata. Fetch berpengaruh pada
periode dan tinggi gelombang yang dibangkitkan. Gelombang dengan periode
panjang akan terjadi jika fetch besar.
2.2.2.1 Distribusi Kecepatan Angin
Distribusi kecepatan angin diatas permukaan laut terbagi dalam tiga
daerah sesuai dengan elevasi diatas permukaan, yaitu daerah geostropik, berada
diatas 1000 m, kecepatan angin adalah konstan. Dibawah elevasi tersebut terdapat
dua daerah yaitu daerah Ekman yang berada pada elevasi 100 sampai 1000 m dan
daerah dimana tegangan konstan yang berada pada elevasi 10 sampai 100 m.
Dikedua daerah tersebut kecepatan dan arah angin berubah sesuai dengan elevasi,
karena adanya gesekkan dengan permukaan laut dan perbedaan temperatur antara
air dan udara.
2.2.2.2 Data Angin
Data angin yang digunakan untuk peramalan gelombang adalah data di
permukaan laut pada lokasi pembangkitan.Data tersebut dapat diperoleh dari
pengukuran langsung di atas permukaan laut atau pengukuran di darat di dekat
lokasi peramalan yang kemudian di konversi menjadi data angin di laut.
Penentuan tinggi gelombang dapat dilakukan dengan pengukuran langsung
dilapangan atau dengan menganalisa data angin yang ada.Pegukuran langsung di
lapangan biasanya kurang representatif karena dilakukan dalam jangka waktu
yang singkat. Jadi, analisa gelombang menggunakan data angin dinilai paling
baik, tetapi jangka waktu data angin harus tersedia minimal selama lima tahun.
Pengukuran data angin di permukaan laut adalah yang paling sesuai untuk
peramalan gelombang.
Jumlah data angin diolah dan disajikan dalam bentuk ringkasan atau
diagram yang disebut mawar angin (wind rose). Data tersebut dapat disajikan
dalam bentuk bulanan, tahunan atau untuk beberapa tahun pencatatan.Dengan
mawar angin tersebut maka karakteristik angin dapat dibaca dengan cepat.
Gambar 2.4. Mawar Angin (Wind Rose) (Triatmodjo, 1999)
2.2.2.3 Konversi Kecepatan Angin
Untuk mencari tinggi gelombang (H) dan periode gelombang (T) disuatu
tempat di laut, maka kita harus menghitung kecepatan angin di laut (UW). Nilai
kecepatan angin di darat (UL) harus ditransformasikan menjadi kecepatan angin di
laut dengan hubungan yang ada pada persamaan :
�� =
��
��
�
dimanaRL adalah faktor korelasi akibat perbedaan ketinggian.
(2.1)
Gambar 2.5. Grafik hubungan antara kecepatan angin di laut dan di darat
Peramalan gelombang berdasarkan pada kecepatan angin, lama hembus
angin, dan fetch serta hubungan fetch (F) dan faktor tegangan angin (UA)
1,23
�� = 0,71��
(2.2)
Untuk meramalkan tinggi dan periode gelombang harus dihubungkan
dengan nilai �� dan fetch yang dapat diplotkan pada grafik peramalan gelombang
seperti pada Gambar 2.5.
Grafik tersebut adalah grafik peramalan gelombang, dengan absis x adalah
besarnya panjang fetch dalam kilometer (km) dan ordinat y merupakan nilai faktor
tegangan angin (wind stress factor �� ) dalam m/dt. Dengan menggunakan grafik
tersebut maka diperoleh :
•
Nilai tinggi gelombang (significant H)
Ditunjukkan oleh garis tegas yang tebal. Untuk mengetahui nilai tinggi
gelombang maka nilai panjang fetch dan faktor tegangan angin diplotkan
hingga bertemu pada satu titik. Kemudian dibuat garis sejajar dari titik
tersebut dengan garis tegas yang tebal yang menyatakan nilai tinggi
gelombang. Perhitungan interpolasi perlu dilakukan jika garis sejajar yang
dibuat dari titik pertemuan nilai fetch dan faktor tegangan angin tidak
berada tepat pada garis yang menunjukkan nilai tinggi gelombang.
•
Periode gelombang (Peak spectral Period)
Ditunjukkan oleh garis tegas yang tipis. Ditentukan dengan cara
memplotkan nilai fetch dan faktor tegangan angin pada grafik hingga
bertemu pada satu titik. Kemudian dibuat garis sejajar dari titik tersebut
dengan garis tegas yang tipis yang menyatakan nilai periode
gelombang.Perhitungan interpolasi juga dilakukan jika garis sejajar yang
dibuat tidak berada tepat pada garis yang menunjukkan nilai periode
gelombang.
•
Durasi gelombang (Minimum Duration), ditunjukkan oleh garis putusputus
Cara analitis juga dapat digunakan untuk peramalan gelombang dengan
menggunakan metode SMB.Metode SMB dikemukakan oleh Svedrup, Munk dan
Bretchsneider pada tahun 1958.Hasil peramalan gelombang ini berupa tinggi
gelombang signifikan dan periode gelombang. Formulasi metode SMB adalah
sebagai berikut :
•
Untuk kondisi fetch limited
��� 0
��2
���
��
��
��2
=
1�
2
−3 ��
1,6�10 �� 2 �
�
��
1�
3
= 2,857�10−1 �� 2 �
��
= 6,88 � �� 2 �
�
1�
3
�
(2.3)
(2.4)
(2.5)
•
Untuk kondisi fully developed
��� 0
��2
���
��
•
��
��2
= 2,433�10−1
(2.6)
= 8,134
(2.7)
= 7,15�104
(2.8)
Untuk kondisi shallow water wave
��
� = 0,283����ℎ �0,53 �� 2 ��
�
��
� = 7,54����ℎ �0,833 �� 2 ��
�
3�
4
3�
8
� tanh �
��
0,00565 � 2 �
��
1�
2
3�
4
��
��� ℎ�0,53� 2 ��
��
� tanh �
��
0,00379 � 2 �
��
�
1�
3
3�
8
��
��� ℎ�0,833� 2 ��
��
�
� �
��2
(2.9)
��2
(2.10)
�
�
dimana F adalah panjang fetch efektif; g adalah percepatan grafitasi (g=9,81
m/det2); Hm0 adalah tinggi gelombang hasil peramalan (m); Tm adalah periode
gelombang puncak (det); UA adalah kecepatan angin yang sudah dikoreksi (m/det)
; T adalah lama angin berhembus (det).
Selain tinggi dan periode gelombang, parameter gelombang yang penting
lainnya adalah tinggi gelombang pecah (Hb) yang dihitung dengan menggunakan
persamaan sebagai berikut :
�� = �� . ℎ�
(2.11)
dimana�� adalah indeks gelombang pecah; ℎ� adalah kedalaman air pada saat
gelombang pecah (m).
Untuk laut akan didapat perbandingan antara tinggi gelombang dan
kedalaman air (breaker indeks �� ) sekitar 0,78 sehingga Persamaan 2.11 dapat
ditullis menjadi :
ℎ� =
��
(2.12)
0,78
Terdapat parameter �� yang belum diketahui nilainya, maka untuk mencari nilai
�� digunakan persamaan lain seperti berikut ini :
���
= �. ��
= �. �
��
.�
�.��
2�
�
� �
0,78
cos �0
�� = �. �� . ��
cos � �
cos �0
cos � �
.�
(2.13)
dimana H adalah tinggi gelombang (m); g adalah percepatan grafitasi (g=9,81
m/det2); �0 sudut awal gelombang datang; �� adalah sudut datang gelombang
pecah.
2.3
Fetch
Didalam tinjauan pembangkitan gelombang di laut, fetch dibatasi oleh
bentuk daratan yang mengelilingi laut. Di daerah pembentukan gelombang,
gelombang tidak hanya dibangkitkan dalam arah yang sama dengan arah angin
tetapi juga dalam berbagai sudut terhadap arah angin. Fetch rerata efektif dapat
ditentukan dengan persamaan :
���� =
∑ � � cos �
∑ cos �
(2.14)
dimana ���� adalah fetch rerata efektif (m); �� adalah panjang segmen fetch yang
diukur dari titik observasi gelombang ke ujung akhir fetch; �adalah deviasi pada
kedua sisi dari arah angin, dengan menggunakan pertambahan 60 sampai sudut
sebesar 420 pada kedua sisi dari arah angin.
Gambar 2.6. Fetch (Triatmodjo, 1999)
Gambar 2.7. Grafik peramalan gelombang (Triatmodjo,1999)
2.4
Sedimen Pantai
Sedimen pantai adalah partikel-partikel
yang berasal dari hasil
pembongkaran batuan-batuan dari daratan dan potongan-potongan kulit (shell)
serta sisa-sisa rangka organisme laut. Tidaklah mengherankan jika ukuran
partikel-partikel ini sangat ditentukan oleh sifat-sifat fisik organisme laut tersebut
dan akibatnya sedimen yang terdapat pada berbagai tempat di dunia mempunyai
sifat-sifat fisik yang sangat berbeda satu sama lain.
Keseimbangan antara sedimen yang dibawa sungai dengan kecepatan
pengangkutan sedimen di muara sungai akan menentukan berkembangnya dataran
pantai. Apabila jumlah sedimen yang di bawa ke laut dapat segera diangkut oleh
ombak dan arus laut, maka pantai akan dalam keadaan stabil. Sebaliknya, apabila
jumlah
sedimen
melebihi
kemampuan
ombak
dan
arus
laut
dalam
pengangkutannya, maka dataran pantai akan bertambah.
Sifat-sifat sedimen adalah sangat penting didalam mempelajari proses
erosi dan sedimentasi. Sifat sedimen yang paling mendasar adalah ukuran dan
bentuknya, setelah itu densitas, kecepatan jatuh, dan lain-lain.
Pengangkutan atau pergerakan sedimen pantai adalah gerakan sedimen
didaerah pantai yang disebabkan oleh gelombang dan arus. Sedimen dapat
diangkut dengan 3 cara:
•
Suspension, umumnya terjadi pada sedimen-sedimen yang sangat kecil
ukurannya (seperti lempung) sehingga mampu diangkut oleh aliran air
atau angin yang ada.
•
Bedload, terjadi pada sedimen yang relatif lebih besar (seperti
pasir,kerikil,kerakal,bongkahan) sehingga gaya yang ada pada aliran yang
bergerak dapat berfungsi memindahkan partikel-partikel yang besar di
dasar. Gerakan-gerakan
tersebut bisa menggelinding, menggeser, atau
bahkan bisa mendorong sedimen satu dengan yang lainnya.
•
Saltation, umumnya terjadi pada sedimen berukuran pasir dimana aliran
fluida yang ada mampu menghisap dan mengangkut sedimen pasir
tersebut kedasar.
Di kawasan pantai terdapat dua arah pengangkutan sedimen, yaitu:
•
Pergerakan sedimen tegak lurus pantai (crosshore sediment transport)
Pengangkutan sedimen tegak lurus pantai dapat dilihat pada bentuk pantai
(kemiringan
pantai).Secara
penampakan
geomorfologi,
proses
pengangkutan sedimen tegak lurus pantai biasanya terjadi di teluk.
•
Pengangkutan sedimen sepanjang pantai (longshore sediment transport)
Sering juga disebut pengangkutan sedimen sejajar pantai (littoral sediment
transport) atau longshore sediment transport. Proses ini biasanya terjadi di
pantai yang berbatasan dengan samudra dan merupakan proses yang
penting karena berdampak sangat besar terhadap struktur yang dibuat
manusia misalnya jetty atau groin.
2.4.1 Karakteristik Sedimen Daerah Pantai
Di sungai, daerah muara, dan garis pantai, pergerakan sedimen dapat
terlihat pada erosi atau akresi pada kedua area lokal dan banyak lagi pada daerah
geografis yang lebih luas.Hal ini dapat terjadi dalam skala waktu beberapa jam
(akibat dari badai dan banjir), dalam beberapa bulan dan tahun (akibat dari musim
gelombang dan arus), selama beberapa dekade dan dari faktor luar (akibat dari
iklim dan alam dan campur tangan manusia).Fasilitas-fasilitas penting buatan
manusia dapat terganggu atau hancur karena pengendapan sedimen, contohnya
penurunan kapasitas waduk, menghalangi pintu masuk operasi pelabuhan dan
menutup atau mengubah jalur sungai.Erosi atau penggerusan dapat merusak
struktur pada atau di dalam sungai dan garis pantai.
Secara sederhana, ukuran pasir dan batu kerikil telah dikelompokkan
berdasarkan skala Wenthworth. Pasir sangat halus (0.0625 – 0.037 mm), halus
(0.037 – 0.25 mm), sedang (0.25 – 0.5 mm), kasar (0.5 – 1 mm) dan sangat kasar
(1 – 2 mm). Material yang ukurannya lebih besar didefinisikan sebagai batu
kerikil, yang dibagi menjadi glanular (2 – 4 mm), batu kerikil (4- 64 mm), cobble
(64 – 256 mm), dan boulder (>256 mm).Kerikil bulat, dari sejumlah besar pantai
Inggris, disebut sebagai sirap (shingle).
Ada beberapa sifat fisik pasir dan kerikil pantai yang penting dalam studi
angkutan sedimen pantai. Yang pertama adalah massa jenis sedimen (�� ),
biasanya 2650 kg/m3 untuk kuarsa. Sisanya dilihat dari keadaan pantai yang
terdiri dari campuran bahan pantai , diselingi dengan rongga (void) yang dapat di
isi dengan udara atau air. Jadi, bulk density (�� ),di definisikan sebagai massa
dari campuran /volume campuran , porositas (p� ), sebagai volume udara atau air /
volume campuran, biasanya sekitar 0.4 untuk pasir pantai, rasio rongga,(�)
sebagai volume udara atau air / volume butir dan sudut (∅) pada saat butiran
mulai bergulir,biasanya mulai 32o di udara. Dalam air berkurang menjadi 28o.
Ukuran material pada setiap pantai tertentu biasanya akan terdiri dari
berbagai ukuran butir, sehingga diperlukan standard practice untuk mengukur
distribusi ukuran butir dengan analisis saringan dengan presentase berat material
melewati berbagai ukuran saringan yang diplot terhadap ukuran partikel. Ukuran
median dilambangkan dengan �50 , mewakili dari 50 persen dari butiran dengan
massa yang lebih halus. Sebaran ukuran sering ditunjukkan oleh nilai-nilai �84 dan
�16 . Sebuah sampel yang baik adalah terdapat perbedaan ukuran yang kecil antar
�
butiran (�85 < 2 ), sedangkan sampel tercampur memiliki berbagai macam ukuran
16
�
(�85 < 16 ).
16
2.5
Angkutan Sedimen Sepanjang Pantai (Longshore Sedimen Transport)
Angkutan sedimen sepanjang pantai terdiri dari dua komponen, yaitu
pergerakan sedimen dalam bentuk mata gergaji di garis pantai dan transpor
sepanjang pantai di surf zone. Pada waktu gelombang menuju pantai dengan
membentuk sudut terhadap garis pantai maka gelombang tersebut akan naik ke
pantai (uprush) yang juga membentuk sudut. Massa air yang naik tersebut
kemudian turun lagi dalam arah tegak lurus pantai.Gerak air tersebut membentuk
lintasan seperti mata gergaji, yang disertai dengan terangkutnya sedimen dalam
arah sepanjang pantai.Komponen kedua adalah transpor sedimen yang
ditimbulkan oleh arus sepanjang pantai yang dibangkitkan oleh gelombang
pecah.Transpor sedimen ini terjadi di surf zone.
Gambar 2.8.Transpor sedimen sepanjang pantai (Triatmodjo,1999)
Transpor sedimen sepanjang pantai banyak menyebabkan permasalahan
seperti pendangkalan di pelabuhan, erosi pantai dan sebagainya.Oleh karena itu
prediksi transpor sedimen sepanjang pantai adalah sangat penting. Beberapa cara
yang biasanya digunakan untuk memprediksi transpor sedimen adalah sebagai
berikut:
a. Cara terbaik untuk memperkirakan transpor sedimen sepanjang pantai
pada suatu tempat adalah mengukur debit sedimen dilokasi yang ditinjau.
b. Peta atau pengukuran yang menunjukkan perubahan elevasi dasar dalam
suatu periode tertentu dapat memberikan petunjuk tentang angkutan
sedimen. Cara ini terutama baik apabila didaerah yang ditinjau terdapat
bangunan yang bisa menangkap transpor sedimen sepanjang pantai,
misalnya groin, pemecah gelombang suatu pelabuhan, dan sebagainya.
c. Rumus empiris yang didasarkan pada kondisi gelombang didaerah yang
ditinjau.
Distribusi transpor sedimen pada lebar surf zone, dimana transpor sedimen
terjadi, tidak dapat diketahui. Hal ini menyebabkan terbatasnya pemakaian rumus
tersebut pada pantai yang mempunyai groin pendek. Selain itu rumus CERC tidak
memperhitungkan sifat-sifat sedimen dasar. Rumus tersebut diturunkan untuk
pantai yang terdiri dari pasir agak seragam dengan diameter rerata bervariasi dari
0,175 sampai 1 mm. oleh karena itu rumus tersebut bisa digunakan untuk pantai
lain yang memiliki sedimen dengan sifat serupa.
2.5.1
Metode Fluks Energi
Pendekatan fluks energy didasarkan pada prinsip laju berat terendam
transport sedimen sejajar pantai, ��� sebanding dengan kekuatan gelombang sejajar
pantai per satuan panjang pantai., ��� . Rumus yang paling banyak digunakan
dalam ketegori ini umumnya dikenal sebagai persamaan CERC (US Army Corps
of Engineers 1984).
Di daerah pantai berlumpur hubungan antara pergerakan sedimen dengan
komponen flux energi sepanjang pantai mempunyai bentuk seperti yang
ditunjukkan Persamaan 2.15
��� =
��
8
� 2 �� sin �� cos ��
(2.15)
dimana��� adalah komponen fluks energy gelombang sepanjang pantai saat pecah
(tm/hari/m); �� adalah tinggi gelombang pecah (m); �� cepat rambat gelombang
pecah (m/det); �� adalah sudut datang gelombang pecah; ρ adalah massa jenis air
laut (ρ= 1030kg/m3); g adalah percepatan grafitasi (g=9,81 m/det).
Untuk jumlah angkutan sedimen sepanjang pantai pada daerah surf zone
ditunjukkan dalam persamaan 2.16.
��� =
���
I′
(2.16)
dengan
��� = � ∗ ���
(2.17)
dan
I′ =
(ρ s −ρ)∗g
1+e
(2.18)
dimanaQls adalah angkutan sedimen sejajar pantai (m3/tahun); ρs adalah massa
jenis sedimen (ρ = 2650 kg/m3); � ′ adalah parameter tak berdimensi; K adalah
konstanta ; e adalah angka pori (e=0.5).
Perlu dicatat bahwa untuk gelombang acak, pemilihan tinggi gelombang
yang digunakan dalam rumus CERC (�� atau ���� ) harus dihubungkan dengan
nilai K atau kesalahpahaman dapat terjadi, karena beberapa sumber menggunakan
H tanpa merinci �� atau ���� . Untuk gelombang acak yang mengikuti distribusi
Reyleigh, nilai K untuk ���� adalah dua kali nilai Kuntuk �� . Nilai K yang
diusulkan dalam Shore Protection Manual (US Army Corps of Engineers, 1984)
adalah 0.77 untuk sedimen jenis pasir jika digunakan ���� atau 0.39 jika
digunakan gelombang signifikan �� .
Penelitian terbaru dari Schoonees dan Theron (1993,1994) berdasarkan 46
titik data lapangan, menunjukkan kesesuaian yang sangat baik (best fit) antara
data dengan persamaan fluks energi gelombang (berdasarkan �� ). Untuk
�50 < 1.0 mm, laju transport massa sedimen terendam adalah :
��� = 0.41 ���
(2.19)
Nilai K = 0.82 pada persamaan tersebut jika menggunakan ���� .
2.5.2
Metode Dimensional Analysis
Analisis dimensi terhadap laju sedimen total dalam zona gelombang pecah
dengan melibatkan pengaruh perioda gelombang (T) kemiringan pantai (α) dan
ukuran median butir sedimen (D50).
Lebih lanjut Schooness dan Theron (1996) menganalisa lebih banyak data
(123 titik data) dan menyimpulkan:
3
��� = 6,3433����� ℎ��� (� ���ℎ��)
(2.20)
Dimana
1
����� ℎ��� = (1−�)�
�
� ��
1
0.25
2
0.75
�1.25
�� �
0 ��� (tan �)
50
(sin 2�� )0.6
(2.21)
dimana Qls adalah angkutan sedimen sejajar pantai (m3/tahun); ρ adalah massa
jenis air laut (ρ = 1030 kg/m3); ρs adalah massa jenis sedimen (ρs = 2650 kg/m3); �
adalah porositas (� = 0,5); �� adalah perioda gelombang (�� = 4,4 dtk); L0 adalah
panjang gelombang (m); D50 adalah diameter median partikel sedimen (mm).
2.5.3
Metode Integral
Angkutan sedimen sepanjang garis pantai dapat ditentukan dengan
mengintegrasikan rumus semi empiris sedimen fluks terhadap lebar dari zona
pergerakan. Integrasi dari rumus semi empiris sedimen fluks ditunjukkan pada
persamaan berikut ini :
�
�0 = �� ∫� � �̅ �� ℎ ��
�
(2.22)
dimana�0 adalah jumlah angkutan sedimen sepanjang pantai (kg/det); �� adalah
konstanta proporsional (�� =1);�̅ adalah konsentrasi sedimen rata-rata (kg/det);��
adalah kecepatan arus sepanjang pantai (m/det); h adalah kedalaman air (m); yb
adalah jarak dari garis pantai menuju titik gelombang pecah (m); yo adalah jarak
dari garis pantai menuju daerah offshore terminus (m); dy
koordinat y.
adalah interval
Pada persamaan diatas, rumusan yang digunakan untuk mengetahui
jumlah angkuatan sedimen sepanjang pantai pada daerah offshore. Kecepatan arus
sepanjang pantai (Ux) diselesaikan dengan menggunakan metode LonguetHiggins . Untuk konsentrasi sedimen rata-rata yang terjadi didaerah offshore (�̅ )
dapat dianalisa dengan menggunakan persamaan berikut ini :
�̅ = ��̅ exp(−�� (� − �� )) ;
y ≥ ��
(2.23)
dimana��̅ adalah konsentrasi rata-rata didaerah surfzone (kg/det); �� adalah
konstanta berdimensi.
Nilai �� ditetapkan 1.5 x 10-3 berdasarkan studi di Pantai Punggur yang
mempunyai karakteristik pantai berlumpur sama seperti karakteristik tempat studi
(Tarigan,2002).
2.5.3.1 Metode Longuet Higgins
Dalam menghitung jumlah angkutan sedimen di daerah lepas pantai
(offshore),
Longuet-Higgins memberikan solusi dalam perhitungan kecepatan
arus (Ux) yang mempunyai hubungan terhadap jarak dari garis pantai (y) dan
kedalaman air (h). Longuet-Higgins (dalam Tarigan, 2002) menerapkan konsep
tegangan radiasi untuk persamaan gerak sampai terjadinya arus sejajar pantai yang
maksimum pada daerah pecahnya gelombang (Uxb). Nilai Uxb dapat dihitung
dengan persamaan berikut :
��� =
5� ��
8 ��
��ℎ� sin ��
(2.24)
dimana α adalah konstanta yang telah ditetapkan (α = 0,4); m adalah kemiringan
dasar pantai(m = 0,02); �� adalah faktor gesekan dasar laut; ℎ� adalah kedalaman
air pada daerah gelombang pecah; �� adalah sudut antara gelombang pecah
dengan garis pantai normal.
Faktor gesekan dasar laut dihitung dengan menggunakan persamaan berikut :
�� = �1.742 + 2 ���10 (
−2
��
)�
0.001
(2.25)
Longuet-Higgins juga memberikan rumusan terhadap profil kecepatan
sepanjang pantai dalam variabel tidak berdimensi, yaitu:
Ũ� = �ỹ + �1 ỹ�1 ,
Ũ� = �1 ỹ�2
0