4

2. TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Kondisi Oseanografi Perairan Teluk Bone

Letak geografis Perairan Teluk Bone berbatasan dengan Provinsi Sulawesi

Selatan di sebelah Barat dan Utara, Provinsi Sulawesi Tenggara di sebelah

Timur, dan sebelah Selatan dengan Laut Banda. Kedalaman perarian di daerah

pesisir mulai dari lima hingga puluhan meter, agak ke tengah maka kedalaman

langsung bertambah dari ratusan meter hingga ribuan meter. Pada bagian

tengah perairan kedalaman mencapai 2420 meter.

Menurut Pariwono (1987), tipe pasang surut yang terbentuk pada Perairan

Timur Indonesia (Gambar 1), memiliki tipe pasang surut campuran dominan

ganda. Hal ini disebabkan oleh penjalaran gelombang pasang surut yang

mendominasi dari Samudera Pasifik yang masuk ke Perairan Indonesia dari

bagian Timur di sebelah Utara yakni melalui perairan Selat Makasar, Laut

Sulawesi, dan Laut Arafura. Gelombang pasang surut antara Samudera Hindia

dan Samudera Pasifik memilki selisih waktu 5 jam pada konstanta ganda (semi-

diurnal constituents) dan selisih 4 jam pada konstanta tunggal (diurnal

consitutents) (Hatamaya, 1996). Sistem pasut di kedua samudera ini

berinteraksi dengan perairan nusantara. Topografi dasar perairan juga

menyebabkan kondisi pasut di Indonesia semakin kompleks (Pariwono,1987).

Secara umum pergerakan arus di Teluk Bone pada kondisi pasang

purnama semakin ke arah tengah perairan arus begerak lebih cepat sedangkan

pada bagian pesisir arus yang terbentuk bergerak dengan kecepatan yang lebih

lambat.

5

Sumber : Pariwono (1985) Gambar 1. Peta tipe pasut di Perairan ASEAN

Hal ini diakibatkan arus yang terbentuk lebih banyak mengalami rintangan

pada daerah pesisir diakibatkan oleh berbagai faktor yang mempengaruhi antara

lain batimetri dan kegiatan manusia (pembangunan pelabuhan) di daerah pesisir.

Pembangunan pelabuhan mempengaruhi arus pasut yang terbentuk dari

pembangunan breakwater, sehingga hal ini akan menyebabkan penumpukan

sedimen dan perubahan kedalaman dalam jangka panjang (BRKP, 2004).

Kondisi pasang surut di daerah Teluk Bone dari Gambar 2 dan Gambar 3

menunjukkan bahwa komponen M2 memberikan pengaruh lebih dibandingkan

dengan komponen K1. Komponen M2 memiliki kisaran amplitudo 50-60 cm

4

Sumber: Egbert dan Erofeeva, 2002

Gambar 2. Amplitudo (kiri) dan Beda fase Greenwich (kanan) dari komponen M2 berdasarkan asimilasi data 10 tahun satelit altimetry dari Topex/Poseidon menjadi model hidrodinamika. Kontur beda fase sebesar 30o sebanding dengan 1 jam waktu bulan

6

5

Sumber: Egbert dan Erofeeva, 2002 Gambar 3. Amplitudo (kiri) dan Beda fase Greenwich (kanan) dari komponen K1 berdasarkan asimilasi data 10 tahun

satelit altimetry dari Topex/Poseidon menjadi model hidrodinamika. Kontur beda fase sebesar 30o sebanding dengan 2 jam waktu sidereals

7

8

dengan kisaran nilai fase sebesar 90o -120o. Sedangkan untuk komponen K1,

kisaran nilai amplitudonya sebesar 30-35 cm dengan kisaran nilai fase sebesar

180o.

Gelombang pasut yang menjalar masuk ke dalam Teluk Bone berasal dari

gelombang pasut yang menjalar melalui Laut Flores dan Laut Banda. Kedua laut

ini memiliki batimetri yang dalam sehingga pasut dengan amplitudo yang tinggi

secara simultan akan melewati kedua laut ini. Di Perairan Timur Indonesia

memiliki karakteristik bahwa pasut ganda berperan lebih besar karena adanya

pertemuan penjalaran gelombang dari Samudera Pasifik dan Samudera Hindia,

sedangkan komponen pasut diurnal lebih mendominasi di Perairan Indonesia

bagian Barat seperti di Laut Jawa dan Laut Cina Selatan (Ray, 2005).

2.2. Pasang Surut

2.2.1. Perambatan gelombang pasut

Gelombang pasut menjalar pada samudera di bumi sebagai gelombang

panjang yang bersifat progresif, yang dapat termodifikasi oleh refleksi (pantulan)

balik, gaya Coriolis dan friksi. Gaya-gaya dan gelombang ini yang paling

memberikan pengaruh terhadap kehidupan di daerah pesisir, dari semua

gelombang panjang yang ada di samudera. Gelombang pasang surut dibentuk

dari gaya gravitasi yang terbentuk dari posisi matahari dan bulan serta gaya-

gaya lainnya yang mempengaruhi gelombang ini. Periode dari semua gaya yang

bekerja pada gelombang ini harus diketahui untuk dapat memahami fenomena

pasang surut yang terjadi. Beberapa hal tersebut yang menyebabkan

gelombang pasang surut memerlukan perlakuan yang istimewa daripada

gelombang lainnya (Dietrich, 1963).

9

Sumber: Modifikasi dari Pond dan Pickard (1983) Gambar 4. Klasifikasi Gelombang pasut sederhana: (a) diurnal, (b) semi-diurnal

(equal), (c) semi-diurnal (unequal). HW = high water, LW = low water, HHW = higher high water, LLW = lower low water, LHW = lower high water, HLW = higher low water

Penjalaran gelombang pasut di bagian pesisir, secara sederhana

dibedakan atas konstanta pasut tunggal dan ganda yang disebabkan oleh gaya

pembangkit pasut yang bekerja. Pada Gambar 4, untuk pasut tunggal terdapat

satu puncak dan satu lembah di setiap satu hari periode bulan (24.8 jam),

sementara untuk pasut ganda terdapat dua pasang dan dua lembah dalam

selang waktu interval yang sama. Untuk pasut ganda, di beberapa daerah akan

memiliki nilai pasang tertinggi yang sama dan nilai surut terendah yang juga

sama, sehingga disebut juga pasang ganda equal. Di beberapa daerah lainnya

pasang tertinggi tidak selalu memiliki nilai yang sama begitu pula nilai surut

terendah, sehingga disebut juga pasut ganda unequal. Pada waktu neap tide, di

beberapa lokasi pasut campuran dominan ganda berubah menjadi pasut tunggal

dalam waktu yang singkat di setiap bulannya (Pond dan Pickard, 1983).

Gambar 5 menunjukkan pola pembentukan sirkulasi amphidromic yang

terjadi di lautan pada Belahan Bumi Utara (BBU). Titik amphidromic adalah

posisi atau daerah basin di lautan, yang memiliki pengaruh pasut paling kecil,

dimana puncak dari gelombang pasut berotasi melewati satu siklus pasut.

0

24 h

LW

HW

DIURNAL

(jarang) (a)

0

24 h

LW LW

HW HW

SEMI-DIURNAL (equal)

(cth: Atlantic) (b)

HLW

0 24 h

LLW

LHW HHW

SEMI-DIURNAL (unequal)

(cth: Pasific) (c)

8

Sumber: Modifikasi dari Garrison (2006) Gambar 5. Pembentukan Sirkulasi Amphidromic. (a) Satu puncak gelombang pasut masut ke dalam basin samudera pada BBU.

(b) Gelombang yang terbentuk bergerak ke arah kanan dikarenakan efek gaya Coriolis, menyebabkan pasang tinggi pada daerah basin di pesisir bagian Timur. (c) Gelombang tidak dapat bergerak terus ke arah kanan yang disebabkan adanya daratan, sehingga puncak gelombang bergerak ke arah Utara, mengikuti garis pantai dan menyebabkan pasang tinggi pada daerah basin di pesisir bagian Utara. (d) Gelombang bergerak secara terus menerus dalam sebuah basin berlawanan arah jarum jam, membentuk pasang tinggi pada pesisir bagian barat dan melengkapi siklus tertutupnya.

Puncak dari gelombang pasut masuk

ke dalam basin dan dibelokkan ke

kanan (BBU) akibat gaya coriolis AP = Titik Amphidromic

Pasang

tinggi

Pasang

tinggi

Pasang

tinggi Surut rendah

Surut

rendah

Pasut Naik

Pasut Naik

Pasut turun

Pasut

turun

10

11

Akibat dari bentuk dan posisi dari daratan di sekitar basin samudera, puncak dan

lembah pasut saling menghilangkan pada titik ini. Gelombang pasut yang

dipengaruhi oleh gaya Coriolis dikarenakan volume yang cukup besar dari

pergerakan air laut dengan gelombang pasut. Gelombang pasut bergerak

berlawanan arah dengan jarum jam di sekitar titik amphidromic pada BBU dan

searah dengan jarum jam pada BBS. Amplitudo pasut semakin besar apabila

semakin jauh dengan titik amphidromic (Garrison, 2006).

2.2.2. Arus pasut dan arus residu

Arus pasut adalah pergerakan air secara horizontal yang disebabkan oleh

pasang surut akan tetapi, antara arus pasut dengan pasut tidak selalu memiliki

hubungan yang dapat dikaitkan satu dengan yang lainnya. Terkadang di

beberapa pesisir perairan tidak memiliki arus pasut, dan yang lainnya memiliki

arus pasut tetapi tidak ada pasut (Gross, 1990). Arus pasut terjadi pada daerah

perairan yang umumnya semi tertutup (Ali, 1994).

Arus pasut memiliki fenomena yang lebih rumit dibandingkan dengan

gelombang pasang surut karena arus pasut secara umum mewakili proses yang

dua dimensi, sedangkan gelombang pasut hanya mewakili proses yang satu

dimensi. Proses dua dimensi dari arus pasut yang merambat di suatu wilayah,

mewakili pergerakan arus terhadap luasan perairan dan waktu. Hanya dalam

kasus-kasus tertentu arus pasut dapat bersifat satu dimensi, contohnya pada

sungai (Dietrich,1963).

Daerah lautan terbuka arus pasut bersifat lebih rumit. Posisi relatif

terhadap titik amphidromic , bentuk dari basin, dan magnitude dari gaya gravitasi

dan inertia, semua hal tersebut harus diperhitungkan dalam perhitungan

kecepatan dan arah dari arus pasut dibandingkan faktor kedalaman dasar laut.

12

Kecepatan arus pasut pada lautan terbuka diukur dalam sentimeter per detik dan

umumnya kecepatannya berkurang seiring dengan semakin dalamnya perairan

(Garrison, 2006).

Salah satu arus pasut yang terkenal adalah arus pasut yang bolak-balik.

Hal ini umumnya terjadi di daerah pelabuhan. Bila gelombang pasut datang dan

masuk ke dalam pelabuhan maka akan terjadi kenaikan muka air laut di

pelabuhan, hal ini disebut flood current. Sewaktu gelombang air bergerak

kembali pergi keluar dari pelabuhan maka akan terjadi penyusutan tinggi muka

air laut yang disebut ebb current. Ketika arus berganti arah maka akan

menimbulkan waktu dimana ketika tidak terjadi arus sama sekali di perairan,

dinamakan slack water (Gross, 1990).

Arus pasut dapat dipengaruhi oleh runoff dari sungai dan angin. Masukan

dari sungai dapat juga memperbesar arus pasut yang terjadi. Misal ketika terjadi

ebb current, maka masukan dari sungai ini dapat memperbesar dan

mempercepat pergerakan massa air meninggalkan pesisir (Gross, 1990).

Kekuatan dari arus pasut ini bergantung dari volume air yang dibawanya

dan bukaan mulut dari suatu perairan yang semi tertutup. Ada beberapa hal

yang tidak mungkin dilakukan antara lain ialah memperkirakan besarnya

kekuatan dari arus pasut ini, namun dapat dilihat dari besarnya tidal range yang

ada. Semakin besar tunggang pasut yang terjadi maka arus pasut yang

terbentuk akan semakin lemah dan begitu pula sebaliknya. Pada saat pasang

purnama memiliki arus pasut yang lebih kuat dibanding pada saat pasang

perbani. Secara umum, arus pasut merupakan arus berkekuatan besar di

daerah pesisir (Gross, 1990).

13

Arus residu memiliki pengertian sebagai besar nilai arus yang diamati

dikurang dengan besar nilai arus pasut astronomi (Spring, 2000). Arus residu

memiliki peranan penting dalam pemindahan material di estuari dan penting

dalam proses biologi-kimia dalam perairan (Manda, 2010). Pemodelan arus

residu yang dihasilkan tidak memiliki validasi data terhadap kondisi yang terjadi

di lapangan, sehingga pola arus yang terbentuk masih harus dikaji ulang

terhadap pengukuran arus dari data lapang. Pengukuran arus residu secara

observasi di lapangan cukup sulit dilakukan di perairan yang memiliki arus pasut.

Arus residu umumnya ditemukan pada daerah perairan pesisir (Guo, 2004).

Pemodelan arus residu disimulasikan selama 30 hari dan yang ditampilkan

menjadi pola arusnya hanya satu siklus M2 saja, diintegrasikan selama 12,4 jam

terakhir. Dan untuk Pemodelan arus residu K1 yang ditampilkan menjadi pola

arusnya hanya satu siklus K1 saja, diintegrasikan selama 24 jam terakhir.

Pengintegrasian nilai kecepatan arus residu (u dan v) untuk komponen pasut M2

dan K1 mengikuti persamaan (Hearn, 2008):

dimana:

adalah nilai pengintegrasian komponen u selama satu siklus komponen pasut

M2 dan K1.

adalah nilai pengintegrasian komponen v selama satu siklus komponen pasut

M2 dan K1.

T adalah waktu (dalam jam) yang diperlukan komponen pasut M2 dan K1 untuk

berosilasi selama 1 siklus.

u dan v adalah komponen arus residu yang dihitung.

14

2.3. Persamaan Hidrodinamika ELCOM

Persamaan transpor elcom berdasarkan persamaan Reynolds - rerata

Navier-Stokes (RANS) dan transpor scalar yang tidak stabil menggunakan

Boussinesq dan menolak kondisi tekanan non-hidrostatik. Persamaan RANS

yang tak stabil dibentuk dari menapis persamaan Navier-Stokes yang tak stabil

dalam sebuah periode waktu yang relative cukup panjang dalam skala proses

sub-grid, tetapi relative lebih kecil dibanding proses skala grid dalam area

penelitian. Dalam metode numerik RANS yang tidak stabil, skala waktu yang

digunakan untuk merata-ratakan adalah langkah waktu yang digunakan dalam

kemajuan di persamaan-persamaan evolusi. Sehingga, langkah waktu

maksimum yang diberikan dari setiap resolusi grid secara mendasar dibatasi

oleh ukuran fisik dari grid , tanpa memperhatikan metode numerik (Hodges dan

Dallimore, 2009).

Berikut ini adalah Ringkasan dari Persamaan Hidrodinamika yang

digunakan dalam ELCOM

Transport momentum

.................................................................. (1)

Kontinuitas

......................................................................................................... (2)

Kondisi batas momentum – kondisi free surface

......................................................................................................... (3)

15

Kondisi batas momentum – bagian dasar dan samping

.......................................................................................................... (4)

Transport skalar

.......... (5)

Kondisi batas skalar

......................................................................................................... (6)

Evolusi free-surface

.................................................................................... (7)

Free-Surface wind shear

.................................................................. (8)

Masukan momentum dari angin

................................................................................................... (9)