EDUNEX ITB

Gelombang

Besar gelombang yang akan digunakan dalam perencanaan (gelombang rencana) diperoleh dari peramalan gelombang

berdasarkan data angin. Gelombang rencana disajikan dalam bentuk satu set parameter gelombang laut dalam yang

disebut sebagai iklim gelombang (wave climate), yaitu:

Tinggi gelombang (di laut dalam) : H0

Perioda gelombang (di laut dalam) : T0

Arah gelombang (di laut dalam) : q0

Peramalan Gelombang

Dalam peramalan gelombang, perlu diketahui

beberapa parameter berikut :

❑ Kecepatan angin rata-rata (U) di permukaan air;

❑ Arah datang angin;

❑ Lama angin bertiup (t).

❑ Panjang daerah pembangkitan gelombang (fetch)

Hasil pengolahan data angin yang dikumpulkan dari

stasiun meteorologi terdekat selama minimal 10 tahun

terakhir.

Analisis statistik digunakan untuk menghitung

prosentase besar dan arah tiupan angin.

Data yang diperlukan:

Peramalan Gelombang

Calm

2,98%

U

T

TL

TG

S

B

BD

BL

1-3 3-5 5-7 7-9 9-11 >11 m/detik

20%

40%

60%

Contoh rekapitulasi data angin dan gambar mawar angin (windrose)

Calm 1-3 3-5 5-7 7-9 9-11 > 11 Jumlah

2.98 2.98

Utara 1.99 2.20 0.66 0.18 0.06 0.24 5.33

Timur Laut 1.72 3.46 1.14 0.21 0.18 0.06 6.77

Timur 1.60 3.19 0.90 0.21 0.18 0.00 6.08

Tenggara 0.69 1.11 0.51 0.06 0.03 0.00 2.41

Selatan 0.57 0.27 0.18 0.00 0.00 0.00 1.02

Barat Daya 3.10 7.34 3.49 1.23 0.21 0.06 15.44

Barat 7.04 17.43 9.15 1.63 0.57 0.18 36.00

Barat Laut 3.64 11.17 6.83 1.69 0.48 0.15 23.96

Total 2.98 20.35 46.18 22.88 5.21 1.72 0.69 100.00

Kumulatif 2.98 23.33 69.51 92.38 97.59 99.31 100.00 100.00

Presentase Frekuensi Kejadian Angin (%)

Arah Kecepatan (m/detik)

ANGIN DOMINAN BERTIUP DARI BARAT

Kesimpulannya??

Peramalan Gelombang

1. Hitung koreksi elevasi : jika angin tidak diukur pada ketinggian 10 m, maka

perlu ada penyesuaian terhadap ketinggian 10 m.

2. Hitung koreksi durasi

→ waktu untuk laju angin

menempuh jarak 1 mil:

Perhitungan koreksi kecepatan angin

7/110

)()10(

=

zzUU

data angin yang digunakan adalah data angin permukaan(surface wind) yang berada pada suatu lapisan di atmosferyang disebut sebagai constant shear layer, berada pada rentang ketinggian hingga 10 meter di atas permukaan laut.

t(s)=

1609

U(m/ s)

Peramalan Gelombang

3. Hitung koreksi efek lokasi : angin di atas daratan dapat dinyatakan

sebagai angin di atas perairan jika gradien tekanan di kedua lokasi

sama dan perbedaan dominan hanya pada kekasaran permukaan.

Uw = UL RL

Dimana

Uw = laju angin di atas perairan (m/dtk)

UL = laju angin di atas daratan (m/dtk)

RL = perbandingan Uw terhadap UL

4. Hitung koreksi stabilitas/temperatur : jika ada perbedaan

temperatur antara daratan dengan perairan (Δtas = Ta-Ts), diperlukan

koreksi stabilitas dalam penghitungan laju angin.

U = RT U(10)

dimana RT = faktor koreksi stabilitas

Perhitungan koreksi kecepatan angin

Peramalan Gelombang

Perhitungan koreksi kecepatan angin

5. Hitung faktor stress angin (wind stress factor = UA):

UA = 0.71 U101.23

dimana U = Kecepatan angin = U10 (m/s)

Wind Stress Factor (UA)

• Koreksi durasi rata-rata: koreksi yang dilakukan karena pada

umumnya data angin yang dilaporkan saat observasi adalah

data angin terbesar.

• Fakta : angin tidak selalu bertiup sepanjang durasi tertentu

dengan kecepatan terbesar.

• Angin dengan kecepatan terbesar pada durasi tertentu hanya

bertiup kurang dari 2 menit (SPM 1984)

• Sehingga kecepatan angin perlu dikoreksi untuk mendapatkan

kecepatan rata-rata angin selama durasi tertentu.

Notes

https://www.researchgate.net/publication/43286303_Technical_Note_Predicting_Wind-Driven_Waves_in_Small_Reservoirs

Panjang Fetch (F) adalah panjang perairan untuk pembentukan gelombang yang diasumsikan memiliki arah dan kecepatan angin yang konstan.

Cara menghitung panjang fetch

1. Menarik garis fetch untuk suatu arah.

2. Menarik garis fetch dengan penyimpangan sebesar 5o dan -5o dari

suatu arah sampai pada suatu batas areal yang lain. Pengambilan

nilai 5o ini dilakukan mengingat adanya kenyataan bahwa angin

bertiup dalam arah yang bervariasi atau sembarang, maka panjang

fetch diukur dari titik pengamatan dengan interval 5o.

3. Mengukur panjang fetch tersebut sampai menyentuh daratan

terdekat, lalu dikalikan dengan skala peta.

4. Panjang fetch efektif dihitung untuk 8 (delapan) arah mata angin

Perhitungan Fetch

Pulau 1

Pulau 2

5o

5o

5o

Tidak ada fetch di daratanTidak ada fetch sejajar pantai, minimum 150 dari garis pantai

Peramalan Gelombang

Perhitungan fetch

a cos a Fetch (m) F cos a

45 0.707 18780 13279

33.75 0.831 23620 19639

22.5 0.924 1420 1312

11.25 0.981 1770 1736

0 1.000 5200 5200

-11.25 0.981 3590 3521

-22.5 0.924 1610 1487

-33.75 0.831 2470 2054

-45 0.707 2000 1414

Total 7.886 49643

.cos

cos

i i

eff

i

FF

a

a=

Dimana :Feff = Panjang Fetch Efektif (m)Fi = Panjang Fetch ke I (m)αi = Sudut Fetch ke i

Fetch adalah daerah pembentukan

gelombang yang diasumsikan memiliki

kecepatan dan arah angin yang relatif

konstan

Angin bertiup pada arah yg samadan mempunyai waktu yang cukupuntuk mencapai steady state

Angin meningkat secara cepat dengan waktuyang singkat pada area pembangkitgelombang yang jauh dari lokasi pengamatan

Angin bertiup cukup lama pada area fetch yang panjang,namun gelombang yang terbentuk tidak mengalami penambahantinggi gelombang

Peramalan Gelombang

FETCH LIMITED

DURATION LIMITED

FULLY DEVELOPED SEA

METODE PERAMALAN GELOMBANG

1. Metode Tinggi Signifikan

• Metode SMB (Sverdrup-Munk-Bretchneider)

• Metode Shore Protection Manual (SPM 1984)

• Metode Coastal Engineering Manual (2008)

• Metode Groen and Dorrestein

2. Metode Spektrum

• Metode Darbyshire

• Metode PNJ

Input

• Data Angin (kecepatan dan durasi)

• Panjang Fetch

Hindcasting

• Metoda Shore Protection Manual (SPM) 1984

Output

• Tinggi gelombang signifikan (Hs)

• Perioda gelombang

Prosedur hindcasting menggunakan metoda SPM 1984

• Koreksi kecepatan angin → lihat penjelasan sebelumnya

• Perhitungan Hs dan Tp

Start

Cek kondisiFully Developed

Sea

Cek Fetch Limited atau

Duration Limited

PerhitunganHs dan Tp

Perhitungan Fetch minimum

PerhitunganHs dan Tp

Selesai Selesai

YaTidak

Time Limited

Fetch Limited

Flow Chart

HS = significant wave height

TP = peak wave period

F = effective fetch length

UA = wind stress factor (modified wind speed)

t = wind duration

UA = wind stress factor → diperoleh dari U10

𝑔𝑡𝐶𝑈𝐴

≥ 7, 5.104 𝑡𝐶 = 68.8 𝑔 Τ𝐹 𝑈𝐴2 Τ2 3𝑈𝐴

𝑔

• Perhitungan HS dan Ts

untuk Fully Developed Sea

• 𝐻𝑠 = 0,2433 𝑥𝑈𝐴

2

𝑔

• 𝑇𝑝 = 8,132 𝑥𝑈𝐴

𝑔

• Perhitungan HS dan Ts untukNon Fully Developed Sea

𝐻𝑠 = 0,0016𝑔𝐹

𝑈𝐴2

1/2𝑈𝐴

2

𝑔

𝑇𝑝 = 0,2857𝑔𝐹

𝑈𝐴2

1/3𝑈𝐴𝑔

FL dan DL

• Fetch limited : kondisi dimana panjang fetch terlalu pendek sehingga angin tidak dapat memberikan energi maksimum dalam pembentukangelombang.

• Duration limited : kondisi dimana durasi angin bertiup terlalu pendeksehingga tidak dapat memberikan energi maksimum dalam pembentukangelombang→ perlu dihitung lagi panjang fetch selama durasi tersebut

• Syarat :

𝑡 > 𝑡𝑐 → Fetch Limited

𝑡 < 𝑡𝑐 → Duration Limited →

Dimana :

t = durasi angin betiup (s)

tc = durasi kritis (s)

𝑡𝑐 = 68,8𝑔𝐹𝑚𝑖𝑛

𝑈𝐴2

2/3𝑈𝐴𝑔

𝑔𝐻

𝑈𝐴2 = 0,283 tanh 0,530

𝑔𝑑

𝑈𝐴2

3/4

tanh

0,00565𝑔𝐹

𝑈𝐴2

1/2

tanh 0,530𝑔𝑑

𝑈𝐴2

3/4

1/3

3/8 2

2 3/8

2

0,0379

7,54 tanh 0,833 tanh

tanh 0,833

A

A A

A

gF

UgT gd

U U gd

U

=

Perairan dangkal

Contoh Soal (Duration Limited)

Akan diramalkan tinggi dan periode gelombang disuatu tempat di

laut. Kecepatan angin yang diukur di darat adalah 8 m/s dengan

ketinggian pengamatan 16 meter. Dimana durasi angin 4 jam

dengan panjang fetch efektif adalah 50 km. Berapa tinggi

gelombang signifikan (Hs) dan periode (Ts)?

𝑔𝑡

𝑈𝐴≥ 7,15 𝑥 104

9.81 𝑥

9.59≥ 7,15 𝑥 104 → 14730,3 ≤ 71500

Cek Kondisi Jenuh

Cek Kondisi FL atau DL

𝑡𝑐 ≥ 𝑡𝑑 → 20530,8 ≥ 14400Duration Limited

Hitung fetch minimum

𝐹𝑚𝑖𝑛 =𝑔𝑡

68,8𝑈𝐴

3/2𝑈𝐴

2

𝑔

𝐻𝑠 = 0,00169,81 𝑥 29370

9,592

1/29,592

9,81= 0,839 𝑚

𝑇𝑠 = 0,28579,81 𝑥 29370

9,592

1/39,59

9,81= 4,086 𝑑𝑒𝑡𝑖𝑘

Hitung Hs dan Ts

Nomogram untuk Hs dan Ts

Contoh Soal (Fetch Limited)

Kecepatan angin = 4.0 m/s

Durasi angin = 3 jam

Panjang fetch = 10 km

Berapa tinggi gelombang signifikan (Hs) dan periode (Ts)?

Dari koreksi diperoleh kecepatan angin terkoreksi sebesar 13,32 m/s

Non FDS

𝑔𝑡

𝑈𝐴≥ 7,15 𝑥 104

9.81 𝑥 10800

9.59≥ 7,15 𝑥 104 → 11047,75 ≤ 71500

Cek Kondisi Jenuh

Cek Kondisi FL atau DL

𝑡𝑐 ≤ 𝑡𝑑 → 6293,09 ≥ 10800 Fetch Limited

Hitung Hs dan Ts 𝐻𝑠 = 0,00169,81 𝑥 10000

13,322

1/213,322

9,81= 0,680 𝑚

𝑇𝑠 = 0,28579,81 𝑥10000

13,322

1/313,32

9,81= 3,184 𝑑𝑒𝑡𝑖𝑘

Nomogram untuk Hs dan Ts