pola transport sedimen akibat arus yang dibangkitkan

Prosiding Semirata FMIPA Universitas Lampung, 2013

Semirata 2013 FMIPA Unila |91

Pola Transport Sedimen Akibat Arus Yang Dibangkitkan

Gelombang Di Pelabuhan Pulau Baai Bengkulu

Supiyati1)

, Suwarsono2)

, dan Ichsan Setiawan3)

1), 2) Jurusan Fisika FMIPA Universitas Bengkulu

Gedung T FMIPA Universitas BengkuluEmail : 3)

Jurusan Ilmu Kelautan, Koordinatorat Kelautan dan Perikanan, Universitas Syiah Kuala

Email : [email protected] 1)

[email protected] 2)

[email protected]

Abstrak. Pelabuhan Pulau Baai terletak di pantai barat Pulau Sumatera dengan koordinat

geografis 102016‘00‖ - 102

018‘30‖ Bujur Timur dan 03

053‘00‖ - 03

055‘30‖ Lintang Selatan.

Untuk mengatasi permasalahan agar pengerukan efektif diperlukan pengetahuan tentang

hidrodinamika dan transport sedimen di daerah tersebut dengan pendekatan model numerik

dinamika oseanografi. Pada penelitian ini dilakukan pemodelan transport sedimen akibat

arus yang dibangkitkan gelombang dengan dua skenario yaitu tanpa jetty dan perlakuan

penambahan jetty yang menghasilkan pola erosi dan sedimentasi. Hasil verifikasi model

dengan membandingkan hasil pengukuran lapangan Arifin et al menunjukkan kesesuaian

yang memperlihatkan daerah sedimentasi dominan terjadi di bagian pantai barat daya dan

daerah erosi dominan di bagian pantai timur laut. Berdasarkan hasil perlakuan model dengan

skenario penambahan dua jetty pada pantai barat daya dan dua jetty pada pantai timur laut

mampu menghambat netto sedimen sebesar 124 m3 pada pantai barat daya dan sebesar 82 m

3

pada pantai timur laut.

Kata Kunci : Arus, gelombang, erosi, sedimentasi, jetty, Pulau Baai Bengkulu

PENDAHULUAN

Pelabuhan Pulau Baai terletak di pantai

barat Pulau Sumatera yang berada pada

teluk yang terbuat secara alami oleh proses

alam, sehingga jika kapal bersandar di

pelabuhan ini akan aman oleh gelombang

laut. Teluk ini berhadapan langsung dengan

Samudera Hindia dengan koordinat

geografis 102016‘00‖ - 102

018‘30‖ Bujur

Timur dan 03053‘00‖ - 03

055‘30‖ Lintang

Selatan. Pelabuhan ini merupakan

pelabuhan vital yang merupakan satu-

satunya jalur laut mengangkut keluar dan

masuk kebutuhan pokok untuk keperluan

Provinsi Bengkulu.

Debit sedimen sepanjang pantai

mencapai 800.000 m3/tahun dan Kedalaman

alurnya saat ini hanya -3,5 LWS (Low

Water Spring). Proses pendangkalan di

kolam dan alur pelabuhan yang sangat cepat

inilah yang menjadi permasalahan yang

dihadapi di pelabuhan Pulau Baai sekarang

ini. Selama ini untuk mengatasi

pendangkalan agar tetap bisa menjaga

kesetabilan keberadaan pelabuhan setiap

tahun dilakukan pengerukan dengan biaya

yang cukup besar mencapai Rp 28 - 30

milyar pertahun. Oleh sebab itu agar

pengerukan efektif diperlukan pengetahuan

tentang hidrodinamika air laut dan transport

sedimen di daerah tersebut. Hidrodinamika

ini selain disebabkan pasang surut air laut,

ada juga arus yang dibangkitkan gelombang

pendek yang disebabkan oleh angin.

Dalam memahami hidrodinamika dan

transport sedimen ini dapat dilakukan

beberapa cara, salah satu yang lebih efisien

dan ekonomis adalah dengan suatu simulasi

model numerik, karena kajian mengenai

angkutan sedimen yang disebabkan oleh

dinamika gerak air laut secara langsung

sangat sulit dilakukan karena kompleksnya

proses-proses yang terlibat di dalamnya

Supiyati dkk: Pola Transport Sedimen Akibat Arus Yang Dibangkitkan Gelombang Di Pelabuhan Pulau Baai Bengkulu

92| Semirata 2013 FMIPA Unila

serta membutuhkan waktu yang relatif lama

dan biaya yang cukup mahal. Seiring

dengan semakin berkembangnya

kemampuan komputer untuk menghitung,

menjadikan model numerik sebagai

alternatif yang cukup ekonomis dan sebagai

data verifikasi adalah melakukan survei

lapangan.

METODE PENELITIAN

Model Dinamika Oseanografi Akibat

Gelombang

Memodelkan arus akibat gelombang

menggunakan persamaan kekekalan

momentum dan kekekalan massa yang

dintegrasikan terhadap kedalaman yang

dituliskan sebagai berikut:

2 2

f

x x

C u u vu u uu v g R M

t x y x h

(1)

2 2

f

y y

C v u vv v vu v g R M

t x y y h

(2)

0

u h v h

t x y

(3)

dengan t adalah waktu, (x,y) koordinat

katesian dalam bidang horizontal, ( , )u v

komponen kecepatan arus, (fC ) koefisien

gesekan dasar, ( ,x yR R ) stress radiasi dalam

arah x dan y, g percepatan grafitasi, h

kedalaman perairan, dan adalah elevasi

muka air. Untuk 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 [3]:

x

u uM

x x y y

(4)

y

v vM

x x y y

(5)

dengan:

N l g h berdasarkan hasil penelitian

N = konstanta yang nilainya kurang dari

0,016

l = jarak ke lepas pantai = tanh

tan = kemiringan dasar rata-rata

Untuk kemiringan dasar tak beraturan,

percampuran lateral dituliskan: 2 2

2 2x H

u uM A

x y

2 2

2 2y H

v vM A

x y

(6)

dengan AH adalah koefisien viskositas

horizontal.

Jika gelombang datang mendekati

pantai dengan membentuk sudut terhadap garis

pantai, maka gaya radiasinya adalah sebagai

berikut [5].

22 1 sin2

yy

ES n En

(7)

sin 2

2xy

ES n

(8)

dengan E = 218

gH dan n adalah rasio antara

kecepatan grup gelombang dan kecepatan fase

gelombang. Gaya yang menyebabkan terjadinya

arus sejajar pantai adalah sebanding dengan

gradien stress radias :

1 xyxx

x

SSR

x yd

(9)

1 xy yy

y

S SR

x yd

(10)

dengan adalah elevasi muka air.

Model Transport Sedimen dan

Perubahan Morfologi Dasar

Transport sedimen total pada kasus

gelombang dan arus didefinisikan sebagai

penjumlahan transport sedimen dasar dan

transport sedimen melayang, dengan suatu

pendekatan sederhana dari transport

sedimen total dituliskan dalam bentuk

persamaan:

2

2

2 5 / 2

50

0,05 cw

t

s w

w

Cq U

g D

(21)

keterangan:

w = densitas air

s = densitas sedimen



50D = diameter butiran sedimen

2

2 2ˆ1

/2

b

c

ugU C

U

= stress geser yang

berkaitan dengan arus dan gelombang

1

ˆ / sinhbu H T kh

= amplitudo

kecepatan gelombang dekat dasar

wfg

c

2

= parameter tak

berdimensi yang dikaitkan dengan

kekasaran dasar

wf = koefisien gesekan dasar

gelombang.

Hubungan matematis untuk

kesetimbangan sedimen dari prinsip

kekekalan massa untuk gerakan butiran-

butiran sedimen dituliskan sebagai:

0tyb tx

qq

t x y

(32)

dengan: qt menyatakan transport sedimen

total dan b adalah perubahan level dasar

[6]. Diskritisasi persamaan (1) – (3)

menggunakan metoda eksplisit beda pusat

untuk turunan terhadap ruang dan beda

maju untuk turunan terhadap waktu.

Kestabilan numerik pada metoda ini

ditentukan oleh kriteria stabilitas:

max

x yU g h

t t

(13 )

Skema diskritisasi untuk komponen kecepatan

, , ,,i j i j i ju v dan diperlihatkan pada Gambar 3.1.

Syarat awal yang digunakan dalam

simulasi arus pada saat t = 0, ini

menyatakan kondisi perairan diasumsikan

keadaan tenang tanpa adanya gerakan

vertikal maupun horizontal, yang secara

matematis dirumuskan:

0 vu

(44)

, ,;i j ty i jv q

, 1 , 1;i j tyi jv q

, ,;i j txi ju q 1, 1,;i j txi ju q

, ,;i j bi j

x

y

x

y

Gambar 1. Skema Diskritisasi

, , ,, , ,i j i j i ju v

, , ,, , dantxi j txi j bi jq q

Sedangkan syarat batas yang digunakan ada

dua, yaitu:

1. Syarat batas terbuka untuk batas laut

adalah:

b. Syarat batas elevasi

c. Syarat batas kecepatan terdiri dari:

- Syarat batas radiasi [7]

)( 1

1 n

B

n

B

n

B

n

B uuuu

dengan t

cx

12, c g h

)( 1

1 n

B

n

B

n

B

n

B vvvv

- Gradien arah normal

0

x

v

0

y

u

2. Syarat batas tertutup digunakan syarat

batas dinding (wall boundary condition),

kecepatan tegak lurus (arah normal)

bidang batas sama dengan nol. Sedangkan

kecepatan sejajar (arah tangensial)

terhadap bidang batas di hitung, secara

matematis dirumuskan:

0n

v dan 0tv

Dimana syarat batas ini menggambarkan

bahwa kecepatan dengan arah normal

terhadap syarat batas tertutup (syarat batas

dinding) sama dengan nol.



Untuk desain model transport sedimen

dan perubahan morfologi dasar,Pada awal

simulasi (t = 0) di anggap belum ada

transport sedimen dan perubahan morfologi

dasar yang terjadi sehingga 0 tytx qq ,

oleh karena itu kedalaman lokal dianggap

sama dengan kedalaman awal ( 0b ).

Sedangkan syarat batas yang digunakan dalam

model ini adalah:

1. Syarat batas terbuka menggunakan syarat

batas radiasi, yang berlaku hubungan:

)( 1

1 n

tB

n

tB

n

tB

n

tB qqqq

(19)

)(1

1 n

Bb

n

Bb

n

Bb

n

Bb

2. Syarat batas tertutup untuk syarat batas

pantai arah normal garis pantai sama

dengan nol, sedangkan syarat batas arah

tangensial (sejajar) pantai di hitung, secara

matematis di tulis:

0

0

bn

tnq

dan

0

0

bt

ttq

HASIL DAN PEMBAHASAN

Arus Akibat Gelombang

Hasil yang diperoleh dari penelitian ini

adalah simulasi arus akibat gelombang

dengan skenario tanpa jetty dan skenario

penambahan jetty menunjukan kondisi arus

maksimum akibat gelombang untuk kedua

skenario tersebut dapat dilihat pada Tabel 1

dan Tabel 2.

Verifikasi model arus ini dibandingkan

dengan lapangan secara kualitatif.

Berdasarkan hsil pengukuran dari Nasrun et

al [8] , untuk gelombang datang arah Barat

kecepatan rata-rata arus sejajar pantai

kurang dari 0,8 knot (< 0,4 m/s) yang

bergerak menuju timur laut.

POLA EROSI DAN SEDIMENTASI

Pola erosi dan sedimentasi dengan tanpa

skenario jetty dan skenario jetty di Perairan

Pulau Baai Bengkulu ditunjukkan pada

Gambar 2 dan Gambar 3. Volume

tersedimentasi dan tererosi tiap sel dihitung

dari tinggi elevasi dasar dikalikan dengan

satuan luas yang dituliskan sebagai:

sedimentasi

erosi

( ). . untuk ( ) 0

( ) . . untuk ( ) 0

b b

b b

V t x y t

V t x y t

sehingga netto volume total diperoleh dari

selisih antara penjumlahan tiap-tiap sel volume

tersedimentasi dan penjumlahan tiap-tiap sel

volume tererosi yang tergantung dari daerah

cakupan perhitungan volume. Selanjutnya,

perlu diketahui bahwa dalam perhitungan

volume tersebut hanya membantu menunjukkan

pola dominan sedimentasi atau erosi.

Simulasi 30 hari menunjukkan bahwa

sedimentasi terjadi di pantai bagian barat

daya dengan netto volume 426 m3

tanpa

skenario jetty (Tabel 3) dan 302 m3 dengan

skenario penambahan jetty (Tabel 4)

sedangkan erosi terjadi di bagian timur laut

dengan netto volume 164 m3 tanpa skenario

jetty (Tabel 3) dan 82 m3 skenario

penambahan jetty (Tabel 4). Hal ini

menunjukkan bahwa dengan penambahan

jetty mampu menghambat netto sedimen

sebesar 124 m3 pada pantai barat daya dan

sebesar 82 m3 pada pantai timur laut.

TABEL 1. Magnitudo kecepatan arus di perairan pantai Pulau Baai hasil simulasi pada keadaan

tunak tanpa jetty

Angin Magnitudo Kecepatan Arus (m/s)

Bagian Barat Daya

Bagian Mulut Alur

Bagian Timur Laut

Arah Barat 0,4 0,6 0,3



TABEL 2. Magnitudo kecepatan arus di perairan pantai Pulau Baai hasil simulasi pada keadaan

tunak dengan skenario jetty

Angin Magnitudo Kecepatan Arus (m/s)

Bagian Barat Daya

Bagian Mulut Alur

Bagian Timur Laut

Arah Barat 0,4 0,7 0,4

TABEL 3. Volume Tersedimentasi dan Tererosi akibat arus yang dibangkitkan gelombang

dari arah Barat

Pantai Waktu

Simulasi (hari)

Volume

Tersedimentasi (m

3)

Volume

Tererosi (m

3)

Netto (m

3)

Bagian Barat Daya 7 507 408 99 (Tersedimentasi) Bagian Timur Laut 7 1021 1060 39 (Tererosi) Bagian Barat Daya 14 999 801 198 (Tersedimentasi) Bagian Timur Laut 14 1980 2057 77 (Tererosi) Bagian Barat Daya 21 1494 1195 299 (Tersedimentasi) Bagian Timur Laut 21 2955 3071 116 (Tererosi) Bagian Barat Daya 30 2149 1723 426 (Tersedimentasi) Bagian Timur Laut 30 4249 4413 164 (Tererosi)

TABEL 4. Volume Tersedimentasi dan Tererosi akibat arus yang dibangkitkan gelombang dari

arah Barat dengan skenario jetty

Pantai Waktu

Simulasi (hari)

Volume

Tersedimentasi (m

3)

Volume

Tererosi (m

3)

Netto (m

3)

Bagian Barat Daya 7 618 540 78 (Tersedimentasi) Bagian Timur Laut 7 1393 1415 22 (Tererosi) Bagian Barat Daya 14 1198 1053 145 (Tersedimentasi) Bagian Timur Laut 14 2633 2675 42 (Tererosi) Bagian Barat Daya 21 1814 1602 212 (Tersedimentasi) Bagian Timur Laut 21 3886 3947 61 (Tererosi) Bagian Barat Daya 30 2587 2285 302 (Tersedimentasi) Bagian Timur Laut 30 5496 5578 82 (Tererosi)

Gambar 2. Pola Erosi dan Sedimentasi Perairan

Pulau Baai Bengkulu dengan Skenario tanpa Jetty

selama 30 hari



Gambar 3. Pola Erosi dan Sedimentasi Perairan

Pulau Baai Bengkulu dengan Skenario Jetty selama

30 hari

VERIFIKASI HASIL SIMULASI MODEL

Verifikasi pola erosi dan sedimentasi

dengan data pengukuran Arifin et al [1]

seperti pada (Gambar 4) menunjukkan

kesesuaian hasil bahwa secara kualitatif

sedimentasi terjadi dibagian perairan pantai

barat daya dan erosi terjadi dibagian

perairan pantai timur laut.

03

°55

'00

" S

55

'40

" S

0

3°5

3'0

0"

S0

3°5

4'0

0"

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

STO

CK P

ILE B

ATU B

AR

A

PACKING P

LAN

PT. SEM

EN PADANG

LAMPU PENUNTUN

DER

MAGA S

AM

UDERA

AREA PENUMPUKAN PETI KEMAS

BRIKET

BUNDED ZONE

TE

RM

INA

L C

UR

AH

CA

IR

DO

CK

ING

PP

I

A S

D P

DE

RM

AG

A N

US

AN

TA

RA

DE

RM

AG

A L

OK

AL

AN

GKA

TA

N L

AU

T

LAMPU MERAH

LAMPU HIJAU

KAWASAN INDUSTRIGREEN

AREA

TAN

GG

UL

DER

MA

GA

PE

RTA

MIN

A

CO

MM

UN

ITY

ZO

NE

OF

FIC

E C

EN

TR

E

PE

RT

AM

INA

DA

M P

EN

UTU

P

SU

NG

AI

JE

NG

GA

LU

PERTAMINA

PIPA PERTAMINA

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

Gambar 4. Peta sebaran sedimentasi dan erosi di pelabuhan Pulau Baai Bengkulu



KESIMPULAN

1. Hasil verifikasi model arus dengan

membandingkan pola arus dari Nasrun

et al [8] menunjukkan kesesuaian hasil

yang menyatakan bahwa arus menuju

ke timur laut.

2. Hasil simulasi model transport sedimen

secara kualitatif pada umumnya sesuai

dengan data pola erosi dan sedimentasi

dari Arifin et al [1] yang

memperlihatkan bahwa sedimentasi

dominan terjadi dibagian pantai barat

daya dan erosi dominan terjadi dibagian

pantai timur laut Pulau Baai.

3. Simulasi model transport sedimen

dengan pembangkit gelombang dan arus

akibat gelombang selama 1 bulan

menghasilkan pola, yaitu; (a)

sedimentasi dominan terjadi dibagian

pantai barat daya dengan netto sedimen

426 m3 (tanpa skenario jetty) dan 302

m3 (dengan skenario jetty); (b) erosi

dominan terjadi dibagian pantai timur

laut dengan netto sedimen 164 m3

(tanpa skenario jetty) dan 82 m3

(dengan skenario jetty).

UCAPAN TERIMA KASIH

Penulis menyampaikan terima kasih

kepada DP2M DIKTI atas pembiayaan

penelitian ini melalui penelitian Hibah

Bersaing ke-2 tahun 2011 dengan nomor

kontrak: No. 1714/H30.10.06.01.HK/2011.

Penulis juga menyampaikan terimakasih

kepada Lembaga Penelitian Universitas

Bengkulu dan Lembaga Penelitian

Universitas Syiah Kuala yang telah

memberikan kepercayaan atas kelancaran

penelitian ini.

DAFTAR PUSTAKA

Arifin, L., Darlan,Y., Hutagaol, J.P.,

Hanafi, M., Supriadi. (2001), Kajian

Proses Sedimentasi untuk Alur

Transportasi Batubara di Pulau Baai,

Bengkulu Propinsi Bengkulu, Pusat

Penelitian dan Pengembangan Geologi

Kelautan, Bandung.

PT PELINDO II, (2009), Tak Tuntas

Pathaway, Pelindo II Keruk Alur Rakyat

Bengkulu, Bengkulu

Horikawa, K. (1988), Nearshore Dynamics

and Coastal Processes, University of

Tokyo Press.

Longuet-Higgins, M. S. (1970), On the

Longshore Currents generated by

Obliquely Incident Sea Wave, 2, Journal

of Geophysics, Res., 75, this issue.

Van Rijn,L.C. (1990), Principles of Fluid

Flow and Surface Waves in Rivers,

Estuaries, Seas, and Oceans, University

of Utrecht, Department of Physical

Geography.

Koutitas, C.G. (1988), Mathematical Model

in Coastal Engineering, London.

Chapman, D.C. (1985), Numerical

Treatment of Cross-Shelf Open

Boundaries in a Barotropic Coastal

Ocean Model, Journal of Physical

Oceanography, Volume 15.

Nasrun, Lubis, S., Kurnio, H., Situmorang,

M., Noviandi, Y., Suprijadi, Budiman,

Hartono. (1996), Penyelidikan Geologi

dan Geofisika Dalam Pengolahan,

Pengembangan dan Pemanfaatan

Kawasan Pulau Baai dan Sekitarnya,

Bengkulu.

pola transport sedimen akibat arus yang dibangkitkan

Documents