wave analysis pasean

Laporan Analisa

Gelombang

Laporan untuk Mendukung Pekerjaan Rencana Pembangunan

Dermaga Pelabuhan Pasean - Pamekasan

Analisa Gelombang Perairan Pasean

Pamekasan – Jawa Timur 2013

2

Daftar Isi

Daftar Isi .................................................................................................................................... 2

Daftar Gambar ........................................................................................................................... 2

1 PENDAHULUAN ................................................................................................................ 5

1.1 Deskripsi Umum .............................................................................................................................. 5

1.2 Tujuan ............................................................................................................................................. 5

1.3 Data ................................................................................................................................................. 5

2 ANALISA GELOMBANG .................................................................................................. 6

2.1 Penentuan Wind Stress Factor (UA) ............................................................................................... 6

2.2 Daerah Pembentukan Gelombang (Fetch Efektif) .......................................................................... 9

2.3 Distribusi Angin ............................................................................................................................. 12

2.4 Distribusi Gelombang .................................................................................................................... 15

2.5 Analisa Gelombang Ekstrim .......................................................................................................... 18

2.6 Transformasi Gelombang .............................................................................................................. 19

2.7 MIKE21 SW Model ........................................................................................................................ 22

2.8 Persamaan Pembangun ................................................................................................................ 23

2.9 Hasil Simulasi ................................................................................................................................ 25

2.10 Perhitungan Tinggi Gelombang Pecah .......................................................................................... 27

3 KESIMPULAN ................................................................................................................. 29

Daftar Gambar



3

Gambar 1-1 Lokasi proyek (kotak kuning). .................................................................................................... 5

Gambar 2-1 Rasio RL dari kecepatan angin di atas air, UW, terhadap keceptan angin di atas darat, UL,

sebagai fungsi dari kecepatan angin diatas darat, UL. ..................................................................................... 8

Gambar 2-2 Fetch Perairan Pasean-Pamekasan ............................................................................................ 10

Gambar 2-3 Distribusi kecepatan angin dan arah bulan Januari-Juni (2003-2012) ...................................... 13

Gambar 2-4 Distribusi kecepatan angin dan arah bulan Juli-Desember (2003-2012) .................................. 14

Gambar 2-5 Distribusi kecepatan angin dan arah Stasiun Pasean (2003-2012) ........................................... 15

Gambar 2-6 Distribusi tinggi gelombang dan arah bulan Januari-Juni (2003-2012) .................................... 16

Gambar 2-7 Distribusi tinggi gelombang dan arah bulan Juli-Desember (2003-2012) ................................ 17

Gambar 2-8 Distribusi tinggi gelombang dan arah (2003-2012) .................................................................. 18

Gambar 2-9 Perambatan arah gelombang akibat refraksi. ........................................................................... 21

Gambar 2-10 Perambatan arah gelombang akibat diraksi. ........................................................................... 21

Gambar 2-11 Hasil simulasi gelombang arah Timur. Input Hs= 2.06m Tp = 14.94 detik ........................... 25

Gambar 2-12 Hasil simulasi gelombang arah Timur Laut. Input Hs=0.61m Tp = 9.65 detik . .................... 25

Gambar 2-12 Hasil simulasi gelombang arah Utara. Input Hs=0.84m Tp = 11.05 detik . ........................... 26

Gambar 2-13 Hasil simulasi gelombang arah Barat Laut. Input Hs= 1.86m Tp = 12.85 detik .................... 26

Gambar 2-14 Hasil simulasi gelombang arah Barat. Input Hs= 1.9 m Tp = 8.52 detik ............................... 27

Gambar 2-15 Posisi gelombang pecah dari garis pantai ............................................................................... 28

Gambar 3-1 Jenis pergerakan kapal .............................................................................................................. 30

Gambar 3-2 Arah datang gelombang terhadap kapal saat sandar ................................................................. 30

Gambar 3-3 Kombinasi gelombang perioda panjang dan pendek ................................................................ 31

Gambar 3-4 Pengaruh gelombang terhadap ukuran kapal ............................................................................ 31

Gambar 3-5 Layout desain awal breakwater (sebelah kiri) dan layout rekomendasi (Gambar sebelah kanan)

...................................................................................................................... Error! Bookmark not defined.

Gambar 3-6 Hasil simulasi gelombang arah Timur. Input Hs= 2.06m Tp = 14.94 detik ... Error! Bookmark

not defined.

Gambar 3-7 Hasil simulasi gelombang arah Barat Laut. Input Hs= 1.86m Tp = 12.85 detik ............... Error!

Bookmark not defined.

Gambar 3-8 Hasil simulasi gelombang arah Barat Laut. Input Hs= 1.86m Tp = 12.85 detik ............... Error!

Bookmark not defined.



4

Daftar Tabel

Tabel 2.1 Tinggi gelombang tiap perioda ulang arah Barat, Barat Laut, Utara, Timur Laut dan Timur ..... 19

Tabel 3.1 Tinggi dan periode gelombang maksimum di lokasi dermaga ..................................................... 29

Tabel 3.2 Tinggi Gelombang Signifikan dalam kolam dermaga. ................................................................. 29

Tabel 3-3 Tinggi maksimum gelombang signifikan ..................................................................................... 31

Tabel 3-4 Panduan untuk tinggi gelombang signifikan yang diijinkan (dalam m) ....................................... 32

Tabel 3-5 Rekomendasi tinggi gelombang untuk kondisi kerja yang aman ................................................. 32

Tabel 3.6 Tinggi Gelombang Signifikan dalam kolam dermaga. ................................................................. 32

Tabel 3.7 Tinggi Gelombang Signifikan perbandingan 3 alternatif breakwater .......................................... 33



5

1 PENDAHULUAN

1.1 Deskripsi Umum

Laporan ini menyajikan analisa gelombang di lokasi pembangunan dermaga di Pasean- Pamekasan - Jawa

Timur. Lokasi proyek berada pada kotak kuning pada peta Gambar 1-1 berikut.

Gambar 1-1 Lokasi proyek (kotak kuning).

Analisa gelombang dengan simulasi model spektrum gelombang sedangkan analisa arus dilakukan dengan

simulasi hidrodinamika.

1.2 Tujuan

Tujuan laporan ini adalah untuk mengetahui tinggi signifikan dan perioda puncak dari berbagai arah

dominan gelombang. Simulasi ini dibuat serealistis mungkin sehubungan dengan data yang tersedia. Kami

menggunakan modul MIKE 21 SPECTRAL WAVE modul dari DHI.

1.3 Data

Data yang digunakan dalam simulasi ini terdiri atas data hasil survei dari Laporan survei batimetri yang

telah dilakukan serta data dari stasiun BMKG terdekat, yaitu:

Data angin dari BMKG Pasean - Pamekasan tahun 2003-2012

Survei topografi dan batimetri

Pengamatan pasang surut

Pengamatan arus



6

2 ANALISA GELOMBANG

Salah satu cara peramalan gelombang adalah dengan melakukan pengolahan data angin. Prediksi

gelombang disebut hindcasting jika dihitung berdasarkan kondisi meteorologi yang telah lampau dan

forecasting jika dihitung berdasarkan kondisi meteorologi hasil prediksi. Prosedur penghitungan keduanya

sama, perbedaannya hanya pada sumber data meteorologinya.

Keakuratan tinggi dan arah gelombang dari hindcasting sangat dipengaruhi oleh data angin yang

digunakan. Data angin yang tersedia adalah data angin maksimum harian dari BMKG di Stasiun Pasean

selama 10 tahun yaitu data tahun 2003-2012

Gelombang laut yang akan diramal adalah gelombang di laut dalam suatu perairan yang dibangkitkan oleh

angin, kemudian merambat ke arah pantai dan pecah seiring dengan mendangkalnya perairan di dekat

pantai. Hasil peramalan gelombang berupa tinggi dan perioda gelombang signifikan untuk setiap data

angin. Data-data yang dibutuhkan untuk meramal gelombang terdiri dari:

1. Data angin yang telah dikonversi menjadi wind stress factor (UA).

2. Panjang fetch efektif.

2.1 Penentuan Wind Stress Factor (UA)

Data angin yang berupa kecepatan perlu dikoreksi untuk mendapatkan wind stress factor (UA). Adapun

koreksi tersebut meliputi:

Koreksi Elevasi

Data angin yang digunakan adalah data angin yang diukur pada elevasi 10 m dari permukaan tanah.

Apabila angin tidak diukur pada elevasi tersebut, maka harus dikoreksi dengan persamaan:

(

)

di mana:

u10 = kecepatan angin hasil koreksi elevasi (m/s)

uz = kecepatan angin yang tidak diukur pada ketinggian 10 m (m/s)

z = elevasi alat ukur (m)



7

Koreksi Durasi

Data angin yang tersedia biasanya tidak disebutkan durasinya atau merupakan data hasil pengamatan

sesaat. Kondisi sebenarnya kecepatan angin adalah selalu berubah-ubah meskipun pada arah yang

sama. Untuk melakukan hindcasting, diperlukan juga durasi atau lama angin bertiup, di mana selama

dalam durasi tersebut dianggap kecepatan angin adalah konstan. Oleh karena itu, koreksi durasi ini

dilakukan untuk mendapatkan kecepatan angin rata-rata selama durasi angin bertiup yang

diinginkan.

Berdasarkan data hasil pengamatan angin sesaat, dapat dihitung kecepatan angin rata-rata untuk

suatu durasi angin tertentu, dengan prosedur sebagai berikut:

1) Diketahui kecepatan angin sesaat adalah uf. Akan ditentukan kecepatan angin dengan durasi t

detik (ut).

2) Menghitung u3600.

dengan:

( (

)) untuk 1 t1 3600 detik

untuk 3600 t1 36000 detik

3) Menghitung ut, t = durasi yang ditentukan.

dengan:

( (

)) untuk 1 t 3600 detik

untuk 3600 t 36000 detik

di mana

uf = kecepatan angin maksimum hasil koreksi elevasi (m/s)



8

ut = kecepatan angin rata-rata untuk durasi angin yang diinginkan (m/s)

t = durasi waktu yang diinginkan (detik)

Koreksi Stabilitas

Apabila terdapat perbedaan temperatur antara udara dan laut, maka kecepatan angin efektif dapat

diperoleh dengan melakukan koreksi stabilitas sebagai berikut:

di mana:

Rt = rasio amplifikasi

ut = kecepatan angin hasil koreksi durasi (m/s)

Apabila data perbedaan temperatur tidak diketahui, maka SPM 1984 menyarankan penggunaan Rt =

1,1.

Koreksi Lokasi Pengamatan

Apabila pengukuran data angin dilakukan di atas daratan, maka perlu ada koreksi lokasi untuk

menjadikan data angin di atas daratan menjadi data angin hasil pengukuran di laut.

Jika lokasi pengamatan dilakukan di perairan maka tidak perlu dilakukan koreksi lokasi. Jika lokasi

pengamatan berada di darat dan fetch tidak cukup untuk pembentukan fully developed sea (lebih

jauh dari 16 km atau 10 mil), maka data pengamatan angin perlu dikoreksi menjadi data pengamatan

di atas air menggunakan Gambar 2.1.

Gambar 2-1 Rasio RL dari kecepatan angin di atas air, UW, terhadap keceptan angin di atas darat, UL,

sebagai fungsi dari kecepatan angin diatas darat, UL.



9

Berikut ini adalah persamaan yang digunakan:

di mana:

RL = rasio kecepatan angin di atas laut dengan di daratan

ut = kecepatan angin hasil koreksi stabilitas (m/s)

Untuk pengukuran angin yang dilakukan di pantai atau di laut, koreksi ini tidak perlu dilakukan (RL

=1).

Koreksi Koefisien Seret

Setelah data kecepatan angin melalui koreksi-koreksi di atas, maka data tersebut dikonversi menjadi

wind stress factor (UA) dengan menggunakan persamaan di bawah ini:

di mana:

U = kecepatan angin hasil koreksi-koreksi sebelumnya (m/s)

UA = wind stress factor (m/s)

2.2 Daerah Pembentukan Gelombang (Fetch Efektif)

Fetch adalah daerah pembentukan gelombang yang diasumsikan memiliki arah dan kecepatan angin yang

relatif konstan. Karakteristik gelombang yang ditimbulkan oleh angin ditentukan juga oleh panjang fetch.

Fetch efektif di titik tertentu adalah area dalam radius perairan yang melingkupi titik tersebut di mana

dalam area tersebut angin bertiup dengan kecepatan konstan dari arah manapun menuju titik tersebut.

Penghitungan panjang fetch efektif ini dilakukan dengan menggunakan bantuan peta topografi lokasi

dengan skala yang cukup besar, sehingga dapat terlihat pulau-pulau atau daratan yang mempengaruhi

pembentukan gelombang di suatu lokasi. Penentuan titik fetch diambil pada posisi laut dalam dari lokasi

perairan yang ditinjau. Ini karena gelombang yang dibangkitkan oleh angin terbentuk di laut dalam suatu

perairan, kemudian merambat ke arah pantai dan pecah seiring dengan mendangkalnya dasar perairan di

dekat pantai.

Pada peramalan gelombang, data yang digunakan adalah data-data besar kecepatan angin maksimum

harian berikut arahnya yang kemudian diproyeksi ke delapan arah mata angin utama. Selain itu juga

dibutuhkan informasi tentang panjang fetch efektif untuk delapan arah mata angin utama.



10

Untuk menghitung panjang fetch digunakan prosedur sebagai berikut:

1. Tarik garis fetch untuk suatu arah.

2. Tarik garis fetch dengan penyimpangan sebesar 50 dan –5

0 dari suatu arah sampai pada batas areal

yang lain. Pengambilan nilai 50

ini dilakukan mengingat adanya keadaan bahwa angin bertiup dalam

arah yang bervariasi atau sembarang, maka panjang fetch diukur dari titik pengamatan dengan

interval 50. Tiap garis pada akhirnya memiliki 9 garis fetch.

3. Ukur panjang fetch tersebut sampai menyentuh daratan terdekat, kalikan dengan skala peta.

4. Panjang fetch efektif adalah:

∑

∑

di mana:

Fi = panjang fetch ke-i

i = sudut pengukuran fetch ke-i

i = nomor pengukuranfetch

n = jumlah pengukuran fetch

Pada lokasi pekerjaan ini, terdapat dua daerah pembentukan gelombang yaitu di dalam pelabuhan dan di

perairan sekitar lokasi pekerjaan. Fetch untuk masing-masing daerah pembentukan gelombang ditunjukkan

pada gambar berikut.

Gambar 2-2 Fetch Perairan Pasean-Pamekasan



11

Untuk menentukan tinggi gelombang dan perioda gelombang, digunakan data hasil hindcasting yang

berupa Feff dan UA. Kedua parameter tersebut digunakan ke dalam tiga persamaan berikut sesuai dengan

prosedur peramalan gelombang dari SPM 1984:

(

)

(

)

(

)

di mana:

Hmo = tinggi gelombang signifikan menurut energi spektral (m)

TP = perioda puncak spektrum (detik)

g = percepatan gravitasi bumi = 9.81 (m/s2)

UA = wind stress factor (m/s)

Feff = panjang fetch efektif (m)

T = durasi angin yang bertiup (detik)

Adapun prosedur peramalan gelombang adalah sebagai berikut:

1. Analisa perbandingan pada persamaan di atas. Jika tidak memenuhi persamaan tersebut, maka

gelombang yang terjadi merupakan hasil pembentukan gelombang sempurna. Penghitungan tinggi

dan perioda gelombangnya menggunakan persamaan-persamaan berikut:

Jika hasil analisa perbandingan memenuhi persamaan di atas, maka gelombang yang terjadi

merupakan hasil pembentukan gelombang tidak sempurna. Pembentukan gelombang tidak sempurna



12

ini ada 2 (dua) jenis, yaitu pembentukan gelombang terbatas fetch dan terbatas durasi. Untuk

membedakannya perlu diketahui terlebih dahulu durasi kritis (tc), sebagai berikut:

(

)

2. Periksa durasi data yang ditentukan (t), lalu bandingkan terhadap durasi kritis (tc).

1) Jika t tc, maka gelombang yang terjadi merupakan gelombang hasil pembentukan terbatas fetch.

Pada pembentukan jenis ini, durasi angin yang bertiup cukup lama.

2) Jika t tc, maka gelombang yang terjadi merupakan gelombang hasil pembentukan terbatas

durasi. Pada pembentukan ini, durasi angin yang bertiup tidak cukup lama. Penghitungan tinggi

dan perioda gelombangnya terlebih dahulu mengganti panjang Feff dengan Fmin berikut ini:

(

)

Hindcasting gelombang dilakukan dengan menggunakan data angin 2003-2012. Hasil hindcasting adalah

tinggi gelombang untuk delapan arah mata angina. Tabel dan gambar berikut menunjukan distribusi tinggi

gelombang untuk masing-masing arah yang dibangkitkan pada dua daerah pembentukan gelombang.

2.3 Distribusi Angin

Gelombang yang terbentuk di perairan ditimbulkan oleh angin. Dengan menggunakan analisa fetch efektif

dan hindcasting maka didapatkan data tinggi gelombang. Sorting dilakukan untuk data angin berdasarkan

arah dan kecepatan tiap bulan yang terekam Windrose berikut ini.



13

Gambar 2-3 Distribusi kecepatan angin dan arah bulan Januari-Juni (2003-2012)



14

Gambar 2-4 Distribusi kecepatan angin dan arah bulan Juli-Desember (2003-2012)



15

Gambar 2-5 Distribusi kecepatan angin dan arah Stasiun Pasean (2003-2012)

2.4 Distribusi Gelombang

Gelombang yang terbentuk di perairan laut dalam hasil dari analisa hindcasting disorting dan disajikan

dalam bentuk Waverose seperti terlihat pada gambar berikut.



16

Gambar 2-6 Distribusi tinggi gelombang dan arah bulan Januari-Juni (2003-2012)

17 | Revision : 0 Date : March, 8th 2012

Gambar 2-7 Distribusi tinggi gelombang dan arah bulan Juli-Desember (2003-2012)



18 | Revision : 1 Date : April, 15st 2013

Gambar 2-8 Distribusi tinggi gelombang dan arah (2003-2012)

2.5 Analisa Gelombang Ekstrim

Data gelombang jangka panjang dibutuhkan untuk analisa gelombang ekstrim. Berdasarkan

gelombang hasil hindcast, tinggi gelombang signifikan tahunan dan periodanya dapat diketahui.

Terdapat beberapa metoda untuk menghitung tinggi gelombang signifikan terbesar; masing-masing

berdasarkan asumsi dari distribusi nilai ekstrim. Namun, tidak ada metodologi fisik, teoritis, atau

empiris yang kuat untuk memilih fungsi distribusi tertentu untuk analisis ekstrim.

Hasil peramalan gelombang yang berupa series waktu kejadian gelombang akibat angin, masih belum

dapat langsung digunakan untuk perencanaan. Perencanaan memerlukan suatu tinggi (dan periode)

gelombang yang biasanya didasarkan pada suatu fenomena statistik yang dikenal dengan nama

periode ulang.




Dalam kajian ini gelombang rencana yang dipakai adalah berdasarkan analisis harga ekstrim dari data

gelombang terbesar tahunan hasil peramalan gelombang. Untuk analisis tinggi gelombang, dilakukan

dengan menggunakan metoda Log Normal. Fungsi distribusi inilah yang digunakan untuk menghitung

gelombang rencana untuk perioda ulang tertentu.

Besaran yang biasa digunakan untuk suatu kejadian yaitu perioda ulang, R. Kejadian tahun ke-R

memiliki kemungkinan terlampaui 1/R pada tahun tertentu. Hubungan probabilitas terlampaui dan

perioda ulang terlihat dalam persamaan berikut:

L1

P 1 1R

P probility of exceedance

L design life

Sebagai contoh, jika perioda ulang kejadian ekstrim adalah 50 tahun dan umur desain adalah 50 tahun,

kemungkinan terjadi kejadian ekstrim yaitu 63,58% selama perioda umur desain. Berikut disajian

hasil pengolahan tinggi gelombang di laut dalam perairan Pasean – Pamekasan – Jawa Timur.

Tabel 2.1 Tinggi gelombang tiap perioda ulang arah Barat, Barat Laut, Utara, Timur Laut dan Timur

2.6 Transformasi Gelombang

Gelombang pada kawasan pantai (coastal area) berasal dari laut lepas pantai. Penyebaran gelombang

dipengaruhi oleh kontur dasar perairan di mana pergerakan gelombang ditransformasikan menurut

variasi topografi dasar perairan tersebut. Ada beberapa tipe transformasi gelombang, diantaranya:

pendangkalan (shoaling), pecah (breaking), refraksi (refraction), difraksi (difraction) dan lain-lain.

Untuk keperluan perencanaan ini lebih ditekankan pada analisa refraksi/difraksi saja.

H T H T H T H T H T

200 1.95 13.28 0.96 11.84 0.67 10.02 2.06 14.94 2 8.65

100 1.89 13.07 0.9 11.46 0.64 9.84 1.97 14.23 1.95 8.59

50 1.81 12.85 0.84 11.05 0.61 9.65 1.88 13.46 1.9 8.52

25 1.73 12.61 0.77 10.6 0.58 9.43 1.78 12.6 1.84 8.45

10 1.6 12.25 0.67 9.89 0.53 9.11 1.63 11.27 1.76 8.34

5 1.48 11.92 0.57 9.22 0.49 8.82 1.48 10.02 1.68 8.24

3 1.37 11.61 0.48 8.61 0.44 8.56 1.35 8.86 1.61 8.15

2 1.25 11.31 0.38 7.96 0.4 8.29 1.2 7.64 1.54 8.05

BaratPerioda

Ulang

Barat Laut Utara Timur Laut Timur




Refraksi adalah peristiwa berubahnya arah perambatan dan tinggi gelombang akibat perubahan

kedalaman dasar laut. Ilustrasi secara sederhana dapat dilihat pada Gambar 2.9. Gelombang akan

merambat lebih cepat pada perairan yang dalam dari pada perairan yang dangkal. Hal ini

menyebabkan puncak gelombang membelok dan menyesuaikan diri dengan kontur dasar laut.

Parameter-parameter yang penting pada analisa refraksi gelombang adalah:

Ks : koefisien pendangkalan

Kr : koefisien refraksi

di mana:

b

bK

C

CK

os

g

g

so

Cg : kecepatan „grup‟ gelombang

(subscript “o” menyatakan „laut dalam‟)

Sementara, tinggi gelombang yang terjadi pada perairan dangkal (H) dapat dihitung sebagai berikut:

H = Ho.Ks.Kr

Difraksi adalah peristiwa transmisi energi gelombang dalam arah kesamping (lateral) dari arah

perambatan gelombang. Peristiwa ini terjadi apabila terdapat bangunan laut yang menghalangi

perambatan gelombang seperti yang diilustrasi pada Gambar 2.10. Pada bagian yang terlindung oleh

bangunan laut, tetap terbentuk gelombang akibat transmisi lateral tadi. Fenomena difraksi tidak

terbatas pada perairan dangkal saja karena difraksi terjadi di mana terdapat bangunan laut yang

menghalangi perambatan gelombang.




Gambar 2-9 Perambatan arah gelombang akibat refraksi.

Gambar 2-10 Perambatan arah gelombang akibat diraksi.

Analisis fenomena refraksi/difraksi yang akan digunakan dalam pekerjaan ini dilaksanakan dengan

mensimulasikan proses refraksi-difraksi di kawasan perairan Pasean-Papua Barat.

Modul yang akan digunakan dalam analisa tranformasi gelombang dari laut dalam hingga ke area laut

dangkal pada Software MIKE21 adalah modul Spektral Wave (SW) dengan input gelombang perioda

ulang 50 tahun.




2.7 MIKE21 SW Model

MIKE 21 SW merupakan model generasi baru dari wind-wave model berdasarkan unstructured mesh.

MIKE 21 SW mensimulasikan pertumbuhan, peluruhan dan transformasi gelombang yang

dibangkitkan oleh angin dan swell di offshore dan area pesisir. MIKE 21 SW memiliki dua formulasi

berbeda, yaitu:

Directional decoupled parametric formulation

Fully spectral formulation

Directional decoupled parametric formulation berdasarkan parameterisasi dari persamaan konservasi

wave action. Parameterisasi dilakukan pada frekuensi dominan dengan menjadikan momen ke-nol dan

momen ke-satu sebagai variabel yang bergantung pada variabel lain (Holthuijsen,1989).

Fully spectral formulation berdasarkan persamaan konservasi wave action seperti dijelaskan pada

Komen et al (1994) dan Young (1999), dimana frekuensi tiap arah dari spektrum wave action adalah

variabel yang bergantung pada variabel lain.

Fenomena fisis yang dapat disimulasikan oleh MIKE 21 SW diantaranya:

Pertumbuhan gelombang yang dibangkitkan angin

Interaksi gelombang non-linear

Disipasi akibat white-capping

Disipasi akibat gesekan dasar

Disipasi akibat gelombang pecah

Refraksi dan pendangkalan akibat perubahan kedalaman

Interaksi gelombang dan arus

Efek tinggi air yang berubah terhadap waktu

Diskritsasi persamaan pembangun dalam geographical dan ruang spectral menggunakan metode cell-

centered finite volume. Pada domain geographical digunakan unstructrured mesh. Integrasi waktu

dengan pendekatan langkah fractional dengan metode multi-sequence untuk perhitungan penjalaran

wave action.

MIKE 21 SW dapat diaplikasikan untuk desain di offshore, pesisir dan dermaga dengan perkiraan

beban gelombang yang akurat sebagai faktor penting terhadap keamanan dan desain yang ekonomis

dari struktur. Model ini juga dapat digunakan untuk perhitungan transpor sedimen, yang sebagian

besar ditentukan oleh kondisi gelombang dan gelombang yang dipengaruhi arus. Gelombang yang

dipengaruhi arus dibangkitkan oleh perbedaan radiation stress yang muncul di surf zone.




2.8 Persamaan Pembangun

Dinamika gelombang gravitasi dijelaskan oleh persamaan transpor untuk densitas wave action. Untuk

aplikasi skala kecil basic transpor biasanya diformulasi dalam koordinat kartesian, sedangkan

koordinat spherical digunakan untuk aplikasi skala besar. Spektrum wave action berubah terhadap

waktu dan ruang dan merupakan fungsi dari dua parameter fasa gelombang. Dua parameter fasa

gelombang dapat berupa vektor wave number , dan arah , atau arah dan frekuensi angular

relatif, , atau angular frekuensi absolut, . Pada model parameter yang digunakan

dalam formulasi yaitu arah gelombang dan frekuensi angular relatif, . Hubungan densitas wave

action, N(, ), dengan wave energy E(, ) pada persamaan

Penjalaran gelombang pada kedalaman yang berubah dan terdapat pengaruh arus, hubungan

antara frekuensi angular relatif dan frekuensi angular absolut terdapat dalam persamaan

berikut

√

dengan g adalah percepatan gravitasi, d kedalaman air, dan adalah vektor kecepatan arus.

Besar nilai kecepatan grup, , dari energi gelombang relatif diberikan oleh

(

)

Kecepatan fasa, c, dari gelombang relatif terhadap arus yaitu

Frekuensi dari spektrum terbatas pada frekuensi minimum, , dan frekuensi maksimum,

.

Persamaan pembangun merupakan persamaan kesetimbangan wave action yang

diformulasikan dalam koordinat kartesian maupun spherical (lihat Komen et al. (1994) dan

Young (1999)). Dalam laporan ini hanya akan dibahas persamaan dalam koordinat kartesian

yaitu

dimana adalah action density, t merupakan waktu, koordinat kartesian,

adalah kecepatan penjalaran dari grup gelombang dalam empat dimensi, S

adalah variabel sumber pada persamaan kesetimbangan energi. adalah diferensial empat-




dimensi operator , , . Karakteristik penjalaran keempat variabel kecepatan dijelaskan

sebagai berikut

( )

[

]

*

+

Variabel sumber energi, S, merupakan penjumlahan dari fungsi-fungsi sumber yang masing-

masing mewakili proses fisis

Pada persamaan diatas adalah pembangkit energi oleh angin, adalah transfer energi

gelombang dari interaksi non-liner antar gelombang, adalah disipasi energi gelombang

akibat white-capping, adalah disipasi energi akibat gesekan dasar, dan adalah disipasi

energi gelombang akibat gelombang pecah.




2.9 Hasil Simulasi

A. Tinggi Gelombang dari Arah Timur (E)

Gambar 2-11 Hasil simulasi gelombang arah Timur. Input Hs= 2.06m Tp = 14.94 detik

B. Tinggi Gelombang dari Arah Timur Laut (NE)

Gambar 2-12 Hasil simulasi gelombang arah Timur Laut. Input Hs=0.61m Tp = 9.65 detik .




C. Tinggi Gelombang dari Arah Utara(N)

Gambar 2-13 Hasil simulasi gelombang arah Utara. Input Hs=0.84m Tp = 11.05 detik .

D. Tinggi Gelombang dari Arah Barat Laut (NW)

Gambar 2-14 Hasil simulasi gelombang arah Barat Laut. Input Hs= 1.86m Tp = 12.85 detik




E. Tinggi Gelombang dari Arah Barat (W)

Gambar 2-15 Hasil simulasi gelombang arah Barat. Input Hs= 1.9 m Tp = 8.52 detik

2.10 Perhitungan Tinggi Gelombang Pecah

Pada saat gelombang menjalar dari perairan dalam ke pantai dimana bangunan pantai akan

dibangun, maka gelombang tersebut mengalami proses perubahan tinggi dan arah gelombang.

Perubahan ini antara lain disebabkan karena proses refraksi, difraksi, pendangkalan dan

pecahnya gelombang. Hasil tinggi gelombang setelah mengalami transformasi gelombang

(Refraksi dan Difraksi) telah dimodelkan dengan MIKE21 seperti yang tercantum di Bab 2.9.

Oleh karena itu tinggi gelombang rencana yang akan dipergunakan dilokasi pekerjaan harus

ditinjau terhadap proses ini. Tinggi gelombang rencana terpilih adalah tinggi gelombang

maksimum yang mungkin terjadi dilokasi pekerjaan. Apabila gelombang telah pecah sebelum

mencapai lokasi pekerjaan, maka gelombang rencana yang dipakai adalah tinggi gelombang

pecah (Hb) di lokasi pekerjaan. Secara teori jika breakwater masih berada didalam area laut

yang landai, tinggi gelombang pecah (Hb) bisa dihitung dengan rumus Hb = 0,78 ds (CERC,

1984).

Dimana:

Hb : Tinggi gelombang pecah (m)




ds : Kedalaman perairan di lokasi rencana breakwater

Dengan Tinggi gelombang ekstrim maksimum dari arah Barat sebesar 1.9 meter, maka bisa

didapatkan bahwa letak gelombang pecah berada pada kedalaman :

ds = Hb/0,78 = 2.44 meter

Sehingga pada Gambar 2-15 bisa dilihat letak gelombang pecah berada pada jarak ± 240 meter

dari garis pantai.

Gambar 2-16 Posisi gelombang pecah dari garis pantai

L= 240 m

Breaker Zone




3 KESIMPULAN

Tinggi gelombang signifikan dan perioda puncak yang sampai di daerah perencanaan dermaga

dengan input gelombang perioda ulang 50 tahun dirangkum dalam Tabel 3.1.

Tabel 3.1 Tinggi dan periode gelombang maksimum di lokasi dermaga

Berdasarkan hasil simulasi dengan perioda ulang 50 tahun, tinggi gelombang di dalam sekitar

dermaga dirangkum dalam tabel 3.2 berikut.

Tabel 3.2 Tinggi Gelombang Signifikan dalam kolam dermaga.

Lokasi Tinjauan

H signifikan

Timur Timur Laut Utara Barat Laut Barat

Hs Sebelum Area Breakwater 1.9 0.61 0.88 1.8 1.55

Hs di Area Dermaga 0.57 0.46 0.51 0.42 0.55

Keseluruhan operasional kapal didalam pelabuhan, mulai dari kedatangan hingga keberangkatan,

dapat terbagi menjadi:

- Kedatangan di luar pelabuhan

- Persiapan sandar dan sandar

- Loading dan unloading saat sandar

- Persiapan keberangkatan

- Keberangkatan dari pelabuhan

Faktor yang sangat mempengaruhi dalam kegiatan di pelabuhan adalah kecepatan angin, tinggi dan

arah gelombang, serta kecepatan dan arah arus.

H T H T H T H T H T

200 1.95 13.28 0.96 11.84 0.67 10.02 2.06 14.94 2 8.65

100 1.89 13.07 0.9 11.46 0.64 9.84 1.97 14.23 1.95 8.59

50 1.81 12.85 0.84 11.05 0.61 9.65 1.88 13.46 1.9 8.52

25 1.73 12.61 0.77 10.6 0.58 9.43 1.78 12.6 1.84 8.45

10 1.6 12.25 0.67 9.89 0.53 9.11 1.63 11.27 1.76 8.34

5 1.48 11.92 0.57 9.22 0.49 8.82 1.48 10.02 1.68 8.24

3 1.37 11.61 0.48 8.61 0.44 8.56 1.35 8.86 1.61 8.15

2 1.25 11.31 0.38 7.96 0.4 8.29 1.2 7.64 1.54 8.05

BaratPerioda

Ulang

Barat Laut Utara Timur Laut Timur




Gelombang yang masuk kedalam kolam pelabuhan merupakan akibat dari difraksi, penjalaran dan

overtopping melewati breakwater. Tinggi gelombang yang diijinkan di dalam pelabuhan tergantung

pada ukuran kapal, arah gelombang dan periode gelombang. Terdapat enam komponen utama gerakan

kapal yang dipengaruhi gelombang dan angin (Gambar 3.1). Pada umumnya pergerakan kapal

merupakan kombinasi lebih dari satu gerakan yang ada pada gambar.

Pada posisi kapal sandar, arah datang gelombang terhadap kapal diklasifikasikan menjadi head-on,

beam wave dan quatering wave (Gambar 3.2). Kombinasi dari gelombang perioda panjang dan

perioda pendek terhadap kapal ditunjukan Gambar 3.3. Gelombang dengan perioda pendek akan

lebih mempengaruhi kapal kecil, sedangkan gelombang dengan perioda panjang akan mempengaruhi

hampir semua jenis kapal (Gambar 3.4).

Gambar 3-1 Jenis pergerakan kapal

Gambar 3-2 Arah datang gelombang terhadap kapal saat sandar




Gambar 3-3 Kombinasi gelombang perioda panjang dan pendek

Gambar 3-4 Pengaruh gelombang terhadap ukuran kapal

Tinggi gelombang dan gerakan kapal yang diijinkan saat sandar tergantung pada elastisitas fender dan

sistem mooring, jenis kapal, metode yang digunakan saat bongkar muat, orientasi dermaga terhadap

arah gelombang dan arus, perioda gelombang dan perioda alami osilasi kapal. Kombinasi dari faktor-

faktor tersebut cukup sulit untuk dihitung secara matematis. Metode yang dapat digunakan untuk

memprediksi respon kapal terhadap gelombang adalah membangun suatu model fisik dari pelabuhan

dan dermaga tersebut. Tabel dibawah dapat digunakan sebagai panduan umum tinggi gelombang

maksimum yang diijinkan di dermaga.

Tabel 3-3 Tinggi maksimum gelombang signifikan

Source: Port Designer’s Handbook, 127

Dalam buku artikel PIANCE Bulletin No.56, Mr H. Velsink, of the Netherlands (Tabel 3-4) berisi

mengenai tinggi gelombang signifikan maksimum untuk berbagai tipe kapal dan arah datang

gelombang terhadap kapal. Nilai tersebut mengacu pada tinggi gelombang dengan perioda 7-12 detik.




Tabel 3-4 Panduan untuk tinggi gelombang signifikan yang diijinkan (dalam m)

Source: PIANCE Bulletin No.56

Dari persyaratan di atas, dapat dirumuskan tinggi gelombang maksimum yang diijinkan di daerah

dermaga dari beberapa sumber ditunjukan pada tabel berikut.

Tabel 3-5 Rekomendasi tinggi gelombang untuk kondisi kerja yang aman

No. Ship Type

Requirement of Significant Wave Height (m) at Berth

Port Designer’s Handbook

PIANCE Bulletin No.56

0 deg 45-90 deg

1 General Cargo (<30000 dwt) 0.7 1.0 0.8

2 Kapal Penumpang - 0.5 -

Tabel 3.6 Tinggi Gelombang Signifikan dalam kolam dermaga.

Lokasi Tinjauan

H signifikan

Timur Timur Laut Utara Barat Laut Barat

Hs Sebelum Area Breakwater 1.9 0.61 0.88 1.8 1.55

Hs di Area Dermaga 0.57 0.46 0.51 0.42 0.55

Berdasarkan hasil simulasi dan batasan tinggi gelombang yang diijinkan dalam pelabuhan, tinggi

gelombang di dermaga (Tabel 3-5), tinggi gelombang dari semua arah di area kolam dermaga setelah

struktur breakwater memenuhi krieteria keamanan kapal untuk bertambat dan melakukan kegiatan

operasional di dalam dermaga. Terutama untuk daerah datangnya gelombang dari Timur, Barat dan

Bara Laut dimana tinggi gelombang rata-ratanya tinggi dan intensitas gelombangnya cukup sering

terjadi, dengan adanya berakwater, energi gelombang yang besar bisa tereduksi (Tabel 3.6).




Untuk perhitungan posisi gelombang pecah ini pada dasarnya untuk menentukan tinggi gelombang

rencana untuk desain breakwater, tetapi dalam desain rencana breakwater di lokasi Paesan –

Pamekasan ini Gelombang Rencana tidak akan menggunakan geombang rencana dengan analisa

gelombang pecah. Hal ini dikarenakan bentuk breakwater yang menjorok ke laut hingga kedalaman

hingga 7 meter, sehingga bisa dipastikan bahwa gelombang masih belum pecah saat mencapai ujung

kaki breakwater. Sehingga untuk gelombang rencana tetap mengacu pada tinggi gelombang saat

mencapai breakwater hasil modeling gelombang yang telah dilakukan.

Dari 3 layout breakwater yang telah dimodelkan, hasil transformasi gelombang di kolam dermaga

disajikan perbandingannya antara layout breakwater hasil revisi 3 dengan 2 layout breakwater

sebelumnya di dalam Tabel 3.7

Tabel 3.7 Tinggi Gelombang Signifikan perbandingan 3 alternatif breakwater

No Layout Breakwater Hs di area Kolam Dermaga (meter)

Timur Barat Laut Barat

1 Breakwater awal 1.15 1.55 1.37

2 Breakwater revisi 2 0.12 0.29 0.27

3 Breakwater revisi 3 0.57 0.42 0.55

wave analysis pasean

Documents