1

TEKNIK PANTAI HIDRO-OSEANOGRAFI

NUR YUWONO JURUSAN TEKNIK SIPIL, FAKULTAS TEKNIK, UGM

BAGIAN 3 (b)

2

Angin yang berhembus di atas permukaan air akan memindah-kan energinya ke air. Hembusan angin dengan kecepatan tertentu, akan menimbulkan tegangan pada permukaan laut, sehingga permukaan air yang semula tenang akan terganggu dan timbul riak gelombang kecil di atas permukaan air tersebut. Apabila kecepatan angin bertambah, riak tersebut akan menjadi semakin besar dan apabila angin bertiup terus akhirnya akan terbentuk gelombang. Semakin lama dan semakin kuat angin berhembus, semakin besar gelombang yang akan terbentuk.

Tinggi dan periode gelombang yang dibangkitkan oleh angin, dipengaruhi oleh kecepatan angin (U), lama hembus angin (td), arah angin dan panjang fetch (F). Fetch adalah panjang daerah pembangkitan gelombang padan arah kecepatan angin tersebut berhembus.

Gelombang yang terjadi di daerah pembangkitan disebut gelom-bang SEA, sedangkan gelombang yang terbentuk tersebut setelah menjalar keluar daerah pembangkitan disebut gelombang SWELL.

GELOMBANG ANGIN PEMBANGKITAN GELOMBANG

3

GELOMBANG ANGIN PEMBANGKITAN GELOMBANG

Short

Steep

SEAS

Fully

Developed

SEAS

SEA SWELL

Panjang

Fetch (L)

Pembentukan gelombang angin

4

GELOMBANG ANGIN PERAMALAN GELOMBANG

Deep Water Wave Forecasting Curve (Green-Dorrestein, 1976) Coastal Water Wave Forecasting Curve

(Darbyshire-Draper, 1963)

7/1

10

10

zUU z

5

GELOMBANG ANGIN PERAMALAN GELOMBANG UA = 0,71 U1,23

6

GELOMBANG ANGIN PERAMALAN GELOMBANG

JOHNWAP Spectrum

7

Dalam peramalan gelombang dapat dipakai beberapa grafik yang telah tersedia diberbagai buku literatur.

Lama hembus ditentukan berdasarkan lama badai yang terjadi. Berdasarkan hasil studi model distribusi kecepatan angin pada saat badai di Indonesia Wilayah Barat (Surya, 2002), Indonesia Wilayah Tengah (Thambas, 2003) dan Indonesia Wilayah Timur (Hendri Edi, 2004) dapat disimpulkan bahwa: Badai yang terjadi di Indonesia berkisar 8 jam dengan

distribusi kecepatan angin: tiga jam pertama 60 sd 70 % Umaks, dua jam berikutnya: 100 % Umaks, dan tiga jam terakhir 60 sd 70 % Umaks.

Peramalan gelombang dengan distribusi kecepatan tersebut di atas hasilnya setara dengan peramalan tinggi gelombang dengan Umaks dengan lama hembus 4 sd 5 jam.

GELOMBANG ANGIN PEMBANGKITAN GELOMBANG

8

SURVEY ANGIN:

1. Angin 2. Gelombang 3. Pasang Surut 4. Arus

Yang diukur adalah kecepatan dan arah angin: - Biasanya diukur setiap jam

5. Sedimen (Dasar dan Layang) 6. Properti Fisik Air Laut (non sedimen) 7. Rupabumi (Topografi-Batimetri)

9

ANEMOMETER

Fungsi:

Pengukuran

kecepatan dan

arah angin.

Sensor angin

Kotak berisi baterai kering dan data logger

10

11

Hasil Pengukuran Angin

0

5

10

15

20

25

16/A

gust/00

17/A

gust/00

18/A

gust/00

19/A

gust/00

20/A

gust/00

21/A

gust/00

22/A

gust/00

23/A

gust/00

24/A

gust/00

25/A

gust/00

26/A

gust/00

27/A

gust/00

28/A

gust/00

29/A

gust/00

30/A

gust/00

31/A

gust/00

01/S

ep/0

0

02/S

ep/0

0

03/S

ep/0

0

Waktu Pengukuran

Kece

pata

n A

ng

in (

kn

ot)

0

90

180

270

360

Ara

h A

ng

in (

o)

Kecepatan Angin

Arah Angin

12

DISTRIBUSI ARAH DAN KECEPATAN ANGIN JAM-JAMAN

1989-1999

LOKASI: DENPASAR

Jenis tongkat menunjukkan kecepatan angin dalam knot.Panjang tongkat menunjukkan persentase kejadian.

< 0505-10

10-1515-20

>20

U

S

B T

TGBD

TLBL

0%

10%

20%

30%

40%

Tidak Berangin = 21.18% Tidak Tercatat = 11.52%

DIAGRAM WINDROSE & TABEL PROSENTASE DISTRIBUSI ANGIN

Arah

< 5 5-10 10-15 15-20 > 20 Total

Utara 3.47 0.67 0.01 0.00 0.00 4.15

Timur Laut 1.25 0.27 0.00 0.00 0.00 1.52

Timur 2.32 1.78 0.01 0.00 0.00 4.12

Tenggara 2.30 1.00 0.01 0.00 0.00 3.31

Selatan 1.59 0.65 0.02 0.01 0.00 2.27

Barat Daya 3.41 2.11 0.26 0.04 0.00 5.82

Barat 6.55 17.11 5.18 0.61 0.09 29.53

Barat Laut 4.79 4.75 1.14 0.15 0.02 10.85

Berangin = 61.57

Tidak Berangin = 20.20

Tidak Tercatat = 18.23

Total = 100.00

Kecepatan

angin dalam

Persentase

13

Analisis distribusi probabilitas tinggi gelombang (short term analysis) Lama pencatatan 10 sd 30 menit Hasil analisis: H100, H33, H10, Hrms

Analisis spektrum energi gelombang (short term analysis) Lama pencatatan 10 sd 30 menit Hasil analisis: spektrum energi gelombang

Analisis distribusi arah gelombang (medium term analysis) Data gelombang/angin minimum 1 th, disarankan di atas 5 th Hasil analisis: mawar gelombang

Analisis kala ulang gelombang ekstrem (long term analysis) Data gelombang minimum 5 tahun, disarankan di atas 10

tahun. Hasil yang didapatkan: (Hs)20th; (Hrms)50th ; (H0,10)100th

GELOMBANG ANGIN ANALISIS STATISTIK GELOMBANG ANGIN

Gelombang laut bersifat acak (random)

Gelombang Laut

15

GELOMBANG ANGIN DISTRIBUSI PROBABILITAS TINGGI GELOMBANG

2

2

.2

rms

i

H

H

rms

ii e

H

HHp

21irms H

NH

rmsHH2

100

2

1)(

rms

i

H

H

i eHHP

2

)(

rms

i

H

H

i eHHP

Keterangan: Hrms = tinggi gelombang rerata kuadrat H33 = tinggi gelombang signifikan (Hs) Hi = tinggi gelombang yang ditinjau H100 = tinggi gelombang rerata N = jumlah gelombang P(Hi) = probabilitas kejadian gelombang Hi

P(H>Hi) = probabilitas tinggi gelombang melebihi Hi

n (%) Hn/H33 Hn/H100 1 1,68 2,68 10 1,28 2,03 33 1,00 1,60 50 0,89 1,42 100 0,63 1,00

16

GELOMBANG ANGIN MAWAR GELOMBANG

1. Analisis distribusi gelombang dilakukan dengan cara meninjau arah gelombang dan tinggi gelombang yang terjadi pada suatu tempat.

2. Arah yang ditinjau biasanya hanya yang utama saja, biasanya dengan interval 450 dengan arah: Utara, Timur Laut, Timur, Tenggara, Selatan, Barat Daya, Barat dan Barat Laut.

3. Contoh disamping adalah: mawar gelombang di perairan selatan pulau Bali (JICA, 1989)

17

GELOMBANG ANGIN KALA ULANG GELOMBANG

n

HH

1

)( 2

n

HHH

n

n

HT YYHH

No. Kala Ulang Y

1 2 tahun 0,3665

2 5 tahun 1,4999

3 10 tahun 2,2502

4 15 tahun 2,6737

5 20 tahun 2,9702

6 25 tahun 3,1985

7 50 tahun 3,9019

8 100 tahun 4,6001

Tabel 2.2. Jumlah data versus Yn

n. 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

0 .477 .484 .490

10 .495 .499 .503 .507 .510 .512 .515 .518 .520 .522

20 .523 .525 .526 .528 .529 .530 .532 .533 .534 .535

30 .536 .537 .538 .538 .539 .540 .541 .541 .542 .543

Tabel 2.3. Jumlah data versus n

Tabel 1. Kala ulang gelombang versus Y

n. 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

0 .904 .904 .929

10 0,949 0,967 0,983 0,997 1,009 1,020 1,031 1,041 1,049 1,056

20 1,062 1,069 1,075 1,081 1,086 1,091 1,096 1,100 1,104 1,108

30 1,112 1,115 1,119 1,122 1,125 1,128 1,131 1,133 1,136 1,139

18

GELOMBANG ANGIN KALA ULANG GELOMBANG

n

HH

1

)( 2

n

HHH

HTT KHH )(

Tabel K(T) fungsi dari T (Distribusi Gumbel Type 1)

T K(T) T K(T)

2 - 0.16 40 2.40

5 0.72 50 2.61

10 1.30 60 2.73

15 1.64 80 2.94

20 1.86 100 3.14

25 2.04 200 3.68

30 2.20 400 4.08

19

GELOMBANG PASANG SURUT PERSAMAAN DASAR

)/2(1

0 n

iiit TtCosAZZ

Keterangan: Zt = elevasi muka air pada saat t Zo = muka air rerata diukur dari datum (biasanya LWS) Ai = amplitudo masing-masing konstituen harmonik (M2, S2 dst) Ti = periode masing-masing konstituen harmonik = selisih fase masing-masing konstituen harmonik n = jumlah komponen pasang surut.

i

Gelombang pasang surut adalah gelombang atau fluktuasi muka air yang disebabkan oleh gaya tarik menarik antara planet bumi dan planet-planet lain terutama dengan bulan dan matahari. Pasang surut termasuk gelombang panjang dengan periode gelombang berkisar antara 12 dan 24 jam. Puncak gelombang pasang surut biasa disebut air pasang (high tide) dan lembahnya disebut air surut (low tide).

Persamaan dasar gelombang pasang surut:

20

GELOMBANG PASANG SURUT KLASIFIKASI

Tujuh komponen konstituen gelombang pasang surut

No Sumber/Konsituen Simbol Periode Relatif

Amplitudo

1 Main Lunar, semi diurnal M2 12,42 100.00 %

2 Main Solar, semi diurnal S2 12,00 46,60

3 Lunar Eliptic, semidiurnal N2 12,66 19,20

4 Lunar Solar, semidiurnal K2 11,97 12,70

5 Lunar- Solar, diurnal K1 23,93 58,40

6 Main Lunar, diurnal O1 15.86 41,50

7 Main Solar, diurnal P1 24.07 19,40

22

11

SM

OK

AA

AAF

Klasifikasi gelombang pasang surut:

Bilamana : F 0,25 : pasang harian ganda F 3,00 : pasang harian tunggal 0,25 < F < 1,50 : pasang campuran condong ke harian ganda 1,50 < F < 3,00 : pasang campuran condong ke harian tunggal

iA

iA

Pedoman penentuan muka air laut

Mean High Water Spring = MHWS

= Zo + (AM2 + AS2)

Mean Low Water Spring = MLWS

= Zo – (AM2 + AS2)

Highest High Water Spring = HHWS

= Zo + (AM2 + AS2 +AK1 + AO1)

Lowest Low Water Spring = LLWS

= Zo - (AM2 + AS2 +AK1 + AO1)

Highest Astronomical Tide = HAT

= Zo +

Lowest Astronomical Tide = LAT

= Zo -

21

GELOMBANG PASANG SURUT KLASIFIKASI

CONTOH PASANG HARIAN GANDA, CAMPURAN DAN

TUNGGAL

22

SURVEY PASANG SURUT

1. Angin 2. Gelombang

3. Pasang Surut 4. Arus

5. Sedimen (Dasar dan Layang) 6. Properti Fisik Air Laut (non sedimen) 7. Rupabumi (Topografi-Batimetri)

23

Pengamatan Pasut

Yang diukur adalah elevasi muka air: -Biasanya diukur setiap 1 atau 0,5 jam -Pengukuran dilakukan min selama 15 hari

Prediksi Pasut

Prediksi pasut ditujukan untuk memperoleh informasi tinggi

Muka air laut di masa mendatang pada saat dan lokasi

tertentu.

Analisa Harmonik

- Metode Least Square

- Metode Admiralty

n

i

iitwAiCosyoty1

)()(

24

a. Software Harmonal

25

b. Software Least Square

b. Metode Admiralty

Pengolahan data pasut dengan skema dan tabel pengali

26

Peilschaal terpasang

Peilschaal

Muka Air

Dasar Kolam

Dermaga Utara

Patok

Pemasangan Patok

Struktur Pengaku

27 Previous

First Slide

Next

Home

SPT (Submersible Pressure

Transducer)

Fungsi:

Pengukuran elevasi

muka air.

Sensor SPT

Sensor SPT

Notebook

Data Logger

Batere kering

Kotak berisi baterai kering dan data logger

28

-80

-60

-40

-20

0

20

40

60

80

2/4/2005

17:02

2/6/2005

17:02

2/8/2005

17:02

2/10/200

5 17:02

2/12/200

5 17:02

2/14/200

5 17:02

2/16/200

5 17:02

2/18/200

5 17:02

Survei Sunda Kelapa Dishidros Tj Priok

29

BM

30

ARUS MENYUSUR PANTAI

Surf zone Breaking

Zone

Tipikal distribusi arus

Menyusur pantai

Off shore

b bV = 1,19 (g Hb)1/2 sin( ) cos( )

V = 20,7 m (g Hb)1/2 sin(2

b )

Keterangan: V = kecepatan rerata arus menyu- sur pantai (m/s) Hb = tinggi gelombang pecah (m) = sudut datang gelombang di daerah gelombang pecah (o) g = percepatan gravitasi bumi (m2/s) m = adalah landai pantai

b

b

31

Gelombang datang

Arus menyusur pantai

Breaking zone

Gerakan zig zag arus aliran

HIDRO-OSEANOGRAFI ARUS MENYUSUR PANTAI

32

HIDRO-OSEANOGRAFI ARUS DEKAT PANTAI (NEAR SHORE CURRENT)

Longshore current

Breaking zone

Rip current Rip current Gelombang

datang

Daratan Pantai

Shelf

currents

33

HIDRO-OSEANOGRAFI ARUS PASANG SURUT (TIDAL CURRENT)

atauTETF

dttQP

.

0

).(

k

maks

C

TQP

.2

)(21

k

maks

C

TQ

.

.

=

A = 1,58 .104 P0,95

Keterangan: P = prisma pasang surut TF = periode pasang (flood) TE = periode surut (ebb) T = TF + TE = periode pasang surut Q(t) = debit yang lewat muara (ke laut, atau ke sungai) P= prisma pasang surut pada saat ebb, atau flood Qmaks = debit rerata maksimum yang lewat muara pada saat ebb atau flood T = periode pasang surut Ck = faktor koreksi : 0,811 sd 0,999, Keulegan (1967) menyarankan Ck = 0,86 A = luas penampang aliran di bawah MSL (m2) P = prisma pasang surut (m3)

34

SURVEI ARUS

1. Angin

2. Gelombang

3. Pasang Surut

4. Arus

Yang diukur adalah kecepatan dan arah arus: - Biasanya diukur setiap jam, pada saat spring dan neap

5. Sedimen (Dasar dan Layang)

6. Properti Fisik Air Laut (non

sedimen)

7. Rupabumi (Topografi-Batimetri)

35

Cara pengukuran: 1. Dengan cara sederhana, menghanyutkan benda tertentu Dan menghitung waktu untuk menempuh jarak tertentu. 2. Menggunakan alat: currentmeter

• Baling-baling • Doppler: satu titik & profiling

36

37

AANDERA

Fungsi:

Pengukuran kecepatan

& arah arus, tekanan air

dan suhu.

Aandera

38

39

40

41

HIDRO-OSEANOGRAFI TRANPOR SEDIMEN MENYUSUR PANTAI

)().(..2

020 brbrRbr CosSinKCHApS

Rumus yang paling sederhana untuk menaksir transpor sedimen menyusur pantai adalah rumus CERC (Coastal Engineering Research Center, 1984)

Keterangan:

S = jumlah transpor sedimen (angkutan pasir) (m3/tahun)

Ho = tinggi gelombang signifikan di laut dalam, Hs (m)

Co = Kecepatan rambat gelombang di laut dalam (m/s)

p = prosentase kejadian gelombang pada arah dan tinggi

gelombang yang ditinjau.

Krbr = koefisien refraksi di sisi luar breaker zone

A = Koefiien CERC = 0,61. 106 sd 0,79. 106

= Sudut datangnya gelombang pada sisi luar breaker zone br

Syarat pemakaian rumus:

1. Diameter pasir berkisar antara 0,175 sd 1,000 mm

2. Angkutan/transpor sedimen yang dihitung adalah angkutan total di daerah surf zone

3. Gaya yang dominan adalah gaya gelombang (tidal range < 3,0 m)

42

HIDRO-OSEANOGRAFI TRANPOR SEDIMEN MENYUSUR PANTAI

43

HIDRO-OSEANOGRAFI TRANPOR SEDIMEN MENYUSUR PANTAI

44

HIDRO-OSEANOGRAFI TRANPOR SEDIMEN MENYUSUR PANTAI

45

HIDRO-OSEANOGRAFI TRANPOR SEDIMEN MENYUSUR PANTAI

46

SURVEI TRANSPOR SEDIMEN

1. Angin

2. Gelombang

3. Pasang Surut

4. Arus

Yang diambil adalah: - Material dasar. - Air laut pada kedalaman dan waktu tertentu.

5. Sedimen (Dasar dan Layang)

6. Properti Fisik Air Laut (non

sedimen)

7. Rupabumi (Topografi-Batimetri)

47

48

49

50

51

52

53

HIDRO-OSEANOGRAFI TRANPOR SEDIMEN MENYUSUR PANTAI

CONTOH PERHITUNGAN TRANSPOR SEDIMEN

54

CONTOH PERHITUNGAN TRANSPOR SEDIMEN

55

CONTOH PERHITUNGAN TRANSPOR SEDIMEN

56

LANJUTAN

57

58

59

60

ARAH

DATANG

GELOMBANG

TINGGI

GELOMBANG

(M)

TRANSPOR

SEDIMEN (103

M3/TH)

TOTAL

TRANSPOR

SEDIMEN (103

M3/TH)

ARAH

GERAK

SEDIMEN

TENGGARA 0.5 5.2

1.5 184.6

2.5 298.0

3.5 87.2

575.0 Ke Barat

SELATAN 0.5 1.4

1.5 147.7

2.5 189.2

3.5 111.0

449.3 Ke Barat

TOTAL SEDIMEN KE BARAT 1024.3 Ke Barat

BARAT DAYA 0.5 5.1

1.5 148.4

2.5 340.5

3.5 237.0

731.0 Ke Timur

TOTAL SEDIMEN KE TIMUR 731.0 Ke Timur

NET TRANSPOR 293.3 Ke Barat

61

HIDRO-OSEANOGRAFI LITORAL ZONE

Litoral zone Shoal Zone Off Shore

Zone

d2 d1

HWL

LWL

d1 = 1,75 (Hs)0,137

d2 = 2 d1

62

HIDRO-OSEANOGRAFI DEFINISI PANTAI

Coastal Area

Surf Zone

In Shore Off Shore Back Shore

Coast Fore Shore

63